12-稀有气体同位素地球化学.pptVIP

第十三章稀有气体同位素地球化学 第一节 稀有气体同位素地球化学研究概述 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。随着分析测试技术水平的提高，人们对稀有气体的物理化学性质有了较深的认识。 近三四十年来，稀有气体同位素地球化学作为地球化学的一个分支，在地质领域研究与应用日广，特别是在地球起源、形成、演化以及岩矿成因、来源的研究中被广泛应用。 稀有气体元素是在1894—1900年间陆续发现的。 Argon，意为“懒惰”的意思，中译名为”氩”。 Helium，意为“太阳元素” ，中译名为“氦” 。 Krypton，即“隐藏”之意，它隐藏于空气中多年才被发现，中译名为“氪” 。 Neon，意为“新的”，即从空气中发现的新气体，中译名为“氖”。 Xenon，意为“陌生的”，即人们所生疏的气体。中译名为“氙”。 Radon，意为“放射的”，中文音译成“氡” 1991年，全国自然科学名词审定员会公布的《化学名词》中正式规定，把惰性气体改称为稀有气体。其理由在于惰性气体的“惰性”是相对的。 一、 稀有气体同位素地球化学研究现状 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、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。 二、稀有气体同位素比值的意义及应用领域 由于极微的含量，稀有气体元素用直接测试数据有一些缺陷：如表述不便，分析精度影响显著，极难发现规律性等。因而稀有气体分析中应用更多的是其同位素比值，这种方式运用最广，可在一定程度上克服上述缺陷或不足。这些比值被用于分析地球中的多种问题，如： 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 近些年来，稀有气体与其它元素的相互关系，也有一些尝试性探讨问世，如： 稀有气体与油气、岩浆中主要挥发分CO2、H2O、N2等的比值关系的讨论； 稀有气体与C、O等稳定同位素的综合研究； 稀有气体与Cu、Ag、Au等金属矿床成矿热液的关系； 不同构造环境幔源岩中稀有气体与微量元素Nd、Sr、Pb等的关系，等等。 这些研究对了解岩浆作用过程中不同元素间的相互作用、解决矿体的来源、矿床受混染情况及分析对比不同构造环境等提供了依据。 三、定性研究日趋深入，定量模型初步建立 稀有气体在地质学中的研究，直到目前仍处于定性探讨为主的地步。目前人们注意力集中于岩浆溯源、构造环境分析、地球圈层划分、矿体与稀有气体关系等问题的探讨之中。 随着理性认识的提高，以及越来越多数据的积累，为初步建立稀有气体在地质过程中的定量模型奠定了基础。如： 地幔稀有气体分馏作用 稀有气体在特定构造中的排气量 稀有气体与大气演化，等等 上述领域定量模拟计算是这类研究的典型例子。 第二节 地球稀有气体的源区 一、地球稀有气体源区划分 由于轻稀有气体元素He、Ne、Ar同位素组成在不同成因岩石中差异明显，在地质学中应用广泛，研究也较深入。 Kaneoka等根据He、Ar同位素比值将地球上稀有气体分为四个终极源区： 大气型（A） 以大气稀有气体同位素组成为特征。 3He/4He为1.4×10-6（记为Ra） 40Ar/36Ar=295.5 20Ne/22Ne值为9.8 地壳型（C） 以地壳各类岩石、矿物、油气等流体为代表。 3He/4He为2×10-8 40Ar/36Ar= 295.5～104 20Ne/22Ne值分布范围广 大洋中脊玄武岩(M)型 以