含油气盆地二氧化碳成因研究

CO2地质问题是当今地球科学的前沿和热点问题。含油气盆地CO2的成因至少包括:①未脱气地幔岩浆脱气作用;②地壳岩石熔融脱气作用;③海相碳酸盐岩热分解作用;④碳酸盐胶结物热分解作用;⑤有机成因的CO2。这些不同来源的CO2各有其地球化学特征。近年来大量地球科学研究发现,全球含油气盆地已发现的高含CO2气藏中CO2主要是由未脱气地幔的脱气作用贡献的。这种成因CO2具有典型-4‰(PDB)的碳同位素组成特征。未脱气地幔在地球演化过程中几乎没有进行过脱气或组分分异,它保持着原始地幔的富气特征,其含气丰度约是脱气地幔含气丰度的99倍。因此,未脱气的幔源岩浆脱气作用成为含油气盆地CO2的最主要来源。     

地球早期地幔化学不均一性及其成因机制

早期地球是地球科学前沿研究方向之一,涉及地-月形成、核幔分异、原始大气圈和水圈的形成等关键科学问题。地幔是硅酸盐地球的主要组成部分,也是地球上最大的化学储库,其早期演化为揭示早期地球增生、核-幔分异、壳-幔分异等重大地质事件提供重要制约。近年来,地球早期地幔不均一性逐渐被认知,本文在总结早期地幔不均一性的稀有气体同位素、钕同位素和钨同位素等证据基础上,探讨了早期地幔不均一性形成动力学机制,并指出发展高精度同位素分析技术,结合地球物理和实验岩石学,揭示核幔边界结构、核幔物质交换过程是深入研究早期地幔不均一的重要发展方向。

     

地幔流体及其成矿作用

地幔流体及其成矿作用的研究是当前地学界倍受关注的前沿课题。地幔流体是一种以CO2和H2 O为主、同时含有一定量的溶质成分、相对富集大离子等不相容元素的超临界流体 ,具有独特的溶解和输运能力 ,主要来源于俯冲板块的脱水、脱气作用和地核及地幔脱气作用。地幔流体在许多大型—超大型金属、非金属、油气矿床和矿集区形成过程中具有重要意义。地幔流体成矿作用主要表现为本身成矿、提供成矿物质、成矿流体和成矿热动力。地质构造背景、岩浆活动、矿床地质、矿床地球化学等方面的研究均可提供地幔流体成矿作用的证据。地幔流体成矿作用的主要特征是矿床具有深大断裂构造背景、伴随幔源岩浆活动、成矿物质和成矿流体具有幔源性、往往形成大型—超大型矿床和矿集区     

大陆地幔交代作用:地台活化的先驱事件?

地幔交代作用已得到幔源岩石地球化学研究的证实,并已广泛地用于解释上地幔的不均一性、地幔地球化学演化和幔源碱性岩浆的成因问题。本文通过分析国内外某些典型地洼区(中国滇西、华北;西德莱茵地堑;东非裂谷;澳大利亚东部;法国中央地块)幔源岩石的微量元素和Sr、Nd、Pb同位素资料,发现这些地洼区在地台阶段向地洼阶段转化过程中,上地幔化学结构由亏损状态向富集状态转化。上地幔的化学结构的这种转化主要由地幔交代作用所造成。同位素体系计时结果表明地幔交代作用是导致地台活化的先驱事件。地幔交代作用不仅改变了上地幔的化学结构,而且导致交代地幔热流升高、密度减小、体积膨大、固相线下降。所有这些效应加剧了地幔的蠕动和向地壳的热量释放,并产生地台的活化。     

幔源CO_2释出机理、脱气模式及成藏机制研究进展

针对幔源CO2如何从地幔岩浆中脱出并进入沉积地层中形成CO2气藏聚集这一关键问题,总结了国内外研究进展和前缘方向。研究表明,地幔深部的碱性玄武岩浆和碱性岩浆才是深部流体和CO2等挥发份大量赋存、渗滤和释出的场所。浅成侵入岩、次火山岩和火山通道等是CO2释放和聚集的有利位置,岩浆期后和岩浆衰弱期的热液活动阶段是CO2大量释放和聚集的有利时期。幔源CO2进入沉积盆地中具有3种脱气模式,即沿岩石圈断裂直接脱气模式、热流底辟体脱气模式和壳内岩浆房-基底断裂组合脱气模式。CO2的固有物化性质决定其运移相态多样,具有运移和聚集过程同步的特征。只有在满足大量的化学消耗及地层水或原油的溶解和耗散之后才能形成CO2有效聚集。幔源CO2成藏和分布主要受岩浆气源体和气源断裂体系的控制。今后,在超临界CO2及其对油气运移聚集的作用、CO2与深大断裂及火山岩的关系、CO2脱气运移机制、CO与常规烃类油气的耦合差异成藏机制等方面仍需要进一步的研究和探索。     

幔源铀成矿作用探讨

地幔流体及深源铀成矿作用是当前铀矿地学界备受关注的前沿课题。文章扼要阐述了幔源铀成矿的地球动力学背景,评述了热点铀成矿理论。通过地幔流体参与铀成矿的现实性与地幔含铀性的论证,结合粤北“交点型”铀成矿地质地球化学特征,认为地幔中铀含量存在不均一性,在大陆型热点活动（地幔柱）区的岩石圈地幔通常含有较高的铀丰度;提出在热点驱动下,地幔流体（如CO2、F等）能够溶解或萃取地幔岩中的铀并得以浓集形成富铀成矿流体,幔源铀成矿是可能的。对幔源铀成矿作用机理作了初步探讨。     

地幔柱稀有气体同位素示踪研究的进展及其意义

利用地幔柱、上地幔和地壳在稀有气体同位素组成方面的明显差异,国际上在对地幔柱进行示踪和判识方面已取得了良好的效果。地幔柱的3He/4He值大于8～8.5Ra(Ra=1.4×10-6),且高于上地幔和地壳值;地幔柱的20Ne/22Ne值大于等于10.8,与上地幔值接近,但地幔柱的21Ne/22Ne值低于上地幔值;地幔柱的40Ar/36Ar值一般明显低于上地幔值;地幔柱的129Xe/130Xe和136Xe/130Xe值普遍高于上地幔和地壳值,且高于上地幔值约10%以上。中国东部新生代地幔岩的3He/4He值总体在上地幔3He/4He端员值(8±1Ra)的上下变化,与地幔柱的3He/4He值差异较大。大火成岩省(LIP)的形成与深部地幔柱的活动有关,峨眉山玄武岩是中国目前唯一被学术界普遍认可的LIP。开展包括峨眉山玄武岩在内的有关地幔柱稀有气体同位素示踪方面的研究,对于深化中国地幔柱领域的研究和推动大陆动力学研究的进程具有重要意义。     

汉诺坝玄武岩及幔源包体对大陆地幔不均一性的指示

了解大陆地幔的不均一性对于理解地壳成分再循环、壳-幔相互作用等过程至关重要。本文通过对华北克拉通北缘汉诺坝地区来自不同地幔深度幔源岩石（玄武岩及橄榄岩和辉石岩包体）的研究进行综述,探讨了地幔在垂向上成分的不均一性特征。汉诺坝玄武岩的研究揭示了汉诺坝地区软流圈顶部存在再循环的碳酸盐化榴辉岩以及岩石圈底部具有富集的古老洋壳和沉积物成分。另外,玄武岩携带的橄榄岩和多类型辉石岩包体记录了不同来源（蚀变洋壳、沉积碳酸盐岩、碎屑沉积物、拆沉下地壳、软流圈）且不同成分（硅酸盐、碳酸盐）的熔/流体活动。富集地壳来源的熔/流体加入明显影响了汉诺坝地区陆下地幔成分的均质性,使得陆下地幔在微米至千米尺度存在明显的成分不均一特征。汉诺坝地区陆下地幔不均一性的认识为了解地壳物质再循环提供了绝佳的窗口。

     

地幔流体组成

地幔流体是当今地球科学研究中的前沿领域之一 ,具有重要的研究价值。文中总结了地幔流体组成研究的手段、实验方法及近年来的进展 ,探讨了目前存在的问题 ,认为当前需进一步工作的领域有 :(1)确定适宜于地幔流体组成测定的实验方法 ,以便进行全球数据对比 ;(2 )开展不同类型地幔源区中地幔流体稀有气体同位素体系与PbSrNdHfOs同位素体系的对比性研究 ;(3)对不同构造单元中的地幔流体进行研究 ,建立不同端员地幔源区的地幔流体组成和稳定同位素制约因素 ;(4 )研究壳幔相互作用过程中的地幔流体 ,确定地幔流体中再循环地壳组分的鉴别标志 ;(5)在全球范围内探讨地质历史时期地幔流体的组成、性质、运移及演化规律 ;(6 )开展幔源H2 及烃类的研究 ,为非生物成因天然气理论及勘探提供依据。     

双辽新生代玄武岩及地幔捕虏体内流体的组成、碳同位素特征及其来源

幔源玄武岩及地幔捕虏体中所含的地幔流体挥发分对于认识岩浆源区特征及岩石圈地幔演化具有重要意义。本文对东北地区双辽新生代玄武岩及其携带的地幔捕虏体中流体挥发分进行研究,探究地幔流体特征与来源。双辽玄武岩橄榄石斑晶和地幔捕虏体内发育早期、晚期两类流体包裹体,早期流体包裹体中的挥发分代表矿物形成时捕获的岩浆原始流体挥发分,主要在高温段(600~1200℃)释出,晚期流体包裹体中的挥发分代表矿物形成后捕获的交代或蚀变流体挥发分,主要在低温段(200~600℃)释出。地幔捕虏体原始流体挥发分主要为H_2O、CO和H_2,其次为CO_2,并含有少量CH_4等烃类。地幔捕虏体交代流体挥发分与双辽玄武岩橄榄石斑晶原始流体挥发分相似,主要为CO_2和H_2O,其次为CO和H_2,含有少量烃类。地幔捕虏体原始流体挥发分、交代流体挥发分及玄武岩橄榄石斑晶原始流体挥发分中,CO_2和烃类碳同位素均具有有机成因特征,表明岩石圈地幔及玄武岩岩浆源区内均存在有机质热解产物的混入,玄武岩岩浆源区及岩石圈地幔交代流体中的有机成因挥发分主要来自于俯冲太平洋板片之上的沉积有机质。双辽玄武岩斜长石斑晶和基质流体挥发分含量较高,主要为H_2O和CO_2,相对于橄榄石原始流体挥发分具有较轻的CO_2碳同位素组成,这种现象表明岩浆上升过程中发生了明显的脱气作用。     

地幔脱气作用和大气圈惰性气体形成与演化

惰性气体同位素地球化学是研究地幔脱气作用和地球大气形成与演化的有效工具。根据惰性气体提供的信息,地球大气圈中惰性气体主要由地幔脱气形成。地球有三个截然不同的惰性气体储集库：ＭＯＲＢ（洋中脊玄武岩）型地幔（大量脱了气的地幔）,Ｌｏｉｈｉ（夏威夷洛尹黑海山）型地幔（少量脱了气的地幔）,和大气圈＋海洋＋大陆地壳。为了探索这三个气体储集库之间的联系,国外学者已建立了三种地幔脱气模式：①整体脱气（ＢＤ）模式,②溶解度控制脱气（ＳＣＤ）模式,和③稳定态脱气（ＳＳＤ）模式。其中ＳＣＤ模式能较好地解释各储集库中惰性气体同位素体系特征。ＳＣＤ模式认为地幔中各种气体的脱出程度和脱出历史不完全相同,主要受气体在硅酸盐熔体中的溶解度所控制,因而认为地球大气中的各种气体的演化史也不完全相同。从地球形成时算起,大气中惰性气体主要形成和演化的平均时间分别为：１３０Ｘｅ为（２１±７）Ｍａ,３６Ａｒ为（５６±１９）Ｍａ,３Ｈｅ为（３１０±１２０）Ｍａ,４０Ａｒ为１５００Ｍａ,４Ｈｅ为８００Ｍａ。     

Compositions of Upper Mantle Fluids Beneath Eastern China: Implications for Mantle Evolution

The composition of gases trapped in olivine, orthopyroxene and clinopyroxene in Iherzolite xenoliths collected from different locations in eastern China has been measured by the vacuum stepped-heating mass spectrometry. These xenoliths are hosted in alkali basalts and considered as residues of partial melting of the upper mantle, and may contain evidence of mantle evolution. The results show that various kinds of fluid inclusions in Iherzolite xenoliths have been released at distinct times, which could be related to different stages of mantle evolution. In general, primitive fluids of the upper mantle (PFUM) beneath eastern China are dominated by H2, CO2 and CO, and are characterized by high contents of H2 and reduced gases. The compositions of PFUM are highly variable and related to tectonic settings. CO, CO2 and H2 are the main components of the PFUM beneath cratons; the PFUM in the mantle enriched in potassic metasomatism in the northern part of northeastern China has a high content of H2, while CO2 a     

Observation of Catastrophic Degassing from Mantle-Crust in Yinggehai Basin, South China Sea

Previousworkshavenotonlywellestablishedtheiso topiccriteriaforrecognizingdifferentsourcesofnoblegases(ref.PintiandMarty ,2 0 0 0 ;Sardaetal.,1985 ) ,butalsoadvocatedtheintegrationofC/ 3Heratioswithstableisotoperatiostoprovideaninsightintotheoriginsofmantle derivedCO2 (Ballentineetal.,2 0 0 1,2 0 0 0 ;Lollaretal.,1997;Pedronietal.,1996 ;Trulletal.,1993;MartyandJam bon ,1987;DesMarais ,1985 ) .Inmanycases,however,thenoble gassignatureandC/3Heratiocannotbesimplyusedtoindicatetheoriginsofsuc…     

地球岩石中稀有气体研究进展

简要回顾了90年代以前在地球岩石稀有气体研究领域取得的成果,总结了90年代以来该领域的最新成就,最后指出了存在的问题。     

幔源岩浆去气形成富二氧化碳含金流体——可能性与现实性

综合国内外研究资料并结合笔者的研究成果 ,评述了幔源岩浆去气形成富二氧化碳含金流体的可能性和现实性。笔者认为 ,在地幔熔融和富集交代过程中可以形成富金和二氧化碳的岩浆 ,进一步在岩浆去气过程中金可以气相形式随二氧化碳排出 ,而一个由深部稳定热源驱动、富含幔源岩浆去气带入的二氧化碳和金并与地壳浅部流体混合的热液环流系统是形成重要金矿化的必要条件。     

中国天然气中稀有气体丰度和同位素组成

中国天然气中稀有气体丰度和同位素组成徐胜（中国科学院兰州地质研究所，兰州７３００００）关键词中国天然气、稀有气体丰度和同位素、稀有气体来源稀有气体在地质作用过程中的丰度和同位素组成变化几乎不受复杂化学反应的影响，而主要取决于溶解、吸附、吸着和核反应等...     

Fluid inclusions in mantle xenoliths

Fluid inclusions in olivine and pyroxene in mantle-derived ultramafic xenoliths in volcanic rocks contain abundant CO₂-rich fluid inclusions, as well as inclusions of silicate glass, solidified metal sulphide melt and carbonates. Such inclusions represent accidentally trapped samples of fluid- and melt phases present in the upper mantle, and are as such of unique importance for the understanding of mineral–fluid–melt interaction processes in the mantle. Minor volatile species in CO₂-rich fluid inclusions include N₂, CO, SO₂, H₂O and noble gases. In some xenoliths sampled from hydrated mantle-wedges above active subduction zones, water may actually be a dominant fluid species. The distribution of minor volatile species in inclusion fluids can provide information on the oxidation state of the upper mantle, on mantle degassing processes and on recycling of subducted material to the mantle. Melt inclusions in ultramafic xenoliths give information on silicate–sulphide–carbonatite immiscibility relationships within the upper mantle. Recent melt-inclusion studies have indicated that highly silicic melts can coexist with mantle peridotite mineral assemblages. Although trapping-pressures up to 1.4 GPa can be derived from fluid inclusion data, few CO₂-rich fluid inclusions preserve a density representing their initial trapping in the upper mantle, because of leakage or stretching during transport to the surface. However, the distribution of fluid density in populations of modified inclusions may preserve information on volcanic plumbing systems not easily available from their host minerals. As fluid and melt inclusions are integral parts of the phase assemblages of their host xenoliths, and thus of the upper mantle itself, the authors of this review strongly recommend that their study is included in any research project relating to mantle xenoliths.     

地幔流体与地球的放气作用

地幔流体的形成、聚集和渗透是引起地幔交代作用的主要营力。地幔交代作用发育的强弱决定着所生成岩浆的碱性程度。地幔流体和部分熔融体高度富集不相容元素,它们与亏损地幔的相互作用可以使后者发生ＬＲＥＥ和不相容元素的局部富集。通过板块俯冲作用使地球表层的ＣＯ２进入地幔,参加地球的碳循环。热点岩浆来源的ＣＯ２中含有部分循环的ＣＯ２,而大洋中脊玄武岩中的ＣＯ２主要是原始地球的ＣＯ２。携带ＣＨ４和Ｈ２Ｏ的流体渗透至被俯冲带带入地幔的物质,使碳酸盐化的榴辉岩还原而形成含金刚石的榴辉岩和富水流体,并诱发局部熔融,所形成的熔体以火山喷发的形式上升到地表。地幔岩石中含有大量的流体,它们主要以流体包裹体的形式存在于地幔矿物中。几乎在所有的上地幔环境下形成的矿物中均找到了流体包裹体。包裹体内流体的成分主要是ＣＯ２,ＣＨ４,Ｈ２Ｏ及少量Ｈ２,Ｎ２等。     

地幔流体的前缘研究

地幔流体是与地幔环境处于平衡的气体和挥发分。其主要化学组分为碳、氢、氧、氮、硫（ＣＨＯＮＳ）。它以富于地球内部原始组分为特征，但也包含部分再循环组分。地幔挥发分在弱还原条件下主要为ＣＯ２－Ｈ２Ｏ，强还原环境则以ＣＨ４－Ｈ２Ｏ－Ｈ２为主。地幔流体地球化学的重要性质为：（１）易溶于硅酸盐熔体；（２）净化作用；（３）再沉淀作用。近年来，有关地幔流体中稀有气体和挥发分的起源、分布及同位素组成等前缘领域的研究已取得重要进展。当前拟优先探索的问题包括气体裂化与金刚石成因，非生物成因地幔烃，地幔流体与成矿作用，以及地幔挥发分注入与地壳重熔等。     

Mantle Redox State Evolution in Eastern China and Its Implications

Using the secondary spinel standard, the authors have precisely measured the Fe3+/∑ Fe values of spinels in mantle xenoliths from Cenozoic basalts in eastern China, and estimated the oxygen fugacities recorded by 63 mantle xenoliths through olivine-orthopyroxene-spinel oxygen barometry. The results indicate that the oxygen fugacities of the lithospheric mantle in eastern China are higher in the south than in the north. Among them, the oxygen fugacity of the North China craton lithospheric mantle is the lowest, similar to that of the oceanic mantle, while that of Northeast and South China are the same as that of the global continental mantle. The variations of mantle redox state in eastern China are mainly controlled by the C-O-H fluids derived from the asthenospheric mantle. According to the mantle oxidation state, it can be concluded that the C-O-H fluids in the lithospheric mantle of eastern China consist mainly of CO2 and minor H2O, but CH4-rich fluids should come from the asthenosphere where the ox