放射性同位素地球化学2011下.ppt

行星的形成 J. Morgan‘s Plume Model (1971) Deep mantle plumes [Morgan, 1971] were proposed in 1971 to explain: intraplate volcanism, and unusually large-volume volcanism on spreading plate boundaries (“hot spots”), time-progressive volcanic chains, and the apparent relative fixity of these “hot spots”. 再循环模式Recycling Model(Hofmann White, 1982) 25 Major Hotspots 板块构造与火成岩成因 1. 洋中脊玄武岩MORB 2. 陆内裂谷 3. 岛弧火山岩IAV、IAB 4. 活动大陆边缘 简单混合模式 二元混合 通用二元混合方程 Vollmer（1976）和Langmuir等（1978）先后给出了二元混合体系微量元素浓度的通用表达式。该式理论上可适用于任何元素和同位素。对任何一个二组份混合体系，其方程为 Ax＋Bxy＋Cy＋D＝0 （5.62） 其中x，y是横坐标、纵坐标的变量，可以是元素或元素的比值。当端元1和端元2上的坐标即比值为（x1，y1）（x2，y2）时系数可表示为： 其中，ai为yi的分母值，bi为xi的分母值 A＝a2b1y2-a1b2y1 B＝a1b2－a2b1 ； C＝a2b1x1-a1b2x2 D＝a1b2x2y1－a2b1x1y2 r＝a1b2/a2b1 ， r为与系数B有关的数值，反映了混合双曲线的曲率，曲率的函数。当r＝1时为直线方程。 比值-比值，此时为为一双曲线，系数为 A＝a2b1y2-a1b2y1 B＝a1b2－a2b1r＝a1b2/a2b1 C＝a2b1x1-a1b2x2 D＝a1b2x2y1－a2b1x1y2 比值-元素，如设x轴为元素，则b＝1，这时： A＝a2y2－a1y1 B＝a1－a2? r＝a1/a2 C＝a2x1－a1x2 D＝a1x2y1－a2x1y1 当r≠1时，仍为一条受B控制的双曲线 元素-元素，a＝b＝1， A＝y2－y1 B＝0???? r＝1 C＝x1－x2 D＝x2y1－x1y2 此时，为一直线方程。 混合作用模型的应用 判断混合过程 在板块俯冲带，地壳与上地幔岩石的氧含量差异不明显，Sr差别较大。导致源区混合Sr-O同位素混合轨迹线为下凹型；相反，当地幔部分熔融的岩浆上升受到地壳混染时，地壳物质的Sr一般低于岩浆，形成上凸型双曲线。因此可应用Sr-O同位素体系有效判断混合过程。 大量的MORB和OIB同位素组成调查显示，并不存在简单的二元混合关系 Zindler等(1982)提出，由亏损MORB、含富集物质的MORB及初始(pristine chondritic)地幔代表的三个地幔端元，其混合作用构成了大洋环境玄武岩的岩浆源区。该三端元在Nd-Sr-Pb同位素体系中构成的面，称为地幔平面(mantle plane)。但White(1985)发现，在地幔平面之上或之下均存在其它的大洋环境玄武岩分布。 Hart等(1986)认为，地幔平面只是地幔端元混合的一个投影面。通过对大量MORB和OIB的Nd-Sr和Pb-Sr同位素组成分析，确定出四个地幔端元，分别为DMM(洋中脊亏损地幔端元)、EMI和EMII(富集I和富集II型地幔端元)及HIUM(高U/Pb地幔端元)。其中，将 Nd-Sr图中低143Nd/144Nd的边界称为“低Nd分布(‘LoNd array’)”，代表了HIMU与EMI地幔端元间的混合分布。 由于低Nd分布表现为混合直线，说明混合端元间具相似的Nd-Sr-Pb比值和密切相关的成因环境，因此变种关系不象是循环地壳与地幔端元间的关系，而应与大陆岩石圈地幔的发生过交代富集事件有关。 Sr-Pb体系中的地幔端元 为避免二维同位素组成对判别地幔端元可能带来的主观偏差，Allegre等(1987)和Hart等(1992)对大量BORB和OIB的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd、206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb进行了主成分分析(principle component analysis)，获得了5个特征向量，表征能体现数据变化量最大百分比例的多维组份空间的方向，其数值分别为56、37、4、2和1%。由于前三个向量的总和为97%，故Hart等认为，用87Sr/8