俯冲进变质过程中铁同位素分馏行为——以大别—苏鲁造山带为例

<正>大量研究表明,上地幔铁同位素组成是不均一的,上地幔平均值为δ56Fe=0.025±0.025‰[1]。玄武岩具有比上地幔整体偏重的铁同位素组成,因产出构造环境不同其δ56Fe略有不同:洋中脊玄武岩(MORB)δ56Fe=0.105±0.039‰(2SD,n=46);洋岛玄武岩(OIB)δ56Fe=0.121±0.075‰(2SD,n=61);岛弧玄武岩(IAB)δ56Fe=0.060±0.089‰(2SD,n=25)。地幔部分熔融过程中,铁同位素存在显著分馏,显著不同于其他类     

板块俯冲过程中的Mg-Li-Fe-Cr同位素分馏

金属稳定同位素体系是示踪板块俯冲对壳幔物质再循环影响的全新工具,因此其在俯冲带的地球化学行为备受关注.Mg同位素在俯冲过程中不发生显著分馏,但大陆玄武岩具有低于洋中脊玄武岩的Mg同位素,这可能是碳酸岩的俯冲再循环导致的.与角闪岩继承原岩的Li同位素组成不同,榴辉岩具有轻于原岩的Li同位素组成,可归因于俯冲折返过程中的动力学扩散、脱水反应或低Li同位素的流体交代.作为变价元素,Fe和Cr的同位素在榴辉岩的形成过程中均不发生显著分馏,但是蛇纹岩的Fe同位素和Cr同位素与氧逸度指标具有相关性,指示氧化还原条件变化时脱水过程或流体交代会导致同位素分馏.      

中国东部橄榄岩包体和榴辉岩中CO_2流体包裹体的碳同位素组成

应用阶段加热技术 ,对中国东部新生代玄武岩中的橄榄岩包体和大别造山带超高压榴辉岩进行了包裹体 CO2 的碳同位素组成测定。结果表明 ,橄榄岩的δ1 3C值变化较大 ,从 - 2 2 .8‰到 0 .7‰ ,明显不同于前人报道的低δ1 3C值 (- 2 8‰～- 2 0‰ )特征 ,指示中国东部地幔流体中 CO2 的碳同位素组成是不均一的 ,反映了地壳有机碳与原生地幔碳的混合特征。大别造山带榴辉岩的 δ1 3C变化从 - 18.5‰到 4 .6‰ ,同样明显不同于前人报道的低 δ1 3C值 (- 30‰～ - 2 0‰ )特征。榴辉岩的低δ1 3C值指示了板块俯冲前其玄武岩原岩受到地表含有机碳流体蚀变后的碳同位素特点 ,而较高的δ1 3C值反映了板块折返过程中榴辉岩受淋滤大理岩的富 CO2 流体叠加的退变质效应。橄榄岩包体和超高压榴辉岩的轻碳同位素共同特点反映了板块俯冲引起的壳—幔物质相互作用和碳同位素地球化学再循环 ,指示中国东部岩石圈地幔含有丰富的地壳有机碳组分     

壳-幔演化和板块俯冲作用过程中的硼同位素示踪

硼同位素是近年来发展起来的一门新兴的稳定同位素地球化学方法。硼有两个稳定同位素 :10 B和11B。硼同位素组成自然界变化十分大 ,δ11B值为 - 37‰～ +58‰。对地幔岩石的硼同位素研究表明 ,原始地幔的δ11B值为 - 10‰± 2‰ ,B的质量分数估算为 (0 2 5± 0 1)×10 -6。相对而言 ,地壳岩石的B含量和δ11B值均较高。由于壳、幔岩石具有不同的B含量和δ11B值 ,硼同位素已被广泛应用于研究壳幔演化和板块俯冲作用过程 ,用于示踪俯冲板块中大洋沉积物和蚀变洋壳在地幔中的循环。     

锂同位素及其地质应用研究进展

锂同位素示踪是近几年发展起来的一门新兴的稳定同位素地球化学方法,锂有两个稳定同位素：^6Li和^7Li。自在界锂同位素的组成变化很大,其δ^6Li值变化幅度超过60‰,现代大洋水的δ^6Li值为－31．0‰,洋中脊玄武岩（BORB）的δ^6Li值为－4．7‰--3.7‰,由于锂同位素存在大的分馏和不同地质体中在截然不同的δ^6Li值,因此锂同位素地质应用前景十分广泛。目前,锂同位素在研究星云形成过程和宇宙事件,洋壳蚀变和海底热液活动,壳－幔物质循环和板块俯冲作用过程,判断卤水起源和演化等方面的研究中成效显著。     

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。     

中国东部及南海西部陆缘CO2气藏形成机理

以我国东部及南海西部陆缘众多CO2气葳为依据，分析了气藏中气体组分、同位素组成及分布特征，指出该地区从北至南分布着一巨型北东向岩浆幔源无机成因CO2气藏带，莺歌海盆地中具有壳幔混源特征，其形成机理与欧亚板块和太平洋板块碰撞俯冲带所形成的构造岩浆作用有关；靠近俯冲带，热源体以火山岩体、基性玄武岩为主，远离俯冲带则以泥底辟热流体为主；超壳断裂是幔源气和热源的输运通道。     

蚀变洋壳和俯冲带变质流体的Fe-Mg同位素组成

贫碳酸盐的蚀变洋壳具有与新鲜洋中脊玄武岩一致的Mg同位素组成,说明低温和高温洋壳蚀变不会导致Mg同位素分馏.大别山港河和花凉亭的早期变质脉比榴辉岩具有偏高的δ56Fe-δ26Mg值,而且早期到晚期变质脉的δ56Fe-δ26Mg值逐渐降低.这些结果说明,在流体-岩石反应和流体演化过程中,Fe-Mg同位素发生了显著的分馏,且矿物溶解-再沉淀是同位素分馏的控制因素.相比洋中脊玄武岩,蚀变洋壳和变质脉具有相似或偏高的δ56Fe-δ26Mg值,说明蚀变洋壳脱水产生的流体富集重Fe-Mg同位素,不能解释弧岩浆岩的轻Fe/重Mg同位素组成.因此,弧岩浆岩异常的Fe-Mg同位素组成是熔体提取和富集54Fe-26Mg的蛇纹岩流体交代地幔楔两个过程共同作用的结果.      

滇西北北衙超大型金多金属矿床铁质来源于玄武岩的新证据

北衙超大型金多金属矿床是三江特提斯成矿域中喜马拉雅期斑岩成矿系统的典型代表。通过对石英二长斑岩、玄武岩、蚀变玄武岩、斑岩型黄铁矿及夕卡岩型块状磁铁矿的Fe同位素、稀土元素与微量元素组成的研究,示踪了该矿床Fe质来源。Fe同位素组成分析结果表明,石英二长斑岩δ~(56)Fe值变化范围为0.542‰~0.641‰,比地质储库中的火成岩明显富集Fe的重同位素;矿区外围玄武岩δ~(56)Fe值变化范围(0.082‰~0.186‰)基本与地球化学储库的玄武岩δ~(56)Fe值变化一致,但是蚀变玄武岩δ~(56)Fe值变化范围为0.288‰~0.404‰,明显高于矿区外围未蚀变玄武岩;夕卡岩型磁铁矿δ~(56)Fe值介于0.257‰~0.347‰之间,较外围玄武岩也明显富集Fe的重同位素;斑岩型黄铁矿δ~(56)Fe为0.554‰~0.642‰,基本与石英二长斑岩一致。稀土元素分析表明,夕卡岩型磁铁矿稀土元素分布模式具有从轻稀土富集的右倾型到重稀土富集的左倾型过渡的趋势(LREE/HREE=0.88~2.37),其Eu元素也具有从负异常到正异常变化的特征(δEu=0.60~1.36);斑岩型黄铁矿稀土元素分布模式总体呈LREE富集的右倾型(LREE/HREE=3.38~8.78),且具Eu负异常(δEu=0.36~0.74)、Ce多呈弱负异常(δCe=0.84~1.10)。微量元素分析表明,矿区内各类岩石、矿物亲铁元素特征基本一致,总体上富Co、Cu和In,贫Cr和Ni。综合矿床地质特征、Fe同位素、稀土元素与微量元素地球化学研究,认为北衙金多金属矿床铁质主要来自于岩浆热液对玄武岩的淋滤萃取,部分来自于石英二长斑岩流体出溶。     

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.      

用非传统稳定同位素探索全球大洋玄武岩、深海橄榄岩成因和地球动力学的几个重要问题

2017年中国科学院海洋研究所"大洋岩石圈与地幔动力学实验室"建成。未来5年,该实验室在国家自然科学基金重点项目(编号:41630968)的资助下,用珍贵的太平洋、大西洋和印度洋洋中脊玄武岩(MORB)、辉长岩和深海橄榄岩(MORP)研究地球化学和地幔动力学的几个基本科学问题:1用Ti-Zr-Hf稳定同位素验证"Nb-Ta和Zr-Hf元素对质量分异的假说";2从MORB演化过程和地幔熔融过程检验目前对铁同位素分馏的基本假说,即重Fe同位素与Fe3+有亲和性,且比轻Fe同位素和Fe2+更不相容;3提出并试图检验地幔高氧逸度是板块构造的结果,即含有大量Fe3+的蛇纹石化大洋岩石圈地幔橄榄岩俯冲到深部地幔所致;4对代表性的MORB样品和中国东部新生代碱性玄武岩样品进行铀同位素研究,检验Andersen等(2015)有关地球演化过程中壳幔循环导致的内、外动力地质过程的相互关系。     

北秦岭古聚会带壳幔再循环

以同构造期代表古洋壳残片的蛇绿岩及产于古岛弧的玄武岩为基础，通过Ｎｄ，Ｐｂ同位素与微量元素示踪及岩浆源区分析，揭示出北秦岭元古宙上地幔以强亏损（εＮｄ（ｔ）＋６．３～＋７．３）和高的Ｙｂ／Ｈｆ，Ｎｂ／Ｌａ和Ｔｈ／Ｌａ比值为特征，北秦岭地壳和上地幔明显具有Ｐｂ同位素比值高的特征．北秦岭丹凤群岛弧火山岩、二郎坪群弧后玄武岩以及松树沟蛇绿岩中变拉斑玄武岩εＮｄ（ｔ）、放射成因Ｐｂ同位素、Ｙ／Ｔｂ和Ｔｉ－ＭｇＯ研究表明，本区玄武岩存在两类性质不同的岩浆源．一类与亏损的北秦岭岩石圈上地幔源区有关；另一类与携带海洋沉积物的洋壳板块俯冲参与有关．由此，论证了北秦岭古聚会带壳幔之间物质再循环     

硼同位素及其地质应用研究

硼的两个稳定同位素（10B 和11B）相对质量差较大,因此,硼同位 素分馏较显著。由于分析测量技术方面的改进和创新, 硼同位素地球化学近年来有了长足 的发展。业已查明,自然界中δ11B值变化为 －37‰～+58‰。其中,较负的 δ11B值见于非海相蒸发硼酸盐矿物和某些电气石,而较正的δ11B值见 于某些盐湖卤水和蒸发海水。现代大洋水的δ11B值十分恒定 (+39,5‰)。原始 地幔的δ11B值估测为－10‰±2‰。陨石的δ11B值很不均一,变化 可达90‰。而月岩的δ11B值变化较小（－6‰～+4‰）。由于硼同位素存在大的 分馏和不同地质体中截然不同的δ11B值,硼同位素地质应用范围十分广泛。目 前,硼同位素在研究星云形成过程和宇宙事件,壳-幔演化和板块俯冲作用过程,判别沉积 环境,研究矿床成因,示踪古海洋和古气候条件,和判断环境污染源区等方面的研究中成效显著。     

板片-地幔相互作用:大别造山带碰撞后安山质火山岩成因

安山岩广泛出露于汇聚板块边界,表明其成因与板块俯冲有关。另一方面,大陆地壳整体上被认为是地幔部分熔融的产物,平均成分为安山质,是与亏损地幔(DM)互补的地球化学储库。然而,地幔部分熔融的产物通常具有玄武质成分,这与大陆地壳的安山岩平均成分不符。这个问题一直困扰着地球化学家们。因此,揭示安山岩的成因对于理解大陆地壳的形成和壳幔分异历史具有十分重要的意义。目前普遍接受的汇聚板块边界安山岩的成因模型包括:1)玄武岩输入模型;2)安山岩模型。这两者的主要区别在于地幔来源的初始岩浆是玄武质还是安山质。玄武岩输入模型认为初始岩浆为玄武质,安山岩是由初始玄武质岩浆在壳内的分异如分离结晶、地壳混染以及岩浆混合等地质过程形成的。安山岩模型则认为初始岩浆为安山质,是富水地幔橄榄岩部分熔融或俯冲板片部分熔融产生的埃达克质熔体与地幔橄榄岩反应的产物。无论哪种模型,俯冲隧道内的板片-地幔相互作用是形成安山岩地幔源区的关键过程,俯冲地壳物质是形成汇聚板块边界安山岩重要的组分来源。板片俯冲进入地幔是引起地幔化学不均一性的重要地质过程。在大洋俯冲带,俯冲洋壳释放流体/熔体交代上覆地幔楔并引发地幔楔发生部分熔融,从而形成同俯冲弧岩浆岩。大陆俯冲带通常缺乏对应的同俯冲弧岩浆岩,但在造山带内部和仰冲板块边缘通常发育大量同折返和碰撞后岩浆岩,这些岩浆岩为研究俯冲陆壳物质再造和再循环及其壳幔相互作用提供了重要的研究载体。大别造山带是三叠纪华南板块向华北板块俯冲碰撞形成的碰撞造山带,发育有大量的碰撞后火成岩,其中含有安山质火山岩。我们对大别造山带北淮阳碰撞后安山质火山岩进行了详细的地球化学研究,包括全岩主微量、Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析,锆石SIMS U-Pb定年、O同位素和Lu-Hf同位素分析。这些火山岩具有变化的Si O2质量分数(50.3%~63.9%),Mg O质量分数(1.2%~4.7%),Mg#(32.4~63.6),Na2O+K2O质量分数(5.0%~8.5%),其岩性主体为粗面安山岩,还有少量玄武粗面安山岩、安山岩、英安岩和粗面岩。锆石SIMS U-Pb定年结果显示,北淮阳安山质火山岩的形成年龄为早白垩世(123~130 Ma)。另外,它们含有丰富的残留锆石核,其U-Pb年龄为新元古代和三叠纪,分别与大别造山带超高压变质岩的原岩和变质年龄一致。它们具有弧型的微量元素分布特征,即富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),亏损高场强元素(HFSE);具有富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,即高的初始87Sr/86Sr比值(0.707 5~0.711 0),低的εNd(t)值(-23.1~-15.0)和εHf(t)(-29.8~-18.3)。锆石具有低的εHf(t)值(-31.0~17.8)和变化的δ18O值(4.4‰~6.8‰)。这些元素和同位素特征表明,北淮阳碰撞后安山质火山岩来源于富集的造山带岩石圈地幔。三叠纪华南陆块与华北陆块碰撞过程中,俯冲的华南陆壳在地幔深度发生部分熔融产生的长英质熔体在大陆俯冲隧道内交代上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,熔体-橄榄岩反应形成了富沃富集的地幔交代体。该地幔交代体在早白垩世发生部分熔融就形成了北淮阳碰撞后安山质火山岩。因此,大陆俯冲隧道内的板片-地幔相互作用是形成碰撞造山带安山质岩石的关键过程。     

榴辉岩部分熔融过程中的同位素分馏

本文对榴辉岩部分熔融过程中不同同位素体系是否存在分馏这一当前研究热点进行了综述.榴辉岩作为研究洋陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳增生、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移分配等具有紧密的联系.作为典型的高压-超高压变质岩石,榴辉岩可通过俯冲带将壳源信息携带至地幔深部,影响地慢的化学组成...     

辽东中—新生代玄武岩的橄榄石斑晶和捕虏晶氧同位素组成及其岩石圈地幔演化启示

华北克拉通东部岩石圈地幔性质在中—新生代时期发生了重大转变,但细节还不清楚。本文对辽东半岛早白垩世(克拉通破坏峰期)小岭组玄武岩和第四纪(克拉通破坏后)宽甸玄武岩中橄榄石斑晶/捕虏晶进行了主量元素和氧同位素组成研究。早白垩世小岭组玄武岩斑晶橄榄石Fo为79～88,CaO>0.1%,具有高Ni/Mg(0.4～1.2)、低Mn/Fe(1.3～1.6)和低Ca/Fe比值(0.2～1.5)的特征,指示岩浆源区是辉石岩和橄榄岩混合的岩石圈地幔;高于正常地幔橄榄石的δ¹⁸O(4.77‰～5.96‰,平均值5.4‰)显示低温热液蚀变洋壳熔体/流体组分对地幔源区的影响。第四纪宽甸玄武岩捕虏晶橄榄石Fo值为88～92(平均值90),具有高NiO(0.3%～0.4%)和低CaO(<0.1%)、MnO(0.1%～0.2%)含量,显示主体饱满、与少量过渡型和难熔型并存的地幔组成特征;其δ¹⁸O(4.58‰～5.38‰,平均值5.3‰)与正常地幔值接近。结合华北其他地区地幔橄榄石氧同位素数据,发现早白垩世破坏峰期有较多俯冲洋壳来源的熔/流体交代岩石圈地幔,...     

西藏地区松多榴辉岩地球化学及Sr-Nd-Pb-Li同位素特征

<正>榴辉岩是造山带典型的高压—超高压变质岩,是研究地壳深俯冲过程、壳幔相互作用及元素、同位素地球化学行为的天然探针。拉萨地块位于印度河—雅鲁藏布江缝合带以北,班公湖怒江缝合带以南。其中印度河—雅鲁藏布江缝合带被认为代表了印度板块与欧亚大陆之间新特提斯洋的最后闭合(Yin and     

新疆吐尔库班套蛇绿混杂岩的发现及其地质意义

蛇绿岩作为残留洋壳的良好记录,对于研究古板块构造及其演化具有重要意义。新发现的吐尔库班套蛇绿混杂岩位于新疆阿尔泰布尔津南部,主要由超镁铁岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩、复理石建造等构成。其中辉长岩和片麻状花岗岩的锆石U Pb年龄在363～355 Ma,指示蛇绿岩的形成、洋壳俯冲时代在晚泥盆世晚期。岩石地球化学特征表明,该蛇绿岩套的镁铁超镁铁岩和玄武岩属低碱、低钛、富镁的拉斑玄武岩系列,具有较典型的幔源岩石特征,玄武岩形成于类似洋中脊的构造环境。混杂岩带中的片麻状花岗岩属于钠质的低钾岩石系列,形成于火山弧或同碰撞构造环境,亦为洋壳俯冲的结果。吐尔库班套蛇绿岩与科克森套、乔夏哈拉、布尔根蛇绿岩一起构成了沿额尔齐斯分布的蛇绿混杂岩带,构成了分割西伯利亚板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块的斋桑-科克森套-南蒙古缝合带。     

俯冲陆壳和洋壳对华北克拉通中生代岩石圈地幔改造的氧同位素记录

来自华北克拉通山东省中生代镁铁质岩石及地幔包体的橄榄石氧同位素组成显示,早白垩世岩石圈地幔主要受到了来自俯冲的华南陆壳不同组分的改造作用,包括镁铁质下地壳和长英质上地壳组分以及少量的海相沉积碳酸盐岩,而晚白垩世的岩石圈地幔则受到了来自俯冲的太平洋板块的改造。早白垩世受俯冲陆壳改造的岩石圈地幔橄榄石相对正常地幔高δ¹⁸O (6.0‰～7.2‰),而晚白垩世被俯冲洋壳改造的局部地幔则相对正常地幔低δ¹⁸O (4.1‰～5.3‰)。板块俯冲作用是导致华北克拉通岩石圈地幔破坏的重要深部机制,三叠纪华南陆壳深俯冲导致了华北克拉通地幔强烈富集相容组分而转变为易熔的岩石圈,早白垩世大规模幔源岩浆的侵位很可能与俯冲大陆板片的整体断离或拆离作用相关;晚中生代以来的太平洋俯冲作用则引发了岩石圈地幔的置换和增生作用,形成了目前新、老地幔共存的格局。     

俯冲带Li同位素地球化学: 回顾与展望

板块俯冲伴随着多种复杂的地质过程,例如流体释放、流体岩石相互作用、可能的部分熔融、元素迁移及同位素分馏等。在俯冲带壳/幔循环过程中,Li同位素(6Li和7Li)高达16%的相对质量差异使其成为研究俯冲带各种地质过程的良好示踪剂。总结了近年来有关俯冲带Li同位素的研究进展,并按照相对时间序列系统地介绍了Li同位素在俯冲各个阶段的地球化学行为,包括俯冲初始物质的Li同位素组成特征,俯冲过程中Li随流体释放及与上覆地幔楔相互作用中Li同位素的行为,富Li流体与残余板片Li的去向,最终俯冲相关产物的Li同位素组成特征以及对全球Li循环的地学意义的综合介绍。随着Li同位素测试精度的提高和各种地球化学储库Li同位素数据库的不断完善,Li同位素体系可以为俯冲过程研究提供更多信息,成为一种可靠的示踪剂。