發(fā)布時間：2020-11-19 23:11

　　 鈣是地殼中豐度第五的元素,也是豐度最高的堿土金屬元素,廣泛分布于地球各個圈層。目前,鈣同位素在地球科學(xué)中的研究工作主要集中于地球低溫表生過程。受限于高溫過程中較小的同位素分餾尺度,人們對鈣同位素在高溫過程中的分餾行為和機制的認(rèn)識依然有限。本文選取典型樣品對關(guān)鍵富鈣礦物間分餾、上地幔組成、地幔熔融過程中的鈣同位素分餾和地幔鈣同位素組成不均一等一系列問題進行了制約。通過對榴輝巖和石榴橄欖巖中的石榴子石和單斜輝石礦物對的高精度鈣同位素分析,揭示石榴子石相對單斜輝石富集重鈣同位素,且分餾尺度存在顯著變化,Δ44/42Cagrt-cpx變化范圍為 0.06±0.03‰～0.38±0.04‰。結(jié)合前人 Fe-Mg-O 同位素及電子探針數(shù)據(jù),這些石榴子石和單斜輝石樣品應(yīng)該記錄了變質(zhì)重結(jié)晶時的平衡分餾。石榴子石中鈣離子的配位數(shù)與單斜輝石相同,但鍵長更短,因此富集重鈣同位素。兩者之間的鈣同位素分餾尺度與單斜輝石硬玉組分呈負(fù)相關(guān),反映了單斜輝石的礦物成分效應(yīng)。結(jié)合前人對富鈣輝石與熔體間分餾系數(shù)的估計,低壓下單斜輝石與熔體之間鈣同位素分餾接近0。隨著壓力的上升,殘留相中石榴子石比例上升、單斜輝石硬玉組分增加,殘留相與熔體之間的分餾尺度顯著增大。因此,鈣同位素可以作為一種潛在的示蹤巖漿起源深度的工具。一組來自全球不同地區(qū)未經(jīng)交代地幔橄欖巖樣品揭示熔體提取會使橄欖巖殘留相的鈣同位素組成逐漸變重。尖晶石相和石榴子石相橄欖巖間未見顯著的鈣同位素組成差異。根據(jù)這些樣品鈣同位素組成和反映熔體提取的指標(biāo)(CaO、MgO和Al2O3)之間的相關(guān)性,本文估計上地幔的δ44/40Ca和δ44/42Ca分別為0.90±0.03‰和0.42±0.02‰(2SE)。上地幔的ε40/44Ca值為-0.41±0.45ε,表明其相對于NIST SRM 915a略為虧損放射性成因40Ca。受到不同性質(zhì)熔體交代的地幔包體的研究表明,硅酸鹽熔體和碳酸鹽熔體都可以顯著降低交代地幔鈣同位素組成,導(dǎo)致地幔不均一。硅酸鹽熔體與碳酸鹽熔體交代的地幔樣品的全巖δ44/42Ca變化范圍分別為0.14±0.05‰～0.44±0.06‰和0.16±0.05‰～0.32±0.03‰。硅酸鹽熔體與碳酸鹽熔體對地幔橄欖巖的主量元素成分影響不同,可以根據(jù)CaO和Al2O3等主量元素指標(biāo)進行識別。為了對地幔熔融過程的鈣同位素分餾做出進一步制約,本文分析了來自印度洋和大西洋兩處洋脊的MORB樣品。除一件樣品外,其他樣品均為典型N-MORB樣品。這些MORB樣品的鈣同位素組成非常均一,δ44/42Ca平均值為0.42±0.03‰(2SD,N=6),與上地幔之間的同位素差異非常小。這表明洋中脊地幔熔融過程中,因富鈣單斜輝石是殘留相中主要含鈣礦物,熔體和源區(qū)間鈣同位素分餾十分有限。來自全球四個熱點(包括代表典型EMI源區(qū)的太平洋Pitcairn島、代表典型HIMU源區(qū)的大西洋Canary島、印度洋La Reunion島和太平洋夏威夷島)的洋島玄武巖揭示顯著的δ44/42Ca變化(0.34土0.03‰～0.42±0.03‰),系統(tǒng)低于上地幔和MORB,反映了表殼物質(zhì)的加入。其中Pitcairn島OIB的δ44/42Ca均值為0.35±0.03‰(2SD,N=6),略低于其他端元樣品。然而,受限于當(dāng)前的分析精度,尚無法有效區(qū)分交代物質(zhì)組分到底是再循環(huán)洋殼還是碳酸鹽。這表明應(yīng)用鈣同位素示蹤深部碳循環(huán),還需要研發(fā)超高精度分析方法,以及更多的研究工作來識別再循環(huán)的碳酸鹽和非碳酸鹽組分對源區(qū)鈣同位素組成的影響。關(guān)鍵礦物的Ca同位素分餾行為對解釋巖漿過程的Ca同位素分餾非常重要。熔融壓力較高時,石榴子石和富硬玉輝石相對熔體富集重鈣同位素,可導(dǎo)致熔體的Ca同位素變輕。在低壓下,由于富鈣單斜輝石與熔體間分餾非常有限,地幔橄欖巖低壓熔融產(chǎn)生的熔體鈣同位素組成變化很小。受交代地幔橄欖巖和不同類型OIB的鈣同位素組成都系統(tǒng)低于上地幔,存在比較顯著的變化范圍,反映了地幔的鈣同位素組成不均一。在應(yīng)用Ca同位素示蹤殼幔物質(zhì)循環(huán)時,需考慮巖漿過程對再循環(huán)物質(zhì)Ca同位素的影響。
【學(xué)位單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：P597;P588.11
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 鈣同位素地球化學(xué)體系
        1.1.1 Ca同位素質(zhì)量相關(guān)和非質(zhì)量相關(guān)分餾
        1.1.2 穩(wěn)定Ca同位素研究現(xiàn)狀
    1.2 選題依據(jù)及意義
    1.3 研究內(nèi)容
        1.3.1 巖漿過程主要含鈣礦物間的Ca同位素分餾機制
        1.3.2 地幔中Ca同位素分餾
        1.3.3 大洋玄武巖的Ca同位素組成
    1.4 論文工作量
2 地質(zhì)背景與樣品描述
    2.1 石榴子石、單斜輝石礦物對
    2.2 地幔樣品
    2.3 大洋玄武巖
3 分析方法
    3.1 電子探針分析
    3.2 Ca同位素分析
        3.2.1 雙稀釋劑法介紹
        3.2.2 樣品消解與純化
            3.2.2.1 實驗準(zhǔn)備
            3.2.2.2 樣品消解
            3.2.2.3 化學(xué)純化
        3.2.3 質(zhì)譜測定
        3.2.4 分析精度
4 石榴子石與單斜輝石間的Ca同位素分餾
    4.1 實驗結(jié)果
        4.1.1 電子探針分析
        4.1.2 Ca同位素分析
    4.2 討論
        4.2.1 石榴子石與單斜輝石的Ca同位素分餾
        4.2.2 對低鎂埃達(dá)克質(zhì)巖Ca同位素特征的解釋
    4.3 小結(jié)
5 Ca同位素在地幔中的分餾
    5.1 實驗結(jié)果
    5.2 討論
        5.2.1 地幔熔體提取過程中Ca同位素分餾
        5.2.2 對上地幔Ca同位素組成的限定
        5.2.3 受交代地幔包體的Ca同位素組成
    5.3 小結(jié)
6 MORB和OIB樣品Ca同位素組成
    6.1 實驗結(jié)果
    6.2 討論
        6.2.1 洋中脊玄武巖的Ca同位素組成
            6.2.1.1 海水蝕變
            6.2.2.2 分離結(jié)晶
            6.2.2.3 部分熔融
        6.2.2 洋島玄武巖的Ca同位素組成
    6.3 小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻
附錄
作者簡介及在讀期間學(xué)術(shù)論文發(fā)表情況

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 祝紅麗;張兆峰;劉峪菲;劉芳;康晉霆;;鈣同位素地球化學(xué)綜述[J];地學(xué)前緣;2015年05期

2 李亮;蔣少涌;;鈣同位素地球化學(xué)研究進展[J];中國地質(zhì);2008年06期

本文編號：2890570