高等地化-稀有气体同位素地球化学研究现状

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1、一、气体地球化学的概念气体地球化学是研究自然界呈气态的元索及化合物的形成、运移、聚集和分布规律的科学。主要是指元素周期表屮的H、N、0、S、卤族和稀有气体等形成的单质和化合物。根据气体组分的特征，可将其分为三种类型，烃类气体、非烃类气体以及元素周期表屮的零族元素。气体地球化学主要是研究这些气体的地球化学特征、成因类型、运移、积聚规律及其所参与的地球动力学过程和表征的地质学意义。烃类气体是天然气屮占优势的气体成分，是优质的能源资源和化工原料，在W民经济建设和社会进步巾占有十分重要的地位。烃类特别是甲烷参与各种地质作用、成矿作用已

2、引起人们的强烈关注。甲烷是“温室气体”之一，其环境意义更引起广泛的兴趣。烃类气体地球化学或天然气地球化学是气体地球化学中历史悠久，发展最快，成果最多的一个分支领域。非烃气体在某种意义上也是重要资源，如co2气藏。非烃气体早在人类观察火山活动、利用地热资源的过程就作了大量的工作，积累了丰富的资料。非烃气体的化学活动性，使得它们在参与各种地球化学过程屮起着非常重耍的作用。但正是由于它们的化学活动性，使得其参与的过程变得复杂而难以捉摸。稀冇气体及其同位素组成特征的研究也是气体地球化学研究领域极为活跃，硕果累累的一个重要分支。自然界稀

3、有气体同位素的首次应用是用氨法测定地质年龄。继而乂发展了钾-氩法及其它稀有气体同位素计时法。地幔中原始稀有气体和放射性成因稀有气体特征的研究是当前地球化学研究领域十分引人注目的课题。它们对于研究地球的形成、热演化史、构造演化史和化学演化史宥深远的意义，并冇助于阐明地球的脱气和大气圈的形成演化W题。随着分析测试技术的提高，稀有气体同位素越来越受到关注，广泛应用于地学研究的各个领域，特别是对地球的形成和演化、耑石和矿床成因，以及油气的成因研究，稀有气体同位素与其他同位素相结合的示踪方法不断完善，并在示踪流体来源、分析对比构造环境及

4、解决矿床成因等方面取得不少成來。本文主要阐述气体地球化学中稀冇气体在成矿方面的应用。二.稀有气体特点稀有气体指元素周期表中的零族元素，拈He、Ne、Ar、Kr、Xe和Rn/种元素，它们在地球屮的含量稀少，并且化学性质很不活泼，故以前曾被称为“隋性气体”。表1稀冇气体的物理化学特性ft*葶位NtArKrXeKn鳜户序教2)0IS3654厭子蠢amu4.002620.179S3,的131.X>三相点K■24.<13.amo161.3xE常蠘AK4.：2T.I17.3119.8US.0211«界«K$.3鳴4.S151.9109.

5、42«9.7378三相点压aTotr^—324SI654S(12500在三相4的保化ftJ/owl■3S5117(J6372m—ffif黹蟑A的尊＜麫J/mo)17336S239035—黹教10.02370.0)7090.032190.39700.05105«子t•砼1备体＞10I.S1.61.9to2.2—讓f亭ft(一价》C.931.121.S81.691.90—电鳥鼈eV2<21.SCIS.76n.eXii2.n10.751)lTorr^l31322Pa稀宥气体在G然界的行为显示了若干重耍的特点：(1)同稀冇气体的宇宙丰

6、度相比较，各种天然物质中原始稀冇气体的丰度极低，各种核过程和物理过程产生的各种效应十分突出，从而使得我们有可能鉴别其它成因类型的稀有气体；(2)在多数场合，根据稀有气体的元素和同位素组成特征，我们可以讨论宥关的物理过程，而不涉及极为复杂的天然化学过程，这样可使得所提出的各种理论模式更接近于真实情况；(3)稀有气体的高度挥发性，有助于探索挥发性元素的脱气历史，各种天然物体的热历史与及与稀有气体有关的种种热力学过程。上述这些特征使稀有气体在地质作用过程屮，其化学组成和同位素组成的变化几乎不受复杂的化学反应过程的影响，而主耍取决于诸

7、如脱气、混合、吸附及核反应等物理过程，因此稀冇气体在示踪方面具冇独特优势三、稀有气体同位素示踪成矿流体原理一般认为，地球中的稀有气体主要有4个源区，分别为大气、饱和大气的地下水、地壳和地幔，其屮地幔稀有气体又可分为上地幔和T地幔源区。研究表明，现今地幔中的稀宥气体与地球形成时的原始稀宥气体组成相同，主耍以3Ik）、2QNe,22Ne和36Ar等为主;地壳成因的稀冇气体主要由地壳岩石、矿石中放射性同位索的衰变及其诱发的各种核反应产生;而大气屮的稀有气体则被认为是通过地球的脱气形成的。上述3种成因的稀有气体溶解在地下水中并达到溶解

8、平衡时便组成了稀有气体的第4个源区。地球样品中的稀宥气体均是上述一个或多个源区稀宥气体的混合。这4个源区的稀有气体同位索组成有各自的特征。表2地球各阐层的稀有气体同位素组成丨MAr/*Ar中Xr大气I.4XIO*12队《0.318$-8XI0-*过M6.8K（帽X隈石》建壳1