稀有气体地球化学研究进展专题教学PPT.ppt

稀有气体地球化学研究进展 稀有气体 即氦 he 氖 ne 氩 ar 氪 kr 氙 xe 和氡 rn 又称惰性气体 系指化学元素周期表中的零族元素 以化学性质不活泼和在地球中含量稀少为特征 正由于它的化学惰性和少的含量 稀有气体被发现 研究和应用都较晚 一 稀有气体同位素在地质中的研究现状 1 he ar研究趋于成熟 ne kr xe进展迅速稀有气体中 以he ar同位素在地质学中应用最早 范围最广 研究也最深入 he具两种稳定同位素 3he和4hear有三种稳定同位素 40ar 38ar 36arhe ar同位素比值被用于追溯岩浆起源 地球分层等问题 目前已对大气 地壳 上 下地幔等不同来源物质的he ar同位素组成有了较为清晰的认识 相对于he ar ne kr xe rn的研究进展在过去相当长时间是缓慢的 特别是放射性的rn 因其极微而难以测定的含量 目前研究极少 而ne kr xe的研究在近年却呈一种蓬勃之势 但对它们在地球中作用与意义认识分歧明显 总之 稀有气体研究的总趋势是 he ar研究趋于成熟 ne kr xe进展迅速 2 稀有气体同位素比值的意义及应用领域3he 4he等用于区分构造环境 探讨地球圈层结构 3he 20ne 4he 20ne计算地幔氦输出量 3he 4he 20ne 22ne 21ne 22ne 40ar 36ar及xe同位素等追溯物质源区 40ar 39ar 40k 40ar u th 4he等用于岩体的测年 3he 21ne 宇宙射线生氦氖 计算火山岩的暴露年龄及侵蚀率 4he 40ar 放射源 讨论岩浆房深度 40ar 36ar等用于大气混染程度分析 等等 大洋玄武岩 大洋玄武岩 大洋玄武岩 二 稀有气体与大地构造环境及地球物质起源 1 不同构造环境中的稀有气体同位素morb 大洋中脊玄武岩 大洋中脊玄武岩是稀有气体研究最多的地区 80年代以来 对大西洋中脊 太平洋中隆等区域的研究表明 morb代表强烈排气的上地幔物质 其3he 4he 7 9ra 大气3he 4he 1 4 10 6 记作ra rocholl 1996 marty 1999 大洋中脊玄武岩玻璃3he 4he 近年来 morb中异常高的20ne 22ne值引起了许多研究者的兴趣 已知大气中20ne 22ne值为9 8 而morb中普遍发现10 13的同一比值 目前尚未发现产生20ne的放射反应 鉴于太阳风中高的20ne 22ne值 可达13 8 murer等 1997 地幔中存在太阳源ne已成共识 allegre 1993 farley 1993 burnard等 1997 对采自大西洋中脊爆裂岩的分析表明 其40ar 36ar值主要变化于4000 40000之间 其中1块标本比值高达64000 这是地幔样品已知的最高值 与moreira等 1998 的结果相近 40ar 36ar小于44000 事实上 介于4000 10000间的40ar 36ar值较为常见 rocholl 1996 oib 洋岛区 目前已对若干较morb区3he 4he高端元值的地区的稀有气体作了研究 这些地区均属热点区 大洋中的热点区即洋岛区 oib 如hawaii iceland samoa galapagos等地区 它们代表地幔羽或下地幔源的岩浆喷出 以具高的3he 4he值为特征 某些热点区3he 4he值变化极大 如galapagos区变化于6 9 27ra间 kurz 1999 最近 hilton 1999 在iceland发现37ra以上的3he 4he值 为已知热点区的最高值 poreda等 1992a 发现samoa区的20ne 22ne值大于11 30 相似的比值也见于reunion staudacher等 1994 等地区 结合morb区 表明整个地幔具有较高的20ne 22ne值 消减带patterson等 1997 在tabar lihir tanga fen弧区测得7 2ra和6 6ra的3he 4he值 较morb 大洋中脊玄武岩 略低 表明即使被俯冲板块强烈改造过的地幔楔 仍只有微量的板源成分 这与poreda等 1989 对环太平洋火山弧稀有气体分析一致 三联点honda等 1993b 在位于laubasin盆地的king三联点地区测得 9 4 0 8 10 6的3he 4he值 相当于6 7 0 16ra 略低于morb同一比值 研究表明 三联点地区的3he 4he值随混染组分 地壳型或地幔型 及混染程度的不同 具有从略低于到略高于morb的变化范围 大陆火山岩及地幔包体相对于大洋 大陆火山岩及地幔包体的稀有气体研究工作开展较晚 但已遍及世界各大洲 perez 1996 在西班牙层火山岩中测到3he 4he值为5 97 8 21ra 在美洲大陆 reid等 1996 在美国西南地区大陆玄武岩中得到5 5 7 7ra的3he 4he值 结合早期研究 表明大陆地幔具有与大洋地幔相似的he同位素组成 但变化范围略为宽广 2 中国东部幔源包体中的稀有气体同位素组成与构造环境 3he 4he 中国东部地区幔源包体稀有气体同位素组成具如下特征 3he 4he值总体偏低 分布范围为0 115 11 3ra 其中 介于1 0 7 0ra者比例较大 约67 最近 李延河等在东部一个幔源巨晶中发现异常高的3he 4he值 达694ra 其成因尚不明了 40ar 36ar 中国东部幔源包体的40ar 36ar值较低 为251 2325 其中大于1000者不足11 总体上明显低于morb和oib 与美国西部等大陆边缘的幔源岩类似 也与大洋沟弧系类似 与其它大陆比较 中国东部幔源包体的低40ar 36ar特征尤为突出 20ne 22ne 中国东部幔源包体的20ne 22ne值 9 5 12 2 与澳大利亚等大陆的幔源包体类似 也有相当比例 约35 的样品20ne 22ne 9 8 也就是说 低20ne 22ne在我国东部幔源岩中也是存在的 不同流体源区he ne ar同位素组成特征 三 稀有气体同位素综合示踪 轻稀有气体同位素比值对于直观地判别单一流体源区非常有效 但对于由2个以上源区混合而成的流体的判别局限性明显 故而 利用轻稀有气体同位素组合 如he ne he ar ne ar同位素对 在流体成因 来源的研究中被广泛应用 大洋玄武岩3he 4he 40ar 36ar 大洋玄武岩20ne 22ne 40ar 36ar 由于不同源区间轻稀有气体同位素比值差异明显 因而其相关图是源区判识的有效手段 如3he 4he 40ar 36ar 40ar 36ar 20ne 22ne 3he 36ar 40ar 36ar等相关图 大洋玄武岩3he 36ar 40ar 36ar 幔源岩类中的稀有气体同位素与sr nd pb同位素研究 前已述及 sr nd pb同位素是相对成熟且极为有效的岩体示踪体系 在幔源岩研究中应用广泛 根据对大洋中脊玄武岩 morb 和洋岛玄武岩 oib sr nd pb同位素相关性特征的研究 已经鉴定出4个代表性的地幔化学组分端元 亏损的洋中脊玄武岩地幔 dmm 高u pb值地幔 himu i型富集地幔 em1 ii型富集地幔 em2 其中dmm相当于morb组分 em1 em2 himu是构成oib的三种主要端元 大洋玄武岩he与sr nd pb关系图 1 胡瑞忠 毕献武 turnerg等 1999 哀牢山金矿带金成矿流体氦氩同位素地球化学 中国科学 d 29 321 330 2 刘强 朱铭 张福松等 2000 氩同位素分馏的实验研究 地质科学 35 3 297 304 3 孙晓明 normandi 孙凯等 2000 一种新的