钙同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩-共生硅酸盐研究中的应用

作为"非传统稳定同位素"家族成员,钙同位素正受到国际地学界日益广泛的关注。钙是主要的造岩元素,也是生物必需的元素。钙在地球各圈层广泛分布,研究钙同位素的地球化学行为将有助于提高我们对各种生物过程和地质过程的认识。钙同位素测定主要采用热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),分别表示为δ^44/40Ca和δ^44/42Ca。目前自然界可观测到的δ^44/40Ca变化范围为-2.0‰～6.75‰,约8.7‰。本文系统介绍了近年来钙同位素分析中样品溶解、化学分离、质谱测定以及高温地质过程中的钙同位素分馏及其地质应用等方面的研究成果,尤其对钙同位素在碳酸岩-共生硅酸盐岩研究中的意义、钙同位素组成以及取得的主要认识作了较为全面的介绍。阐述了放射成因⁴⁰Ca、部分熔融作用/分离结晶作用、地壳同化作用、古俯冲碳酸盐循环、热液蚀变作用、岩浆起源深度等对碳酸岩、硅酸盐岩的钙同位素组成造成的影响。最后,通过系统对比碳酸岩-共生硅酸盐岩的锂、镁、钙同位素研究成果,认为应该开展多元同位素体系的...     

锂同位素分析方法及其在大陆裂谷环境碳酸岩研究中的应用

锂同位素在地质学、地球化学研究中有着广阔的应用前景,壳-幔相互作用过程的锂同位素地球化学研究已经成为近年来国际上研究的热点之一。锂同位素在自然界中的变化较大,δ⁷Li 值为-45‰～+45‰。锂同位素分析手段目前主要有TIMS、Ion Probe、SIMS、MC-ICPMS等4种技术,其中MC-ICPMS仪器的出现,使锂同位素发展速度明显加快。自然界中很多地质作用过程均能使锂同位素发生分馏。目前,锂同位素已在陨石和宇宙化学、陆壳风化过程、洋壳热液活动及蚀变、板块俯冲及壳幔物质循环、地表水地球化学、卤水来源与演化、热液成矿作用等领域的研究中取得了显著成效,并将成为地球科学中具有巨大应用前景的一种新的地球化学手段。文章对锂同位素在大陆裂谷环境碳酸岩研究中的应用作了较全面介绍,内容包括研究意义、锂含量和锂同位素组成以及取得的主要认识,比如蚀变作用、岩浆分异作用、地壳同化作用和扩散分馏作用均未对碳酸岩、硅酸盐的锂同位素组成造成影响、俯冲作用和地壳循环均没有明显影响地幔的锂同位素组成、地幔温度条件下锂扩散模拟表明地幔中的锂更均一等等。最后简单对比了大陆裂谷环境和碰撞造山环境两类碳酸岩在锂同位素组成上的差别。     

镁同位素地球化学研究新进展及其应用

作为一种新兴的地质示踪剂,Mg同位素正受到国际地学界日益广泛的关注。Mg同位素地球化学研究已取得了巨大的进展,近期研究工作主要包括两个方面。首先,调查了地球各主要储库和陨石的Mg同位素组成特征,结果表明陨石和地球地幔具有均一并且相似的Mg同位素组成,平均δ²⁶Mg值分别为-0.28±0.06‰和-0.25±0.07‰;相反,上地壳和水圈的Mg同位素组成很不均一,δ²⁶Mg值变化范围分别为-4.84‰~+0.92‰和-2.93‰~+1.13‰。其次,对一些地质和物理化学过程中Mg同位素的分馏行为进行研究,结果表明:(1)地表风化作用可以造成大的Mg同位素分馏,导致重Mg同位素残留在风化产物中而轻Mg同位素进入水圈;(2)岩浆分异过程中Mg同位素平衡分馏很小;(3)高温化学扩散和热扩散过程中Mg同位素会发生显著的动力学分馏。基于这些研究成果,Mg同位素体系已经被初步应用于示踪早期地球形成和壳内物质再循环等过程,并有望在不久的将来应用于示踪大陆地壳的化学演化和地质温度计等研究领域。     

铅同位素地球化学示踪进展

本文论述了铅同位素示在地学中的最新应用和发展。由于它在示踪物质来源,圈定找矿靶区,判别构造环境等方面的优势,是当前最重要的地球化学示踪手段之一和同位素地球化学研究的热点。     

汞同位素地球化学研究及其在矿床学中的应用进展

汞作为一种重要的成矿元素,广泛分布于不同地质体中,并参与成岩成矿作用.随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得引人瞩目的进展.汞同位素被广泛地应用于示踪地球表生生物地球化学过程及汞污染等.近年来,汞同位素又被应用于揭示行星的演化过程、识别地质历史时期大火成岩省及示踪矿床成矿物质来源等方面.本文在前人研究的基础上...     

当代地球化学研究的某些新进展（Ⅱ）

当代地球化学研究的某些新进展（Ⅱ）魏春生（中国科学院地球化学研究所，贵阳５５０００２）关键词同位素地球化学，同位素示踪，同位素地球化学分析技术，同位素分馏１同位素地球化学理论与实验研究的进展（１）氧同位素理论分馏方程研究的重大突破：继Ｕｒｅｙ（１９４...     

四川牦牛坪碳酸岩的同位素地球化学及其成矿动力学

世界上绝大多数与碱性岩浆岩（包括碳酸岩）有关的稀土矿床产于裂谷化环境中，但四川牦牛坪稀土矿床却形成于新生代造山过程中。牦牛坪是一个与碱性杂岩体密切有关的稀土矿床，矿化与岩浆碳酸岩直接有关。碳酸岩的同位素地球化学组成变化很小，^206Pb/^204Pb=18.162-18.194,^207Pb/^204Pb=15.536-15.567,^208Pb/^204Pb=38.283-38.390,^87Sr/^86Sr=0.70605-0.70691,^143Nd/^144Nd=0.512327=0.512436,与EMI型地幔源区的同位素组成基本一致，表明牦牛坪稀土元素的成矿作用与深部动力学过程有关。在强烈的挤压造山过程中能够有EMI型地幔物质上侵，表明进入新生代以来，龙门山造山带乃至整个青藏高原及周边地区的地球动力学背景不仅限于板块的水平挤压与俯冲，还应考虑到地幔物质及其活动过程的显著贡献。     

陕西户县大石沟碳酸岩地球化学特征及其成因意义

户县大石沟碳酸岩,多年来一直被认为是超基性岩—碳酸岩杂岩体的一部分,属岩浆成因。在岩体地质及岩石学研究的基础上,通过微量元素、岩石化学、稀土元素及碳氧同位素分析,认为该岩石属构造—热液成因的交代蚀变碳酸盐岩。     

锂同位素分馏机制讨论

作为一种新兴的稳定同位素示踪工具, 锂同位素地球化学的研究近年来受到了国际地学界日益广泛的关注.其应用领域涵盖了从地表到地幔的流体与矿物之间的相互作用.在地表风化作用过程中, 轻锂同位素(6Li) 优先进入固体相, 而7Li则进入流体相, 因而地表风化作用淋滤出了岩石中的重锂, 致使河水具有重的锂同位素组成, 河水又将重锂同位素组分补给海洋, 洋壳的低温蚀变作用使得海水的锂同位素组成进一步变重.在俯冲带, 由于俯冲板片释放的流体具有重锂同位素组成的特征, 它们上升并交代上覆的地幔楔和相邻的地幔, 使得地幔楔的锂同位素组成变重.同时, 深俯冲的板片由于脱水而具有较轻的锂同位素组成, 它们在地幔中可能形成一个局部轻锂的地幔储源.影响地幔橄榄岩锂同位素分馏的因素主要有3个方面: 温度、扩散机制以及外来熔体的反应.由于高温下地幔矿物之间的锂同位素分馏很小, 而单纯的扩散分馏机制不能够很好的解释我国华北汉诺坝地区地幔橄榄岩中矿物之间的锂同位素分馏.因此, 具有轻锂同位素组成的熔体与橄榄岩之间的反应是上述现象的一个合理解释.需要指出的是, 在橄榄岩-熔体反应的过程中, 锂同位素的扩散作用也对地幔矿物之间的同位素分馏有一定的贡献.      

大陆硅酸盐岩石风化过程中镁同位素地球化学研究进展

Mg同位素体系被证明在示踪硅酸盐矿物风化方面颇具优势.通过总结近年来大陆硅酸盐风化过程中Mg同位素地球化学的研究,归纳出以下认识:①化学风化方面,原生矿物溶解使得液相的Mg同位素组成变轻,而固相残留的Mg同位素组成变重;次生矿物中含有两种形态的Mg(交换态Mg和结构态Mg),二者δ26Mg不同,次生矿物形成过程中Mg同位素分馏方向与矿物种类、结构和形成机制等因素有关;黏土矿物吸附和解吸Mg2+引起Mg同位素分馏,但方向尚不确定;土壤可交换复合物倾向于优先吸附和解吸26Mg.②物理风化方面,水流、风等造成的矿物分选会引起风化产物Mg同位素组成发生变化.③植物—土壤体系Mg同位素的分馏很小.目前,大陆硅酸盐风化中一些重要过程的Mg同位素地球化学行为还存在争议,亟待通过室内试验、模拟计算,以及与其他同位素联用等途径完善理论基础,推动Mg同位素在示踪大陆风化中的广泛应用.     

On the Lu-Hf Isotope Geochemistry of Silicate Rocks

This paper reviews the history (TIMS, hot‐SIMS, MC‐ICP‐MS), significance, geochemical behaviour and current uncertainties (λ¹⁷⁶ Lu, Hf‐Nd Bulk Silicate Earth) surrounding the Lu‐Hf isotope system, and thus marks two decades of its application to geochemical problems. An appendix further presents (a) improvements to the original chemistry protocol of Blichert‐Toft et al. (1997) for application to Mg‐rich samples and (b) a compilation of previously published and new Hf isotope determinations by MC‐ICP‐MS for a set of international rock reference materials. Prior to the advent of multiple‐collector plasma source mass spectrometry (MC‐ICP‐MS), routine analysis of the Lu‐Hf isotope system developed only slowly because of the extreme difficulty of measuring Hf isotope compositions with thermal ionisation mass spectrometry, caused by the very high first ionisation potential of Hf. However, Hf isotope compositions can be measured relatively easily using MC‐ICP‐MS and this new technique now provides reproducible measurements at high precision regardless of the matrix from which Hf is separated. Of the commonly used long‐lived radiogenic isotope systems, only the Sm‐Nd and Lu‐Hf isotope systems are unaffected by parent/daughter fractionations related to volatile nebular processes and core formation. While other systems (Rb‐Sr, U‐Th‐Pb, Re‐Os) may also be used to investigate the chemical evolution of the Earth, Moon, Mars and parent bodies of differentiated meteorites, the larger uncertainties in their bulk chemical and isotopic values limit their application to determine geochemical budgets and assess planetary mantle‐crust evolution. In the study of garnet‐bearing rocks, both for dating purposes and as an isotopic tracer for source provenance and mantle processes, the Lu‐Hf isotope system likewise is of major interest because of the high partition coefficient of Lu compared to Hf for garnet with respect to other minerals. Furthermore, the larger Lu/Hf fractionation compared to Sm/Nd during melting beneath ridges produces proportionally higher Lu/Hf in the residue and faster in‐growth of a radiogenic Hf isotopic signature (compared to Nd), which may help shed light on the dynamics of mantle melting. While the chemistry protocol and mass spectrometric technique for high‐precision Lu‐Hf isotope analysis have been resolved in satisfactory ways over the past five years, more accurate determination of the decay constant for ¹⁷⁶ Lu, at present known with a precision of only about 4%, still needs to be completed and a consensus reached on which value to use for future Lu‐Hf isotope studies. Although the current combined Lu‐Hf and Sm‐Nd Bulk Silicate Earth parameters are plagued by possible incompatibilities in chondrite selection and potential interlaboratory biases, a more accurate set of values may not be readily established owing to heterogeneities in the isotopic composition of chondrites that far exceed present analytical accuracy.     

青藏羌塘盆地中、新生代火山岩同位素地球化学特征及其意义

通过对羌塘盆地火山岩（含少数侵入岩）的 锶（Sr）、钕（Nd）和铅（Pb）同位素地球化学的研究,获得中、新生代不同类型火山 岩和花岗岩类Sr同位素比值大多数为０706～0710 , 〖HT5”SS〗ε〖HT5”SS〗 N d 值 为-054～-81,均为负值, 206Pb/204Pb值为 171493～ 190313, 207Pb/204Pb值为154350～15666,208Pb/2 04Pb值为 37566~39072。根据同位素地球化学特征,中生代火山岩 物质主要 来源于富集地幔区和下地壳,原始岩浆为壳幔混合型,可能与造山带的岛弧—活动陆缘环 境 有关。早第三纪火山岩岩浆来自富集幔源区,与大陆拉张环境有关。第四纪火山岩形成于高 钾熔岩区内,与俯冲环境有关。总之,本区的火山岩中生代为造山带火山岩,新生代（主要 为早第三纪）为大陆裂谷带火山岩。     

海洋环境Fe同位素地球化学研究进展

Fe是海洋“生物泵”中限制浮游生物生长和控制海洋初级生产力的主要因素之一,也可间接影响大气中CO2含量,反馈于全球的气候变化。近年来基于多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC ICP MS)分析方法的改进及测试精度的提高,应用Fe同位素组成、变化及其分馏机制,为研究海水中Fe的主要来源以及示踪海洋环境中Fe的循环过程等,提供了一个有效地球化学指标,也对示踪地球不同演化阶段的海洋沉积环境变化具有指示意义。较为详细地介绍了海洋环境中不同储库的Fe同位素组成,洋中脊热液流体—玄武岩、海水—大洋玄武岩等水—岩反应影响Fe同位素分馏效应的主要因素及地球不同演化阶段古海洋沉积环境中的Fe同位素变化。认为海洋环境下Fe同位素可以产生较为明显的分馏作用,轻铁同位素具有更易活动、易迁移的特征,并进一步提出不同相态、不同矿物间Fe同位素分馏系数的确定等相关问题仍是今后Fe同位素研究的主要方向。     

Carbon and Oxygen Isotope Geochemistry of the Amba Dongar Carbonatite Complex, Gujarat, India

A carbon and oxygen isotope survey based on 42 samples from the Amba Dongar carbonatite complex of Gujarat, India, indicates that the magmatic differentiation series sövite → alvikite → ankeritic carbonatite is beset with a distinct isotope trend characterized by a moderate rise in ¹³C coupled with a sizeable increase in ¹⁸O. From an average of −4.6 ± 0.4 ‰ [PDB] for the least differentiated (coarse) sövite member, δ¹³C values slowly increase in the alvikite (−3.7 ± 0.6 ‰) and ankeritic fractions (−3.0 ± 1.1 ‰), whereas δ¹⁸O rises from 10.3 ± 1.7 ‰ [SMOW] to 17.5 ± 5.8 ‰ over the same sequence, reaching extremes between 20 and 28 ‰ in the latest generation of ankeritic carbonatite. While an apparent correlation between δ¹³C and δ¹⁸O over the δ¹⁸O range of 7–13 ‰ conforms with similar findings from other carbonatite complexes and probably reflects a Rayleigh fractionation process, the observed upsurge of ¹⁸O notably in the ankeritic member is demonstrably related to a late phase of low-temperature hydrothermal activity involving large-scale participation of ¹⁸O-depleted groundwaters. As a whole, the Amba Dongar carbonatite province displays the characteristic ¹³C/¹²C label of deep-seated (primordial) carbon, reflecting the carbon isotope composition of the subcontinental upper mantle below the Narmada Rift Zone of the Indian subcontinent.     

海洋铜锌同位素地球化学研究进展

铜锌是海洋浮游生物生命活动所必需的微量营养元素,其含量和同位素能够对相关海洋生物—物理—化学过程进行示踪和定量分析,是国际地学重大研究计划"GEOTRACES"的核心研究内容之一.总结和评述了近年来海洋铜锌同位素的最新研究成果和研究现状,归纳出以下认识:①生物吸收、颗粒物吸附和有机质络合等不同海洋过程会使海水溶解铜锌同位素产生分馏,从而对同位素组成的纵剖面分布特征造成影响;②现代海洋主要铜锌输入、输出端元同位素组成及通量的研究已日趋成熟,但仍存在潜在的铜锌源汇尚未被发现;③铜锌对海洋气候环境变化极为敏感,其同位素组成经常被广泛应用于古海洋气候环境变化等方面的示踪.未来还需在优化铜同位素组成的分析测试方法、探究海洋铜锌的潜在源汇以及生物碳酸盐等海洋载体铜锌同位素分馏机理等方面开展进一步工作,并有望在碳循环、地球气候重大演变和海洋环境污染的示踪应用等方向取得突破.     

镁铁-超镁铁质岩成岩成矿过程中的锂同位素地球化学:回顾与展望

锂(Li)同位素体系是示踪镁铁-超镁铁质岩成岩成矿过程(如结晶分异、地壳混染和熔/流体-矿物相互作用等)的全新工具.通过实例研究综述了原位Li同位素在镁铁-超镁铁质岩中应用的主要进展,主要包括:(1)美国Yellow Hill阿拉斯加型杂岩体Li同位素研究揭示弧岩浆早期堆晶过程可发生明显的Li同位素分馏;(2)土耳其和...