钛同位素地球化学综述     

赵新苗  唐索寒  李津  朱祥坤  王辉  李志汉  张宏福 《地学前缘》2020,27(3):68-77

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。  相似文献   

榍石LA-ICP-MS U-Pb定年中元素分馏的影响及校正研究     

靳梦琪  李艳广  王鹏  汪双双  黎卫亮 《岩矿测试》2020,39(2):274-284

同位素地质年代学是探索地质体时空演化及地球动力学等问题的基础学科,应用最为广泛的当属含铀副矿物的U-Pb定年技术。榍石具有相对较低的U-Pb体系封闭温度,并广泛发育于岩浆岩、各类变质岩、热液成因岩石以及少量沉积岩中,是一种理想的中高温地质事件定年矿物。利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定榍石U-Pb年龄时,不可避免地要解决高普通铅以及元素分馏效应对测试的影响。本文对榍石LA-ICP-MS实验过程中的元素分馏行为进行研究,采用相同基体的标准样品与未知样品对比,发现了榍石不同颗粒之间元素分馏行为不一致的现象;同时采用不同的元素分馏校正方法,分别应用于锆石、独居石和榍石进行对比研究,认为分馏行为一致的副矿物定年可以采用"指数法"和"均值法"对数据进行校正,但是对于榍石这种分馏行为不一致的副矿物,定年时只有采用"截距法"对数据进行校正才可以获得正确的年龄。进而将此结论应用于秦岭造山带老牛山地区岩浆成因榍石样品,得到的结果与锆石年龄一致,表明"截距法"可以避免分馏行为不一致导致的校正不准确的问题。本研究成果为榍石LA-ICP-MS U-Pb定年方法的完善提供了一种思路。  相似文献   

Calibration of oxygen isotope fractionation and calcite-corundum thermometry in emery at Naxos,Greece     

Rachelle B. Turnier  Yaron Katzir  Kouki Kitajima  Ian J. Orland  Michael J. Spicuzza  John W. Valley 《Journal of Metamorphic Geology》2020,38(1):53-70

Corundum (Crn), including sapphire, occurs in emery pods surrounded by marble on the island of Naxos, Greece. The emery formed from bauxite deposited in karst that was metamorphosed to 400–700°C at 20–15 Ma. Many of these rocks initially appeared well suited for refractory accessory mineral (RAM) thermometry, which uses oxygen isotope fractionation between a RAM – corundum – and a modally dominant phase with faster diffusion of oxygen – calcite (Cc) – to determine peak metamorphic temperatures. However, previous attempts at oxygen isotope thermometry were confounded by highly variable fractionations (Δ¹⁸O) measured at mm-scale and the uncertain calibration of Δ¹⁸O(Cc-Crn) versus temperature. Secondary ion mass spectrometry (SIMS) permits in situ analysis of δ¹⁸O in corundum and calcite at the 10-μm scale in adjacent grains where textures suggest peak metamorphic equilibrium was attained. SIMS analyses of adjacent mineral pairs in eight rocks yield values of Δ(Cc-Crn) that systematically decrease from 7.2 to 2.9‰ at higher metamorphic grade. Pairing these data with independent temperature estimates from mineral isograds yields an empirical calibration of 1,000 lnα(Cc-Crn) = 2.72 ± 0.3 × 10⁶/T² (T in K). The new fractionations (2.7‰ at 1,000 K) are significantly smaller than those calculated from the modified increment method (6.5‰ at 1,000 K; Zheng, Geochimica et Cosmochimica Acta, 1991, 55:2299–2307; Zheng, Mineral Mag, 1994, 58A:1000–1001), which yield unreasonably high temperatures of 630 to 1,140°C when applied to the new Naxos data. The new calibration of Δ(Cc-Crn) can be combined with published fractionations to calculate A-factors for corundum versus a range of 14 other minerals. These new fractionation factors can be used for thermometry or to constrain the genesis of corundum. A compilation of gem corundum δ¹⁸O values shows that many igneous sapphires, including important deposits of basalt-associated sapphire, are mildly elevated in δ¹⁸O relative to the calculated range in equilibrium with mantle values (4.4–5.7‰) and formed from evolved magmas.  相似文献   

钾稳定同位素研究综述     

王昆  李伟强  李石磊 《地学前缘》2020,27(3):104-122

钾稳定同位素是重要的非传统稳定同位素体系,也是近年来迅速发展的热门研究课题。对钾同位素研究历史和现状进行综述,具体包括以下内容:(1)总结了钾元素的地球化学和宇宙化学性质,包括钾在主要地质储库(地幔、地壳、海洋)中的丰度及其分配,钾在岩浆演化中的不相容大离子亲石性,常见含钾火成岩/沉积岩矿物以及钾在表生过程中的循环,也包括主要行星物质(球粒陨石、非球粒陨石、火星和灶神星陨石以及月球样品)中钾的含量、赋存状态、主要矿物,钾在太阳星云冷凝、行星积聚以及岩浆海过程中的中等挥发性质;(2)介绍了钾同位素的研究历史,从1922年Dempster利用最早的质谱仪测量钾同位素在自然界的丰度,到Taylor和Urey在1938发表的经典的钾同位素分馏实验,再到Humayun和Clayton在1995年发表的钾同位素领域的经典研究,最后到近几年的进展;(3)介绍了对钾的前处理(离子交换柱法)以及钾同位素的主要测量方法,包括早期热电离质谱仪法(TIMS),二次离子质谱仪法(SIMS)和近十几年以来高速发展的多接收电感耦合等离子体质谱仪法(MC-ICP-MS)及其不同的技术路线;(4)介绍了高精度钾同位素比值在低温地球化学和生物地球化学中的应用,包括钾同位素在地表的风化过程中、海水洋壳的反向风化作用中的分馏及其在示踪全球钾元素循环和洋壳俯冲等过程中的应用;(5)介绍了高精度钾同位素比值在高温地球化学中的应用,包括钾同位素在岩浆分异和矿物结晶过程中的分馏;(6)介绍了高精度钾同位素比值在宇宙化学中的应用,包括在太阳星云冷凝、行星凝聚、月球形成大碰撞、岩浆海、火山喷发去气过程中的分馏作用。  相似文献   

蛇纹石化和俯冲带蛇纹岩变质脱水过程中流体活动性元素的行为   总被引：1，自引：1，他引：0  

吴凯  袁洪林  吕楠  张丽鹏 《岩石学报》2020,36(1):141-153

蛇纹石是大洋岩石圈和俯冲带内水和流体活动性元素最重要的载体之一。研究蛇纹石化和蛇纹岩变质脱水过程中流体活动性元素的行为是认识俯冲带元素地球化学循环的关键。蛇纹岩是指主要由蛇纹石类矿物构成的岩石,包括利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石。蛇纹石化过程中会造成流体活动性元素(B、Li、As、Sb、Pb、Cs、U、Sr和Ba等)的显著富集,并且由于原岩性质、流体成分和氧逸度等条件的不同,大洋岩石圈蛇纹岩和弧前蛇纹岩的特征也略有不同。例如,弧前蛇纹岩具有相对高的As、Sb、B和相对低的U,这反映了俯冲沉积物来源流体的贡献。在俯冲带蛇纹岩的变质脱水过程中,利蛇纹石向叶蛇纹石的转变伴随着矿物内超过50%F和Cl的释放,以及一些流体活动性元素(如B和Li)的迁出;此外,蛇纹石分解形成的变质橄榄石中的流体包裹体指示,蛇纹石脱水分解所产生的流体具有高于原始地幔几个数量级的Cl、Cs、Pb、As、Sb、Ba、Rb、B、Sr、Li和U含量。由于利蛇纹石中的Fe~(3+)含量较叶蛇纹石高,这种矿物相转变过程中也伴随着俯冲通道内的一系列氧化还原过程,从而影响流体性质和新形成的叶蛇纹石的成分。蛇纹岩与岛弧岩浆在流体活动性元素富集规律上的相似性说明蛇纹岩在俯冲带元素循环中扮演着重要的角色。此外,蛇纹石矿物相转变过程中F、Cl、B等元素的释放,可能对于斑岩型金矿、蛇绿岩中的金矿和某些蛇纹岩作为赋矿围岩的硼矿的形成起到重要的作用。  相似文献   

南海北部东沙天然气水合物区浮游植物生物量和生产力粒级结构特征及其环境影响分析     

康建华  梁前勇  王建军  林毅力  何雪宝  夏真  郑新庆  王雨 《海洋学报(英文版)》2018,37(1):97-107

本文讨论了2013年5月南海东沙天然气水合物区浮游植物生物量和生产力粒级结构特征及其环境影响因素。结果表明，研究海域表现出典型的低营养盐、低叶绿素a、低生产力特征，浮游植物叶绿素a和初级生产力具有明显的次表层最大值现象。东沙海域生物量和初级生产力粒级结构差异性显著，从生物量和生产力贡献度来看，表现为微微型浮游植物> 微型浮游植物> 小型浮游植物。生物量的垂直分布结果表明，春季不同粒级类群浮游植物在真光层内的分布存在明显不同，比如小型浮游植物在真光层内分布较均匀；微型浮游植物则主要分布于近表层或真光层中部，而微微型浮游植物则主要分布于真光层中部和底部。微微型浮游植物在纬度较低的热带贫营养海区之所以能够占主导优势，最主要的原因是其极小的细胞体积和较大的表面积使其有利于营养竞争。相关性分析表明，南海东沙浮游植物各粒级生物量与温度、pH显著正相关，与硅酸盐、磷酸盐显著负相关；浮游植物各粒级生产力与温度显著正相关，与盐度、磷酸盐显著负相关。磷酸盐含量是影响东沙海域浮游植物粒级结构差异的重要因素之一，同时，光辐照度和水体的真光层深度对东沙天然气水合物区不同粒径浮游植物的垂直分布起着更为重要的调控作用。  相似文献   

青海湖地区生物中正构烷烃及其氢同位素组成与影响因素     

段毅  吴应忠  吴保祥  孙涛 《地质学报》2018,92(7):1541-1550

青海湖是我国最大的内陆咸水湖泊。本文应用GC-MS和GC-TC-IRMS同位素分析技术,对青海湖水生生物和周围地区陆生生物中正构烷烃及其氢同位素进行了分析,研究了生物中正构烷烃及其同位素组成。结果显示了不同生物中正构烷烃碳数分布范围在C1 5~C33之间,呈单峰型分布;主峰碳数是水生生物(除海韭菜外)相对较低,主要为C23和C25,陆生木本植物次之,为C27;陆生草本植物较高,为C27和C29;CPI值分布在4.0~29.7之间;ACL值为26.0~29.6,分布与植物类型有关。青海湖水生生物中正构烷烃氢同位素组成分布在-209.8‰~-85.6‰之间,平均值为-169.2‰~-121.2‰;陆生植物的正构烷烃δD值为-196.7‰~-84.3‰之间,平均值为-173.0‰~-108.6‰。青海湖不同水生生物和不同陆生生物之间的正构烷烃氢同位素组成差别显著。研究发现,湖泊的含盐量对水生植物的正构烷烃氢同位素具有显著影响,环境湿度和降水量明显影响了陆生植物的正构烷烃氢同位素组成;植物的正构烷烃平均氢同位素组成随着其ACL值增加,具有变轻的趋势;不同种类植物的正构烷烃合成期间具有不同的氢同位素分馏效应,与陆生植物相比较,水生植物的正构烷烃相对于环境水更富集轻氢同位素,并且随着ACL值增加,环境水和正构烷烃之间的氢同位素分馏增大。  相似文献   

Geodynamic setting,structure, and composition of continuous trachybasalt-trachyandesite-rhyolite series in the north of Altai-Sayan area: the role of crust-mantle interaction in continental magma formation     

A.A. Vorontsov  O.Yu. Perfilova  N.N. Kruk 《Russian Geology and Geophysics》2018,59(12):1640-1659

The geologic positions and geochemical and isotope parameters of the Ordovician-early Silurian and Early-Middle Devonian continuous volcanic series of the Minusa basin and its mountainous framing are compared. Both series are composed mostly of moderately alkaline rocks with variations in SiO₂ contents from 45 to 77 wt.%. The Ordovician-early Silurian series differs from the Early-Middle Devonian one in lower contents of TiO₂ (< 1.7 wt.%) and Fe₂O_3tot and higher contents of Al₂O₃ in all rock varieties and in the more fractionated REE patterns of trachybasalts. The compositions of both series reflect two simultaneous mechanisms of magma evolution. The main process was fractional crystallization leading to the formation of rocks from trachybasalts to trachyrhyodacites. The accessory mechanism was the contamination of fractionated melts by crustal material, anatectic melting of crust, and mixing of deep-seated magmas with crustal melts. These processes had specifics at each stage and were controlled by the composition of the sources of parental melts. Their geochemical and isotopic parameters (high alkalinity, high contents of lithophile elements, negative anomalies of Nb, Ta, and Ti, and enrichment in radiogenic Sr) point to the interaction of mantle plumes with the lithospheric mantle that was metasomatically transformed during the preceding Vendian-early Cambrian subduction processes.  相似文献   

华北平原高氟地下水中稀土元素分布和分异特征     

刘海燕  刘茂涵  张卫民  孙占学  王振  吴通航  郭华明 《地学前缘》2022,29(3):129-144

高氟地下水是世界各国研究者广泛关注的重大环境问题。尽管对高氟地下水的化学特征、形成机理和扩散机制等已有不少研究,但其稀土元素(REE)的含量和分异特征以及这些特征能否反映高氟地下水的形成和分布尚不清楚,这在一定程度上限制了REE在高氟地下水中的运用。本研究以地下水氟离子异常严重地区——华北平原为研究区,沿地下水流向采集浅层和深层地下水样,研究分析了水中氟离子和REE的地球化学特征。浓度分析结果表明地下水氟离子浓度介于0.28 mg/L和9.33 mg/L之间,其中55%超出我国饮用水标准规定值1.0 mg/L;PHREEQC计算结果反映地下水中氟以NaF、CaF⁺、MgF⁺和自由态F^-形式存在,其中自由态F^-含量占主导(85.42%99.39%);高氟地下水主要分布于中部冲积湖积平原以及东部冲积海积平原,60%高氟地下水样分布在180 m深度以下;水化学图件分析结果指示浅层高氟地下水的形成主要受蒸发浓缩作用的控制,而深层高氟地下水是水岩相互作用下的矿物溶解和离子竞争吸附共同作用的结果。研究区地下水REE含量处于pmol/L至nmol/L级别,PHREEQC模拟计算结果表明REE主要以碳酸络合物( {\mathrm{REECO}}_3^{+}和$REE(CO_{3})_{2}^{-})$的形式存在,与氟离子络合的稀土元素(REEF²⁺和 {\mathrm{REEF}}_2^{+})占01.18%;上陆壳(UCC)标准化结果显示,所有地下水均呈重REE(HREE)和中REE(MREE)相对于轻REE(LREE)富集的模式,且具有显著Ce负异常(0.11* = Ce_UCC/(La_UCC×Pr_UCC)^0.5<2.29)特性;地下水富HREE主要归因于HREE比LREE优先与碳酸根络合,并且形成更加稳定的碳酸络合物。沿地下水流向,深层地下水中总REE含量与地下水中氟浓度均呈现不断上升的变化趋势,同时高氟地下水比低氟地下水更易富集重稀土元素,说明稀土元素对深层含水层富氟行为具有一定的指示作用。  相似文献   

钙同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩-共生硅酸盐研究中的应用     

向蜜  龚迎莉  刘涛  田世洪 《地质学报》2021,95(12):3937-3960

作为"非传统稳定同位素"家族成员,钙同位素正受到国际地学界日益广泛的关注.钙是主要的造岩元素,也是生物必需的元素.钙在地球各圈层广泛分布,研究钙同位素的地球化学行为将有助于提高我们对各种生物过程和地质过程的认识.钙同位素测定主要采用热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),分别表示为δ44/40 Ca和δ44/42Ca.目前自然界可观测到的δ44/40Ca变化范围为-2.0‰～6.75‰,约8.7‰.本文系统介绍了近年来钙同位素分析中样品溶解、化学分离、质谱测定以及高温地质过程中的钙同位素分馏及其地质应用等方面的研究成果,尤其对钙同位素在碳酸岩-共生硅酸盐岩研究中的意义、钙同位素组成以及取得的主要认识作了较为全面的介绍.阐述了放射成因40 Ca、部分熔融作用/分离结晶作用、地壳同化作用、古俯冲碳酸盐循环、热液蚀变作用、岩浆起源深度等对碳酸岩、硅酸盐岩的钙同位素组成造成的影响.最后,通过系统对比碳酸岩-共生硅酸盐岩的锂、镁、钙同位素研究成果,认为应该开展多元同位素体系的联合示踪.由于不同同位素体系存在相似性和差异性,而多元同位索体系相结合能有效地加强优势互补,将是同位素地球化学研究发展的一种必然趋势.  相似文献