化学地球动力学及深部过程地球化学示踪课件.ppt

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1、第四章化学地球动力学及深部过程地球化学示踪大陆动力学地球化学探索（地球化学进展课程）2002年8月一引言（一）化学地球动力学的提出与基本构想1．化学地球动力学产生的背景除了微量元素与同位素示踪理论和技术方法的发展，奠定了地幔地球化学发展的一般基础外，直接影响到化学地球动力学产生的因素为：*板块构造学说影响板块构造学说使地球科学家与地球化学家能够统观整个地球系统，看到板块运动伴随着大规模壳、幔相互作用和物质再循环。*多种地幔端元组分的发现洋、陆玄武岩同位素与微量元素揭示了地幔物质储库的多样性，即除了原始地幔(PM)和亏损地幔(DM)两个端元组分外，尚存在一些其它地幔端元组

2、分，以致造成玄武岩同位素和化学成分的多种多样性。进而可以尝试由地（接上页）球层圈的相互作用，包括壳/幔、上/下地幔、以至核/幔过渡带的物质交换与再循环等，来解释多种地幔端元的成因。也就是说由地幔化学结构的多样性，进而产生了从地球圈层相互作用来揭示地球动力学的构想。*多同位素体系线性和非线性数值模拟技术的发展，使有可能模拟地球、地幔不均一化学结构的形成与层圈相互作用，以期揭示壳幔演化历史及地球动力学。因此，产生了将地球视为一个统一的动力学系统，以层圈的相互作用为主导，以揭示壳、幔化学组成和演化为基础，探讨地球发展历史与动力学的化学地球动力学(chemicalgeo-dyn

3、amics)的构想(Allegre,1982;Zindler&Hart,1986)。（二）研究概况化学地球动力学提出以来，在国际范围内通过大洋玄武岩和大陆玄武岩源区同位素和微量元素示踪，开展了有关全球地幔化学组成、化学演化与化学不均一性的系统研究。在此基础上，以化学地球动力学为指导，研究已经取得一些重要和有意义的进展与成果。其中主要方面有：（1）地幔组分端元探索有了新近展；（2）有关全球和区域地幔化学和同位素组成不均一性规律的发现及其应用的探索；（3）壳－幔相互作用与再循环研究取得了重要进展，揭示出三种形式的壳幔再循环（见下片）：*板块会聚带洋壳俯冲和壳/幔再循环。近代

4、的已有较深入和成功的研究，古代的正处于探索阶段；*陆壳底部幔源岩浆底侵(underplating)和大陆地壳和岩石圈拆沉(delamination)。已有少量论证较好的实例，还有待于推广探索;.*大陆壳俯冲、超高压变质带的形成与折返。这是近年在碰撞造山带发现超高压变质榴辉岩后，揭示出的第三种壳幔再循环方式，并构成当前研究的热点。(4)地幔柱研究的发展及地球深部层圈相互作用、物质循环和动力学的探索；(5)化学地球动力学数值计算模拟探索取得了初步进展。二地幔端元组分及地幔化学不均一性（一）地幔端元组分随大洋和大陆玄武岩同位素和化学成分的积累，人们发现了同位素和元素组成上的多

5、样性。仅考虑原始地幔和亏损地幔两个端元组分，已无法解释许多玄武岩的组成特征，地幔应具有多种端元组分。通过多年研究，目前已确定的地幔端元组分见表1和图1：表1各类型地幔端元的同位素组成特征地幔端元类型143Nd/144Nd87Sr/86Sr206Pb/204Pb176Hf/177Hf亏损地幔（DM）0.5131~0.51330.7020~0.702415.5~17.80.2831~0.2835高U/Pb值地幔(HIMU)~0.51280.7026~0.703021.0~22.0~0.2893I型富集地幔(EMI)0.5123~0.51240.7045~0.706016.5

6、~17.50.2826~0.2827II型富集地幔(EMII)0.5127~0.5129~0.70718.5~19.50.2828流行地幔（PREMA）0.51300.703518.3~~原始地幔(PM)0.5124380.704517.35~17.5~~图1海洋玄武岩同位素组成变化范围表2洋岛玄武岩(OIB)各端元的微量元素和同位素组成（据Weaver,1991;Hartetal.,1992,)图2秦岭两侧中新生带玄武岩87Sr/86Sr－206Pb/204Pb、143Nd/144Nd－206Pb/204Pb和143Nd/144Nd－206Pb/204Pb图解注：地幔

7、端元组成据Wilson,1993.1.汝阳10081；2.汝阳10083；3.黄陂10104；4.阳新95041；5.麻城M57－1。由图1可见EMIEMII和HIMU为产生洋岛玄武岩的三个主要端元，并已确定了这三个端元的特征元素对比值的范围（表2）。利用三元和三元以上的同位素图解与表2中的数据可确定所研究玄武岩地幔源区的组分端元。应用二元同位素图解在确定端元组分时，常会造成误判（图2）。讨论：DMM、EMI、EMII和HIMU是被公认的端元组分；而PREMA是否为独立端元组分尚有争议。因PREMA的同位素组成正好位于前面四种端元组分混合