地球核幔相互作用的W同位素研究进展

地球核幔相互作用的研究难点在于无法获得实际样品。洋岛玄武岩和溢流玄武岩被认为是地幔柱减压熔融的产物,携带了核幔边界的物质信息,可作为研究地球核幔相互作用的样品。¹⁸²Hf-¹⁸²W同位素体系的特殊化学性质,使W同位素成为研究核幔相互作用的重要工具。本文介绍了W同位素示踪的基本原理,并回顾了核幔相互作用的W同位素研究进展。目前已发表的数据表明,全球洋岛玄武岩具有W元素丰度富集(67×10^-9~855×10^-9)、¹⁸²W同位素亏损(μ¹⁸²W=-0.1~-16.1)的特征,由此推断洋岛玄武岩可能来源于核幔平衡源区。Baffin Bay和Ontong Java Plateau溢流玄武岩则具有¹⁸²W富集(μ¹⁸²W=23.4)的特征,可能来源于早期地幔源区。洋岛玄武岩和溢流玄武岩的μ¹⁸²W差异可能是由地幔柱头尾异质性引起。此外,引起μ¹⁸²W异常的其他原因可能有：原始地幔源区的隔离保存、后增生薄层物质的部分混入和低效的核幔分异作用等。目前,W同位素的核幔交换机制仍不清楚。

     

铼-锇同位素体系、铂-锇同位素体系及二者的联合体系

本文对铼—锇同位素体系的基础原理进行了介绍,并提出了铂—锇同位素体系及其与铼—锇同位素体系进行联合应用的设想,在铼—锇和铂—锇的联合体系中,地幔作用过程及地壳—地幔之间的相互作用,将由~(187)Os/~(188)Os/~(186)Os/~(188)Os比值及其相应的γ_(UMR)~T(~(187)Os)和γ_(UMR)~T(~(186)Os)参数来进行描述。这一对比值和参数对地幔作用过程及地壳—地幔之间相互作用的描述,将会比目前所采用的单一~(187)Os/~(188)Os比值所作的描述更为深刻和准确。同时,在这两种同位素的联合体系中,由于铂及锇都聚集于地幔中,不易受地壳物质的污染,因而即使在铼—锇同位素体系受到地壳物质污染的情况下,我们仍可根据两个或两个以上的不合谐年龄值,通过与联合体系的合谐年龄曲线相交,而得到合谐年龄值。     

Re-Os同位素体系在蛇绿岩应用研究中的进展

Re-Os不同于由亲石元素构成的同位素体系,在原始上地幔（PUN）部分熔融过程中,母体Re是中等不相容元素,优先进入熔体相,子体Os是强相容元素,富集在残留相中,是研究蛇绿岩的极好示踪剂。在蛇绿岩应用研究中已经取得了4个方面的进展：（1）明确了熔体相的Re／Os和^187Os／^188Os比值高,而残留相的低;（2）铬铁矿中铂族元素矿物（PGM）的Re亏损年龄（TRD）证实了蛇绿岩中复杂的超镁铁岩体是多阶段部分熔融的产物;（3）现代大洋橄榄岩和玄武岩的Re-Os同位素研究表明熔体相和残留相的^187Os／^188Os比值在高于亏损地幔值（DMM）的部分是一致的,而低于DMM的存在不一致性,为研究蛇绿岩中熔体相与残留相是否存在“耦合”关系提供了新的制约因素;（4）揭示了蛇绿岩地幔橄榄岩中含有古大陆岩石圈地幔,这是前所未知的。虽然取得了不少进展,但是由于Re-Os同位素体系用于蛇绿岩研究的时间较短,尚存在一些问题,如显生宙蛇绿岩地幔橄榄岩的定年问题,有待进一步深化研究。     

全球溢流玄武岩同位素体系

全球大陆与大洋溢流玄武岩在地球化学上表现为从岛弧至板内构造环境。在同位素体系上表现为复杂的端元组分混合，不是亏损软流圈上地幔与岩石圈的相互作用（Anderson模式）完全能解释的。以往揭示的地幔“端元”(EM1、EM2、HIMU等）实际上只与溢流玄武岩才有密切的联系，而与一般的OIB没有关系。如果溢流玄武岩与地幔柱相联系，在同位素体系上必须要有大量原始-略亏损下地幔岩浆组分加人（Morgan模式）的证据。然而全球极大部分溢流玄武岩省并不能提供这一方面的证据，而东区峨眉山玄武岩恰恰提供了这一方面的重要证据。 (1)溢流玄武岩中许多拉斑质岩石相似于岛弧玄武岩，具有Nb-Ta负异常，同位素体系上表现出亏损上地幔与俯冲沉积物的混合，具有强的Nd-Sr同位素二元混合特征；如Columbia [εNd (t)变化在+7~-17.7], Pamna [εNd (t)变化在+3.4~-9.8], Karoo[εNd (t）变化在+8~-11]、Siberia [εNd (t）变化在+4~-10］和西区峨眉山玄武岩[εNd (t）变化在+6.8~-4.81。大陆溢流玄武岩常产于大陆边缘环境，并有时代上相近的早期MORB-IAB火山作用相伴随，如峨眉山溢流玄武岩的周边存在早二叠的MORB-IAB火山岩。 (2)与地幔柱头加热引起的岩石圈减压熔融有关的岩浆作用，其同位素体系虽具有壳幔混合特征，但不具有明显的二元混合关系，同时常具有多端元混合和明显的下地壳组分加入，存在Nd-Sr同位素相关落在下地壳范围的数据；具有低206Pb/204Pb(< 17)、低87Sr/86Sr(< 0.7045)的麻粒岩相下地壳特征的玄武岩；εNd (t)值与岩石的Mg＃呈反相关。如Deccan、North Atlantic、Columbia、Siberia、Parana、Keweenaw和峨眉山玄武岩省等。 (3)地球物理资料表明上、下地幔之间存在刚性层，由存留的榴辉岩相俯冲板片和来原始下地幔的分异产物构成。EMl、EM2与HIMU的同位素信息与过渡带有着密切的联系。规模最大的Ontong Java、Manihiki与Kerguelen等大洋溢流玄武岩省和东区峨眉山玄武岩省具有这一方面的典型特征。过渡带成分的加人对由MORB-OIB产生的DUPAL异常分区（太平洋省与印度洋-特提斯省）将产生扰动，如Ontong Java-Manihik分布的中西太平洋地区。 (4)由于俯冲蚀变洋壳对Sr同位素体系扰动很大，而Pb同位素的原始地幔值不很明确，因此Nd同位素体系具有重要指示意义。极大部分的溢流玄武岩省的地慢端元均表现为εNd (t)近于+8的强亏损地幔，因此应是来自上地幔软流圈的岩浆。以原始-略亏损地幔为端元的溢流玄武岩省只有Parana、Keweenaw和东区峨眉山玄武岩。特别是东区峨眉山玄武岩省在102°E至107°E约20×104 km2范围内，从苦橄岩、高镁玄武岩到钒钦层状岩体，从拉斑至安山质的低钦与高钦玄武岩系列（Mg＃变化在82~32）的大量数据表明具有十分稳定的原始-略亏损地幔εNd (t)值（0~+3), Pb同位素组成吻合于NHRL。苦橄岩与高镁玄武岩则具有平坦的REE和HFSE蜘网图。因此东区峨眉山玄武岩岩浆具有大量原始-略亏损下地幔组分的加入，为地幔柱的存在提供了重要证据。     

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。     

地球内部物理和演化的几个核心论题：Ⅱ地球动力体系

生成于岩石圈底部的“大陆根”与地幔羽的形成过程有关,其主要证据来自3－D地震成象和实验、数值模拟结果。地幔上涌和地幔下涌分别代表高温、低速带和低温、高速带。长波长的地幔构造与表层构造特征相关,地球内部边界层－热边界层或化学边界层将对全球动力体系产生直接或间接的效应。因此,深入研究这些边界层的结构、形态、热力学和物理化学特性,对解决地幔整体对流与成层对流体系中某些相冲突的问题具有关键意义。全球地震成象和深源地震资料表明,某些破碎的早期俯冲板片可能连续或间断性地下沉到核－幔边界处,并返回到起源于该边界层的地幔羽中。今后的任务不是重提地幔整体对流或是成层对流的问题．而是如何建立两者的统一模式。整体地幔对流体系在时间和空间演化过程中与成层对流、局部小规模对流或次生对流相伴生的理论、实验和数值模拟将是地球动力学研究的主要趋势。     

Re-Os同位素在晚新元古代至早寒武世测年及古环境演绎中的应用进展

晚新元古代至早寒武世是地球演化历史上极其重要的时期,该时期地层年龄框架的厘定以及古海水、古大气、古气候等方面的研究一直是国际地学界的关注热点。Re-Os同位素测年法是近十几年来兴起的地层测年法,其对于晚新元古代至早寒武世重要时间节点上沉积的富有机质黑色页岩具有测年及示踪古环境的双重优势。本文以晚新元古代至早寒武世地层为例,阐述了Re-Os同位素测年法在年代地层学研究中的应用,通过与大量的、精确的锆石U-Pb年龄对比,论证了Re-Os同位素测定沉积地层年龄的可靠性。对于震旦系陡山沱组地层建阶及留茶坡组地层的年代学研究,黑色页岩Re-Os同位素测年法可发挥重要的作用。结合前人所做的Sr同位素变化曲线以及收集的晚新元古代—早寒武世Os同位素初始值的测试数据,阐述了Os同位素在该时段古环境演绎及Ni-Mo-V多金属层来源追溯上发挥的作用。黑色页岩难以进行~(87)Sr/~(86)Sr的分析,而Os同位素初始值能较好地弥补这一缺陷,二者的相互结合将为晚新元古代至早寒武世古环境演化的研究作出贡献。本文指出,随着Re-Os同位素分析技术的发展以及更多实验流程的建立,该项技术在未来年代地层学,尤其对一些古老地层的年代厘定具有广阔的应用前景。     

地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

Re—Os同位素体系及其在岩浆Cu—Ni—PGE矿床研究中的应用

Ｒｅ－Ｏｓ同位素由于其较高的半衰期特点，近年来国外广泛就于前寒武纪含Ｃｕ－Ｎｉ－ＰＧＥ镁铁－超镁铁岩成岩年，结合其他地球化学数据，对壳幔岩浆源及作用进行解释研究。特别是由于Ｏｓ 是６个ＰＧＥ的其中之一，而多用于岩浆Ｃｕ－Ｎｉ－ＰＧＥ矿床贵金属来源的判别。     

Re－Os同位素体系及其在岩浆Cu－Ni－PGE矿床研究中的应用

Ｒｅ－Ｏｓ同位素由于其较高的半衰期特点，近年来国外广泛用于前寒武纪含Ｃｕ－Ｎｉ－ＰＧＥ镁铁—超镁铁岩成岩年龄测定，并结合其他地球化学数据，对壳幔岩浆源及作用进行解释研究。特别是由于Ｏｓ是６个ＰＧＥ的其中之一，而多用于岩浆Ｃｕ－Ｎｉ－ＰＧＥ矿床贵金属来源的判别。中国岩浆Ｃｕ－Ｎｉ－ＰＧＥ矿床以金川矿床为代表，已有的研究表明，可能存在岩浆混合成矿作用，开展Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系的研究将会提供进一步判断的证据     

The Coupled Re—Os and Pt—Os Systematics：A Theoretical Consideration

The ^190Pt-^186Os system should be a unique tracer for mantle processes be-cause both Pt and Os are concentrated in the mantle.The ^190Pt-^186Os system will also be a good supplement to the ^187Re-^187Os system for dating and tracing mantle pro-cesses because the ^190Pt-^186Os system is not so easily contaminated by crustal materials as the ^187Re-^187Os system.In turn,the application of the ^187Re-^187Os system to Pt-enriched materials uncontaminated by crustal materials will indirectly refine the half life of ^190Pt.The ^190Pt is refined.In the coupled ^187Re-^187Os and ^190Pt-^186Os sys-tematics,an ^186Os*/^190Pt-^187Os*/^187Re Concordia diagram similar to the ^206Pb*/^238U-^208Pb*/^232Th Concordia can be constructed.In such a Concordia diagram,a date will be obtained so long as the ^190Pt-^186Os system remains closed even if the ^187Re-^187Os sys -tem is contaminated by crustal materials.In addition ,for the coupled ^190Pt-^186Os and ^187Re-^187Os systematics,the mantle processes and the interactions between the mantle and the crust will be described by two ratios:^186Os/^188Os and ^187Os/^188Os .The coupled ^187Re-^187Os and ^190Pt-^186Os systematics will be a powerful tool in the investigation of the geodynamic history of the Earth because the ^187Re-^187Os system is sensitive to the interactions between the mantle and the crust,while the ^190Pt-^186Os system is a good tracer for mantle processes.     

闽西南中甲锡多金属矿床的Re-Os同位素年龄及其地质意义

矿床成矿时代是矿床成因研究的重要任务之一,长期以来只能通过间接方法确定。Re-Os同位素测年方法是直接精确测定辉钼矿及相关矿化模式年龄的有效手段。本文使用碱熔法和ICPMS技术对中甲锡多金属矿床辉钼矿Re-Os同位素年龄进行测定,结果表明,中甲锡多金属矿床矿化模式年龄为193~196 Ma,属燕山早期早阶段成矿,和成矿有关的黑云母花岗岩则形成于晚印支期-早燕山期。东南大陆在晚印支期开始了从特提斯构造域向环太平洋构造域的转换。燕山早期成矿的确定为区域上寻找新的成矿远景区提供了直接的年代学证据。      

Re-Os同位素体系及其地质应用

Re-Os同位素体系是近年来地球化学研究的热点,也是发展较快的同位素地球化学方法,被广泛应用于同位素地质年代学、矿床成因、陨石定年、岩浆成因以及壳-幔演化、大陆岩石圈地幔定年等领域,尤其在地幔地球化学动力学等前缘领域,Re-Os同位素体系成为一种新的强有力的研究工具.     

冲击波物理在地球和行星科学研究中的应用

概要介绍了冲击波物理应用于地球和行量科学研究中所取得的一些最新成果。主要涉及地球深部物质的组成，性质和状态，行星的组成模型，以及太阳系中的碰撞成坑和吸积相互作用等领域。着重论述了冲击波物理在这些领域的研究中所发挥的作用。     

吉林中部呼兰群同位素年代学及其地质意义

呼兰群地层位于吉林省中部,包括黄莺屯组、小三个顶子组与北岔屯组,是一套中低级变质的变质岩系,其Rb-Sr全岩等时线年龄为(524±16)Ma和(357±23)Ma。呼兰群中部含有奥陶纪小型腹足类化石。黄莺屯组下段黑云母片麻岩和上段白云母片岩中变质矿物黑云母、白云母的40Ar39Ar计时年龄分别为(223 6±0 8)Ma和(229 2±4 6)Ma。呼兰群的40Ar39Ar计时年龄代表其变质年龄,变质作用是由古亚洲蒙古洋构造域中生代造山事件所引起。     

安徽西南部宿松河塌浅变质石英角斑岩系的特征及铷锶年龄

皖西南分布有石英角斑岩系,由石英角斑岩夹少量细碧岩、硅质岩及铁质碧玉岩组成。稀土元素(REE)组成具轻稀土富集,重稀土轻微亏损,类似于钙碱性火山岩型式。石英角斑岩系Rb-Sr全岩年龄是848±73Ma,相当于上元古界。     

~(231)Pa测量法在铀矿普查勘探中的应用

本文系统地介绍了~(231)Pa测量法在某些方面应用的研究成果,主要包括:在普查阶段鉴别地面放射性测量的异常,在勘探阶段研究不平衡铀矿床以及在地质研究工作中测定某些近期地质事件发生的年代。另外,还给出了一些实例。     

应用~(40)Ar/~(39)Ar定年技术研究清原花岗岩-绿岩地体的形成时代

辽宁清原绿岩地层自下而上分为榆树底组、红透山组和南天门组。小莱河铁矿区榆树底组斜长角闪岩岩石化学性质和稀土元素分布曲线表明,该岩石的原岩属太古代亏损型(DAT)拉斑玄武岩。此斜长角闪岩中的角闪石的两个~(40)Ar/~(39)Ar年龄谱给出该岩石的变质作用发生在29.9亿年。清原绿岩地层形成时代可能在30亿年或稍早一些。全球范围绿岩地层的年龄是35—19亿年,峰值是27亿年.清原绿岩地层的早期形成年龄则大于全球绿岩的峰值年龄。