俯沖帶巖漿巖和冰磧巖的釩同位素研究.pdf

1、釩(V)是一個(gè)對(duì)氧逸度敏感的元素,有兩個(gè)穩(wěn)定同位素,51V和50V。由于分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步,近幾年來(lái)V同位素的研究逐漸開展起來(lái)。目前的自然觀測(cè)和理論計(jì)算工作表明,V同位素在高溫和低溫下都可以發(fā)生明顯的分餾。V同位素作為新的地球化學(xué)工具,顯示了在行星形成、核幔分異、殼幔演化、巖漿作用、巖漿礦床形成等重要地球科學(xué)問(wèn)題研究中的應(yīng)用潛力。開展V同位素研究的前提是認(rèn)識(shí)其分餾機(jī)制,查清重要儲(chǔ)庫(kù)的V同位素組成。目前重要儲(chǔ)庫(kù)的V同位素研究仍然缺乏,高溫

2、下V同位素分餾尺度和分餾機(jī)制尚未完全清楚。本文對(duì)V的元素地球化學(xué)性質(zhì)和同位素研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹,針對(duì)目前存在的問(wèn)題,開展了兩方面的研究。
　　對(duì)來(lái)自全球典型的3個(gè)俯沖帶,具有成因聯(lián)系和演化序列的巖漿巖進(jìn)行了高精度的V同位素和Fe同位素分析,補(bǔ)充了重要儲(chǔ)庫(kù)的釩同位素組成。原始島弧玄武巖來(lái)自不同的源區(qū),流體、沉積物、俯沖洋殼物質(zhì)加入情況、部分熔融程度不同,但它們的V同位素組成較為均一,平均值為-0.82±0.10‰(2SD,n=16)

3、,與MORB的平均V同位素組成在誤差范圍內(nèi)一致,同一個(gè)島弧上(勘察加),不同位置的樣品的V同位素組成也很接近,平均值為-0.82±0.10‰(2SD,n=12),表明在當(dāng)前精度下,源區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程對(duì)V同位素的影響不明顯。結(jié)合前人工作以及元素指標(biāo)可以發(fā)現(xiàn),巖漿演化過(guò)程中的V同位素分餾主要是由礦物分離結(jié)晶引起的,主要控制V的幾種礦物都有結(jié)晶的標(biāo)志。通過(guò)瑞利分餾模擬得到礦物和熔體之間V同位素分餾值約為-0.15‰,略大于從洋中脊巖漿巖中得到

4、的結(jié)果(-0.10‰)。所有樣品的V同位素組成變化范圍達(dá)到0.38‰,大于洋中脊巖漿巖的范圍(～0.30‰),但是要遠(yuǎn)小于前人報(bào)導(dǎo)的馬里亞納俯沖帶巖漿巖的V同位素組成變化范圍(～2‰)。俯沖帶巖漿巖的Fe同位素組成的變化范圍比V同位素小,并且與巖漿演化指標(biāo)沒(méi)有相關(guān)性,說(shuō)明在相似的巖漿成分變化范圍內(nèi),V同位素比Fe同位素對(duì)巖漿分異更加敏感。由此對(duì)本工作中所有俯沖帶巖漿巖的V同位素組成與SiO2含量進(jìn)行擬合,得到了一條直線,從而將V同位素作

5、為巖漿演化的指標(biāo)。
　　第二個(gè)工作是測(cè)量古老冰磧巖的V同位素組成,這些冰磧巖涵蓋了新生代之前地球上所有的冰期記錄(4次)。冰磧巖是代表古老上地殼的理想樣品,但是其SiO2含量會(huì)因?yàn)樵瓗r受到后期改造而變得不準(zhǔn)確。結(jié)合前人以及本文的第一個(gè)工作,認(rèn)為V同位素受風(fēng)化、蝕變等改造作用的影響小,因此能夠很好的保留原始樣品的信息。利用俯沖帶巖漿巖研究中得到的V同位素組成與SiO2含量之間的關(guān)系,計(jì)算出冰磧巖真實(shí)的SiO2含量,從而直接制約大陸上

6、地殼成分隨時(shí)間的演化情況。結(jié)果顯示,從中太古代到古元古代、新元古代以及古生代,冰磧巖的V同位素組成升高,計(jì)算所得的SiO2含量從中太古代(3.0～2.9Ga)的48～49wt.％升高到古元古代(2.4～2.2Ga)的～54wt.％,再升至新元古代(0.7～0.58Ga)的57～64wt.％,新元古代之后大陸上地殼SiO2含量基本不變。對(duì)應(yīng)大陸上地殼從基性到中酸性成分的演化規(guī)律。根據(jù)我們的結(jié)果可以推測(cè),板塊構(gòu)造活動(dòng)啟動(dòng)的時(shí)間應(yīng)該在3.0G