俯冲带岩浆岩和冰碛岩的钒同位素研究

发布时间：2020-11-20 00:45

　　 钒(V)是一个对氧逸度敏感的元素,有两个稳定同位素,51V和50V。由于分析测试技术的进步,近几年来V同位素的研究逐渐开展起来。目前的自然观测和理论计算工作表明,V同位素在高温和低温下都可以发生明显的分馏。V同位素作为新的地球化学工具,显示了在行星形成、核幔分异、壳幔演化、岩浆作用、岩浆矿床形成等重要地球科学问题研究中的应用潜力。开展V同位素研究的前提是认识其分馏机制,查清重要储库的V同位素组成。目前重要储库的V同位素研究仍然缺乏,高温下Ⅴ同位素分馏尺度和分馏机制尚未完全清楚。本文对V的元素地球化学性质和同位素研究现状进行了介绍,针对目前存在的问题,开展了两方面的研究。我们对来自全球典型的3个俯冲带,具有成因联系和演化序列的岩浆岩进行了高精度的V同位素和Fe同位素分析,补充了重要储库的钒同位素组成。原始岛弧玄武岩来自不同的源区,流体、沉积物、俯冲洋壳物质加入情况、部分熔融程度不同,但它们的V同位素组成较为均一,平均值为-0.82±0.10‰(2SD,n=16),与MORB的平均V同位素组成在误差范围内一致,同一个岛弧上(勘察加),不同位置的样品的V同位素组成也很接近,平均值为-0.82±0.10%a(2SD,n=12),表明在当前精度下,源区复杂的地质过程对V同位素的影响不明显。结合前人工作以及元素指标可以发现,岩浆演化过程中的V同位素分馏主要是由矿物分离结晶引起的,主要控制V的几种矿物都有结晶的标志。通过瑞利分馏模拟得到矿物和熔体之间V同位素分馏值约为-0.15‰,略大于从洋中脊岩浆岩中得到的结果(-0.10‰)。所有样品的V同位素组成变化范围达到0.38‰,大于洋中脊岩浆岩的范围(～0.30‰),但是要远小于前人报导的马里亚纳俯冲带岩浆岩的V同位素组成变化范围(～2‰)。俯冲带岩浆岩的Fe同位素组成的变化范围比Ⅴ同位素小,并且与岩浆演化指标没有相关性,说明在相似的岩浆成分变化范围内,V同位素比Fe同位素对岩浆分异更加敏感。由此我们对本工作中所有俯冲带岩浆岩的V同位素组成与Si02含量进行拟合,得到了一条直线,从而将V同位素作为岩浆演化的指标。第二个工作是测量古老冰碛岩的V同位素组成,这些冰碛岩涵盖了新生代之前地球上所有的冰期记录(4次)。冰碛岩是代表古老上地壳的理想样品,但是其Si02含量会因为原岩受到后期改造而变得不准确。结合前人以及本文的第一个工作,我们认为V同位素受风化、蚀变等改造作用的影响小,因此能够很好的保留原始样品的信息。我们利用俯冲带岩浆岩研究中得到的V同位素组成与SiO2含量之间的关系,计算出冰碛岩真实的Si02含量,从而直接制约大陆上地壳成分随时间的演化情况。结果显示,从中太古代到古元古代、新元古代以及古生代,冰碛岩的V同位素组成升高,计算所得的Si02含量从中太古代(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57～64 wt.%,新元古代之后大陆上地壳Si02含量基本不变。对应大陆上地壳从基性到中酸性成分的演化规律。根据我们的结果可以推测,板块构造活动启动的时间应该在3.0Ga之后。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P597
【部分图文】：

（２）测定岩石学标样的Ｖ、Ｆｅ同位素组成，共８种，１７件（包括重复包括由芝加哥大学Ｎｉｃｏｌａｓ?Ｄａｕｐｈａｓ教授提供的ＢＣＲ－２岩石学标样，来验室ＢＣＲ－２标样的Ｖ同位素测试值与文献报道值存在差异的原因。??（３）俯冲带岩浆岩Ｖ、Ｆｅ同位素分析：Ｖ同位素４７件，Ｆｅ同位素３０（４）古老冰碛岩样品Ｖ同位素分析：溶样２４件，完整分析２０件。溶样用３０％ｖ／ｖＨ２Ｏ２＋浓ＨＮ０３、马弗炉灰化、微波消解法三种条件实验处品。??（５）测试化学提纯之后的基质元素含量并计算回收率。??注：以上同位素测定工作在中国科大超净实验室和Ｎｅｐｔｕｎｅ?ｐｌｕｓ?ＭＣ－ＩＣＰ室完成，元素含量测定工作在ＩＣＰ－ＭＳ实验室完成。??（４）参加国内和国际会议共３次：２０１６年在北京举办的第三届中国地合学术年会，２０１７年在青岛举办的“地球化学进展”研讨会，２０１７年在尔良举办的美国地球物理联合会秋季会议。??（５）文献调研不少于１００篇。??

〇?Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ?ｔｉｌｌｉｔａｓ?＾?Ｎｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｉｃ?Ｕｌｌｉｌｅｓ??＠?Ｐａｌｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｌｃｔｉｌｌｉｔｃｓ?＠?Ｍ？？ｏａｒｃｈ？ａｎ?ｔｌｌｌｉｔｖｓ??图２．２本论文中俯冲带岩楽岩（勘察加、Ｋｉｃｋ’ｅｍ?Ｊｅｎｎｙ火山岩，阿留申侵入岩）和冰碛岩??样品在全球的位置图，图片修改自Ｈｕａｎｇ?ｅｔ?ａＬ?（２０１６）和Ｇａｓｃｈｎｉｇ?ｅｔ?ａｌ．?（２０１４）。??３３??

?２５??Ｒｕｎｓ?ｎｕｍｂｅｒ??图２．１马里亚纳岛弧火山岩样品的Ｖ同位素测量精度（２ＳＤ）与测量次数（Ｒｕｎｓ?ｎｕｍｂｅｒ）??的关系图，数据来自Ｐｒｙｔｕｌａｋｅｔａ丨．（２０１７）。??Ｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎｚｏｎｅ?８ｐｒ？？ｄｉｎｇ?ｒｉｄｇ？?ｏｆｆｓｅｔ?ｂｙ?ｌｒ？ｎ？ｒ〇ｒｍ?ｆａｕｌｔｓ??Ｓｕｂｄｕｃｔｌｏｎ?＞ｏｎ？?ｌａｖａｓ?Ｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎ?ｘｏｎａ?ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ?ｒｏｃｋｓ??〇?Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ?ｔｉｌｌｉｔａｓ?＾?Ｎｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｉｃ?Ｕｌｌｉｌｅｓ??＠?Ｐａｌｅｏｐｒｏｔｅｒｏｚｏｌｃｔｉｌｌｉｔｃｓ?＠?Ｍ？？ｏａｒｃｈ？ａｎ?ｔｌｌｌｉｔｖｓ??图２．２本论文中俯冲带岩楽岩（勘察加、Ｋｉｃｋ’ｅｍ?Ｊｅｎｎｙ火山岩，阿留申侵入岩）和冰碛岩??样品在全球的位置图，图片修改自Ｈｕａｎｇ?ｅｔ?ａＬ?（２０１６）和Ｇａｓｃｈｎｉｇ?ｅｔ?ａｌ．?（２０１４）。??３３??
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本文编号：2890679