汉诺坝玄武岩Re-Os同位素地球化学

摘要

玄武岩是地球表面分布最广泛的一种岩石，大洋玄武岩地球化学研究是当今地球科学中的核心理论一“板块构造理论”和“地幔柱理论”的重要基础。现在Re-Os同位素体系已广泛应用于大洋中脊玄武岩(MORB)、洋岛玄武岩(OIB)、大陆溢流玄武岩(CFB)和大火成岩省玄武岩(LIPB)的研究。 我国河北汉诺坝新生代玄武岩是大陆裂谷型玄武岩，多年来中外学者在元素和同位素地球化学基础上，对于汉诺坝碱性玄武岩和拉斑玄武岩的形成和演化以及两类玄武岩的成因关系进行了广泛深入的研究，形成了基本共识。碱性玄武岩来源于比较均一的软流圈地幔，拉斑玄武岩来源于不均一的富集陆下岩石圈地幔。地幔源区经不同程度部分熔融形成的熔体在高压下经过不同程度的镁铁矿物分离结晶作用。 本文率先开展了汉诺坝玄武岩的Re-Os同位素地球化学研究，获得了29个玄武岩样品的Re、Os元素含量和187Os/188Os比值。Os含量范围为11-314ppt，Re含量范围为40-238ppt，187Os/188Os比值范围为0.14735-0.61136。汉诺坝玄武岩的Re和Os含量分布在洋岛玄武岩(OIB)的变化范围的右下部，即相对高Os低Re的部分，Re、Os含量有正相关性，总体上碱性玄武岩的Re、Os含量高于拉斑玄武岩和过渡玄武岩的。碱性玄武岩的Re、Os分别与作为部分熔融程度指标的不相容微量元素和分离结晶程度指标的相容微量元素之间存在显著的正相关性，反映了Re、Os在熔融和结晶作用中的行为。碱性玄武岩的187Os/188Os比值低而变化小，拉斑玄武岩和过渡玄武岩187Os/188Os比值高而变化大。总体上，汉诺坝玄武岩的187Os/188Os比值与Os含量有明显的负相关性，当Os含量低于75ppt，随着Os含量降低187Os/188Os比值迅速升高，反映了地壳混染在玄武岩、尤其在拉斑玄武岩和过渡玄武岩成因中的贡献。在以往研究中没有观察到明显的地壳混染作用，说明了Re-Os同位素体系在示踪壳源物质上的优势。过渡玄武岩与拉斑玄武岩的Re-Os同位素性质是一致的，与以往的观察有所不同。个别Os含量较高的拉斑玄武岩的187Os/188Os比值表明其地幔源区不是亏损的SCLM，但是“大理石花纹饼”结构的SCLM作为其地幔源区是可能的。总之，汉诺坝玄武岩的Re-Os同位素地球化学支持了以往研究的主要结论，并且揭示了一些新的现象。 玄武岩的Re、Os含量很低，特别Os含量极低，降低Re-Os同位素测试方法的全流程本底极为必要，目前本实验室最好的Os本底为2pg左右，尚不适应对玄武岩进行高水平研究的需要。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 玄武岩Re-Os同位素地球化学基础

1.1 Re-Os同位素体系的化学和地球化学性质

1.1.1无机化学性质

1.1.2同位素化学性质

1.1.3地球化学性质

1.2 行星地球形成和演化过程中Re-Os同位素地球化学

1.2.1地核的形成和分异

1.2.2核-幔分异

1.2.3壳-幔分异

1.3 岩浆作用中Re-Os同位素地球化学

1.3.1 Re、Os的分配系数

1.3.2部分熔融与分离结晶中Re、Os的行为

1.4 玄武岩Re-Os地球化学的研究现状

1.4.1 Re-Os同位素体系在玄武岩地球化学研究中的意义

1.4.2洋中脊玄武岩Re-Os地球化学--亏损地幔源区的Os同位素组成

1.4.3洋岛玄武岩(OIB)的Re-Os地球化学--富集的地幔柱端元(Enriched plume end member)(EP)

1.4.4大陆溢流玄武岩(CFB)Re-Os地球化学--大陆岩石圈的贡献

1.4.5大火成岩省(LIP)玄武岩Re-Os地球化学-外地核贡献的争论

第二章 汉诺坝玄武岩地球化学

2.1 研究沿革

2.2 地质背景和样品描述

2.3 样品和地球化学特征

2.3.1 主量元素

2.3.2微量元素

2.3.3 Sr-Nd-Pb同位素地球化学

2.4 小结

第三章 汉诺坝玄武岩的Re-Os体系地球化学

3.1 引言

3.2样品描述

3.3 Re-Os同位素体系的分析方法

3.3.1分析方法

3.3.2数据可靠性

3.4 结果

3.5 讨论

3.5.1 地壳混染在汉诺坝玄武岩形成中的意义

3.5.2陆下岩石圈地幔(SCLM)在拉斑玄武岩形成中的意义

3.5.3 汉诺坝玄武岩形成和演化中Re-Os的地球化学行为

3.6 结论

第四章 玄武岩Re-Os体系分析的全流程本底

4.1 引言

4.2 国外一些著名Re-Os实验室全流程本底的报道

4.3 全流程本底的来源

4.3.1环境本底

4.3.2试剂本底

4.3.3器皿本底

4.3.4设备本底

4.4 降低本底的有效措施

4.4.1分析方法的选择

4.4.2试剂纯化和器皿洗涤

4.4.3 同位素测量设备的要求

4.5 本实验室的全流程本底

4.5.1全流程本底

4.5.2本底来源讨论

附录

参考文献

致 谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果