地幔和大洋玄武岩的钒同位素研究

钒(Ⅴ)是一个变价元素,其赋存状态和地球化学性质对环境的氧化还原条件非常敏感,因此Ⅴ同位素可以作为一个新的地球化学示踪剂来制约高温地质过程氧化还原条件的变化。随着多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)的发展,Ⅴ同位素的分析精度不断提高,高温地质过程的Ⅴ同位素分馏能够被分辨出来,使得Ⅴ同位素的高温地球化学研究得以开展。本文对地幔和大洋玄武岩的Ⅴ同位素组成进行了总结,综述了Ⅴ同位素在蚀变过程、部分熔融和分离结晶重要地质过程的分馏行为,对比了硅酸盐全地球与陨石之间Ⅴ同位素组成的差异,并探讨了高温Ⅴ同位素地球化学未来的发展方向。     

同位素和微量元素的三元混合模式判据及其应用

近年来，不少研究人员提出了利用同位素和微量元素比值或含量为参数的二元混合模式的方程、支霞臣等曾对三组分混合方程进行了讨论，但没有提出同位素比值混合方程和进行判别应用。本文将推导出三元混合模式的一般方程，同时给出此判据的应用实例。     

Lu-Hf同位素体系对若干基础地质问题的新制约(之二)--大洋地幔端元

报道了Ｌｕ－Ｈｆ同位素体系在地幔端元的地球化学研究中的部分最新应用成果。大量的大洋玄武岩Ｌｕ－Ｈｆ同位素研究表明：具亏损地幔端元（ＤＭＭ）来源的洋中脊玄武岩岩浆部分熔融的初熔区位于石留石稳定场深度,即深度为８０￣９０ｋｍ的石榴石二辉橄榄岩地幔,而不是原来所认为的尖晶石二辉橄榄岩区（深度小于６０ｋｍ）;以高放射成因Ｐｂ为特征的主Ｕ地幔端元（ＨＩＭＵ）应代表了下地幔物质在某一特定时期发生分异作用的结果     

同位素和微量元素n元混合方程的推导和地幔混合作用的研究

推导了任意个源区混合时同位素和微量元素所必须满足的普适方程;以二元混合作用为例详细讨论了在不同的条件下（比值-比值、比值-元素、比值-1／元素、元素-元素）该方程的展开和简化形式。从三元混合方程的展开形式可以看出,“地慢面”的概念是不能成立的,同时大洋玄武岩Nd,Sr和Pb同位素组成数据也并不支持大洋玄武岩为三元混合作用所形成这一假设。     

汉诺坝玄武岩的地球化学特征及成因模式

汉诺坝地区玄武岩具有以碧玄岩为先导,碱性玄武岩到拉斑玄武岩浆多韵次喷发的特点;从碱性玄武岩到拉斑玄武岩Ｍｇ＾＃逐渐增高,稀土元素丰度逐渐降低,轻稀土元素由较富集到较不富集。岩石化学,微量元素地球化学特征表明,从碧玄岩到拉斑玄岩浆的部分熔融程度逐渐增高的产物,未发生明显的分离的分结晶作用。     

赣南中侏罗世玄武岩的Pb-Nd-Sr同位素地球化学研究：中生代地幔源区特征及构造意义

赣南龙南—寻邬地区余田群菖蒲组底部的玄武岩形成于中侏罗世(172．6～175．6Ma)，其Pb，Nd，Sr同位素组成的特征为：富放射性成因铅((^206Ph／^206Ph)i=17．872～18．653，(^207Pb／^204Pb)i=15．434～16．131，(^208pb／^204pb)i=37．837～39．194)，中等的εNd(t)(-0．4～+1．1，平均值为0．1)及较高的ISr(0．70835～0．71115)。玄武岩在Ph-Ph图解上均投影于NHRL上方，A7／4Pb值为0．19—61．7(平均值为22．1)，AS／4Pb值为59．2～101．5(平均值为71．03)，△Sr值为80．0～111．5(平均值为91．5)，表明存在典型的Dupal同位素异常。根据Sr-Nd，Sr-Ph，Nd-Pb和Pb-Pb相关特征，判明赣南玄武岩是由亏损地幔端元(DMM)和EMⅡ型富集地幔端元在源区混合形成的。按Sr-Nd双变量二元混合模型计算得出源区物质中亏损地幔端元和EMⅡ富集地幔端元所占份额分别为58％～64％和42％～36％。赣南地区呈东西向展布的中侏罗世双峰式火山岩带反映了华南板块内部在燕山早期发生的一起重要伸展构造事件。根据Ph-Nd-Sr同位素地球化学及构造特征，推测赣南中生代地幔源区中的EMⅡ富集地幔端元组分可能源自冈瓦纳古陆。     

卡鲁溢流玄武岩由地幔羽—岩石圈混合作用形成的Re—Os同位素证据

大量证据表明大陆溢流玄武岩省与地幔羽活动有关。然而，溢流玄武岩所具有的放射性同位素特征往往超出了地幔羽源区（如海岛玄武岩所证实的）范围。这些特征较易解释为大陆岩石圈源于将温度较低的，难熔的地幔岩石圈贡献了富集同位素的（低＾１４３Ｎｄ／＾１４４Ｎｄ）物质。然而，对于将温度较低的，难熔的地幔岩石圈作为玄武质岩浆的一个重要源区的模式有不少反对意见。关于玄武岩的成因，Ｒｅ－Ｏｓ体系可以对地幔羽和大陆下岩石     

峨眉山溢流玄武岩省高钛玄武岩的两种不同地幔源特征

为探讨和揭示峨眉山高钛玄武岩的幔源特征,以二滩高钛玄武岩为研究对象进行了主要元素、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素的系统研究。研究表明:二滩高钛玄武岩可分为A和B两组玄武岩;两组岩石间的微量元素(Rb﹑K﹑Ba﹑Th﹑Nb和Ta)富集程度和微量元素比值(Ba/Nb﹑Ba/Th﹑Zr/Nb﹑Th/La、Zr/Hf)以及同位素比值(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、²⁰⁸Pb^*/206Pb^*)均存在较为明显的差异。造成这种差异的原因不是岩浆过程(结晶分异、地壳混染、部分熔融)的不同,而是A组和B组具有不同的地幔源。A组具有EM II特征,可能为富含辉石岩的交代地幔部分熔融所形成;B组则具有EM I和C组分的混合特征,可能为交代谱系较宽的地幔物质熔融所形成。     

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。     

大西洋中脊26°S玄武岩岩石成因及构造意义: 来自Hf同位素的约束

大西洋中脊是慢速扩张洋脊的典型代表。本文以大西洋中脊26°S地区脊轴及海山玄武岩代表性样品为研究对象, 开展系统的Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究, 并结合已发表的数据, 探讨研究区玄武岩成因及地幔源区性质和演化, 旨在为认识地幔不均一性和地幔柱-洋脊相互作用方式提供关键证据。样品主-微量元素与Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析结果表明, 所有样品均显示同位素富集的N-MORB特征。此外, 大西洋26°S玄武岩主微量元素和同位素具有较大的变化范围, 且同位素之间呈现出良好的相关关系, 表明其是亏损软流圈地幔熔融的结果, 但有富集组分参与。结合元素和同位素特征以及Sr-Nd-Hf同位素定量模拟结果, 富集组分可能为Tristan da Cunha地幔柱残余组分, 显示EMⅠ型富集地幔特征。同位素定量模拟结果表明: 海山玄武岩地幔源区组成为约90%~95%的亏损组分和10%~5%的富集组分; 而脊轴玄武岩地幔源区富集组分较少(< 5%)。点位6、7海山玄武岩样品显示高放射成因Pb同位素组成, 符合Dupal异常边界条件。定量计算表明, 造成其异常的原因可能与EMⅠ型组分参与有关, 这与同位素定量模拟结果相吻合。本文研究的同位素不同程度富集N-MORB可能的成因机制为: 远端地幔柱-洋脊相互作用, 即Tristan da Cunha地幔柱距离洋脊>1000km, 地幔柱在运移至大西洋中脊的过程中, 岩石圈厚度明显变薄, 为减压熔融的发生提供了良好条件, 使残余地幔柱物质不相容元素亏损, 但同位素组成保留源区富集的特征。地幔柱残余物质到达大西洋中脊下方后, 参与洋脊地区减压熔融, 最终形成研究区不相容元素亏损且同位素富集的N-MORB。因此, 本文研究的同位素富集的N-MORB可能记录了远端柱-脊相互作用和洋脊之下富集地幔柱物质再熔融的过程, 为认识地幔不均一性提供了新的岩石学和地球化学证据。因此, 地幔柱-洋脊相互作用不仅是E-MORB的可能成因, 对理解N-MORB形成也有十分重要的意义。

     

长白山玄武岩区盆地型地热水特征及成因模式

利用长白山玄武岩区地热井水化学、同位素数据以及地球物理勘探和地热井钻探资料,对研究区盆地型地热水资源特征及成因模式进行了研究。研究结果表明:研究区盆地型地热水属于低温地热水,漫江地热井和松江河地热井水温分别为31.2℃和29.5℃,化学组分阳离子以Na~+为主,依次为Ca~(2+),阴离子以HCO~3~-和Cl~-为主,水化学类型为HCO_3·Cl—Na·Ca;微量组分偏硅酸含量最大,其次为锶和硼酸盐。氚年龄均大于60a;漫江地热井热储层温度平均值为101.91℃,松江河地热井热储层温度平均值为99.71℃;漫江地热井热储循环深度为3.23 km,松江河地热井热储循环深度为3.16 km;地热成因模式为:热源为上地幔传导热;盖层为下更新统军舰山组(Qp~1j)、中生代侏罗系果松组(J_(2-3)g)、林子头组(J_3l)和三叠系长白组(T_3c),厚度约2300 m;热储层为古生界奥陶系马家沟组(O_1m)、冶里组(O_1y),亮甲山组(O_1l),张夏组(?_2z)和古元古界老岭群珍珠门组(Pt_1z),厚度在400 m以上;地热水接受大气降水和少量封存水补给,经深部循环(3.15～3.30 km),受大地热流传导热的加热,在浅部发生冷热水的混合,沿断裂通道向上运移。     

内蒙古集宁新生代玄武岩的地幔源区特征：元素及Sr-Nd-Pb同位素地球化学证据

内蒙古集宁玄武岩区位于华北克拉通北缘,东邻汉诺坝玄武岩区。由亚碱性的拉斑玄武岩及碱性的橄榄玄武岩、碧玄岩和碱玄岩组成。玄武岩的SiO2与TiO2含量分别为44．10～52．27wt．％和1．57～2．95wt．％,Mg^#（43—63）及Ni含量（27～210ppm）变化范围较大。集宁玄武岩的微量元素原始地幔标准化曲线及REE球粒陨石标准化曲线与OIB相似,Sr、Nd同位素比值显示了较汉诺坝玄武岩富集的特征。研究表明,虽然集宁玄武岩浆经历了一定程度的橄榄石、单斜辉石的分离结晶作用,但微量元素及Sr、Nd、Ph同位素特征排除了幔源岩浆在喷发到地表过程中受到地壳物质显著混染的可能性。^143Nd／^144 Nd ^87Sr／^86Sr vs．^206Ph／^204Pb的线性相关性表明,集宁玄武岩至少来自两个地幔端元组分：EMI和PREMA,且端元组分与汉诺坝玄武岩相似。尖晶石二辉橄榄岩的低程度部分熔融（2～5％）熔体与石榴石二辉橄榄岩更低程度部分熔融（〈2％）熔体的混合,可以解释集宁玄武岩稀土元素的变化特征。推测EMI位于岩石圈地幔之内且源区深度〈70km,PREMA则来自软流圈地幔。集宁碱性玄武岩与亚碱性玄武岩之间的地球化学差异,可能只是来自岩石圈地幔的EMI型熔体和来自软流圈地幔的PREMA型熔体在形成玄武岩浆时参与混合的比例不同,暗示该地区的岩石圈地幔与软流圈地幔之间经历了强烈的相互作用。集宁玄武岩与汉诺坝玄武岩相似的Sr、Nd、Pb同位素比值及相关性,说明它们具有相似的地幔源区,汉诺坝玄武岩的地球化学差异同样可以用EMI与PREMA组分对岩浆贡献程度的不同来解释。     

地幔Sr-Nd-Pb同位素演化的综合模型与n维同位素空间 “地幔面”的地质意义

在n维的Sr-Nd-Pb同位素空间中,几乎所有的大洋中脊玄武岩（MORB）和洋岛玄武岩（OIB）都落在一个虚拟平面上,被称为“地幔面（mantle plane）”。“地幔面”描述了大部分玄武岩的同位素地球化学特征,是最重要的、也是最早提出的地幔动力学演化特征之一,但是长期以来关于“地幔面”的内涵和意义并不清楚。本文通过一个综合模型,反演受岩浆作用控制的地幔微量元素（包括各种同位素母体元素）分异、Sr—Nd—Pb同位素演化,并推导出地幔Sr-Nd-Pb同位素演化的二元参数方程形式。模型表明,通过部分熔融向地壳输出相对富硅、富碱的物质成分,是地幔长期演化的主要特点,这个过程受到两个参数一部分融融程度（F）和岩浆分离的时间（t）-的控制,即n维参数可化为2维,因此在n维同位素空间出现“地幔面”的特征。壳源物资循环,能够使局部地幔偏离“地幔面”,就地幔总体统计特征而言,地壳混染的比例很低,不同的统计数据显示大约1％～6％的系统偏差,即可能的地壳混染程度;进一步模拟,可能作出更加精确的估算。     

北祁连九个泉玄武岩的形成环境及地幔源区特征：微量元素和Nd同位素地球化学制约

北祁连九个泉蛇绿岩中的玄武岩的MORB，根据其地质产状和地球化学特征又可以分为两部分，剖面下部的玄武岩为N－MORB，上部的玄武岩主要为E－MORB。玄武岩多数具有Nb负异常，从下向上，九个朱武岩的Th,Nb,LREE,Zr等含量及（La/Yb)N,(La/Sm)N,Ce/Zr,Zr/Y,Th/.La,Th/Yb比值逐渐增加，并伴随着Y，Yb,Lu,Sc含量，Zr/Nb和La/Nb比值以及εEd(t)的逐渐减小，不相容元素比值及εNd(t)之间具有很好的相关性，上述特征反映不均一地幔部分熔融过程中N－MORB源区和富集地幔之间的混合作用，微量元素和Nd同位素地球化学特征表明九个泉蛇绿岩形成于弧后盆地中的海山环境，玄武岩的化学成分在垂向上的变化记录了海山生长并逐渐远离扩张脊的动态的地质过程，海山可能是形成蛇绿岩的一种重要环境。     

全球洋岛玄武岩氦同位素组成的地幔动力学意义

洋岛玄武岩 (OIB)氦同位素组成 (3 He 4 He)在地理分布上具有非均匀性特征。3 He 4 He值为 5～ 6Ra 的OIB主要分布在南半球 ,而分布于冰岛和夏威夷 (包括Loihi)等地的OIB3 He 4 He值为 10～ 35Ra。低3 He 4 He值OIB具有富集大离子亲石元素U、Th的源区 ,由于U、Th衰变释放的4He同位素的积累导致其3 He 4 He值降低。该源区的形成是俯冲作用导致深海沉积物与地幔混合 ,其地理分布受Pangea大陆周边的古俯冲带制约。高3 He 4 He值OIB的源区则是亏损U、Th的地幔胞 (mantleblob) ,该地幔胞是由极度亏损U、Th的再循环洋壳或大陆下地壳与未排气的地幔胞混合形成的。经过 1～ 2Ga的演化形成即相对亏损4He同位素而3 He 4 He值高的源区。同时 ,这种地幔胞富集难融组分 ,所以较洋中脊玄武岩 (MORB)的源区更为稳定 ,即高3 He 4 He值源区的部分熔融需要更高的地幔温度。超级地幔柱上升可以导致地幔升温和高3 He 4 He值源区的熔融。3 He 4 He值OIB地理分布的非均匀性反映出全球地幔对流系统复杂的半球非对称性格局。     

东北镜泊湖新生代玄武岩的成因及其地幔源化学特征——Sr、Nd、Pb同位素与微量元素证据

本文综合运用Sr、Pb同位素和微量元素对东北镜泊湖新生代玄武岩的成因及其地幔源化学特征进行了较详细的讨论。提出本区新生代玄武岩有两种成因和来源,本区地幔具有似原始地幔的化学特征,与华北、华南等邻区相比,Sr、Pb同位素特征具有区域性差异。     

大陆溢流玄武岩的地球化学特征及起源

快速上涌的大陆溢流玄武岩（CFB），与大陆裂开存在密切的成因关系。CBF总体岩石及地球化学成分均一，富集同位素及不相容元素，但一些样品含有明显的亏损成分，反映出普遍的地幔不均一性，来自上下地幔边界及软流圈的地幔柱提供了CFB所需的主要物质和能量来源，地壳混染作用对CBF的成分影响不大，而受俯冲带脱水流体以及热地幔柱自身与围岩发生的交代作用影响。交代岩石圈地幔对CBF产生重要影响，很好地解释了CFB所具备的微量元素和同位素特征。     

西藏曲水岩基的Pb、Sr同位素组成及其三元混合成因模式

本文综合分析了西藏曲水岩基的Pb、Sr同位素组成特征，并运用同位素的混合模式对该岩基的物质来源和成因进行了进一步的深入研究。结果表明，该岩基的Pb、Sr同位素组成较好地符合三元混合模式。结合冈底斯岩带的地质、构造及其他地球化学特征，得出曲水岩基花岗岩类岩石的物质来源包括幔源岩浆、前造山带和上地壳物质三部分。