郯庐断裂带中段幔源岩中的流体和稀有气体地球化学研究

【摘要】： 地幔流体在研究地幔物质组成、物质来源和演化等方面有重大意义，其中的稀有气体则是研究相关问题的重要方法和有效途径之一，二者均为国际地学的热点领域。玄武岩、特别是其中的幔源包体和巨晶是目前获取地幔流体的最理想样品，国内已有较多此类样品中流体研究的成果，但稀有气体的研究尚处于初步阶段。笔者通过野外考察和采样，对沂沭断裂带及其邻近地区的该类样品做了流体和稀有气体同位素研究，取得如下成果和认识： 1、通过分步及一步加热法在MAT-271质谱仪上对沂沭地区幔源包体做了流体组成测试与研究。结果表明，研究区幔源包体的流体组成以CO_2、CO和H_2为主，次为CH_4、N_2等气体；气体主要组分的释出特征是：CH_4总在500℃出现释气峰，H_2的释出量随温度升高而增加，CO_2的释出的总趋势是随温度升高，释出量降低，多数样品中CO在500～650℃出现释气低谷。分析表明，不同地区或不同类型包体间流体组成特征的差异可能与其所处环境的氧逸度(f_(02))有关；分步加热中流体组成特征的变化则反映了地幔流体演化的阶段性。 2、利用熔融法在MM5400质谱仪上对沂沭地区幔源岩类的稀有气体做了较系统的研究。结果表明，沂沭地区地幔包体(全岩、单矿物)的~3He／~4He值主要介于0.115～2.7Ra之间，巨晶为3.4～11.3Ra，寄主玄武岩~3He／~4He值极低(均为10~(-8)量级)；各类岩矿~(40)Ar／~(36)Ar值介于296.5～864间，且多在400以下，以玄武岩略高；所有岩矿的~(20)Ne／~(22)Ne值(10.19～13.10)都高于大气值(9.8)；各类岩矿的Kr、Xe同位素所测出比值均与大气值相似。研究表明，不同岩矿中稀有气体同位素丰度和比值的这种分布特征反映了其各自不同的成因与来源：包体单矿物在He、Ne、Ar同位素的多种图解上均呈现出明显的大气-地幔源的混合特征；包体全岩的稀有气体同位素还反映有放射成因~4He、~(40)Ar的加入；玄武岩则既反映出流体的扩散分馏效果、又反映了放射成因组分的加入。 3、在国内、外数据资料基础上，总结归纳了地幔、沉积壳层和大气三个源区的CO_2、CH_4、N_2等组分与稀有气体的比值指标体系。沂沭地区幔源包体单矿物的CO_2／~3He=28～1050×10~9、CH_4／~3He值主要为11～1642×10~7、N_2／Ar=927～56596、N_2／~3He=2.47～26.73×10~9，在多种综合判识指标图解上均呈现地幔-洋壳-大气三者的混合特征，反映了板块俯冲作用中洋壳和大气对该区地幔流体的影响。 4、对世界范围幔源流体稀有气体数据的分析表明，不同构造环境幔源岩中的轻稀有气体同位素比值明显不同。总体而言，我国东部幔源包体的~3He／~4He值总体上偏低(1～10Ra)、~(40)Ar／~(36)Ar值很低(多在1000以下)、~(20)Ne／~(22)Ne值(9.8～12.0)具明显的幔源特征，与受大洋板块俯冲影响的构造环境类似，表明其地幔流体中洋壳及大气的影响。 5、综合上述研究结果及前人研究成果表明，沂沭乃至中国东部幔源包体的流体代表曾受古洋壳及大气混染的“地幔源区”流体。据此，笔者提出了关于中国东部幔源流体的新成因模式：中、新生代古太平洋板块的俯冲，将大量洋壳物质和大气带入中国东部陆下地幔并形成了混合源区。在混合源区演化过程中，不同演化阶段的“地幔流体”在构造作用过程中或以矿物包裹体形式，或通过断裂排气而上升，从而在地表或近地表形成成因上相关的包体流体和气藏。