地幔地球化学:来自大洋火山作用的信息

来自地幔深部的玄武质火山作用“样品”,是由于固体对流将地幔深部物质运送到浅部熔融区而产生的。这些喷出的玄武岩的同位素和微量元素化学表明地幔内存在许多同位素和化学性质清楚的成分,这些成分反映了地幔的演化。这种演化以上地幔中许多微量元素的衰减为特征,这些衰减的微量元素可能由衰减弱的深部地幔以及洋壳和岩石圈的再循环来补充,而来自于大陆的物质却很少     

Kaapvaal和Siberia克拉通石榴橄榄岩的Mg-Fe同位素组成

<正>Mg是地球和陨石的主要组成元素之一。迄今,文献中对地幔的Mg同位素组成的研究多以玄武岩、科马提岩、辉石岩以及橄榄岩包体为样品。这些样品主要为来自浅部的尖晶石相橄榄岩,反映了60km以上的上地幔同位素成分。对于来自更深部地幔的样品如石榴橄榄岩和其中共存矿物的Mg同位素组成的研究几乎没有。因此,我们需要对更深部来源的地幔样品进行Mg同位素研究。此外,因为Fe同位素的分馏和氧化还原过程有关,而Mg同位素则对氧逸度的变化不敏感,因此二者相结合可以更好的示踪地幔的演     

深部碳循环的锌同位素示踪研究进展

深部碳循环和地球表层的碳循环一起构成了全球的碳循环.因为地球超过90%的碳都位于深部,深部碳循环研究对于理解地球长期的气候变化具有重要的科学意义.深部碳循环研究涉及多个科学问题,其中最重要的科学问题之一是如何准确识别地幔中的碳是再循环的地表碳.锌作为亲石元素,广泛存在于岩浆岩、地幔和碳酸盐岩中.地幔和地表沉积碳酸盐岩之间锌同位素组成存在显著的差异,而板块俯冲脱水、地幔部分熔融和岩浆结晶分异等过程导致的锌同位素分馏较为有限,因此锌同位素具有示踪深部碳循环的潜力.系统阐述了锌同位素示踪深部碳循环的原理,回顾了目前应用锌同位素示踪深部碳循环取得的阶段性成果,并指出锌、镁同位素联合示踪有望成为未来深部碳循环研究的主流.      

东海地球动力学环境与过程的同位素证据及盆地动力学模式

在东海地球动力学环境与过程研究现状分析基础上,讨论了采自盆地东西部油气钻井玄武岩样品的岩石化学、微量元素和同位素测试分析的成果,阐述了玄武岩岩石结构与岩石成分特征,计算岩浆起源深度与岩浆起源温度。通过岩浆源区地幔性质与深部过程分析,指出Sm-Nd、Pb-Pb、Nd-Pb同位素体系反映的深部地幔流体具有古生代向新生代转型的双重特征,与古生代地幔岩浆来源具有较明显亲和性,其中既有古老地幔物质存在,又有新生地幔物质参与,表明研究区地壳深部流体活动十分频繁。结合海洋一期"863"双船折射大剖面有关地质-地球物理解释成果的综合分析认识,提出了盆地地球动力学成因模式。     

俯冲作用过程中沉积碳酸盐岩的深部地幔再循环:证据和作用

俯冲带是地球表层碳返回地球深部的唯一方式,其对地球深部碳循环有着重大的影响。近年来,沉积碳酸盐深部地幔再循环方面的研究取得较大进展,主要有:沉积碳酸盐是否可以返回深部地幔;沉积碳酸盐返回地幔的形式及返回的最大深度;沉积碳酸盐岩在俯冲过程中的微量元素迁移、同位素分馏以及碳酸盐岩在俯冲带中的物理和化学变化。本文对这些成果进行了系统总结评述。     

胶辽半岛金伯利岩中地幔捕虏体岩石学特征：古生代岩石圈地幔及其不均一性

华北东部古生代岩石圈地幔经历过复杂的多旋回多阶段熔融岩浆、重结晶、变质和剪切变形历史,因而岩石组成、结构复杂.地幔橄榄岩的主元素、地幔矿物特别是金刚石中的包裹体的Mg#值及Cr#值等显示古生代岩石圈地幔高度难熔亏损玄武质的成分特征,而地幔橄榄岩的不相容元素、同位素显示高度富集的特点.这种高难熔和强富集两重性是克拉通岩石圈地幔的特征.Pb同位素反映华北东部古生代岩石圈地幔具冈瓦纳大陆地幔的特点.复县和蒙阴古生代岩石圈地幔尽管都表现为太古代克拉通地幔的特征,但存在着不均一性,前者受克拉通化后的深部作用影响强于后者.与新生代地幔Sr、Nd同位素对比表明富集的古生代岩石圈地幔向亏损新生代的地幔转变和减薄伴有新生地幔物质对古老岩石圈的置换和混合作用.     

太古宙科马提岩的氧同位素组成揭示早期地幔的不均一性

<正>由于30亿年前的火成岩保存太少,我们对于早期地球动力学过程(尤其是地壳与深部地幔相互作用)的了解还很缺乏。作为最为广泛应用的传统稳定同位素体系之一,地幔氧同位素组成随时间的演化并没有被很好地限定。尽管目前已测得44亿年岩浆锆石(来自上地幔或者地壳的熔体)的氧同位素组成接近现代地幔值(δ~(18)O=5.5‰±0.5‰),但是对于太古宙以前深部地幔的氧同位素组成,还没有相关报道。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

深部碳循环的Mg同位素示踪:2015-2016的进展与问题

镁同位素示踪深部碳循环研究在过去一年取得了很大进展。这些进展包括蚀变洋壳、沉积物、深海橄榄岩和再循环榴辉岩的Mg同位素组成,具有EM-I和HIMU同位素特征的低δ~(26)Mg玄武岩成因,低δ~(26)Mg玄武岩熔融p-t条件的Mg-Sr同位素制约,Mg同位素揭示的大陆岩石圈地幔的碳酸盐交代作用,特提斯洋俯冲板块导致的深部碳循环,和富Na碳酸盐岩浆的Mg同位素分异。然而仍有许多重要科学问题尚不清楚,包括:(1)如何区分再循环沉积碳酸盐岩和再循环碳酸盐化榴辉岩对地幔Mg同位素的影响?(2)板块俯冲过程中Mg同位素地球化学行为和为什么岛弧玄武岩没有低δ~(26)Mg特征?(3)再循环碳在地幔的储存部位及存留时间?(4)普通碳酸盐岩浆的Mg同位素如何分异?(5)如何示踪那些不含Mg或含Mg很少的再循环碳酸盐,如方解石、文石、菱铁矿?这些问题指明了未来的重要研究领域。     

深部碳循环的Mg同位素示踪

大洋板块俯冲导致的深部碳循环可影响地球历史的大气CO2的收支情况及气候变化。沉积碳酸盐岩是地球中轻镁同位素的主要储库,它通过板块俯冲再循环进入地幔有可能引起地幔局部的Mg同位素组成不均一性。因此,在这样一个基本假设基础上,即俯冲岩石的镁同位素在变质脱水和岩浆过程中不发生显著变化,镁同位素有可能成为深部碳循环的示踪剂。前人研究已经证明岩浆过程不会发生显著镁同位素分馏。然而,至今对俯冲、变质过程镁同位素的分馏程度以及低δ26Mg玄武岩成因还属未知。为此,本研究聚焦在高温高压条件下碳酸盐的稳定性和相转换、板块俯冲过程中的镁同位素行为、循环碳酸盐对地幔镁同位素组成可能产生的影响。     

昌乐玄武岩内刚玉巨晶（蓝宝石）中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义

山东昌乐新生代玄武岩内的刚玉巨晶(蓝宝石)中含有多种类型熔融包裹体,其成分对了解华北深部地幔交代过程中的流/熔体性质和刚玉母岩浆特点具有重要意义.详细的岩相学和激光拉曼分析鉴定出一类富碳酸盐和硫酸盐成分的原生熔融包裹体以及一类含硫酸盐和氯化物等成分的次生熔融包裹体,二者同时还含有CO2和H2O.碳酸盐和硫酸盐成分在世界范围玄武岩内刚玉巨晶中是首次发现,结合已有的包裹体稀有气体同位素和测温资料,反映两种成分可能来源于交代地幔的碳酸岩熔体,预示着华北深部地幔不仅经历了硅酸盐成分的交代还经历了富碳酸盐和硫酸盐成分(碳酸岩)的交代,同时也显示刚玉母岩浆成分复杂,至少有富这两类成分物质的参与,刚玉很可能是硅酸盐岩浆/岩石和幔源碳酸岩岩浆相互作用的产物,后被玄武岩喷发携带至地表.     

洋壳蚀变过程中的镁同位素分馏机理研究进展北大核心CSCD

板块运动驱动的洋壳再循环一直被认为是造成地幔化学成分不均一的主要原因。洋壳在从洋中脊形成到俯冲进入地幔的过程中,持续遭受一系列蚀变改造。这一过程不仅影响海水化学成分,同时也会改变洋壳的化学组成,尤其是一些易活泼元素及相应同位素体系的改变会更加显著。洋壳蚀变造成的影响会通过洋壳俯冲再循环而传递到地幔,进而影响到对地幔化学组成不均一性的认识。镁(Mg)同位素是研究深部碳循环和壳幔物质相互作用的一个新兴示踪计,已进入深部地幔的俯冲洋壳Mg同位素组成有可能受高温岩浆过程、俯冲变质过程以及低温蚀变过程的影响。已有的研究证明高温岩浆过程和洋壳俯冲变质-脱水过程中洋壳Mg同位素无显著分馏。然而,由于天然样品测试的数量较少且数据测试精度有限,关于低温蚀变过程中洋壳Mg同位素是否存在分馏尚未达到共识,这限制了利用Mg同位素对地幔不均一性和全球尺度物质再循环的研究。本文总结了已发表的蚀变洋壳的Mg同位素资料,讨论了洋壳低温蚀变过程(火山玻璃橙玄化、蛇纹石化和碳酸盐化)对Mg同位素体系的影响。这些信息对于认识洋壳蚀变过程中Mg同位素体系的详细行为至关重要,是确定下一步相关研究方向的重要参考。     

地幔转换带:地球深部研究的重要方向

地幔转换带是联系上下地幔的纽带,对于认识整个地幔的组成和演化、地幔对流、岩石圈深俯冲及深源地震等地球深部动力学问题具有重要意义。一般认为,转换带地震不连续面主要与橄榄石的高压相变密切相关。最新的高温高压实验研究表明,地幔中非橄榄石组分的相变,如辉石和石榴子石的相变,对不连续面的深度和宽度以及转换带内的波速和密度梯度也起到很大的影响。另外地幔全岩成分、端员组分、温度和水也对相变和不连续面具有重要影响,这些精细的实验研究成果更好地解释了转换带地震不连续面一些相对局部的性质和变化,促进了我们对地球深部性质和动力学过程的了解。因为缺少直接来自地球深部的样品,而地球物理和地球化学研究也有它们的相对局限性,所以高温高压实验仍然是我们了解地球深部成分和性质的重要手段之一。     

无机成因油气及其发展前景

地幔和地核中有大量的碳和氢，学们提出了不同地质背景下无机成因烃类来源理论，其中影响较大的有Gold氏的地幔脱气理论和费-托地质合成理论。大量的事实证明了无机成因油气的存在。对各类天然气成因来源的判别多采用碳同位素和稀有气体同位素；而对无机成因油多从铅、锶、钕同位素和重金属元素、亲石元素、正烷烃结构等旁证了原油地球深部来源的可能性。在板块运动产生的综合动力场作用下，以CO2和H2O为主要成分的流体在深部油气的无机合成、运移和富集中起着重要的作用。无机成因油气的研究和开发利用，有助于缓解我国油气产储的矛盾。     

地幔交代作用研究综述

地幔交代现象广泛发现于各地的碱性玄武岩或金伯利岩中的地幔橄榄岩包体中。地幔交代作用以地幔岩包体中不相容元素的高度富集和（或（出现角闪石、金云母为标志。岩石学、地球化学、同位素资料等显示地幔交代作用与岩板俯冲及部分熔融作用之间存在密切联系，地幔组成、结构、演化与大陆构造演化之间存在紧密的关系。同位素模式年龄暗示地幔交代作用可能是大陆构造活动的深部原因。     

华北克拉通东南缘徐—淮地区深源捕虏体Mg同位素地球化学研究及意义

<正>火成岩和沉积碳酸盐岩显著的Mg同位素差异使得Mg同位素成为示踪地球深部碳循环有力工具,具有比全球平均大洋玄武岩(26Mg=0.25±0.07‰)轻。Mg同位素组成的大陆玄武岩被认为其地幔源区受到了沉积碳酸盐的改造[1],但是直接的地幔岩石Mg同位素证据很少,而且大陆玄武岩在穿透厚陆壳上升过程中,会发生显著地同化混染作用;这一过程对用大陆玄武岩推断地幔源区Mg同位素组成的影响     

华南显生宙时期岩石圈地幔的性质与形成时代

火山岩携带的橄榄岩捕虏体是研究深部岩石圈地幔成分特征与热结构状态的最直接样品。湖北大洪山早奥陶世钾镁煌斑岩携带的石榴二辉橄榄岩具有富集的地球化学特征,指示当时的岩石圈厚度可达110 km。华南内陆地区宁远和道县早侏罗世玄武岩所携带的地幔包体具有饱满的成分特征,代表遭受了较低程度部分熔融的地幔残留。宁远地幔包体的全岩Re-Os同位素特征显示该地区中生代大陆岩石圈地幔为从软流圈新增生而形成的新生地幔。这表明内陆地区古生代存在的富集地幔被完全拆沉,并被新生地幔所取代;中生代内陆地区的岩石圈拆沉作用可能与该地区自225 Ma以来大规模的岩石圈伸展作用有关。华南新生代地幔包体主要分布在沿海地区。通过地幔包体矿物成分估算获得的温度与压力资料揭示新生代沿海地区岩石圈厚度约为80～90 km,并具有热的地温梯度。无论是全岩还是硫化物的Re-Os同位素特征都表明沿海地区在新生代仍残留有古元古代岩石圈地幔,表明新生代沿海地区的拉张作用仅导致了岩石圈地幔的部分拆沉和减薄。     

大洋地幔橄榄岩-铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环

全球多地蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现微粒金刚石,并在中国西藏南部和俄罗斯乌拉尔北部的蛇绿岩铬铁矿中发现原位产出的金刚石,认为是地球上金刚石的一种新的产出类型,不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。它们与呈斯石英假象的柯石英、高压相的铬铁矿和青松矿等高压矿物以及碳硅石和单质矿物等强还原矿物伴生,指示蛇绿岩中的这些矿物组合形成于深度150~300 km或者更深的地幔。金刚石具有很轻的C同位素组成（δ13C-18‰~-28‰）,并出现多种含Mn矿物和壳源成分包裹体。研究认为它们曾是早期深俯冲的地壳物质,达到>300 km深部地幔或地幔过渡带后,经历了熔融并产生新的流体,后者在上升过程中结晶成新的超高压、强还原矿物组合,通过地幔对流或地幔柱作用被带回到浅部地幔,由此建立了一个俯冲物质深地幔再循环的新模式。蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现金刚石等深部矿物,质疑了蛇绿岩铬铁矿形成于浅部地幔的已有认识,引发了一系列新的科学问题,提出了新的研究方向。      

地幔地球化学研究进展:微量元素和同位素特征

系统介绍了近年来地幔同位素地球化学的研究进展,概述了Ｓｒ－Ｎｄ－Ｈｆ－Ｐｂ、Ｏｓ、Ｈｅ－Ａｒ和Ｎｅ同位素在的岩石示踪和成因鉴别上所取得的成果,指出同位素在地幔岩石研究的重要作用,简要总结了全球及区域地幔成分的主要研究手段和某些全球均一化比值的意义;并提出了分析技术的落后和基础理论的停滞是影响同位素和微量元素在地幔研究中应用和发展的主要因素。