同位素在研究岩石成因及构造背景中的应用.doc

同位素在研究岩石成因及构造背景中的应用 一、放射性同位素 根据放射性同位素随时间变化的规律，可用来测定地质体的年龄与活动历研究其成因与演化等。例如，中国东部壳体自北而南区自北向南铅同位素比位逐渐变化、系统增高,变化范围趋于增大。而铅同位素组成的最终变化主要取决于①不均一原始地幔体中U一Th一Pb体系变化和原始铅同位素组成；②壳幔分异时间、方式和程度；③地壳演化的时问、方式和程度等各种因素。中国东部壳体中新生代玄武岩、中生代花岗岩和一些金矿床的铅同位素比值协调变化关系,除反映了该构造区原始地幔的不均一性以外,还是该区地壳演化特征的反映。地壳活动的内因是地壳深部地幔物质蠕动运移.地壳活动时间越强,越剧烈,则壳幔相互作用的时间也越强、越剧烈,幔源铅与壳源铅(放射铅)便充分混染,导致终了铅同位素比值增大,变化范围宽；反之,则铅同位素比值偏低,变化范围较窄。中国东部壳体自北而南地壳活动期(地槽+地洼)逐渐增长,活动强度逐渐增大。这便是该区自北向南铅同位素比位逐渐变化、系统增高,变化范围趋于增大的一个重要原因。 但是在选择样品时，必须注意为封闭体系。如，一般长石中几乎不含铀、钍物质,当岩浆结晶时以类质同象形式进人长石结晶格架中的那部分微量铅及其同位素组成,可代表岩浆结晶时的铅同位素成分。也就是说,岩浆结晶以后,长石中不再混入其它来源的铅,因此,我们分析出的长石微量铅同位素组成,可提供长石结晶时熔融体的U-Th-Pb体系及其初始铅同位素组成特征。在各种热液环境中沉淀出的非含铀钍的金属旷物(即矿石矿物)的铅同位素组成,亦可反映关于供给原始热液中金属物质来源区的U-Th-Pb体系及其初始铅同位素组成特征。 二、稳定同位素 稳定同位素即为在现今技术条件下观察不到有放射性衰变现象的同位素(通常指半衰期大于1012年的核素)。目前已知的稳定同位素有约270个，而不稳定同位素为约1200个。氧是地球中最丰富的元素，是矿物和岩石的主要组成成分。利用矿物和岩石的氧同位素组成可以对矿物和岩石形成的条件和机制、岩浆的来源、岩浆的产生和演化以及岩浆与围岩的相互作用等进行研究。氧同位素分析是岩石学研究的一个强有力的工具。 地质样品的氧同位素组成通常以样品的氧同位素比值相对标准平均大洋水的千分差来描述: δ18O=[(18O/16O)样品/(18O/16O)标样-1] ×1000‰ 地球上不同类型的岩石具有不同的氧同位素组成。总体上，沉积岩表现出最高的δ18O（可达32‰），岩浆岩最低（约5‰），变质岩通常介于二者之间，因此通过氧同位素可以对岩石的成因进行认识。例如:I型和S型花岗岩由于分别来源于变火成岩和变沉积岩，由于变火成岩和变沉积岩的氧同位素明显不同，因此根据花岗岩的氧同位素组成的高低，可以判断花岗岩的大致来源。例如，胶东半岛在大地构造位置上处于华北克拉通和苏鲁造山带的结合部位，苏鲁造山带中的变质岩中锆石具有低于地幔锆石的δ18O，而华北克拉通前寒武纪变质岩则具有高于地幔锆石的δ18O,前人通过对胶北地体中的玲珑花岗岩中的锆石进行氧同位素研究，发现具有三叠纪和新元古代继承锆石的花岗岩样品中的岩浆锆石具有低的δ18O,具有太古代继承锆石的花岗岩样品中的岩浆锆石具有高的δ18O，认为它们分别来源于俯冲扬子陆壳和华北克拉通下地壳的部分熔融。对于岩浆岩而言，岩浆从镁铁质成分向长英质成分的化学分异过程，不会引起明显的氧同位素分馏，分馏值一般不超过0.3‰，因此，氧同位素可以有效地判断岩浆演化过程中是否存在不同来源物质的混染。 例如，苏州花岗岩利用全岩和造岩矿物常规氧同位素分析方法曾得出其为正常δ18O岩浆的成因，近年通过锆石激光氧同位素分析技术，认为其为来源于壳源的低δ18O岩浆成因。利用常规氧同位素分析，人们认为美国黄石流纹岩δ18O亏损是由于雨水的直接注入并与岩浆发生同位素交换而形成的，而离子探针技术对矿物微区进行的氧同位素分析结果表明，破火山口垮塌造成已经由于热液蚀变而亏损δ18O的早期火山岩重熔是导致黄石高原发育低δ18O岩浆的原因。对于苏鲁造山带变质岩，通过激光探针氧同位素分析，人们普遍认为其极负的δ18O值是在新元古代原岩形成时获得的，但是必威体育精装版的离子探针锆石原位氧同位素分析表明其极负的δ18O主要是在三叠纪超高压变质作用过程中获得的。 三、流体包裹体 在矿床地球化学研究中,与一般全岩或单矿物同位素和放射成因同位素研究相比,流体包裹休中流体的同位素年代学和放射成因同位素研究对弄清成矿年代和矿源具有诸多优越性: 首先，近几十年来的流体包裹体研究已经表明,除个别极特殊情况外,流体包裹体不存在渗漏现象，即流体包裹体自形成之后一直构成封闭地球化学体系。这正是同位素计时和同位素示踪所要求的先决条件之一。而一般全岩或单矿物形成之后可能受后期热液