对地幔热流和3He相关性的解释

地幔的热液主要通过海底的喷气孔喷入到海洋中。20世纪70年代科学家发现这些热液中含有高的3He/4He比值，约为大气的3He/4He比值（Ra)的8倍，和洋中脊玄武岩（MORBs）的3He/4He比值类似。而且，其热流量与原始热液中的3He含量成线性正比关系。例如，Jenkins(1978)等曾观测到加拉帕戈斯裂谷海低热气喷气孔中3He的浓度与温度之间明显的相关性，求得3He/heat=1.57×10-17 mol/J。另外从21°N东太平洋山脊喷气孔的350℃热水中的3He含量为饱和水中的2200倍，但求得的3He/heat比值同加拉帕戈斯裂谷的值相近似。这表明3He/heat比值在不同地区和不同的温度范围内大致保持恒定。热量和3He的相关性表明，喷出的氦和流出的热量可能属于同一来源。 依据现在的观点，认为3He是原始的，即地球生成时就存在于地球内部。地球内部的热能是在地球生成后期或生成后产生的，归因于放射性核素238U,235U,232Th和40K衰变。但是从放射性衰变看不出3He与热流的直接关联。 此外，在大洋的玄武岩和喷出的火山岩等来自地幔的岩石中，除了含有较稳定的高3He/4 He比值（约8Ra）外，地幔原始水中氖有低δD值，约为-80。即水的D/H比值较标准的大洋水（SMOW）的D/H比值低约80‰。目前将这低的δD值看作地球生成时地幔中的原始水成分。 根据上述事实，笔者认为地球内部可能存在核聚变，即D(d,p)T(β)3He或P(d,γ)3He反应。通过核聚变可以使热液能量与3He成正比关系，高的3He/4He比值，以及低的δD值三者相互统一起来。通过对地球内部核聚变可能性进行初步探索，计算了由P-d反应产生的热量，结果总热流量为3. 8×107 MW。这一数据支持Jenidns等和Sclater等估算的从地幔流人海洋热流量分别为6.5×106 MW和4.2×106 MW，也表明笔者的数据是合理的。另外，对假设P(d,γ)3He的反应率作了计算，其值为5.8×10-19 /D·sec。 是什么核反应机制促使地球内部可能发生这种核聚变？笔者认为，地幔中的核聚变是在某种条件下促使氢分子中的两原子间发生，很可能主要是P-d反应，目前正在研究中。     

深海沉积物中的碲异常

碲在地球上是一种稀有分散元素,碲在地壳中的丰度很低,仅为1.0ng/g;但碲在富钴结壳、海底多金属结核、深海沉积物和陨石中的丰度异常高。为了查明深海沉积物中碲异常的原因,我们对比分析了深海沉积物中磁性部分与全岩的碲含量和氦同位素组成。结果显示磁性部分的He含量和3He/4He比值及Te含量较全岩的值明显偏高;3He含量与Te含量同步变化;在3He-Te关系图上,二者具明显的正相关关系。首次提出深海沉积物中的碲异常与氦同位素异常一样可能是由宇宙尘注入引起的;海底多金属结核和富钴结壳中的碲异常可能也与宇宙尘有关。深海沉积物中的碲异…     

深海沉积物中碲异常的成因

碲在地球上是一种稀有分散元素，碲在地壳中的丰度很低，仅为1.0ng/g；但碲在富钴结壳、海底多金属结核、党海沉积物和陨石中的丰度异常高。为了查明深海沉积物中碲异常的原因，笔者对比分析了深海沉积物中磁性部分与全岩的碲含量和氦同位素组成。结果显示磁性部分的He含量和3He/4He比值及Te含量较全岩的值明显偏高；3He含量与Te含量同步变化；在3He－Te关系图上，二者具明显的正相关关系。本文首次提出深海沉积物中的碲异常与氦同位素异常一样可能是由宇宙尘注入引起的；海底多金属结核和富钴结壳中的碲异常可能也与宇尘有关。     

元素丰度的应用

丰度一词是从英文Abundance翻译过来的,英文原义是丰富或丰富的量,因此五十年代有人曾译作富度,现在流行译作丰度.元素丰度(Elemental abundance)是地球化学上的一个专门术语.它是指各种化学元素(从氢到铀)在一定自然体系中的相对平均含量,例如地球化学教科书上经常引用的地壳元素丰度、地球元素丰度、宇宙元素丰度等. 元素丰度的数据不但广泛应用于天体化学和地球化学理论问题的定量研究,而且也广泛应用于解决各种实际问题.因此,各种     

土壤气中He、Ar组分在金家地区油气化探中应用研究

对济阳凹陷南缘与鲁西隆起接合部开展了土壤气Ｈｅ、Ａｒ组分及Ａｒ同位素测定，结果表明Ｈｅ的丰度从５．１—６μＬ／Ｌ（Ｓ．Ｔ．Ｐ），δＨｅ值从－４％－１６％，平均２．５９％；４０Ａｒ／３６Ａｒ比值从２５５—３２５，δ（４０Ａｒ／３６Ａｒ）值从＋１１％－１１％，Ｈｅ异常主要分布在研究区北部，而Ａｒ等值图分布比较复杂。Ｈｅ、Ａｒ、烃三组分之间的组合关系表明有３个远景区，最有意义的是中深层远景区。此外，根据地质分析及Ａｒ同位素特征表明中深层异常远景区不仅是与已知的第三系油田有关，而且还与深部Ｃ—Ｐ煤系地层有关，故属煤成气异常。     

固体样品中He、Ar同位素的质谱测定

在现有设备的基础上，经多年实验，以空气Ｈｅ、Ａｒ同位素作标准样，采用同位素峰高比分析方法，在国内首次建立了一次进样完成固体样品中Ｈｅ、Ａｒ同位素的测量技术。文中就该项技术的要点，包括样品的前期处理、空气标准样的使用、仪器空白与灵敏度的测定、固体样品进样量的估算方法、测量条件等予以说明与分析。对应用该项技术获取的固体样品中Ｈｅ、Ａｒ同位素首批数据及其偏差，文中也进行了讨论。该项技术方法的建立，将为与惰性气体同位素相关的研究领域提供新的实验技术支撑，推动相关领域基础研究的开展和水平的提高     

天然气中的幔源稀有气体

天然气为地球内流体的重要组成部分，天然气中幔源稀有气体是源于地球深部的地幔挥发分。文章以气体地球化学国家重点实验室有关研究为主，简要综述了此一领域的研究。氦的同位素３Ｈｅ／４Ｈｅ是幔源物质的重要判识指标，天然气中３Ｈｅ／４Ｈｅ值大于１．４×１０－６时，表明有相当数量的幔源挥发分加入到天然气中，它是地球构造活动性强，地幔挥发分可以沿一定断裂体系进入沉积壳层的指示。在一定程度上氩同位素４０Ａｒ／３６Ａｒ及氖同位素２０Ｎｅ／２２Ｎｅ值也可指示构造环境的特征。天然气中稀有气体研究反映了我国东部含油气区具有最活跃的构造环境，中部最稳定，西部次稳定。在东部活跃的构造背景下，造成了幔源挥发分较普遍地加入到沉积壳层天然气中，形成了中国东部发现的世界首例壳－幔复合型氦资源，形成了一批与幔源挥发分成藏有关的二氧化碳资源。东部地区也成为幔源甲烷可能富集成藏的重要区域。     

元素的丰度与克拉克值

元素的丰度、克拉克值是广大地质工作者所熟知且常用的两个基本概念;但也有些人对二者常混为一谈,将二者与具体的各类岩中化学成分的平均含量的概念相混淆,用的也比较混乱。其基本概念介绍如下: 元素的丰度(abundance of elements)指元素在任何宇宙或地质体(太阳、行星陨石、地球、地壳、侵入体等地球化学体系)中的平均含量。元素在太阳系的平均含量称为元素的宇宙丰度,在整个地球中的平均含量称为元素的地球丰度(或地球的元素丰度),在地壳中的平     

深部物质运动的气体地球化学特征

根据氦同位素地球化学资料讨论了中国东部和云南腾冲地区上地幔的脱气。尽管地球脱气作用主要发生在地球形成时的十亿年间，但是后期的脱气作用仍是影响大气圈演化的主要因素。在两种力学性质不同的构造带──中国东部大陆裂谷和位于欧亚板块与印度板块缝合带的腾冲火山区，采集了天然气样，并分析了气体组分和氦同位素组成，较高的３Ｈｅ／４Ｈｅ值和地质、地球物理资料表明天然气和温泉气中的氦相当一部分是来自上地幔。来自上地幔的氦和其他气体自第三纪以来不断在气藏中聚集或向大气中逃逸。伴有源于上地幔的岩浆活动的地幔脱气是深部物质运动的具体表现形式，它对新生代气候演变可能有直接影响。     

中国西南地区CO2释放点的He同位素分布不均一性及大地构造成因

在印度板块向欧亚大陆俯冲碰撞过程中,产生一系列深大断裂带,形成大量CO2释放脱气点。这些点除了释放大量的CO2、N2、H2S气体以外,还会附带释放CH4、He等各种各样的气体。释放出来的氦为惰性元素,是判识幔源气体最灵敏的地球化学示踪指标,He同位素随形成的构造部位不同而不均匀地分布,且与不同的大地构造成因关系密切。藏中及藏北区块在大地构造位置上属于班公湖-怒江断裂带发生了明显的地幔脱气作用,显示其与地幔相连通而且深度达到上地幔,为一条岩石圈深断裂带;但样品中幔源氦约占总氦的1.4%~1.7%,反映该断裂带深部的开放性程度较低,而闭合性程度相对较高,由此反映了该区处于强烈挤压的构造环境和地壳增厚的地质背景。在滇西南地区(重点在腾冲热海地区)地热流体逸出气体中含有大量幔源岩浆挥发组份,表明该区地壳浅部存在幔源岩浆侵入活动。该区怒江断裂带发生着明显的地幔脱气作用,显示该断裂带与地幔相连通且深度达到上地幔,为一条岩石圈深断裂带;同时所有样品中的幔源氦平均约占总氦的26.2%,最高可达48.8%以上。反映该裂谷带代表伸展性构造环境,且是地幔脱气作用最强烈的构造区之一,是俯冲碰撞的中心地带。而在滇中地区—小江断裂带却是另一番景象,该区样品中的幔源氦平均约占总氦的2.27%,最高也才8.9%。反映此区为印度板块向欧亚大陆以NNE方向碰撞影响到的最东缘。小江断裂带局限在地壳范围内,故而氦同位素显示出在此断裂带以西则明显存在幔源来源,而往东则幔源氦极微。氦同位素在自西至东由藏西到藏南(藏南西与藏南东)至滇西到滇中,R/Ra值由较低到较高再到较低到最高再降低的平面分布规律。川西—鲜水河断裂带则因特殊的构造部位,是中国“地质百慕大”;样品中幔源氦平均约占总氦的8.1%,平均值高于西藏各分区以及云南除滇西南以外的各区,但又远远小于滇西南—腾冲地区。说明鲜水河断裂带,部分地贯穿整个岩石圈,并有切割上地幔之趋势。     

江西相山沙洲铀矿床He、Ar同位素特征及其地质意义

江西相山沙洲铀矿床位于中国华南赣杭铀成矿带南西段、华南中生代陆相火山岩带西缘。本次工作系统采集了矿区内成矿期黄铁矿、方解石,开展了稳定同位素和稀有气体同位素研究。研究表明方解石的δ13CV-PDB和δ18OV-SMOW值分别为-3.2‰~-7.4‰,8.5‰~15.2‰,成矿流体中的碳主要源自地幔;黄铁矿样品流体包裹体的n(40Ar)/n(36Ar)值为303~326,n(3He)/n(4He)值为0.193~2.946 Ra;成矿流体的He—Ar同位素组成是地壳流体[n(3He)/n(4He)值较低,n(40Ar)/n(36Ar)值与大气近似]和地幔流体[高n(3He)/n(4He)和n(40Ar)/n(36Ar)值]两端元的不同比例混合产物。     

氩同位素地球化学:探究地球演化和地质年代学工具

<正>在浩瀚的宇宙中，各种元素都在不断地生成和消亡，形成了一个复杂的元素循环过程。根据宇宙大爆炸理论，宇宙在起源时刻的高温和高能量环境下，仅有轻元素（如：氢、氦等），它们为宇宙的起源和演化提供了基础。随着宇宙的演化，更多的元素被合成，这些元素主要是在恒星内部的核聚变反应中形成，从而丰富了宇宙中的元素谱系。元素同位素组成和分布对于理解宇宙和地球演化历史至关重要。在这方面，稀有气体具有特殊的地位和作用，由于其化学稳定性，     

Helix SFT型惰性气体质谱测定氦同位素组成

氦为元素周期表中的零族元素,因其化学性质不活泼,不参与各种化学反应过程,因此它们的同位素组成的变化几乎不受复杂的化学反应过程影响。已有研究表明,氦在地球大气圈、地壳、上地幔和下地幔各圈层具有不同的同位素比值,变化范围可达3个数量级,因此,氦同位素作为地质过程和物质来源的天然示踪剂倍受重视。     

陨石中锆石对地球总体Lu-Hf同位素组成和早期壳幔分异演化的制约

<正>176Lu-176Hf同位素衰变体系是研究硅酸盐固体行星分异演化的一个重要工具,也能为认识地球最早期地壳的起源提供有利手段。然而,对于Lu-Hf同位素体系数据的解释,需要首先建立完好的地球总体Hf同位素的生长曲线。Lu和Hf均是难熔(highly refractory)的中等-强不相容元素。陨石中的Lu-Hf同位素组成是研究地球全球或硅酸盐地球Lu-Hf同位素组成的重要参考。然而,现代地球的176Hf/177Hf值和球粒陨石中的176Hf/177Hf值(即CHUR化学储库)相比有很大的变化范围,也     

氯同位素地球化学研究进展

作为最具代表性的、地球丰度最高的卤素,氯元素因其独特的性质和各大储库中的可观分布而受到重视。氯元素具有显著的亲硫性和挥发性(不相容性),这些性质也影响着其地球化学行为以及在地球中的分布。氯含有两种稳定同位素,分别是³⁵Cl和³⁷Cl,同位素丰度分别为75.76%和24.24%,Cl同位素组成也常以δ³⁷Cl值报道;目前对Cl同位素进行分析的最为传统也是最主要的方法是IRMS(同位素比值质谱法),尽管存在分析速度慢、对样品质量要求大等缺陷,但因其相对更高的精度而被广泛应用于现代氯稳定同位素研究。其他常见的分析方法还有TIMS,SIMS,LA-ICP-MS,在Cl同位素研究领域尚在实验探索阶段。Cl同位素标准在目前也已有广泛接受的统一国际标准,即Kaufmann所提出的平均海洋Cl同位素标准(SMOC),海水Cl同位素组成在长久演化中已经相对稳定,取样也简单方便,在实验室分析中也能产生优良的再现性。氯在地球上的储库可在宏观上分为地幔、陆壳与洋壳、海洋。地幔以其较大的体量无疑是氯元素主要储库之一,但受限于现有观测技术,各研究通过各种方法观测到的氯含量有较大出入;关于地幔的Cl同位素分布也并不明确,各种如俯冲带流体输入等深部过程都可能是同位素异质性的原因,许多研究观测到的地幔流体的Cl同位素有正也有负。陆壳可下分为沉积物及其孔隙水、蒸发岩和硅质岩石圈,氯因其亲水性和化学沉积性质则主要集中于沉积物孔隙水和蒸发岩中,而硅质岩石圈中的氯则相对较少;沉积物孔隙水常被观测到极低的δ³⁷Cl值,扩散和离子淋滤都是对其可能的解释,但对其完全做出解释的机理还有待继续研究;蒸发岩中的δ³⁷Cl值常因其氯盐种类而有所不同,也已有诸多实验给出制约;硅质岩石圈虽含氯较少,但出露于地表的岩株或岩脉中观测到的磷灰石中的Cl同位素有明显的随岩性变化的规律性,对于热液交代历史与热液成分都有很好的限制作用。洋壳中的氯也主要分布在洋壳沉积物及其孔隙水、蒸发岩,以及蚀变洋壳(以角闪石、蛇纹石等蚀变矿物为代表)中。蚀变矿物常被观察到较高的δ³⁷Cl值,一些研究认为可能和与氯结合的金属阳离子氧化状态有关,该高δ³⁷Cl值也常被用来解释俯冲板片输入地幔流体的高δ³⁷Cl值。海洋也是巨大的氯元素储库,其同位素组成稳定性也已经得到证明。除以上储库以外,Cl同位素还应用于对陨石、月球和大气圈的研究。Cl同位素的分馏机制也同其他许多同位素一样可大体分为平衡分馏和动力学分馏,平衡分馏主要包括由与氯结合的金属阳离子的价态高低或氯自身价态的高低决定的分馏,动力学分馏则包括扩散和离子淋滤以及与地球岩浆去气、月球岩浆去气有关的动力学分馏。总体而言,氯元素及与其结合的金属离子的氧化状态、轻重同位素逃逸倾向、扩散系数的差异是决定分馏行为的两种机理。从氯的两种稳定同位素自大约100年前被发现起到现在,与氯稳定同位素相关的地球化学方法已经在各地质学科分支中得到广泛应用。从利用Cl同位素解释地层水来源的水文地质、示踪污染物来源的环境地质,到利用Cl同位素证据支撑矿床形成机制研究的矿床学以及参与解释地球演化过程的行星地质等领域,都有Cl同位素应用研究的尝试与探索。但受限于对实际地质过程的认知,仍然具有许多前沿问题阻碍Cl同位素研究的进展,如太阳系早期过程如何决定了地球现今的氯元素含量、地球中的挥发分经历了怎样的演化过程才达到至今状态、现今地球挥发分的循环过程又具体如何、俯冲过程中氯在俯冲带与地幔之间的流通过程具体如何等。     

赫姆洛矿床中特征性同位素成分的黄铁矿可望成为鉴别太古宙地质体中该类型金矿化的一种手段

前言稳定同位素在找矿方面的运用与常规的地球化学找矿方法不同,因为后者是要测定由矿化作用扩散的痕量元素的绝对丰度。而稳定同位素研究则是测定矿化过程中扩散的某一元素同位素相对丰度的变化。所包含的同位素一般只涉及常量元素,而不是痕量元素的同位素。     

下地幔的氦化合物—FeO2He

氦(He)元素是地球上的稀有元素之一,宇宙中其含量仅次于氢,但由于其化学惰性不能像氢元素一样与其他元素反应生成稳定的化合物,因此只有少量的地球形成初期保留下来的原始氦气存在于大气中。然而,科学家们发现有氦气从地幔俯冲带喷发出来(比如洛杉矶金施,Newport-Inglewood断层带)。因此推测地幔中可能存在氦的化合物。尽管如此,科学工作者一直未发现含有He元素的矿物,甚至在地幔温度压力下也未合成相关的含有氦元素的化合物。     

氦同位素地质研究进展

综述了氦同位素研究在地球物质的循环、地震预报，环境监测、年代学、矿床成因、地质流体及大地构造等方面的进展。近来不断发现具有接近于幔源氦同位素比值的地质注以体、天然气及火成岩等，它们起源于地壳深部及地幔，对应的构造活动（包括地震）可能涉及到幔源深度。异常的氦同位素组成还可用于监测核试验、环境污染等新领域。并概念了我国氦同位素的研究在天然气的起源、火山喷气等方面取得重要进展。     

Helix SFT惰性气体质谱仪分析矿物包裹体中氦同位素组成

氦同位素组成在地球大气圈、地壳及地幔各圈层具有不同的元素丰度和同位素比值,变化范围达数个量级,而且氦作为惰性气体中质量最轻的元素,其稳定性好,迁移能力强,因此将其同位素作为地质过程和物质来源的天然示踪剂倍受重视,被广泛地应用于地学研究的各个领域,而能否对于岩石样品中氦同位素组成进行准确分析,成为了氦同位素作为示踪剂的一个关键问题。本文利用Helix SFT惰性气体质谱仪对岩石矿物包裹体内的氦同位素组成测定方法进行了研究,建立了样品的压碎及气体提取纯化装置,通过进一定体积的标准氦气,计算出仪器的灵敏度,在此基础上对整套系统的静态本底进行了测定。对仪器本身的离子倍增器的接收效率进行了探讨,使其可以准确对3 He进行准确测定。以大气中氦同位素为标准并进行多次测定,获得了氦同位素测量的质量歧视校正因子。通过对实际样品黄铁矿包裹体中氦同位素组成的测定,获得了稳定性很好的同位素比值数据,其精度可达99%。通过建立合理的压碎装置,利用该仪器对氦同位素组成分析的独特优势,可以满足对于岩石矿物包裹体中氦同位素组成的精确测定,满足其在地质科研领域的应用研究需要,进而对基础科学研究起到支撑作用。     

新疆望峰金矿成矿流体的He、Ar同位素示踪

本文采用稀有气体同位素质谱方法,通过分析望峰金矿石中载金黄铁矿流体包裹体He、Ar同位素组成,对成矿流体进行示踪研究。结果显示,黄铁矿流体包裹体3He/4He比值为0.00473～0.01079Ra,40Ar/36Ar比值为301～413,具地壳放射性成因氦同位素组成和大气降水成因氩同位素组成,总体显示由大气降水改造而成的地壳流体特征。望峰金矿成矿流体中He同位素组成异常,是成矿前大气降水与高U、Th含量古老容矿围岩作用遭受放射性成因4He稀释、成矿时发生流体减压沸腾综合作用的结果,Ar同位素组成异常是成矿前大气降水下渗获取容矿围岩放射性成因40Ar的结果,成矿流体是大气降水深循环的产物。