深部碳循环的Zn-Mg同位素示踪

论文摘要

深部碳循环是全球碳循环的重要组成部分,它是指在板块构造体制下,俯冲洋壳携带沉积碳酸盐进入地球深部,随后通过火山作用释放二氧化碳等气体到大气圈中的过程。该过程能够显著影响地质历史时期大气圈碳收支情况和气候变化,因此具有十分重要的研究意义。深部碳循环研究涉及众多科学问题,其中最关键的是如何识别地幔中的碳是再循环的壳源碳。Mg和Zn同位素在示踪地幔中再循环碳酸盐方面具备独特优势。本论文围绕深部碳循环的Zn-Mg同位素示踪这一主题,首先论证了Zn同位素在岩浆作用过程中的分馏尺度和机理,然后以不同地质环境形成的岩浆岩和变质岩为研究对象,应用Zn-Mg同位素证明了深部岩石圈和软流圈地幔内广泛存在再循环碳酸盐。本论文获得的主要成果和认识如下:（1）通过对比研究橄榄岩与玄武岩的Zn同位素组成,发现地幔熔融过程存在大约0.1‰的Zn同位素分馏,重新厘定了硅酸盐地球的Zn同位素组成为0.17±0.08‰;（2）通过调查中国东部<110 Ma板内玄武岩的Zn同位素组成,发现其具有比“正常”玄武岩更重的Zn同位素组成,结合前人和本文发现的这些玄武岩的轻Mg同位素特征,进一步证明了中国东部深部软流圈地幔中存在再循环碳酸盐。强碱性玄武岩与弱碱性玄武岩之间存在系统的Mg-Zn-Sr-Nd同位素差异,支持了碳酸盐化硅酸盐熔体与岩石圈地幔反应是造成中国东部板内玄武岩成分变化的观点;（3）在青藏高原东南缘识别了两类岩性、元素和Mg-Zn-Sr-Nd同位素组成截然不同的后碰撞幔源火山岩,早期富钾火山岩是交代岩石圈地幔熔融的产物,而晚期碱性玄武岩是碳酸盐化软流圈地幔熔融的产物,该研究揭示了与新特提斯洋壳俯冲相关的深部碳循环过程;（4）对一系列不同类型岩石圈深源包体的研究发现,部分华北克拉通麻粒岩、辉石岩和橄榄岩包体中存在Mg-Zn同位素异常,证明了华北克拉通深部岩石圈经历过多次含碳酸盐流体或碳酸盐化熔体交代事件。西非克拉通榴辉岩包体的重Zn同位素组成表明其原岩为碳酸盐化蚀变洋壳,同时也暗示再循环榴辉岩对地幔Zn同位素组成不均一性有重要影响;（5）通过对喜马拉雅淡色花岗岩开展Mg-Zn同位素研究,发现其巨大同位素变化最可能是高硅花岗岩强烈分异的结果,应用高硅花岗岩的Mg-Zn同位素示踪壳内碳循环必须考虑岩浆分异的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
•   1.1 研究背景与现状
•     1.1.1 深部碳循环研究现状及问题
•     1.1.2 地幔再循环碳的金属同位素示踪
•       1.1.2.1 Ca同位素示踪
•       1.1.2.2 Mg同位素示踪
•       1.1.2.3 Zn同位素示踪
•   1.2 科学问题与研究内容
•     1.2.1 基性-超基性岩浆体系Zn同位素分馏行为
•     1.2.2 地幔再循环碳的Mg-Zn同位素示踪应用
•       1.2.2.1 中国东部板内玄武岩Mg-Zn同位素地球化学研究
•       1.2.2.2 青藏高原造山带后碰撞幔源岩浆Mg-Zn同位素地球化学研究
•       1.2.2.3 克拉通岩石圈深源包体Mg-Zn同位素地球化学研究
•     1.2.3 高硅花岗岩Mg-Zn同位素地球化学研究
•   1.3 论文工作量统计
• 第2章 样品处理及分析方法
•   2.1 样品制备
•   2.2 全岩化学成分分析
•     2.2.1 主量元素
•     2.2.2 微量元素
•   2.3 矿物主量元素分析
•   2.4 同位素分析
•     2.4.1 Sr、Nd同位素
•     2.4.2 Mg同位素
•     2.4.3 Zn同位素
• 第3章 地幔熔融过程中的Zn同位素分馏与硅酸盐地球的Zn同位素组成厘定
•   3.1 引言
•   3.2 样品描述
•     3.2.1 橄榄岩
•     3.2.2 玄武岩
•   3.3 结果
•     3.3.1 Zn含量
•     3.3.2 Zn同位素组成
•   3.4 讨论
•     3.4.1 地幔矿物之间的Zn同位素分馏
•     3.4.2 交代作用对地幔Zn同位素的影响
•     3.4.3 玄武岩分异过程中的Zn同位素分馏
•     3.4.4 地幔熔融过程中的Zn同位素分馏
•     3.4.5 地幔（硅酸盐地球）的Zn同位素组成新估计
•   3.5 小结和认识
• 第4章 中国东部板内玄武岩Mg-Zn同位素地球化学研究
•   4.1 引言
•     4.1.1 板内碱性玄武岩的成因
•     4.1.2 中国东部板内碱性玄武岩研究背景
•   4.2 山东新生代碱性玄武岩Zn同位素地球化学研究
•     4.2.1 地质背景和样品
•     4.2.2 结果
•     4.2.3 讨论
•       4.2.3.1 后期蚀变、岩浆分异、陆壳混染对玄武岩 Zn 同位素组成的影响
•       4.2.3.2 强碱性玄武岩成因
•       4.2.3.3 弱碱性玄武岩成因
•       4.2.3.4 山东碱性玄武岩成分转变机制
•     4.2.4 小结和认识
•   4.3 大同新生代碱性-拉斑玄武岩Mg-Zn同位素地球化学研究
•     4.3.1 地质背景和样品
•     4.3.2 结果
•       4.3.2.1 主、微量元素
•       4.3.2.2 Sr、Nd同位素
•       4.3.2.3 Mg同位素
•       4.3.2.4 Zn同位素
•     4.3.3 讨论
•       4.3.3.1 后期蚀变、岩浆分异、陆壳混染
•       4.3.3.2 部分熔融
•       4.3.3.3 大同玄武岩地幔源区
•       4.3.3.4 碱性-拉斑玄武岩成分转变机制
•       4.3.3.5 碱性-拉斑玄武岩转换与华北克拉通岩石圈减薄
•     4.3.4 小结和认识
• 第5章 青藏高原造山带后碰撞幔源岩浆Mg-Zn同位素地球化学研究
•   5.1 引言
•   5.2 地质背景
•   5.3 样品
•     5.3.1 钾质-超钾质火山岩
•     5.3.2 碱性玄武岩
•   5.4 结果
•     5.4.1 主、微量元素
•     5.4.2 Sr、Nd同位素
•     5.4.3 Mg同位素
•     5.4.4 Zn同位素
•   5.5 讨论
•     5.5.1 后期蚀变对Mg-Zn同位素组成的影响
•     5.5.2 岩浆分异和陆壳混染
•     5.5.3 地幔源区
•       5.5.3.1 富钾火山岩
•       5.5.3.2 碱性玄武岩
•     5.5.4 后碰撞幔源岩浆演化与深部碳循环
•   5.6 小结和认识
• 第6章 克拉通岩石圈深源包体Mg-Zn同位素地球化学研究
•   6.1 引言
•   6.2 华北克拉通东南缘徐-淮地区深源包体 Mg 同位素地球化学研究
•     6.2.1 地质背景
•     6.2.2 样品
•     6.2.3 结果
•       6.2.3.1 主量元素
•       6.2.3.2 微量元素
•       6.2.3.3 Sr同位素
•       6.2.3.4 Mg同位素
•     6.2.4 讨论
•       6.2.4.1 夹沟深源包体原岩
•       6.2.4.2 夹沟深源包体 Mg 同位素变化原因
•     6.2.5 小结和认识
•   6.3 西非克拉通幔源榴辉岩包体Zn同位素地球化学研究
•     6.3.1 地质背景和样品
•     6.3.2 结果
•     6.3.3 讨论
•       6.3.3.1 矿物分布不均匀
•       6.3.3.2 金伯利岩与榴辉岩反应
•       6.3.3.3 低Mg O榴辉岩成因
•       6.3.3.4 高Mg O榴辉岩成因
•       6.3.3.5 再循环榴辉岩对地幔Zn同位素组成的影响
•     6.3.4 小结和认识
• 第7章 喜马拉雅淡色花岗岩Mg-Zn同位素地球化学研究
•   7.1 引言
•   7.2 地质背景和样品
•   7.3 结果
•     7.3.1 Mg同位素
•     7.3.2 Zn含量和Zn同位素
•   7.4 讨论
•     7.4.1 含石榴石淡色花岗岩中矿物间Mg-Zn同位素分馏
•     7.4.2 含石榴石淡色花岗岩全岩Mg-Zn同位素变化成因
•       7.4.2.1 流体出溶
•       7.4.2.2 分离结晶
•     7.4.3 Mg-Zn 同位素对喜马拉雅淡色花岗岩源区的制约
•     7.4.4 高分异花岗岩的识别
•   7.5 小结和认识
• 第8章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表论文
• 个人简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王泽洲

导师: 李曙光,刘盛遨

关键词: 同位素,深部碳循环,岩浆过程,地幔

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学,地质学

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: P595;P542.5

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000139

总页数: 189

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