峨眉山高钛和低钛玄武岩的Mg同位素组成

<正>地幔的时空不均一性是地幔地球化学的基础科学问题。大洋玄武岩和地幔橄榄岩具有非常均一的Mg同位素组成(δ26Mg=-0.48‰~-0.06‰)[1-7]。但是,大陆玄武岩的研究却发现了例外,华北和华南克拉通的新生代玄武岩都具有轻的Mg同位素组成(-0.60‰~-0.35‰)[8-9]。因为难以被其它模型解释,这种轻Mg同位素特征被认为是源区受到再循环碳酸盐的影响,而Mg同位素可以作为再循环碳酸盐的有效示踪剂。为了探索利用Mg同位素示踪深部碳循环的应用范围,我们选取中国境内另一类典型的玄武岩——峨     

中国东部新生代玄武岩记录古太平洋俯冲带壳幔相互作用

大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩.      

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。     

南海及周缘地区地幔组成和动力学的岩石地球化学制约

南海及其周边(包括雷州半岛、海南岛、印支半岛)广泛分布新生代以来形成的板内玄武岩(弥散火成岩省),本文搜集了该区已发表的新生代玄武岩的地球化学数据并据此进行了总结分析。结果显示,该区板内火山岩主要分为拉斑玄武岩和碱性玄武岩两个系列,其微量元素组成为典型的洋岛玄武岩(OIB)特征。Sr-Nd-Pb-Hf同位素结果指示其源区为亏损地幔端元(DMM)与富集端元(EM2)二端元混合。总体上,相对橄榄岩源区形成的熔体而言,这些玄武岩具有低的CaO、较高的Fe/Mn、Zn/Mn及Zn/Fe值;同时,南海海盆玄武岩、海南岛和印支半岛玄武岩中的橄榄石斑晶相对典型地幔橄榄岩部分熔融形成的玄武岩橄榄石斑晶具有低的Ca和Mn含量,以及高的Ni含量和Fe/Mn值,显示其源区辉石岩组分含量较高。南海停止扩张后出现碳酸盐化火山岩并在地球化学上表现为向碱性玄武岩连续转化,同时海南岛和印支半岛的新生代玄武岩整体具有低于亏损橄榄岩地幔的Mg同位素组成,这些都表明南海及周缘地区的地幔源区中有俯冲板块带入的沉积碳酸盐混入。综上认为,该弥散火成岩省在地幔源区组成上均体现有"俯冲-再循环"组分的加入,该再循环地幔组分可能与该地区长期俯冲滞留板块的重熔有关。     

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     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体He-Ar同位素组成

宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成和流体含量分析表明，不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性，较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、Xe)具有更高的活动性和不相容性；该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征，以辉石巨晶为代表；地幔包体的3^He／^4He值较低，可能与地幔上隆过程中富集地幔流体的交代作用或地幔塑性变形作用丢失了部分原始He有关；大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成，反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右，二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高，可能有大气组分的混入。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义

通过对宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成的分析，认为不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性，较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、xe)具有更高的活动性和不相容性；该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征，以辉石巨晶为代表；地幔包体的^3He／^4He值较低，可能是地幔流体交代作用造成的；大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成，反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右，二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高，可能有大气组分的混合。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象，是核成因造成的。     

皖东上第三系玄武岩的地球化学特征和成因

郯庐断裂带东侧的皖东地区上第三系花果山组和桂五组玄武岩，是我国东部大陆大陆新生代玄武岩带中，尚未作详细地球化学研究的少数岩区之一。本文报道了该岩区２２个样品的常量元素和稀土等２０多种微量元素的丰度，以及其中１１个样品的Ｎｄ，Ｓｒ，Ｐｂ同位素组成，比较系统地提示了该大陆玄武岩套的地球化学特征。依据同位素和元素地球化学的制约，讨论了该岩套的成因及其地幔源区的性质和过程。该岩套来源于具ＥＭＩ型大洋玄武岩     

新生代火山岩的同位素地球化学揭示了位于美国西部地幔的不均匀性

美国西部新生代火山岩的同位素地球化学揭示了地幔源区显著的不均匀性。盆地及火山岩山脉已导出与洋中脊和夏威夷群岛玄武岩相类似的岩浆源。在塞拉后里昂区喷出的岩浆是形成干显著富化并含石榴石非均质地幔。在蛇河平原和黄石公园的双峰式流纹岩——玄武岩地区,还保留有地幔源区原始同位素特征的橄榄石拉斑玄武岩。     

六合—仪征第三纪碱性玄武岩的钕—锶同位素组成

本文报道了六合－仪征碱性玄武岩分布区１１个样品的同位素组成,１４３Ｎｄ／１４４Ｎｄ为０．５１２８４９～０．５１２９９３,８７Ｓｒ／８６Ｓｒ为０．７０３３６～０．７０４０４,类似于大洋玄武岩同位素体系中的ＰＲＥＭＡ地幔端元．玄武岩源区同位素和微量元素的解耦特征表明地幔源区演化的多阶段性。     

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     

山东蓬莱,临朐新生代碱性玄武岩的钕,锶同位素组成

本文报道了鲁东和鲁西新生代碱性玄武岩１３个样品的Ｎｄ，Ｓｒ同位素组成，１４３Ｎｄ／１４４Ｎｄ＝０．５１２９６７－０．５１２７４４，８７Ｓｒ／８６Ｓｒ＝０．７０３４９－０．７０４５０。它们在地质剖面上呈现规律性变化，可能与其地幔源区同位素组成的层状分带有关。鲁西地幔源区具有较鲁东更加亏损的组份。两地地幔源区在演化中都曾发生过地幔交代（或富集）作用，根据玄武岩Ｎｄ同位素模式年龄估计地幔交代作用发生的时     

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。

     

山东蓬莱、临朐新生代碱性玄武岩的钕、锶同位素组成

本文报道了鲁东和鲁西新生代碱性玄武岩13个样品的Nd、Sr同位素组成,~(143)Nd/~(144)Nd=0.512967—0.512744,~(87)Sr/(86)Sr=0.70349—0.70450。它们在地质剖面上呈现规律性变化,可能与其地幔源区同位素组成的层状分带有关。鲁西地幔源区具有较鲁东更加亏损的组份。两地地幔源区在演化中都曾发生过地幔交代(或富集)作用,根据玄武岩Nd同位素模式年龄估计地幔交代作用发生的时间为0.45Ga。     

北部湾涠洲岛及斜阳岛火山岩微量元素和同位素地球化学及其构造意义

本文在北部湾内一对姊妹火山岛即涠洲岛及斜阳岛火山地质研究基础上,进一步开展火山岩微量元素和Sr-Nd-Pb同位素,以及地幔橄榄岩Re-Os同位素地球化学研究.岛上早晚两期火山岩均为碱性玄武岩,分别属于碱性橄榄玄武岩和碧玄岩.碧玄岩为玻基斑状结构,舍地幔橄榄岩碎块(一般<1cm),表明为地幔岩浆快速喷出地表冷凝而成,岩浆上升过程中极少演化.火山岩微量元素和Sr-Nd-Pb同位素资料表明,涠洲岛及斜阳岛玄武岩与雷琼及北部湾周边、南海海盆玄武岩类似,具有亏损地幔的Sr、Nd同位素组成与Pb同位素显示的EMII富集地幔特征的Dupal异常,表明岩浆并非来自单一地幔源区,不可与OIB或MORB源区简单类比,也非地幔柱成因,而是由两个不同的地球化学组分混合而成.Re-OS同位素特征也指示地幔橄榄岩捕虏体来源于亏损的岩石圈地幔,而非核幔边界.推测涠洲岛及斜阳岛与雷琼及北部湾周边的岩浆可能是由于南海扩张后大陆裂解-软流圈地幔热物质上涌,与上覆薄而年轻的岩石圈地幔相互作用的产物.     

全球幔源岩Pb-Sr-Nd同位素体系

根据各种同位素数据库得到的3万多个晚古生代以来的幔源岩(包括洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、岛弧火山岩、大陆与大洋溢流玄武岩以及大陆板内玄武岩)Pb-Sr-Nd同位素资料和图解分析,对各类火山岩的源区以及地幔的垂向与横向不均一性问题作了进一步讨论。笔者认为不存在具有公共性质的EM1、EM2和HIMU地幔端员,它们的源区可能来自上、下地幔过渡带,只在局部地区出现,独一无二。PREMA(FOZO)则是洋岛玄武岩和溢流玄武岩公共端员。DUAPAL异常现象不只是在洋中脊玄武岩中出现,在洋岛玄武岩、岛弧火山岩和大洋溢流玄武岩中也存在同步的地球化学分区现象。溢流玄武岩的同位素体系特征表明它们的源区涉及再循环地幔的壳幔混合、岩石圈减压熔融、上—下地幔过渡带和似原始-略亏损的下地幔。Pb同位素体系为鉴别俯冲带的存在提供了更严格的证据,这种鉴别表明,安第斯弧火山作用不是洋陆俯冲带产生的。     

从大陆火山岩视角了解深部地幔化学储库的属性

洋岛玄武岩（OIB）在同位素组成上的显著变化表明深部地幔在化学上是高度不均一的,存在EM1、EM2和HIMU等地幔端元。现有OIB的地球化学证据支持EM1、EM2和HIMU源区多存在再循环地壳物质,因此对地幔端元属性的精准约束是探讨壳幔物质循环和地球深部过程的关键。基于近年来来自OIB的Mg、Fe、Zn等金属稳定同位素和橄榄石斑晶元素地球化学方面的观察,本文在重新梳理不同地幔端元在成因上的联系和区别的基础上,把EM1和EM2归类为残余型富集储库（residual-type enriched reservoir）、HIMU归为交代型富集储库（metasomatic-type enriched reservoir）。相对于OIB,大陆幔源火山岩的熔融程度普遍要低得多,更有利于保存富集组分的地球化学信息。另外,洋岛玄武岩主要分布在南半球,大陆火山岩主要分布于北半球,后者可以弥补前者在空间上代表性不足的缺陷。因此,大陆火山岩有潜力成为观察深部地幔储库的新视角。

     

长江中下游中生代安山质火山岩记录的新元古代大洋板片-地幔相互作用

大陆弧安山岩的形成是大洋板片向大陆边缘之下俯冲的结果,但是在具体形成机制上存在很大争议.针对这个问题,对长江中下游地区中生代安山质火山岩及其伴生的玄武质和英安质火山岩进行了系统的岩石地球化学研究,结果对大陆弧安山质火成岩的成因提出了新的机制.分析表明,这些岩石形成于早白垩世,它们不仅表现出典型的岛弧型微量元素分布特征,而且具有高度富集的Sr-Nd-Hf同位素和高的放射成因Pb以及高的氧同位素组成.通过全岩和矿物地球化学成分变化检查发现,地壳混染和岩浆混合作用对其成分的富集特征贡献有限,而其岩浆源区含有丰富的俯冲地壳衍生物质才是其成分富集的根本原因.虽然这些火山岩的喷发年龄为中生代,但是其岩浆源区形成于新元古代早期的华夏洋壳俯冲对扬子克拉通边缘之下地幔楔的交代作用.大陆弧安山岩地幔源区中含有大量俯冲洋壳沉积物部分熔融产生的含水熔体,显著区别于大洋弧玄武岩的地幔源区,其中只含有少量俯冲洋壳来源的富水溶液和含水熔体.正是这些含水熔体交代上覆地幔楔橄榄岩,形成了不同程度富集的超镁铁质-镁铁质地幔源区.在早白垩纪时期,古太平洋俯冲过程的远弧后拉张导致中国东部岩石圈发生部分熔融,其中超镁铁质地幔源区熔融形成玄武质火山岩,镁铁质地幔源区则熔融形成安山质火山岩.因此,大陆弧安山岩成因与大洋弧玄武岩一样,可分为源区形成和源区熔融两个阶段,其中第一阶段对应于俯冲带壳幔相互作用.      

HIMU型洋岛玄武岩的地球化学特征

    洋岛玄武岩的元素和同位素地球化学特征可以示踪深部地幔的化学结构和化学演化过程。HIMU(Highμ,μ=238U/204Pbt=0) 型玄武岩是一类元素和同位素组成特殊的洋岛玄武岩,被认为与地幔柱中再循环的洋壳物质直接相关,因此,HIMU型玄 武岩的成因是地幔柱（热点） 研究中长期关注的话题。本文概述了HIMU型玄武岩的地球化学定义,对HIMU洋岛的分布、 火山演化阶段以及岩性变化做了综合阐述,并在对比经典HIMU型玄武岩与其他板内玄武岩元素地球化学特征、放射成因 同位素组成以及惰性气体同位素组成特征的基础上,简要探讨其源区组成和成因上的不同。