高等地化-稀有氣體同位素地球化學(xué)研究現(xiàn)狀

稀有氣體同位素地球化學(xué)研究現(xiàn)狀一、氣體地球化學(xué)的概念氣體地球化學(xué)是研究自然界呈氣態(tài)的元素及化合物的形成、運(yùn)移、聚集和分布規(guī)律的科學(xué)。主要是指元素周期表中的H、N、O、S、鹵族和稀有氣體等形成的單質(zhì)和化合物。根據(jù)氣體組分的特征，可將其分為三種類型，烴類氣體、非烴類氣體以及元素周期表中的零族元素。氣體地球化學(xué)主要是研究這些氣體的地球化學(xué)特征、成因類型、運(yùn)移、積聚規(guī)律及其所參與的地球動(dòng)力學(xué)過(guò)程和表征的地質(zhì)學(xué)意義。烴類氣體是天然氣中占優(yōu)勢(shì)的氣體成分，是優(yōu)質(zhì)的能源資源和化工原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步中占有十分重要的地位。烴類特別是甲烷參與各種地質(zhì)作用、成礦作用已引起人們的強(qiáng)烈關(guān)注。甲烷是“溫室氣體”之一，其環(huán)境意義更引起廣泛的興趣。烴類氣體地球化學(xué)或天然氣地球化學(xué)是氣體地球化學(xué)中歷史悠久，發(fā)展最快，成果最多的一個(gè)分支領(lǐng)域。非烴氣體在某種意義上也是重要資源，如CO2氣藏。非烴氣體早在人類觀察火山活動(dòng)、利用地?zé)豳Y源的過(guò)程就作了大量的工作，積累了豐富的資料。非烴氣體的化學(xué)活動(dòng)性，使得它們?cè)趨⑴c各種地球化學(xué)過(guò)程中起著非常重要的作用。但正是由于它們的化學(xué)活動(dòng)性，使得其參與的過(guò)程變得復(fù)雜而難以捉摸。稀有氣體及其同位素組成特征的研究也是氣體地球化學(xué)研究領(lǐng)域極為活躍，碩果累累的一個(gè)重要分支。自然界稀有氣體同位素的首次應(yīng)用是用氨法測(cè)定地質(zhì)年齡。繼而又發(fā)展了鉀-氬法及其它稀有氣體同位素計(jì)時(shí)法。地幔中原始稀有氣體和放射性成因稀有氣體特征的研究是當(dāng)前地球化學(xué)研究領(lǐng)域十分引人注目的課題。它們對(duì)于研究地球的形成、熱演化史、構(gòu)造演化史和化學(xué)演化史有深遠(yuǎn)的意義，并有助于闡明地球的脫氣和大氣圈的形成演化問(wèn)題。隨著分析測(cè)試技術(shù)的提高,稀有氣體同位素越來(lái)越受到關(guān)注,廣泛應(yīng)用于地學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域,特別是對(duì)地球的形成和演化、巖石和礦床成因,以及油氣的成因研究,稀有氣體同位素與其他同位素相結(jié)合的示蹤方法不斷完善,并在示蹤流體來(lái)源、分析對(duì)比構(gòu)造環(huán)境及解決礦床成因等方面取得不少成果。本文主要闡述氣體地球化學(xué)中稀有氣體在成礦方面的應(yīng)用。二．稀有氣體特點(diǎn)稀有氣體指元素周期表中的零族元素,包括He、Ne、Ar、Kr、Xe和Rn六種元素,它們?cè)诘厍蛑械暮肯∩?并且化學(xué)性質(zhì)很不活潑,故以前曾被稱為“隋性氣體”。表1

稀有氣體的物理化學(xué)特性稀有氣體在自然界的行為顯示了若干重要的特點(diǎn)：（1）同稀有氣體的宇宙豐度相比較，各種天然物質(zhì)中原始稀有氣體的豐度極低，各種核過(guò)程和物理過(guò)程產(chǎn)生的各種效應(yīng)十分突出，從而使得我們有可能鑒別其它成因類型的稀有氣體；（2）在多數(shù)場(chǎng)合，根據(jù)稀有氣體的元素和同位素組成特征，我們可以討論有關(guān)的物理過(guò)程，而不涉及極為復(fù)雜的天然化學(xué)過(guò)程，這樣可使得所提出的各種理論模式更接近于真實(shí)情況；（3）稀有氣體的高度揮發(fā)性，有助于探索揮發(fā)性元素的脫氣歷史，各種天然物體的熱歷史與及與稀有氣體有關(guān)的種種熱力學(xué)過(guò)程。上述這些特征使稀有氣體在地質(zhì)作用過(guò)程中,其化學(xué)組成和同位素組成的變化幾乎不受復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的影響,而主要取決于諸如脫氣、混合、吸附及核反應(yīng)等物理過(guò)程，因此稀有氣體在示蹤方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)三、稀有氣體同位素示蹤成礦流體原理一般認(rèn)為,地球中的稀有氣體主要有4個(gè)源區(qū),分別為大氣、飽和大氣的地下水、地殼和地幔,其中地幔稀有氣體又可分為上地幔和下地幔源區(qū)。研究表明,現(xiàn)今地幔中的稀有氣體與地球形成時(shí)的原始稀有氣體組成相同,主要以3He、20Ne,22Ne和36Ar等為主;地殼成因的稀有氣體主要由地殼巖石、礦石中放射性同位素的衰變及其誘發(fā)的各種核反應(yīng)產(chǎn)生;而大氣中的稀有氣體則被認(rèn)為是通過(guò)地球的脫氣形成的。上述3種成因的稀有氣體溶解在地下水中并達(dá)到溶解平衡時(shí)便組成了稀有氣體的第4個(gè)源區(qū)。地球樣品中的稀有氣體均是上述一個(gè)或多個(gè)源區(qū)稀有氣體的混合。這4個(gè)源區(qū)的稀有氣體同位素組成有各自的特征。表2

地球各圈層的稀有氣體同位素組成如3He/4He比值,在大氣、地殼、上地幔和下地幔中的平均值分別為1.4×10-6,2×10-8,1.2×10-5和5×10-5。其他如4He/40Ar,21Ne/22Ne,4He/20Ne,36Ar/38Ar,129Xe/130Xe等同位素比值也因其來(lái)源不同而有相異的組成特點(diǎn)。稀有氣體的多源區(qū)性及其在各源區(qū)中不同的地球化學(xué)組成是利用稀有氣體同位素進(jìn)行有關(guān)地質(zhì)和地球化學(xué)過(guò)程示蹤的理論基礎(chǔ)。稀有氣體同位素地球化學(xué)組成被認(rèn)為是成礦流體及其中地幔流體成分最重要的示蹤劑之一。以He為例,典型地幔流體中的He同位素,其3He/4He比值為(8±1)Ra[Ra=1.4×10-6,為大氣成因稀有氣體的3He/4He值],主要為原始He;而地殼成因稀有氣體的這一比值為(0.05～0.01)Ra,主要為放射性成因He。這種差異為識(shí)別成礦熱液體系中的地幔流體組分和全面理解成礦動(dòng)力學(xué)背景提供了一種有利工具。四、稀有氣體同位素地球化學(xué)研究現(xiàn)狀稀有氣體在地球各圈層具有特征的同位素組成,是各種地質(zhì)作用和地球化學(xué)過(guò)程理想的示蹤劑。近年來(lái),稀有氣體同位素地球化學(xué)研究中最令人矚目的進(jìn)展之一,是示蹤地球內(nèi)部流體的來(lái)源、運(yùn)移機(jī)制和演化歷史,研究對(duì)象包括各種現(xiàn)代地?zé)崃黧w、天然氣和成礦古流體。氦和氬的同位素組成在地殼與地幔中差異極大,是殼-幔相互作用過(guò)程極靈敏的示蹤劑。早在上世紀(jì)60年代便已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代地質(zhì)流體的源區(qū)及其水-巖反應(yīng)過(guò)程的研究,如Kennedy等對(duì)美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的熱泉、噴氣孔(天然C2O氣藏)和井水中稀有氣體豐度及其組成；1969年,Clarke等首次在太平洋卡爾瑪?shù)峡撕嫌^測(cè)到比大氣值和正常海水高得多的3He/4He比值(達(dá)10-5量級(jí)),證明地球內(nèi)部仍含有相當(dāng)數(shù)量的原始稀有氣體并正在脫出。之后,對(duì)世界上大洋地區(qū)和許多幔源樣品的稀有氣體組成進(jìn)行了廣泛的研究,如大洋中脊玄武巖、洋島玄武巖、金剛石、地幔包體、海底熱液流體等,并取得一系列重要進(jìn)展。如在夏威夷島鏈Loihi和Kilauea玄武巖中發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)型Ne(20Ne/22Ne達(dá)11.35)和過(guò)剩的129Xe;冰島熱點(diǎn)區(qū)地?zé)崃黧w的3He/4He高達(dá)26Ra。這些研究表明,與大氣和地殼相比,地幔明顯富集原始稀有氣體組分(如3He,21Ne,36Ar,129Xe等),富集倍數(shù)可達(dá)103以上的數(shù)量級(jí);而且下地幔比上地幔更富集原始稀有氣體。研究還說(shuō)明,地幔巖漿活動(dòng)及火山噴發(fā)是地幔稀有氣體向地殼運(yùn)移并最終進(jìn)入大氣圈的重要途徑,而這些巖漿活動(dòng)和火山噴發(fā)往往發(fā)生在洋中脊、島弧和俯沖帶等構(gòu)造部位。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后,隨著大陸地質(zhì)研究熱潮的再次興起,以及現(xiàn)代質(zhì)譜技術(shù)的快速發(fā)展,地質(zhì)學(xué)家開始把稀有氣體研究的對(duì)象轉(zhuǎn)向大陸,并取得進(jìn)展。如Kennedy等對(duì)大陸地殼中Ne同位素分布進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)定,得到的結(jié)果為20Ne/22Ne≈0.00,21Ne/22Ne=0.47,并認(rèn)為,象He同位素一樣,Ne同位素組成(尤其是20Ne/22Ne)也是鑒別地球樣品中稀有氣體來(lái)源的重要且有效的指標(biāo)。Oxburgh和O'Nions通過(guò)對(duì)西歐大陸不同構(gòu)造單元的稀有氣體的研究發(fā)現(xiàn),在穩(wěn)定構(gòu)造單元的地殼中(如大不列顛和北愛(ài)爾蘭),幔源稀有氣體不存在或濃度異常低;相反,在地震活動(dòng)區(qū)、地殼拉伸區(qū)或年輕的火山活動(dòng)區(qū)(如土耳其西部盆嶺區(qū)、希臘中新生代斷陷盆地等地),則普遍檢測(cè)到了相當(dāng)份額的幔源稀有氣體。最近,Drescher等和Bach等通過(guò)KTB深鉆取樣,對(duì)德國(guó)大陸地殼巖石的稀有氣體同位素組成進(jìn)行了系統(tǒng)地研究,并在其中發(fā)現(xiàn)了原始稀有氣體組分3He及21Ne的過(guò)剩。稀有氣體同位素地球化學(xué)研究中最令人矚目的進(jìn)展是利用稀有氣體同位素組成對(duì)地球內(nèi)部流體的來(lái)源、運(yùn)移機(jī)制和演化歷史進(jìn)行示蹤,這方面的研究對(duì)象主要包括各種現(xiàn)代地?zé)崃黧w和天然氣。結(jié)果表明,雖然H、O同位素說(shuō)明許多地?zé)崃黧w中的水完全是大氣降水成因的,但其中卻有不同數(shù)量幔源稀有氣體的混入,幔源氣體的份額可高達(dá)65%以上。同樣,盡管很多天然氣是在地殼中形成的,具有明顯的生物成因,但在其中卻觀測(cè)到了原始稀有氣體成分的存在,如美國(guó)墨西哥州哈丁縣CO2氣井中129Xe相對(duì)大氣過(guò)剩8%,3He/4He=3Ra,40Ar/36Ar=1000,且有過(guò)剩的20Ne。對(duì)中國(guó)東部一些天然氣中He-Ne-Ar同位素體系的研究也發(fā)現(xiàn),相當(dāng)一部分氣井中(典型的如松遼盆地、蘇北盆地、三水盆地、遼河盆地、濟(jì)陽(yáng)坳陷、黃驊坳陷等)有明顯的幔源稀有氣體成分的混入。在有的地方,幔源稀有氣體(主要是He)的含量還達(dá)到工業(yè)品位并形成工業(yè)氣藏。王先彬等通過(guò)對(duì)騰沖火山區(qū)溫泉?dú)怏w的組分和He-Ne-Ar同位素體系的研究發(fā)現(xiàn),75%以上的溫泉其3He/4He>2.3Ra,最高可達(dá)5.13Ra,4He/20Ne=0.44～193,反映這些溫泉?dú)怏w中有大量來(lái)自地幔的He。上述研究還表明,地?zé)崃黧w或天然氣中幔源稀有氣體的出現(xiàn)與其所處的構(gòu)造背景具有密切的關(guān)系,即幔源稀有氣體在空間上的分布特征與地殼強(qiáng)烈拉張的地區(qū)十分吻合。如德國(guó)萊茵地塹、匈牙利Pannonian盆地、中國(guó)東部中新生代裂谷系等,在這些地區(qū),強(qiáng)烈的地殼拉張導(dǎo)致大量斷陷盆地和深斷裂的形成,為幔源稀有氣體進(jìn)入地殼提供了通道近十余年來(lái),對(duì)地球流體的稀有氣體同位素地球化學(xué)研究,已經(jīng)從現(xiàn)代地?zé)崃黧w和天然氣延伸到古成礦流體,即研究礦物流體包裹體的稀有氣體特征,并對(duì)古成礦流體的來(lái)源、成因和運(yùn)移機(jī)制進(jìn)行示蹤,為探討礦床成因提供了強(qiáng)有力手段。采用該方法,國(guó)內(nèi)外對(duì)不同的礦床和礦種的研究取得的一些進(jìn)展:①銅礦:對(duì)銅礦的研究工作,比較典型的是胡瑞忠等對(duì)云南馬廠箐斑巖銅礦床的研究,通過(guò)分析黃鐵礦中He、Ar同位素,結(jié)合C和S同位素,作者認(rèn)為該礦床成礦流體是地殼大氣成因的低溫地下水和地幔高溫巖漿的混合物。②金礦:毛景文等分別對(duì)湖南萬(wàn)古金礦床和河北東坪碲化物金礦床進(jìn)行了稀有氣體同位素測(cè)試,結(jié)果反映出礦床成礦過(guò)程有地幔流體的參與。張連昌等對(duì)膠東地區(qū)的4個(gè)金礦床中的黃鐵礦進(jìn)行了分析測(cè)試,認(rèn)為其成礦流體中都有不同比例的地幔流體加入。③多金屬礦床:對(duì)多金屬礦床的研究工作開展較早,如Simmons等對(duì)秘魯?shù)膬蓚€(gè)多金屬礦床的樣品進(jìn)行了He同位素研究,認(rèn)為成礦流體中He是幔源的,并且在礦化期間有較冷流體插入成礦熱液中。在國(guó)內(nèi),主要有胡瑞忠等、趙葵東等、薛春紀(jì)等做過(guò)該方面的研究。胡瑞忠等對(duì)哀牢山-金沙江富堿侵入巖帶金銅礦床、哀牢山金礦帶金礦床、金頂超大型鉛-鋅礦床的氦、氬同位素研究表明,金頂超大型鉛-鋅礦床成礦流體中的稀有氣體為地殼成因,而其余礦床成礦流體中有大量幔源組分的加入。此外,不少學(xué)者利用稀有氣體同位素研究成礦古流體的性質(zhì)和來(lái)源,并取得了許多重要成果。對(duì)華南下寒武統(tǒng)具代表性的黑色巖系中黃鐵礦流體包裹體的氦、氬同位素組成研究發(fā)現(xiàn),成礦流體主要由建造水(盆地?zé)猁u水)和飽和大氣水(海水)組成,基本不含地幔流體或深源巖漿水。成礦過(guò)程可能是盆地中的建造水由于上覆沉積物的壓力,順層側(cè)向遷移,并沿?cái)嗔焉仙c海水混合而成。對(duì)古成礦流體稀有氣體的研究還發(fā)現(xiàn),硫化物尤其是黃鐵礦對(duì)流體包裹體中的稀有氣體具有最好的保存能力,即使是最容易擴(kuò)散的He,在封閉后的100Ma時(shí)間內(nèi),也不會(huì)發(fā)生明顯的擴(kuò)散丟失,而石英等透明礦物流體包裹體中的He等則容易發(fā)生擴(kuò)散丟失。因此,石英等透明礦物中流體包裹體的濃度不能代表其捕獲時(shí)的濃度。但是,He擴(kuò)散所產(chǎn)生的同位素分餾效應(yīng)極小且基本可以忽略不計(jì),對(duì)應(yīng)用He同位素比值討論成礦流體來(lái)源和演化不會(huì)產(chǎn)生根本影響。早期對(duì)稀有氣體的測(cè)定,一般是先采用熔融法和壓碎法將樣品中的稀有氣體提取出來(lái),然后利用質(zhì)譜儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。但熔融法得到的是一種混合氣體,既包括了樣品形成時(shí)的稀有氣體,同時(shí)又可能含有后期流體的成分;而壓碎法往往不能使樣品中的稀有氣體全部釋放出來(lái)。即使有人試圖采用階段加熱技術(shù)來(lái)分離不同成因的氣體,但人們對(duì)樣品中不同位置和狀態(tài)稀有氣體的熱穩(wěn)定性了解得并不多,因此,效果不盡人意。進(jìn)入90年代以來(lái),隨著超高靈敏度質(zhì)譜儀的誕生和現(xiàn)代激光技術(shù)發(fā)展,稀有氣體同位素的分析取得了重要進(jìn)展。利用激光階段加熱技術(shù),人們可以對(duì)樣品進(jìn)行微區(qū)、原位、高精度的稀有氣體組成分析。如Burnard等利用激光探針系統(tǒng)在來(lái)自西印度洋留尼汪島的純橄巖捕虜體中辨別出3類流體包裹體,早期原生包裹體比后期次生包裹體40Ar/36Ar比值(分別為1000～8500和5003～500)。這一現(xiàn)象表明富集地幔具有高的40Ar/36Ar比值;次生包裹體的低40Ar/36Ar比值可能反映其組成為海水和地幔流體的混合。五、稀有氣體同位素應(yīng)用5.1

稀有氣體與其他同位素體系的聯(lián)合應(yīng)用一般來(lái)說(shuō),單一體系難免有片面性,多元結(jié)合可互相印證、互相補(bǔ)充,更有助于流體成因的探索。近年來(lái),一些學(xué)者嘗試用碳、氫、氧、硫、鍶、釹、鉛、氮等同位素與稀有氣體同位素聯(lián)合應(yīng)用于成礦流體來(lái)源的研究,并已取得一定的進(jìn)展。5.1.1稀有氣體與碳、氫、氧、硫同位素碳、氫、氧、硫同位素是判斷流體或熔體來(lái)源最常用的方法,但在投影圖上不同來(lái)源流體或熔體間常有重合,造成來(lái)源的多解性,而稀有氣體示蹤源區(qū)有獨(dú)特的優(yōu)越性。因此,稀有氣體與碳、氫、氧、硫同位素的結(jié)合,可合理解釋單一體系無(wú)法闡明的現(xiàn)象,多用于追溯巖漿和流體源區(qū)。南美小安的列斯群島島弧環(huán)境熱鹵水的氫、氧同位素結(jié)果顯示,其水來(lái)自大氣降水,而氦同位素(2.2Ra<3He/4He<8.6Ra)顯示,氦和CO2是地殼流體和地幔流體的混合物。胡瑞忠等通過(guò)氦、氬同位素研究認(rèn)為馬廠箐斑巖型銅礦床成礦流體為貧硫和碳的大氣成因低溫地下水與富硫和碳的地幔高溫巖漿流體兩個(gè)端員的混合物。此外,新疆阿哈奇布隆石英重晶石脈型金礦礦石中黃鐵礦的氦、氬和硫同位素的研究結(jié)果指出,成礦流體主要來(lái)源于地殼。稀有氣體與碳同位素的結(jié)合,可以解釋復(fù)雜油氣藏的成因。匈牙利Pannonian盆地的天然氣田氦、氖、氬及碳同位素的變化特征表明,2%-5%的氦來(lái)自幔源,氬則有大氣、地殼甚至地幔的貢獻(xiàn),而CH4則為生物成因殼源氣。我國(guó)學(xué)者對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)氣田稀有氣體同位素的研究也均取得了良好的效果。5.1.2稀有氣體與鍶、釹、鉛同位素體系鍶、釹、鉛同位素對(duì)示蹤火成巖成因已相對(duì)成熟,主要用于追溯巖漿起源及其演化。鍶、釹、鉛體系與稀有氣體結(jié)合主要應(yīng)用于巖漿源區(qū)的綜合辨識(shí)上,兩種體系的結(jié)果可以互相印證和補(bǔ)充。Marty等發(fā)現(xiàn)塔朱拉峽谷大洋玄武巖有較高且相對(duì)均一的3He/4He同位素組成(14-15Ra),含較少放射成因Sr(87Sr/86Sr=0.17034),海拔較高地區(qū)的樣品中,3He/4He較低(7.0-14.5Ra),含較少放射成因Sr(87Sr/86Sr=0.7034-0.7037),40Ar/36Ar值與大氣相近。結(jié)合鍶-釹-鉛和氦-氬同位素?cái)?shù)據(jù),認(rèn)為這種玄武巖可能是地幔羽物質(zhì)、放射成因組分和大氣組分的混合物。5.1.3稀有氣體與鹵素元素示蹤體系流體包裹體中揮發(fā)分的含量與比值可區(qū)分含鹽份的流體和示蹤流體的來(lái)源。而氦、氬同位素只能提供成礦流體源區(qū)的信息,其對(duì)成礦流體的鹽份來(lái)源卻無(wú)能為力。因此,流體中鹵素元素的一些特征值(如Br/C1值和I/C1),可以為氦、氬同位素示蹤流體來(lái)源和水-巖反應(yīng)提供佐證。Kendrick等認(rèn)為,Br/Cl值和I/Cl值可有效區(qū)分原始巖漿水的成分與海水和沉積建造水的成分。研究表明,沉積建造水中的Cl含量最高,Br次之,且Cl、Br和F可能受同一地質(zhì)因素的制約,而I則在海底環(huán)境中優(yōu)先富集在有機(jī)質(zhì)中;相對(duì)海水和蒸發(fā)巖而言,油源巖有較高的I/Cl值和I/Br值。流體包裹體中氦、氬同位素和Cl、Br、I可以有效地示蹤地幔流體參與成礦的過(guò)程及其背景,有助于對(duì)流體熱場(chǎng)和運(yùn)移軌跡的深入研究。研究發(fā)現(xiàn),加拿大金剛石流體包裹體的Br/C1值和I/C1值較高,且變化范圍大,而非洲金剛石流體包裹體中的Br/Cl值和I/C1值較低,變化范圍較窄?？烧J(rèn)為地幔也存在揮發(fā)分的分餾作用。加拿大金剛石流體包裹體中Br/C1值與含氯礦物的結(jié)晶有關(guān)。5.1.4稀有氣體與N2體系Giggenbach認(rèn)為巖漿流體、地殼流體和大氣降水流體在N2-ar-He三角圖解中有各自獨(dú)特的區(qū)域。因此N2、Ar、He等微量氣體間的比值可用來(lái)確定流體來(lái)源。在此基礎(chǔ)上,Norman認(rèn)為結(jié)合其他地質(zhì)條件,流體包裹體中N2-ar-He組成可以示蹤古流體系統(tǒng)中流體的混合作用。孫曉明等利用流體包裹體N2-Ar-He示蹤方法,指出廣東長(zhǎng)坑金-銀礦床和嵩溪銀-銻礦床成礦流體主要來(lái)源于建造水或沉積熱鹵水,而不是先前認(rèn)為的大氣降水來(lái)源、巖漿流體來(lái)源或海底熱鹵水來(lái)源。5.2稀有氣體同位素揭示大規(guī)模成礦作用的地球動(dòng)力學(xué)背景大規(guī)模成礦作用和大型礦集區(qū)的形成機(jī)制是當(dāng)前礦床學(xué)研究的重要課題。對(duì)稀有氣體同位素地球化學(xué)的研究,不僅有助于查明成礦流體的來(lái)源和成因,而且可以為我們了解大規(guī)模成礦作用與大型礦集區(qū)形成的地球動(dòng)力學(xué)背景提供重要線索。中國(guó)東部燕山期大規(guī)模成礦作用形成了為數(shù)眾多的金、銅、銀、鉛鋅、鎢錫鉬鉍、銻、鈾、鈮鉭等礦床,成為環(huán)太平洋東部成礦帶的重要組成部分。越來(lái)越多的研究表明,該區(qū)巨大規(guī)模的成礦作用是在特定的地質(zhì)構(gòu)造背景下,由巖石圈減薄和構(gòu)造體制發(fā)生重大轉(zhuǎn)折(擠壓→伸展)誘發(fā)的殼幔強(qiáng)烈相互作用的結(jié)果。這種殼幔相互作用的直接表現(xiàn)是區(qū)域范圍內(nèi)強(qiáng)烈的巖漿侵位和火山噴發(fā)活動(dòng),而構(gòu)造體制發(fā)生重大轉(zhuǎn)折則直接表現(xiàn)為侏羅-白堊紀(jì)時(shí)期一系列北北東向斷陷盆地和基性巖脈的形成。最新的巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素研究證明,中國(guó)東部的一些燕山期花崗巖屬于典型的埃達(dá)克巖或埃達(dá)克質(zhì)巖石。其中相當(dāng)一部分巖石很可能與地幔對(duì)下地殼的底侵作用有關(guān)。底侵作用的直接結(jié)果是導(dǎo)致下地殼部分熔融,產(chǎn)生花崗巖漿向上地殼侵入,從而加劇地殼的隆升,形成高原和山脈。結(jié)果將造成山脈的重力勢(shì)能急劇增加,發(fā)生流動(dòng),最終巖石圈伸展減薄、造山帶垮塌和斷陷盆地形成。對(duì)中國(guó)東部燕山期發(fā)生的大規(guī)模成礦作用,已有許多研究從C、O、H、S等同位素角度探討了幔源揮發(fā)分(CO2、H2O、H2、CO、H2S等)加入成礦流體、參與成礦作用的可能性和可能的機(jī)制。但是,這些幔源揮發(fā)分在從地幔向地殼淺部運(yùn)移的過(guò)程中,其所處的物理化學(xué)條件(溫度和壓力等)發(fā)生了巨大的變化,很可能導(dǎo)致同位素的分餾;另一方面,溶解于熱液(以超臨界狀態(tài)為主)中的幔源揮發(fā)分會(huì)與周圍巖石發(fā)生同位素交換。這兩方面的因素使得成礦期的礦石、脈石礦物及其中流體包裹體的穩(wěn)定同位素組成相對(duì)于其源區(qū)的組成可能已發(fā)生了較大變化,因而有可能導(dǎo)致對(duì)成礦流體來(lái)源的示蹤發(fā)生偏差。相反,稀有氣體由于其化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定(惰性),基本上不會(huì)與周圍巖石發(fā)生同位素交換,巖石和礦物中稀有氣體的擴(kuò)散所造成的同位素分餾效應(yīng)也極小并可以忽略不計(jì)。因此,利用稀有氣體同位素組成可以比較真實(shí)地反映成礦流體的來(lái)源和性質(zhì),進(jìn)而對(duì)成礦作用的動(dòng)力學(xué)背景進(jìn)行限定。由于幔源稀有氣體在空間上的分布受地殼強(qiáng)烈拉張的構(gòu)造背景控制,故而對(duì)中國(guó)東部燕山期不同類型礦床中幔源稀有氣體的厘定和識(shí)別將對(duì)上述巖石圈伸展、地幔底侵、殼幔相互作用等重大地質(zhì)事件提供直接的證據(jù),有助于合理解釋該區(qū)巖漿作用、火山噴發(fā)、斷陷盆地、成礦作用等地質(zhì)過(guò)程的相互耦合與聯(lián)系。稀有氣體同位素地球化學(xué)研究有可能為上述礦集區(qū)中生代大規(guī)模成礦作用的發(fā)生機(jī)制提供重要信息。5.2.1膠東金礦膠東是我國(guó)最大的金礦集中區(qū)。雖然對(duì)膠東金礦已有近50年的研究,但在金礦床成礦時(shí)代、成礦流體和成礦物質(zhì)來(lái)源等重要問(wèn)題上還沒(méi)有取得完全一致的認(rèn)識(shí)。事實(shí)上,已有許多學(xué)者注意到地幔流體在膠東金礦成礦過(guò)程中的重要性,認(rèn)為巖石圈伸展造成的地殼拉張和殼幔相互作用是區(qū)域金成礦作用得以發(fā)生的根本動(dòng)力學(xué)條件;而郯廬斷裂及其派生的同向右側(cè)列走滑斷裂(P斷裂)是地幔流體得以上升的通道。Lietal最近利用40Ar/39Ar坪激光顯微探針階段加熱技術(shù)對(duì)玲瓏型花崗巖和昆崳山花崗巖中新鮮的黑云母和角閃石單礦物進(jìn)行了同位素年齡分析,獲得這些巖體的侵位年齡為124Ma～125Ma,而焦家、新城、望兒山、乳山、蓬家夼等典型金礦床中成礦期絹云母和白云母的40Ar/39Ar年齡主要界于119Ma-121Ma。邱檢生等采用類似的方法獲得魯西富鉀火山巖、煌斑巖和膠萊盆地中青山組火山巖的40Ar/39Ar年齡分別為124.3Ma～114.7Ma,119.6Ma,109.9Ma～108.2Ma。而最新年代學(xué)研究則表明郯廬斷裂在132Ma～128Ma和120Ma期間發(fā)生了兩次強(qiáng)烈的左行走滑運(yùn)動(dòng)顯然,郯廬斷裂的大規(guī)?；顒?dòng)、區(qū)域范圍的巖漿侵位、火山噴發(fā)、膠萊斷陷盆地形成、熱液蝕變和金成礦作用等一系列重大事件在時(shí)間上基本一致。從而暗示著,這些構(gòu)造-巖漿-熱-流體事件具有統(tǒng)一的動(dòng)力學(xué)背景。這種動(dòng)力學(xué)背景很可能就是中國(guó)東部中生代大規(guī)模的軟流圈上涌、巖石圈減薄,以及由此造成的地殼大規(guī)模拉張。對(duì)典型礦床和巖石的稀有氣體同位素組成進(jìn)行研究,查明幔源稀有氣體在巖漿、熱液和成礦流體中的含量、組成和變化,將可以為地球動(dòng)力學(xué)背景提供直接證據(jù),從而有助于了解膠東大型金礦集區(qū)的成礦機(jī)制和成礦作用全過(guò)程。5.2.2華南地區(qū)熱液鈾礦華南地區(qū)是我國(guó)最重要的鈾礦產(chǎn)地,目前已查明相山、桃山、金銀寨、坌頭、鹿井、長(zhǎng)江、城口、百順、下莊等大型鈾礦床和鈾礦田,使