熔體包裹體和Li同位素在地球科學(xué)研究中的應(yīng)用.pdf

1、隨著分析技術(shù)的快速發(fā)展，有關(guān)熔體包裹體和Li同位素的研究已成為國際地球科學(xué)日益興盛的研究領(lǐng)域。目前，單個熔體包裹體的LA-ICP-MS分析技術(shù)以及Li同位素分析技術(shù)在我國尚處于初步發(fā)展的階段，相關(guān)的地質(zhì)應(yīng)用研究也較少，因此，在我國建立相關(guān)的分析方法，并開展熔體包裹體和Li同位素的研究工作對于促進這兩個研究領(lǐng)域在國內(nèi)的發(fā)展具有重要的意義。
　　本博士論文的第一個研究內(nèi)容是在我國建立LA-ICP-MS分析單個硅酸鹽熔體包裹體的方法，并

2、運用此方法對方城玄武巖中熔體包裹體進行較為系統(tǒng)的研究，以探討方城玄武巖的巖漿演化過程以及華北克拉通中生代地幔的橄欖巖-熔體反應(yīng)方式。
　　方城玄武巖的單斜輝石和斜方輝石斑晶中僅發(fā)育有原生的硅酸鹽熔體包裹體，在捕擄體和捕擄晶單斜輝石中則發(fā)育有復(fù)雜的熔體包裹體（包括硅酸鹽熔體包裹體、碳酸鹽熔體包裹體和硫化物熔體包裹體）和流體包裹體。單斜輝石和斜方輝石斑晶中原生熔體包裹體的LA-ICP-MS分析結(jié)果表明，不同輝石中的熔體包裹體捕獲的是同

3、一巖漿演化至不同階段的熔體。這些熔體包裹體的主微量元素呈現(xiàn)出不耦合的特征，表明在巖漿上升過程中經(jīng)歷了超鎂鐵質(zhì)巖石的混染和淺部的結(jié)晶分異作用。斑晶中熔體包裹體的微量元素特征與華北和揚子克拉通的平均上地殼組成相似，暗示了在方城玄武巖的巖漿源區(qū)有大量陸殼物質(zhì)的貢獻。通過計算獲得的方城玄武巖初始巖漿具有低鎂（MgO～5.96 wt％）、高鋁（Al2O3～16.81wt％）、高Sr(1670 ppm)和高Sr/Y(＞40)的特征，表明方城玄武巖可

4、能是俯沖至華北克拉通之下的揚子陸殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。捕擄體和捕擄晶中復(fù)雜的熔體包裹體和流體包裹體記錄了一種罕見的橄欖巖-熔體反應(yīng)，即橄欖石+碳酸質(zhì)熔體1=單斜輝石+熔體2±CO2，反應(yīng)產(chǎn)生的熔體2會富集輕稀土和CO2。這種橄欖巖-熔體反應(yīng)在中生代華北克拉通巖石圈地?？赡芷毡榇嬖?，并可能是造成中生代華北克拉通巖石圈地幔性質(zhì)快速轉(zhuǎn)變的主要原因之一。
　　本博士論文的第二個研究內(nèi)容是在國內(nèi)建立Li同位素的純化流程和分析方法，并對蚌埠荊

5、山地區(qū)的碰撞后巖漿巖以及浙江煤山晚二疊至早三疊的沉積剖面進行相關(guān)的Li同位素地球化學(xué)研究，應(yīng)用Li同位素來示蹤荊山淡色花崗巖及輝綠巖脈的巖漿源區(qū)、部分熔融過程以及P-T界面的全球風(fēng)化過程。
　　荊山輝綠巖脈至花崗巖剖面的主微量元素呈現(xiàn)出了系統(tǒng)性的變化，表現(xiàn)為從遠離輝綠巖脈的淡色花崗巖至靠近脈體的淡色花崗巖，其流體活動性元素(如Li、Rb、Cs、Ba、Pb)含量和δ7Li呈現(xiàn)出持續(xù)降低的趨勢，而流體不活動元素（如Ti、V、Nb、Zr

6、)含量則不發(fā)生變化，同時，全巖粉末的燒失量在靠近輝綠巖脈的花崗巖中呈現(xiàn)出明顯升高的趨勢。在輝綠巖脈中，主-微量元素以及Li同位素組成都很均一。這些特征表明在輝綠巖脈侵位前，靠近斷裂或裂隙的淡色花崗巖存在一定程度的流體蝕變，并導(dǎo)致了蝕變花崗巖具有相比于主體淡色花崗巖輕的Li同位素組成。
　　荊山淡色花崗巖具有相比于世界范圍內(nèi)I、S、A型花崗巖明顯低的Li含量(4.7-11.3 ppm)和高的δ7Li(+4.0‰至+9.0‰)。而其中

7、的鎂鐵質(zhì)暗色包體具有非常高的Li含量(高達118.2ppm)和低的δ7Li（低至+0.8‰）。微量元素（REE和Sr、Y）模擬以及Li同位素二元混合計算表明，荊山淡色花崗巖的Li同位素以及微量元素組成可以用揚子俯沖地殼物質(zhì)的不一致部分熔融來解釋，即通過轉(zhuǎn)熔反應(yīng):bt+qtz+plag=grt+melt來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)熔過程中形成的具有高Li含量和低δ7Li的富石榴子石殘留相留在源區(qū)，導(dǎo)致部分熔融的熔體具有比源巖更低的Li含量和更重的Li同位素

8、組成。荊山輝綠巖脈（δ7Li～+2.2‰）具有比地幔值更輕的Li同位素組成，表明其源巖有輕Li同位素組成物質(zhì)的加入。Li同位素模擬的結(jié)果表明荊山輝綠巖脈的Li同位素組成可以用虧損地幔加區(qū)域下地殼物質(zhì)的部分熔融來解釋。然而輝綠巖脈具有很高的Li含量(67.2-108.6 ppm)、高的Li/Y、Ba/Nb比值和低的Rb/Cs比值，這些特征表明在輝綠巖脈部分熔融過程中可能有富Li流體的參與。
　　煤山沉積剖面的主-微量元素和Li同位素

9、組成都存在較大的變化范圍，并表現(xiàn)出同沉積層位巖性相關(guān)的特征。在元素相關(guān)性圖解中，22-24層樣品都落在了碳酸鹽和燧石的混合線上，26-30層樣品都落在了碳酸鹽+燧石和粘土礦物的混合線上，25層樣品由于高嶺土含量較高而顯示出與其他層位不同的元素含量特征。通過計算可獲得不同層位樣品中控制Li同位素的碳酸鹽和粘土礦物端元的Li同位素組成，并依此來反演P-T界面海水的Li同位素組成。反演的P-T界面海水的Li同位素組成相比于現(xiàn)今海水低～15‰。