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深时镁同位素风化指标的验证与新解释

中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 638-653页

作者：黄天正沈冰黄康俊甯濛李超薛进庄孙元林黄宝琦北京大学造山带与地壳演化重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871 西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西省早期生命与环境重点实验室西安710069 成都理工大学沉积地质研究院成都610059 中国地质科学院铼锇同位素地球化学重点实验室北京100037

沉积岩碎屑组分镁同位素被广泛应用于恢复深时大陆风化强度.现有深时镁同位素风化指标基于风化残余物镁同位素随化学风化强度提高的一阶段风化模式.但是,近期实验与现代风化剖面研究发现了优先利用轻镁同位素的次生黏土矿物,挑战了深时... 详细信息

沉积岩碎屑组分镁同位素被广泛应用于恢复深时大陆风化强度.现有深时镁同位素风化指标基于风化残余物镁同位素随化学风化强度提高的一阶段风化模式.但是,近期实验与现代风化剖面研究发现了优先利用轻镁同位素的次生黏土矿物,挑战了深时镁同位素指标的理论基础.本研究测试了华南地区晚古生代沉积岩与中国南海沉积物样品的矿物、元素与镁同位素组成.通过对比深时镁同位素风化指标与化学蚀变指数(CIA)、镁损失量和矿物组成等风化指标来验证深时镁同位素风化指标.结果表明,在较高风化强度下镁同位素随风化强度提高而降低,而在较低风化强度下镁同位素随风化强度的提高而增加.该结果表明在不同风化强度下存在不同的镁同位素行为,以往的一阶段镁同位素风化模式无法准确追踪大陆风化强度的变化.结合深时样品数据、现今风化剖面与实验研究,我们建立了三阶段的镁含量-镁同位素风化模型.在风化初期,原生矿物的溶解与次生黏土矿物的形成造成镁含量的快速降低与镁同位素轻微提高.转换阶段土壤底层绿泥石、蛭石等富镁黏土矿物大量生成造成镁含量和镁同位素的跃升.在进阶风化阶段中,具有较重镁同位素的富镁黏土矿物优先风化,造成镁含量与镁同位素的同步降低.

关键词：黏土矿物化学风化 CIA 土壤风化模型

大气增氧机制:地球表层过程与深部氧化还原状态的耦合

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科学通报 2024年第2期69卷 253-267页

作者：胡清扬罗根明李元北京高压科学研究中心北京100193 中国地质大学(武汉)地球科学学院武汉430074 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

氧气是地球表面生命蓬勃发展的关键物质.目前的地球化学模型和矿物学证据认为,大气中的氧气主要源自生物作用,如通过藻类生物的光合作用.尽管源自生物作用的产氧机制占据相关研究的主流,氧元素实际占据了地球内部最大的摩尔分数,因此它... 详细信息

氧气是地球表面生命蓬勃发展的关键物质.目前的地球化学模型和矿物学证据认为,大气中的氧气主要源自生物作用,如通过藻类生物的光合作用.尽管源自生物作用的产氧机制占据相关研究的主流,氧元素实际占据了地球内部最大的摩尔分数,因此它在调整地壳和地幔的氧化还原状态方面发挥着重要作用,地球深部氧化还原水平的波动会对大气中的氧分压产生深远影响.本综述聚焦地质历史中的大气增氧机制,结合最新的生物地球化学和矿物学发现,讨论大气氧来自地球表层和深层的源与汇.越来越多的工作揭示,地球深层可能存在一个隐藏的氧储库,一些重大地质事件与这一深部氧储库可能密切相关.

关键词：氧氧化还原状态矿物化学挥发分循环

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幔源岩浆成因的实验岩石学约束

矿物岩石地球化学通报 2024年第4期43卷 706-720,I0002页

作者：王煜中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

作为地幔熔融的直接产物,幔源岩浆的成分和性质忠实地记录了地幔源区的化学组成并能反映其演化过程,为深入理解地球内部的动力学过程和演化历史提供了重要信息。得益于近年来高温高压实验装置和微区分析测试手段的大幅改进,科学家们能... 详细信息

作为地幔熔融的直接产物,幔源岩浆的成分和性质忠实地记录了地幔源区的化学组成并能反映其演化过程,为深入理解地球内部的动力学过程和演化历史提供了重要信息。得益于近年来高温高压实验装置和微区分析测试手段的大幅改进,科学家们能够在高温高压条件下正演模拟和记录地幔岩石的物理化学反应,通过控制实验条件和初始物质成分,揭示不同地质环境下的地幔部分熔融机制,约束幔源岩浆的生成和演化过程。本文通过对不同幔源岩浆成因的实验岩石学研究进行系统梳理,总结了单一地幔橄榄岩源区的熔融、地幔源区其他岩石类型的熔融、地幔源区不同岩石的混合熔融三方面相关实验的研究现状、突出进展和存在问题,并结合深地科学的发展方向,对未来有关幔源岩浆成因和壳幔相互作用的实验研究前景进行了展望。

关键词：实验岩石学幔源岩浆成因壳幔相互作用物质再循环部分熔融

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东昆仑大格勒地区碱性杂岩体中辉石角闪石岩的年代学、地球化学特征及地质意义

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大地构造与成矿学 2024年第1期48卷 144-162,I0012-I0016页

作者：李五福王强王秉璋刘建栋王春涛周金胜马林王涛张新远刘金恒李玉龙袁博武王泰山曹锦山金婷婷韩晓龙谭运鸿中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国科学院大学北京100049 青海省地质调查院青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室青海西宁810012 中国科学院深地科学卓越创新中心广东广州510640

东昆仑大格勒地区发现了以铌为主的稀有和稀土矿化碱性杂岩体,辉石角闪石岩构成了杂岩体的主体且有弱矿化显示。为了查明辉石角闪石岩的成岩时代和岩石成因、了解稀有和稀土矿的成矿背景,指导区域找矿突破,本文对其进行了详细野外地质... 详细信息

东昆仑大格勒地区发现了以铌为主的稀有和稀土矿化碱性杂岩体,辉石角闪石岩构成了杂岩体的主体且有弱矿化显示。为了查明辉石角闪石岩的成岩时代和岩石成因、了解稀有和稀土矿的成矿背景,指导区域找矿突破,本文对其进行了详细野外地质调查、年代学、矿物学、全岩元素地球化学及Sr-Nd同位素研究。辉石角闪石岩由角闪石、黑云母、少量辉石以及矿石矿物(易解石、褐帘石、磷灰石、含铌钛铁矿)等组成,其中角闪石主要为钙角闪石组中的镁绿钙闪石,少量为浅闪石和阳起石;黑云母为镁质黑云母;辉石为透辉石和普通辉石。辉石角闪石岩成岩年龄为418 Ma,岩石具有低硅(SiO_(2)=35.49%~42.62%)、高MgO(7.27%~16.04%)、CaO(11.94%~13.44%)、TiO_(2)(1.80%~6.13%)、P_(2)O_(5)(0.52%~2.79%)含量特征,轻稀土元素强烈富集,在微量元素蛛网图中显示Nb、Ta正异常以及Pb负异常,与OIB特征类似。岩石具有富集的Sr-Nd同位素组成((87Sr/86Sr)i=0.700444~0.705404,ε_(Nd)(t)=-0.4~0.9),落入OIB型富集地幔的范围。综合研究表明大格勒辉石角闪石岩可能源于OIB型软流圈地幔,源区Nb-Ta的富集及Pb和K的亏损主要与再循环脱水洋壳有关。大格勒辉石角闪石岩的形成时代稍晚于东昆仑高压变质带榴辉岩相的峰期变质时代,因此其产出的构造环境可能与陆-陆碰撞期间俯冲大洋岩石圈断离软流圈地幔上涌熔融有关。

关键词：辉石角闪石岩年代学地球化学 Sr-Nd同位素大格勒东昆仑

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氧-硫体系的同位素非质量依赖分馏

矿物岩石地球化学通报 2024年第4期43卷 734-745,I0003页

作者：林莽中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640

同位素非质量依赖分馏效应在地球和行星科学、环境科学、生态学等多个研究领域均有广泛应用。本文围绕同位素非质量依赖分馏研究的发展历史、现状和问题,聚焦多氧多硫同位素,简要综述了同位素非质量依赖分馏的基本原理,以及地外样品、... 详细信息

同位素非质量依赖分馏效应在地球和行星科学、环境科学、生态学等多个研究领域均有广泛应用。本文围绕同位素非质量依赖分馏研究的发展历史、现状和问题,聚焦多氧多硫同位素,简要综述了同位素非质量依赖分馏的基本原理,以及地外样品、现代大气和冰芯样品、深时地质样品的同位素非质量依赖分馏现象,并探讨了该领域的发展前景。本文旨在为对该领域感兴趣的我国青年学者提供入门参考资料。

关键词：同位素效应同位素地球化学宇宙化学大气化学地球化学

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俯冲侵蚀的研究历史、现状与展望

岩石学报 2024年第3期40卷 719-740页

作者：黄彤宇王强杨宗永中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中科院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳550081

俯冲侵蚀是指在板块俯冲过程中,俯冲板块通过构造作用移走俯冲上盘的物质并将其带到深部地幔的过程。前人研究表明,俯冲侵蚀在新生代环太平洋俯冲带是一种十分普遍且非常重要的地质过程,同时对活动陆缘的构造变形、岩浆弧的形成、金属... 详细信息

俯冲侵蚀是指在板块俯冲过程中,俯冲板块通过构造作用移走俯冲上盘的物质并将其带到深部地幔的过程。前人研究表明,俯冲侵蚀在新生代环太平洋俯冲带是一种十分普遍且非常重要的地质过程,同时对活动陆缘的构造变形、岩浆弧的形成、金属成矿、壳-幔物质循环以及大陆地壳的生长与演化均具有重要的影响。本文在回顾前人研究历史的基础上,简要介绍了俯冲侵蚀的基本模型和控制因素,系统总结了俯冲侵蚀引起的地质效应以及识别依据,分析探讨了俯冲侵蚀与金属成矿、大陆地壳演化的关系。此外,本文还介绍了俯冲侵蚀在国内的研究现状,并分析了青藏高原的班公湖-怒江缝合带和雅鲁藏布江缝合带晚中生代俯冲侵蚀识别的研究实例,揭示了欧亚大陆南缘在晚中生代是一个侵蚀型的板块汇聚边界。最后对我国今后开展相关研究提出了一些思考和展望。

关键词：汇聚边界俯冲带俯冲侵蚀岩浆作用金属成矿陆壳破坏

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钙同位素在古海洋研究中的应用及进展

沉积学报 2024年第1期42卷 1-19页

作者：陈西源周锡强孙剑高炳宇李润汤冬杰中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院新生代地质与环境重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国地质科学院地质研究所自然资源部同位素地质重点实验室自然资源部深地动力学重点实验室北京100037 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室北京100083

【意义】钙(Ca)是重要的造岩元素和生命必需元素,广泛参与地球表层物质循环过程,并记录着海洋环境及其演化。钙同位素在地球表层无机和有机作用过程中可发生不同程度的分馏,对于研究海洋钙循环和地球表层圈层相互作用具有重要价值。伴... 详细信息

【意义】钙(Ca)是重要的造岩元素和生命必需元素,广泛参与地球表层物质循环过程,并记录着海洋环境及其演化。钙同位素在地球表层无机和有机作用过程中可发生不同程度的分馏,对于研究海洋钙循环和地球表层圈层相互作用具有重要价值。伴随着相关分析测试技术的进步,钙同位素日益成为重要的地球化学研究手段。鉴于钙同位素近年来在古海洋研究领域的广泛应用,有必要对其进行综述。【方法】以前人文献资料为基础,系统地介绍了钙同位素的基本原理、分馏机理、海洋钙循环及其同位素特征等方面的研究进展,进一步对其在碳酸盐岩成岩作用评估、深时海水钙同位素组成厘定、海洋钙循环重建等领域的应用进行了介绍和探讨,并对钙同位素在古海洋领域的发展方向进行了展望,以期促进深时钙循环研究。【结论和展望】钙同位素作为研究海洋钙循环的一把钥匙,日益成为一种重要的研究手段。目前,对钙同位素在不同矿物体系中的分馏机理已建立基础的认识,海洋钙源—汇通量及其钙同位素组成也得到初步的厘定。未来可进一步优化钙同位素分析测试方法,完善钙同位素分馏理论与深时海水钙同位素演化曲线,加强对古今海洋钙循环源—汇通量、钙同位素特征及其影响因素的多指标和定量化研究,提升对钙地球化学循环过程的认识。

关键词：钙同位素古海洋钙循环成岩作用

哀牢山构造带晚二叠世花岗岩锆石微量元素研究及其意义

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大地构造与成矿学 2024年

作者：黄卓辉夏小平徐健莫静中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室中国科学院大学

哀牢山构造带存有大量古特提斯洋演化的地质记录,是研究古特提斯洋演化的关键区域之一。然而,此构造带历经后期多阶段,特别是新生代印度–欧亚板块碰撞的强烈改造,其演化历史存在诸多争议。前人针对哀牢山洋俯冲的地球化学研究,多基于... 详细信息

哀牢山构造带存有大量古特提斯洋演化的地质记录,是研究古特提斯洋演化的关键区域之一。然而,此构造带历经后期多阶段,特别是新生代印度–欧亚板块碰撞的强烈改造,其演化历史存在诸多争议。前人针对哀牢山洋俯冲的地球化学研究,多基于全岩的主量、微量元素及同位素分析,缺少更精细的单矿物地球化学研究,且全岩元素易受后期地质过程影响,难以得到准确结果。锆石作为酸性岩浆中常见副矿物,具有稳定的物理化学性质,其形成时的地球化学特征能免受后期地质作用干扰,是更可靠的研究对象。本文采集哀牢山东部高级变质带中的两个及西部火山岩带中的一个花岗岩样品,通过锆石微量元素探究哀牢山洋的俯冲作用。此前锆石U-Pb定年和全岩地球化学研究表明这些样品均为晚二叠世S型花岗岩。本研究发现这些样品的锆石微量元素在稀土配分图中,呈现轻稀土相对亏损,重稀土明显富集,有明显的Ce正异常与Eu负异常等特征。三个样品大部分分析点的锆石LREE-HREE微量元素特征与世界其他典型俯冲期花岗岩相符,异于碰撞/碰撞后花岗岩。结合前人研究结果,认为锆石微量元素支持哀牢山构造带两侧的花岗岩形成于哀牢山洋俯冲构造环境,而非哀牢山洋闭合后陆–陆碰撞阶段产物。本研究的数据支持哀牢山洋在晚二叠世处于俯冲消减阶段,且存在东向和西向俯冲。

关键词：晚二叠世哀牢山洋锆石微量元素俯冲作用碰撞造山

活动大陆边缘岩浆作用及构造演化——以敦煌地块为例

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岩石学报 2024年第3期40卷 702-718页

作者：甘保平唐菊兴第五春荣西南交通大学地球科学与工程学院成都611756 中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 西北大学大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系西安710069

大陆边缘弧是汇聚板块边界与俯冲有关的岩浆作用产物,通常记录了造山带弧岩浆作用、造山过程和大陆地壳形成与演化等诸多重要的地质过程。作为中亚造山带中段最南部的构造单元,敦煌地块为传统定义上具有早前寒武纪变质结晶基底的微陆块... 详细信息

大陆边缘弧是汇聚板块边界与俯冲有关的岩浆作用产物,通常记录了造山带弧岩浆作用、造山过程和大陆地壳形成与演化等诸多重要的地质过程。作为中亚造山带中段最南部的构造单元,敦煌地块为传统定义上具有早前寒武纪变质结晶基底的微陆块,其后在古生代时期经历了多期次、多阶段的与中亚造山带造山相关的构造热事件并使其发生再活化,进而产生了一系列广泛的弧岩浆-变质作用事件。然而,对于该陆块古生代弧岩浆作用机制和地壳构造演化历史缺乏系统的研究。本文综合近十多年来对敦煌地块的诸多最新研究进展,系统梳理了古生代岩浆岩岩石组合类型、年代格架、地球化学组成以及同时期变质-沉积构造热事件演化特征,得到以下认识:(1)敦煌地块古生代岩浆作用过程呈现阶段性特征,即幕式岩浆作用,构造位置上从东北部逐渐迁移到南部再折返到中部,大致可划分为五期:~510Ma、440~410Ma、390~360Ma、~330Ma和280~245Ma,而变质作用事件主要集中在450~360Ma;(2)古生代岩浆岩类型主要以钙碱性I型花岗岩、埃达克质岩石、少量S型花岗岩和高钾花岗岩为主,且岩石成分从寒武纪低钾拉斑系列逐渐转变为二叠纪高钾、富硅特征;(3)同位素地球化学特征表明,敦煌地块中-北部寒武纪-泥盆纪发育的与俯冲相关的弧岩浆对新生地壳的生长起了重要贡献,并伴随古老地壳再造事件;而南部泥盆纪-石炭纪岩浆作用则以古老地壳物质重熔为主;(4)基于埃达克质岩石的证据,敦煌地块在古生代时期经历了两次显著的地壳增厚事件,早期可能是与北山南部石板山地体/弧碰撞以及幔源岩浆底侵有关,而晚期可能是与俯冲板片后撤或回卷相关,地壳厚度可达~55km;(5)敦煌地块属于中亚造山带中段最南部一个具有前寒武纪基底的古老微陆块,后期卷入了古亚洲洋南向俯冲相关的造山事件使其被强烈破坏与改造。该微陆块作为古亚洲洋南部的活动大陆边缘弧,被与俯冲作用有关的阶段性弧岩浆底侵、部分熔融、增厚地壳和区域性变质作用等机制改造与活化,产生了阶段性侵位的陆缘弧岩浆作用。这些认识为探究中亚造山带微陆块的起源和造山带的构造演化提供新的约束。

关键词：大陆边缘弧幕式岩浆作用再活化地壳加厚敦煌地块中亚造山带