Volatile element chemistry during accretion of the earth

We review some issues relevant to volatile element chemistry during accretion of the Earth with an emphasis on historical development of ideas during the past century and on issues we think are important. These ideas and issues include the following: (1) whether or not the Earth accreted hot and the geochemical evidence for high temperatures during its formation, (2) some chemical consequences of the Earth’s formation before dissipation of solar nebular gas, (3) the building blocks of the Earth, (4) the composition of the Earth and its lithophile volatility trend, (5) chemistry of silicate vapor and steam atmospheres during Earth’s formation, (6) vapor - melt partitioning and possible loss of volatile elements, (7) insights from hot rocky extrasolar planets. We include tabulated chemical kinetic data for high-temperature elementary reactions in silicate vapor and steam atmospheres. We finish with a summary of the known and unknown issues along with suggestions for future work.     

热扩散驱动的元素分异和同位素分馏:一种不容忽视的硅酸盐成分分异机制

热扩散在地质过程中是否发挥重要作用一直存有争议。本文回顾了热扩散的研究历史和现状,重点总结了热扩散驱动的元素和同位素行为规律,并探讨了温度、硅酸盐组分、压力和氧逸度等因素对热扩散行为的影响。已有的研究表明,稳定热梯度下的硅酸盐热扩散效应类似于结晶分异或AFC过程,可以造成轻、重同位素分别在高温端和低温端富集,而主、微量元素的扩散方向则取决于两端化学势的高低和熔体中的电价平衡。从基性岩浆到酸性岩浆,熔体聚合度增大,黏度增加,热扩散速率明显降低,成网元素的热扩散效应减弱,变网元素则反之;水、氟、氯和硫化氢等挥发组分能增加熔体的非桥氧比例,降低熔体聚合度,因而能显著增强硅酸盐熔体中元素和同位素的热扩散效应。在此基础上,本文提出了当前硅酸盐体系热扩散研究中存在的五个亟需解决的问题,即:1)对不同硅酸盐体系的热扩散规律的研究还不够全面;2)对微量元素的热扩散行为认识不足;3)硅酸盐体系热扩散作用的影响因素及尺度还不够明确;4)热扩散作用的地质与地球化学关键识别标志有待确立;5)硅酸盐体系热扩散作用的理论模型有待建立。尽管硅酸盐体系热扩散的研究还存在诸多不足,但越来越多的证据表明,热扩散是地质过程中不容忽视的一种成分分异机制。这种机制会造成岩浆房或岩浆通道中的元素分异和同位素分馏,可能对于一些成分分异的岩石和矿床的形成具有重要的意义。     

北山造山带中部(甘肃段)花岗岩成因及构造背景

北山造山带中部花岗岩体以陶勒努图洪岩体和跃进山南岩体为代表,本文对这两个岩体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、全岩地球化学和原位锆石Lu-Hf同位素分析,结果表明:岩体成岩年龄分别为410±2. 8Ma、427±2. 5Ma;主量元素呈现高硅、高钾钙碱性、准铝质-弱过铝质特征;微量元素表现为富集Th、Zr、Hf等及大离子亲石元素(Rb、U、K等),亏损Ba、Sr、Eu及高场强元素(Nb、Ta、P、Ti等);球粒陨石标准化稀土元素曲线呈轻稀土富集、重稀土亏损的右倾模式。综合分析认为跃进山南岩体属A型花岗岩,陶勒努图洪岩体属S型花岗岩。陶勒努图洪和跃进山岩体锆石ε_(Hf)(t)分别为-2. 90～-0. 12(平均值为-1. 53)、-1. 99～2. 82(平均值为0. 26),t_(DM2)分别为1. 41～1. 58Ga、1. 23～1. 54Ga。研究表明:陶勒努图洪黑云母花岗闪长岩岩浆源区主要为由元古界北山杂岩组成的以变质杂砂岩为主的古老地壳物质(含中基性岩石)部分熔融的产物,跃进山南二长花岗岩体可能在元古界北山杂岩组成的以变质杂砂岩为主的古老地壳物质重熔过程中有幔源岩浆的参与。在中志留世(427Ma)明水-小黄山洋已向南侧马鬃山-公婆泉弧之下俯冲至后期,板块后撤引发明水-旱山地体南缘弧后形成裂解环境导致幔源岩浆底侵,诱发地壳物质重熔形成花岗质岩浆,岩浆侵位形成跃进山南二长花岗岩体;至早泥盆世(410Ma),俯冲结束发生弧-陆碰撞造山导致地壳增厚,引发下地壳发生部分熔融产生的花岗质岩浆侵位形成陶勒努图洪岩体;两岩体是在早、晚古生代交接时段同一俯冲-碰撞构造背景下不同部位、不同亚构造环境下的产物。     

http://dx.doi.org/10.1016/j.gsf.2016.11.007

Lunar anorthosite is a major rock of the lunar highlands,which formed as a result of plagioclasefloatation in the lunar magma ocean(LMO).Constraints on the sufficient conditions that resulted in the formation of a thick pure anorthosite(mode of plagioclase 95 vol.%) is a key to reveal the early magmatic evolution of the terrestrial planets.To form the pure lunar anorthosite,plagioclase should have separated from the magma ocean with low crystal fraction.Crystal networks of plagioclase and mafic minerals develop when the crystal fraction in the magma(φ) is higher than ca.40-60 vol.%,which inhibit the formation of pure anorthosite.In contrast,when φ is small,the magma ocean is highly turbulent,and plagioclase is likely to become entrained in the turbulent magma rather than separated from the melt.To determine the necessary conditions in which anorthosite forms from the LMO,this study adopted the energy criterion formulated by Solomatov.The composition of melt,temperature,and pressure when plagioclase crystallizes are constrained by using MELTS/pMELTS to calculate the density and viscosity of the melt.When plagioclase starts to crystallize,the Mg~# of melt becomes 0.59 at 1291 C.The density of the melt is smaller than that of plagioclase for P 2.1 kbar(ca.50 km deep),and the critical diameter of plagioclase to separate from the melt becomes larger than the typical crystal diameter of plagioclase(1.8-3 cm).This suggests that plagioclase is likely entrained in the LMO just after the plagioclase starts to crystallize.When the Mg~# of melt becomes 0.54 at 1263 C,the density of melt becomes larger than that of plagioclase even for 0 kbar.When the Mg~# of melt decreases down to 0.46 at 1218 C,the critical diameter of plagioclase to separate from the melt becomes 1.5-2.5 cm,which is nearly equal to the typical plagioclase of the lunar anorthosite.This suggests that plagioclase could separate from the melt.One of the differences between the Earth and the Moon is the presence of water.If the terrestrial magma ocean was saturated with H_2O,plagioclase could not crystallize,and anorthosite could not form.     

长白山天池火山岩浆系统分析

针对外媒报道长白山天池火山在近2年内有可能喷发的言论,在长白山天池火山区布测了一条长度约为103 km的二维大地电磁测深观测剖面,对火山区深部电性结构进行探测研究.由于研究区内不明来源的电磁干扰非常强,对数据采用了远参考处理、Robust处理、Rhoplus分析、张量阻抗分解和基于一维层状介质电阻率与相位互算方法等先进处理技术,获取到一批在强干扰区质量较为可靠的电磁数据,利用数据计算分析了长白山天池火山区二维构造走向和感应矢量特征,采用NLCG二维反演技术对资料进行了二维反演解释,并将反演结果与前人探测结果进行了对比分析.探测结果表明:在天池火山口下方存在明显的直立型岩浆通道,岩浆通道在下方约5~8 km位置形成关闭;在火山口下方往北方向附近,在埋深位置约7 km深处存在一个明显的低阻异常体,电阻率小于10 Ωm,且与岩浆通道对接,推测其可能是地表浅部发育的岩浆囊;在长白山山门附近C07-C09号测点之间和C04-C05号测点之间,在埋深约7~17 km深处发现近直立型低阻带,低阻带与下方低阻体直接相连,推测低阻带内赋存有活动的岩浆;随着埋深的增加,从天池火山口南部约20 km位置往北方向,在埋深13~30 km之间壳内广泛发育明显的低阻异常体,推测其可能是活动的岩浆囊.反演结果与前人探测结果整体电性特征相似,但又局部不同.     

河北矾山杂岩体中单斜辉石的研究

河北矾山杂岩体属于二氧化硅不饱和的超钾质碱性-过碱性岩浆系列,由单斜辉石岩、辉石正长岩和碱长正长岩等不同类型岩石组成。各类型岩石主要组成矿物为单斜辉石、黑云母、石榴石和正长石。本文利用电子探针对单斜辉石进行了详细研究,发现所有单斜辉石属于高钙透辉石,随着岩浆的演化,主要表现为Fe²⁺对Mg²⁺的替代关系,结晶趋势为透辉石→钙铁辉石,这揭示矾山杂岩体岩浆体系的特点是高温、中等大小的氧逸度、贫硅、富碱（尤其是钾）。辉石中的Al^IV含量取决于岩浆的硅饱和度,硅越不饱和,Al^IV含量越高;Al^VI含量则与体系中的Al含量呈正相关关系。由Al对Si的替代引起的电荷不平衡主要由八面体位置的Fe³⁺来补偿,其次为少量的Ti⁴⁺和更少量的Al³⁺。体系中的Ti含量与体系的温度呈正相关关系,而Na含量则与辉石中的Ti和Fe³⁺含量成正相关关系。不同类型岩石中单斜辉石从核部到边部随着Mg^#的降低,Al、Ti含量呈现不同的演化趋势,这是因为它们于岩浆演化的不同阶段开始结晶,经历了不同的岩浆演化史。碱性岩中高钙辉石的出现和成分环带的普遍发育是由岩浆的贫硅富钾特征决定的。单斜辉石的成分不仅受控于结晶时的温度、压力条件,也受控于岩浆的总成分及其变异。     

滕县煤田七五井田岩浆岩分布特征及对煤层煤质的影响

以七五井田为研究对象,通过对区内地质构造展布特征、岩浆岩分布特征进行分析研究,总结得出七五井田岩浆侵入规律,进一步弄清了岩浆侵入对煤层的破坏程度,并对岩浆岩对煤层煤质的影响程度进行了评价,为矿井生产过程中的开拓布置工作提供了依据。     

地壳流体CO_2的释放与地震关系:回顾与展望

介绍了地壳流体CO2的3个主要成因:有机成因、变质成因及幔源成因,并着重讨论了CO2气体的稳定同位素13C的示踪性能;总结了由地壳释放CO2的主要方式、上升通道及其存在形态。在回顾地壳流体CO2等释放在目前地震监测、预报及相关研究中的主要研究进展的同时,指出地壳深部流体(CO2、He、CH4等)在同位素地球化学、深源流体运移与地震活动、深源流体对震源介质的影响等。此外,提出对深源流体监测不能仅限单一组分(CO2)的监测,需多种深源成分(He、Ne、Ar、H2、CH4)同时监测。     

塔里木南缘布雅花岗岩和暗色包体的锆石U-Pb年代学及地球化学特征

塔里木西南缘铁克里克地区广泛发育早古生代中酸性侵入岩,本文对其中布雅岩体及其暗色包体进行系统的岩石学、年代学及岩石地球化学研究,确定了岩石成因及其构造属性。LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明,寄主石英二长闪长岩结晶年龄为432.6±2.5 Ma(MSWD=1.5),暗色包体结晶年龄为432.4±6.4 Ma(MSWD=0.031),二者形成时代相同,均为志留纪早期岩浆活动的产物。地球化学特征表明,布雅暗色包体应来源于地幔的部分熔融,而寄主岩石岩浆具有壳源岩浆的性质并经历了幔源岩浆不均匀的混合。野外及岩相学特征均显示暗色包体为铁镁质岩浆注入长英质岩浆快速冷凝形成的,是幔源岩浆底侵下地壳形成的岩浆混合作用的产物。它们是塔里木南缘早古生代碰撞造山作用晚期的岩浆记录。