Fe同位素在岩浆作用过程中的分馏效应及其对海底玄武岩形成过程的指示

Fe是火成岩中丰度最高的变价元素,也是重要的成矿元素,主要以Fe²⁺或Fe³⁺价态赋存于固（矿物）、液（流体）相中,并全程参与岩浆作用过程和各种成矿作用。随着测试分析技术（如MC-ICPMS）的发展,Fe等非传统稳定同位素组成分析成为可能,并在最近十几年中被成功应用于岩浆物源追溯、结晶演化过程示踪和成矿作用分析等重要地质作用过程的研究。本文在分析了Fe同位素在岩浆作用过程中分馏效应的基础上,总结了Fe同位素组成在示踪海底玄武质岩浆（MORB、OIB、IAB和BABB等）作用过程研究的最新成果,并探讨了在应用Fe同位素组成示踪海底岩浆作用过程中所存在的主要问题。综合分析结果表明,火成岩中的Fe同位素分馏效应不仅受岩浆源物质部分熔融、岩浆扩散、流体出溶和结晶分异等作用过程的影响,而且还受到同化围岩物质、海底蚀变等作用的影响;由于Fe同位素分析技术（方法）至今仍待进一步完善,已有数据有限且需甄别去伪,因此在利用Fe同位素组成分析或恢复岩浆物源及作用过程时,仍需谨慎;于当前亟需建立完整可靠的Fe同位素示踪体系,这就需要在近期的工作中,尽可能多地选取代表不同构造环境和不同岩石类型的合适样品、获取（积累）更多原始（未经改造或蚀变）样品的精细分析数据,同时在利用Fe同位素示踪海底岩浆作用过程中还需注重多元数据的结合或相互佐证。     

海底大型多金属硫化物矿体内的流体过程

海底多金属硫化物矿体内热场和流场分布控制着多金属硫化物矿体的形成过程和成矿机制.在大洋钻探计划(ODP)和已有模拟实验研究的基础上,构建了一个具有三层结构的非均质海底多金属硫化物矿体模型,并利用地下热水系统体系模拟软件(Hydrothermal)模拟了不同渗透率情况下多金属硫化物矿体内部热场和流场的形态特征.模拟结果表...     

长江口外海域岩心沉积物地球化学特征及其对人类活动的响应

对长江口外海域Y16站岩心沉积物中元素含量和粒度组成进行了分析,并通过137Cs测定了年龄。结果表明,该岩心沉积物中元素含量在垂向上的变化与沉积物粒度组成的变化密切相关,根据元素含量的变化特征可将其分为3段:1966年之前、1967—1989年和1990—2006年。R型因子分析表明,影响该岩心沉积物中元素含量变化的主要因素为陆源物质供给。另外,生物沉积作用和人为污染对部分元素含量的变化有一定影响。元素含量的变化特征在前两个阶段主要与流域自然过程相联系,在后一阶段(1990—2006年)人为污染对沉积物中Pb和Zn元素含量的变化有所影响,但这种影响在长江大量输沙的背景下被明显减少。目前,由于长江输沙量的大幅下降(2006年长江输沙量仅为0.85亿t)以及人为污染影响程度的增强(煤、石油燃料消耗的持续增加以及工业的持续发展),未来长江口海域重金属元素的污染情况将面临更大的挑战。     

长江口海域表层沉积物重金属元素的潜在生态风险评价

根据三峡水库一期蓄水3 a后(2006年)长江口海域表层沉积物样品中元素(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn,Al,As,Ca和Sr等)质量比和黏土组分百分含量,采用Hakanson潜在生态风险指数法,分析了长江口海域表层沉积物中重金属元素(Cd,Cr,Cu,Pb,Zn和As)的污染程度,评价了长江口海域表层沉积物的环境质量现状,定量分析了长江口海域表层沉积物的潜在生态风险程度,并结合2003年的资料,讨论了三峡水库一期蓄水3 a后长江口海域的环境变化。结果表明,长江口海域表层沉积物环境质量状况良好,6种重金属元素的污染程度排序为:AsCrCdZnCuPb;表层沉积物的潜在生态风险程度为轻度,6种重金属元素的潜在生态风险程度排序为:CdAsCuCrPbZn。从区域差异来看,杭州湾口外泥质区和长江口外东北偏北海域表层沉积物中重金属元素(As,Cr,Zn,Cu和Pb)的污染指数和潜在生态风险指数均出现相对高值。从元素差异来看,Cd的污染指数和潜在生态风险指数高值区的分布明显异于其他重金属元素,说明Cd存在与其他重金属元素不同的富集机制,很可能是因为Cd更易受悬浮体浓度、有机质含量以及水体盐度的影响。与2003年的资料相比,三峡水库一期蓄水3 a后(2006年)表层沉积物总体潜在生态风险程度和重金属元素(除Cd之外)潜在生态风险指数的高值区均未发生显著变化。     

岩浆作用对海底热液系统物质的贡献

系统地总结分析了国内外关于岩浆作用对热液系统物质贡献的证据和研究成果。在此基础上,进一步分析了岩浆作用对热液系统物质贡献的主要形式,并对近期研究工作的主要方向进行了探索性分析。提出岩浆作用对热液系统物质贡献的形式除了传统的岩-水反应外,还有岩浆后期热液及挥发性组分直接进入的途径(形式);对海底热液活动系统的研究工作近期应主要集中在3个方面:(1)利用新近发展的高新技术,强化矿物及包裹体的原位微区分析,获取更加精细的矿物形成过程中的原始信息。(2)非传统稳定同位素的开发应用,为解决悬而未决的科学问题发展新的技术手段。(3)进一步发展完善岩浆作用对热液系统物质贡献的理论模型,更加贴近实际地定量评价岩浆作用对热液系统的物质贡献。上述工作,无疑对推进海底热液活动研究的进一步深化具有重要意义。     

冲绳海槽浮岩中碳、氢同位素组成特征

利用分阶段热解释放气体质谱分析法研究了冲绳海槽浮岩热解释放气中CO₂和H₂O的碳、氢同位素组成,结果显示:浮岩中原生CO₂和H₂O主要释放于400～1 000℃,CO₂的碳同位素组成介于-6.7×10-3～-22.7×10-3,H₂O的氢同位素组成从-45×10-3变到-71×10-3,均落入幔源火山岩的变化范围,而且浮岩的氢同位素组成与海槽区玄武岩的氢同位素组成非常接近,这表明冲绳海槽浮岩与玄武岩之间具有密切的成因联系,浮岩岩浆和玄武岩岩浆是同源岩浆不同程度结晶分异的产物.另外,这些浮岩较洋中脊玄武岩要贫13C,并富集D,同时具有从洋中脊玄武岩向岛弧玄武岩变化的趋势,这表明浮岩岩浆在形成或上升过程中可能受到俯冲板块释放流体的影响.     

冲绳海槽玄武岩玻璃主量、微量元素地球化学特征

The Okinawa Trough(OT) is a back-arc basin at an initial spreading stage that is under the influence of subduction of the Philippine Sea Plate. In this study, we analyzed the geochemical compositions of basaltic glass in the OT and discussed the effects of different magmatic sources, evolution, and subducted components in basalts. Our results showed that the middle and southern regions of the OT exhibit characteristics consistent with an iron-rich tholeiite series. Trace element proportions conform to the typical spider diagram pattern characteristic of back-arc basin basalts, rich in large ion lithophile elements(LILEs) including Rb, Ba, Pb, U, and Th, while depleted in high field-strength elements(HFSEs) including Nb, Ta, Zr, Hf, and Ti. The distribution of rare earth elements(REEs) is also consistent with enrichment by right-leaning light rare earth elements(LREEs).The addition of enriched mantle type I(EMI) materials as well as mantle heterogeneity may have led to variable degrees of enrichment in different regions. The magma source of the middle trough has undergone crystallization towards pyroxene, while development of plagioclase was restricted partly, and the crystallization of spinel and olivine ceased altogether. At the same time, crystallization of the southern OT magma source was dominated by olivine and including the formation of plagioclase, pyroxene, and magnetite(or titanomagnetite). Finally, the results of this study showed that 90% Th, 95% Ba in the southern basalt, 50%–70% Th and 70%–90% Ba in the middle basalt originated from subducted component. Different subducted component influence may be due to different subduction zone structural feature.     

过渡族金属元素同位素在海底热液活动研究中的应用

过渡族金属元素(Fe、Cu、Zn等)同位素的地球化学特征研究是近年来新兴起的研究方向,在沉积地球化学、宇宙化学、成矿过程、岩浆作用和生物科学等多个领域都取得了重要进展。主要介绍了过渡族金属元素同位素在现代海底热液活动研究中的应用以及取得的重要成果,指出利用过渡族金属元素同位素研究现代海底热液活动具有广阔的发展前景。在分析总结已有研究工作的基础上,探讨了该领域的研究发展方向,包括:(1)丰富过渡族金属元素同位素组成的分析数据;(2)加强模拟实验工作;(3)探讨海底热液活动对过渡族金属元素在大洋内循环和平衡的作用。     

冲绳海槽火山岩--揭示弧后盆地早期扩张动力学过程的钥匙

简述了冲绳海槽火山岩的研究意义、研究历史、现状及存在问题，提出了今后深入研究的思路与展望，指出应基于现代地球化学理论和方法，从板块构造沟弧盆体系岩浆作用的角度，将冲绳海槽这一典型幼年期弧后盆地中复杂多变的火山岩作整合型归纳和思考，既揭示不同岩石系列的成因联系，又注重将岩浆作用与构造环境相结合，并在与成熟弧后盆地火山岩的对比中揭示弧后盆地早期扩张过程中岩浆作用的特性、规律与标志，以揭示弧后盆地早期扩张的构造动力学过程。     

大西洋TAG热液活动区流体演化模式

在大型海底热液硫化物矿体内部,海水与热液流体的混合过程在热液硫化物矿体的形成过程中扮演着重要角色,与之相关的一些科学问题,例如热液活动区不同性质热液流体之间的关系,热液硫化物矿体的化学组成和矿物组合特征及其控制因素等,成为近年来海底热液活动调查研究的重要内容．利用数值模拟方法,结合TAG区热液流体化学组成的实测资料,模拟了经过不同程度改造的海水同热液流体之间的混合过程,在此基础上探讨了TAG热液活动区黑、白烟囱流体之间的关系和硬石膏的沉淀机制．模拟计算结果表明：①海水的加热和海水与热液流体的混合是控制TAG区硬石膏沉淀的两个重要过程．②下渗海水被加热应该不会高于150℃,而热液端员流体的最高温度则应该高于400℃．③提出了TAG区热液硫化物矿体内部流体的演化模式：海水在下渗过程中被围岩加热,加热海水与热液端员流体发生混合,混合流体经过传导降温和上升过程喷出海底形成白烟囱或者温度较低的黑烟囱．另外一部分热液端员流体未与下渗海水发生混合,经传导降温过程喷出海底形成喷溢高温热液流体的黑烟囱．