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研究方向:主要储库研究

主要储库研究

金属稳定同位素地球化学实验室,Feb. 23, 2019

主要研究储库

地球各主要储库的同位素组成是研究各种高温、低温地质过程中同位素分馏行为,示踪元素迁移、循环的基础。本课题组在该方向取得如下成果。

2.1大陆上地壳的Ba同位素组成:Nan(南晓云)et al.(已投稿)

大陆上地壳强烈富集高度不相容元素Ba,因此是Ba元素最重要的储库。对71件上地壳代表性样品(包括花岗岩、花岗闪长岩、黄土、河流沉积物和冰碛岩)的系统研究显示,其δ137/134Ba变化范围为-0.47~ +0.35‰(图2.1),表明化学风化过程和岩浆过程中Ba同位素均有可能发生分馏。由此估计大陆上地壳的平均δ137/134Ba= 0.00 ± 0.03‰(2SD/n^(1/2),n=71)。

2.2大陆上地壳的Fe同位素组成:Gong(宫迎增)et al.(2017)

细粒沉积物可以用来估算大陆上地壳元素和同位素平均组成(Goldschmidt,1933);黄土来源广泛,且形成过程受化学风化影响较小,是研究上地壳平均组成的理想样品(TaylorandMcLennan, 1985; Hu and Gao, 2008)。我们测量了黄土高原驿马关地区垂向剖面的Fe同位素,结果显示不同气候背景下形成的黄土具有均一的铁同位素组成(图2.2),表明风化、剥蚀、搬运、沉积以及黄土化过程中铁同位素不发生显著分馏。因此,黄土的平均δ56Fe= 0.09 ± 0.03‰(2SD,n = 32),可以代表上地壳的Fe同位素组成。

2.3大陆冰碛岩的V同位素组成:Tian SY (田笙谕)et al.(准备中)

冰碛岩的形成以物理风化作用为主,其成分可以很好地代表大陆上地壳的平均组成。对太古代、新元古代、古元古代和古生代四个不同时代冰碛岩的V同位素研究显示(图2.3):太古代冰碛岩δ51V的平均值(-0.86± 0.06‰,2SD,n= 3)与洋中脊玄武岩(MORB)和弧后盆地玄武岩(BABB)的变化范围(δ51V= -0.84 ± 0.10‰,2SD;Wu(吴非)et al., in prep.)在误差范围内一致;从太古代到古生代,V同位素组成逐渐变重(δ51V= -0.90 ~ -0.58‰,n = 19)。岩浆演化过程中,随着SiO2含量升高,δ51V升高,因此冰碛岩δ51V逐渐升高的趋势反映了上地壳从太古代到古生代,平均成分从基性向中酸性演化。

2.4 蚀变洋壳的Cu–Zn同位素组成:Huang J (黄建)et al. (2016)

洋壳在低温和高温水岩交换过程中发生蚀变,其同位素组成可以为蚀变过程以及俯冲再循环物质的同位素组成提供重要制约。对东太平洋隆起IODP1256钻孔垂向剖面的Cu–Zn同位素研究显示,经历低温热液蚀变的玄武岩的Cu–Zn同位素组成与正常地幔相似(δ65Cu= 0.08 ± 0.10‰,2SD,n = 21;δ66Zn= 0.26 ± 0.12‰,2SD,n = 21),而经历高温热液蚀变的玄武岩和辉长岩的Cu–Zn同位素组成变化很大(δ65Cu= -0.50 ~ +0.90‰;δ66Zn = -0.09 ~ +0.55‰)(图2.4)。因此,高温热液蚀变水岩交换过程中,洋壳Cu–Zn丢失时发生显著的Cu–Zn同位素分馏。

2.5蚀变洋壳的Si同位素组成:Yu H-M (于慧敏)et al. (已投稿)

我们测量了IODP1256钻孔垂向剖面的Si同位素,发现整个蚀变洋壳自上而下Si同位素组成变化不大(δ30Si= -0.38 ~ -0.27‰,图2.5),与MORB的变化范围(δ30Si= -0.27 ± 0.06‰,2SD;Savageet al., 2014)基本一致。这表明低温和高温热液蚀变过程中Si同位素的分馏很小,因此一些OIB所具有的低δ30Si值(Pringle et al., 2016)不能由俯冲的蚀变洋壳来解释,而可能是俯冲洋壳熔融过程中熔体与残留矿物(如辉石和石榴子石)之间的Si同位素分馏所导致。

 

主要储库研究0201

 

图2.1 大陆上地壳代表性样品的δ137/134Ba–SiO2含量图解。
蓝色条带显示河水Ba同位素组成的变化范围(δ137/134Ba = -0.04 ~+0.30‰;Cao et al., 2016);

上地幔Ba同位素组成据Huang et al. (2015);海水Ba同位素组成据Horner et al. (2015),Cao et al.

(2016),Bates et al. (2016)及Hsieh and Henderson (2017)。

 

主要储库研究0202

 

图2.2 驿马关地区黄土垂向剖面的δ56Fe,Fe2O3含量, CIA(化学风化指数)和χIf(磁化率)变化。
其中S0、S1和S2是古土壤层,L1、L2和L3黄土层;样品磁化率据Hao et al. (2012).

 

主要储库研究0203图2.3 地质历史时期冰碛岩V同位素组成的变化。
灰色条带显示MORB和BABB的V同位素组成变化范围(δ51V =-0.84 ± 0.10‰,2SD;Wu et al., in prep.)。

 

 

主要储库研究0204

 

图2.4. IODP 1256钻孔样品的Cu和Zn含量以及同位素组成随深度的变化。
a)和b)图中的直线分别显示MORB的平均Cu和Zn含量(90ppm和100ppm;Le Roux et al., 2010; Fellows and Canil, 2012);d)图中的灰色条带分别显示MORB的δ65Cu( 0.07 ± 0.06‰;Liuet al., 2015; Savage et al., 2015)和δ66Zn (0.28± 0.05‰;Chen et al., 2013)。

 

主要储库研究0205

 

图2.5. IODP 1256钻孔样品的SiO2含量和Si同位素组成随深度的变化。
灰色条带显示MORB的δ30Si变化范围(-0.27 ± 0.06‰,2SD;Savage et al., 2014)。

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