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1、稀有气体地球化学研究进展,稀有气体，即氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)，又称惰性气体，系指化学元素周期表中的零族元素，以化学性质不活泼和在地球中含量稀少为特征。正由于它的化学惰性和少的含量，稀有气体被发现、研究和应用都较晚。,一、稀有气体同位素在地质中的研究现状,1.He、Ar研究趋于成熟，Ne、Kr、Xe进展迅速 稀有气体中，以He、Ar同位素在地质学中应用最早，范围最广，研究也最深入。He具两种稳定同位素：3He 和4He Ar有三种稳定同位素：40Ar、38Ar、36Ar He、Ar同位素比值被用于追溯岩浆起源、地球分层等问题。目前已对大气、地壳、上
2、、下地幔等不同来源物质的He、Ar同位素组成有了较为清晰的认识。,相对于He、Ar，Ne、Kr、Xe、Rn的研究进展在过去相当长时间是缓慢的。特别是放射性的Rn，因其极微而难以测定的含量，目前研究极少。而Ne、Kr、Xe的研究在近年却呈一种蓬勃之势，但对它们在地球中作用与意义认识分歧明显。总之，稀有气体研究的总趋势是：He、Ar研究趋于成熟，Ne、Kr、Xe进展迅速。,2.稀有气体同位素比值的意义及应用领域 3He/4He等用于区分构造环境，探讨地球圈层结构；3He/20Ne-4He/20Ne计算地幔氦输出量；3He/4He、20Ne/22Ne、21Ne/22Ne、40Ar/36Ar及Xe同位
3、素等追溯物质源区；40Ar/39Ar，40K/40Ar，U-Th/4He等用于岩体的测年；3He,21Ne（宇宙射线生氦氖）计算火山岩的暴露年龄及侵蚀率；4He/40Ar*(放射源)讨论岩浆房深度；40Ar/36Ar等用于大气混染程度分析，等等。,大洋玄武岩,大洋玄武岩,大洋玄武岩,二、稀有气体与大地构造环境及地球物质起源,1.不同构造环境中的稀有气体同位素 MORB(大洋中脊玄武岩)大洋中脊玄武岩是稀有气体研究最多的地区。80 年代以来，对大西洋中脊、太平洋中隆等区域的研究表明，MORB代表强烈排气的上地幔物质，其3He/4He 79Ra(大气3He/4He=1.410-6，记作Ra)(Ro
4、choll，1996；Marty，1999)。,大洋中脊玄武岩玻璃3He/4He,近年来，MORB中异常高的20Ne/22Ne值引起了许多研究者的兴趣。已知大气中20Ne/22Ne值为9.8，而MORB中普遍发现1013的同一比值，目前尚未发现产生20Ne的放射反应。鉴于太阳风中高的20Ne/22Ne值(可达13.8；Murer等，1997)。地幔中存在太阳源Ne已成共识(Allegre，1993；Farley，1993)。Burnard等(1997)对采自大西洋中脊爆裂岩的分析表明，其40Ar/36Ar值主要变化于400040000之间，其中1块标本比值高达64000，这是地幔样品已知的最高
5、值。与Moreira等(1998)的结果相近(40Ar/36Ar小于44000)。事实上，介于400010000间的40Ar/36Ar值较为常见(Rocholl，1996)。,OIB(洋岛区)目前已对若干较MORB区3He/4He高端元值的地区的稀有气体作了研究，这些地区均属热点区，大洋中的热点区即洋岛区(OIB)，如Hawaii，Iceland，Samoa，Galapagos等地区，它们代表地幔羽或下地幔源的岩浆喷出，以具高的3He/4He值为特征(某些热点区3He/4He值变化极大，如Galapagos区变化于6.927Ra间(Kurz，1999)。最近，Hilton(1999)在Icel
6、and发现37Ra以上的3He/4He值，为已知热点区的最高值。Poreda等(1992a)发现Samoa区的20Ne/22Ne值大于11.30，相似的比值也见于Reunion(Staudacher等，1994)等地区。结合MORB区，表明整个地幔具有较高的20Ne/22Ne值。,消减带 Patterson等(1997)在Tabar-Lihir-Tanga-Fen弧区测得7.2Ra和6.6Ra的3He/4He值，较MORB(大洋中脊玄武岩)略低，表明即使被俯冲板块强烈改造过的地幔楔，仍只有微量的板源成分。这与Poreda等(1989)对环太平洋火山弧稀有气体分析一致。三联点 Honda等(19
7、93b)在位于LauBasin盆地的King三联点地区测得(9.40.8)10-6的3He/4He值，相当于6.70.16Ra，略低于MORB同一比值。研究表明，三联点地区的3He/4He值随混染组分(地壳型或地幔型)及混染程度的不同，具有从略低于到略高于MORB的变化范围。,大陆火山岩及地幔包体相对于大洋，大陆火山岩及地幔包体的稀有气体研究工作开展较晚，但已遍及世界各大洲。Perez(1996)在西班牙层火山岩中测到3He/4He值为5.978.21 Ra；在美洲大陆，Reid等(1996)在美国西南地区大陆玄武岩中得到5.57.7 Ra的3He/4He值。结合早期研究，表明大陆地幔具有与大
8、洋地幔相似的He同位素组成，但变化范围略为宽广。,2.中国东部幔源包体中的稀有气体同位素组成与构造环境,3He/4He,中国东部地区幔源包体稀有气体同位素组成具如下特征：3He/4He值总体偏低，分布范围为0.11511.3Ra，其中，介于1.07.0 Ra者比例较大（约67%）。最近，李延河等在东部一个幔源巨晶中发现异常高的3He/4He值（达694Ra），其成因尚不明了。,40Ar/36Ar,中国东部幔源包体的40Ar/36Ar值较低，为2512325，其中大于1000者不足11%，总体上明显低于MORB和OIB，与美国西部等大陆边缘的幔源岩类似，也与大洋沟弧系类似；与其它大陆比较，中国东
9、部幔源包体的低40Ar/36Ar特征尤为突出。,20Ne/22Ne,中国东部幔源包体的20Ne/22Ne值（9.512.2）与澳大利亚等大陆的幔源包体类似，也有相当比例（约35%）的样品20Ne/22Ne9.8，也就是说，低20Ne/22Ne在我国东部幔源岩中也是存在的。,不同流体源区He、Ne、Ar同位素组成特征,三、稀有气体同位素综合示踪,轻稀有气体同位素比值对于直观地判别单一流体源区非常有效，但对于由2个以上源区混合而成的流体的判别局限性明显。故而，利用轻稀有气体同位素组合，如He-Ne、He-Ar、Ne-Ar同位素对，在流体成因、来源的研究中被广泛应用。,大洋玄武岩3He/4He-40
10、Ar/36Ar,大洋玄武岩20Ne/22Ne-40Ar/36Ar,由于不同源区间轻稀有气体同位素比值差异明显，因而其相关图是源区判识的有效手段，如3He/4He-40Ar/36Ar、40Ar/36Ar-20Ne/22Ne、3He/36Ar-40Ar/36Ar等相关图。,大洋玄武岩3He/36Ar-40Ar/36Ar,幔源岩类中的稀有气体同位素与Sr、Nd、Pb同位素研究,前已述及，Sr-Nd-Pb同位素是相对成熟且极为有 效的岩体示踪体系，在幔源岩研究中应用广泛。根据对大洋中脊玄武岩（MORB）和洋岛玄武岩（OIB）Sr、Nd、Pb同位素相关性特征的研究，已经鉴定出4个代表性的地幔化学组分端元
11、：,亏损的洋中脊玄武岩地幔（DMM）；高U/Pb值地幔（HIMU）；I型富集地幔（EM1）；II型富集地幔（EM2）。其中DMM相当于MORB组分；EM1、EM2、HIMU是构成OIB的三种主要端元。,大洋玄武岩He与Sr、Nd、Pb关系图,1 胡瑞忠，毕献武，Turner G 等.1999.哀牢山金矿带金成矿流体氦氩同位素地球化学.中国科学(D)，29：321330.2 刘强，朱铭，张福松等.2000.氩同位素分馏的实验研究.地质科学，35(3)：297304.3 孙晓明，Norman D I，孙凯等.2000.一种新的成矿流体示踪法流体包裹体N2-Ar-He示踪体系.地质论评，46(1)：99104.4 陶明信，徐永昌，陈发源等.1991.窑街煤田CO2气中氦同位素特征及其意义.科学通报，36(12)：921923.5 徐胜，刘丛强.1997.中国东部地幔包体的氦同位素组成及其地幔地球化学演化意义.科学通报，42(11)：11901194.,参考文献,
