高级地球化学讲义4张本仁院士
不知疲倦的攀岩者:记著名地球化学家,教育家,中国科学院院士张本仁
不知疲倦的攀岩者：记著名地球化学家,教育家,中国科学院院
士张本仁
陈华文
【期刊名称】《科学24小时》
【年(卷),期】2000()9
【总页数】2页(P7-8)
【关键词】中国科学院院士;张本仁;地球化学家;教育家
【作者】陈华文
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】K826.14;K825.46
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2."桃李满天下,师德传四方"——小记著名物理化学家、无机化学家、教育家、中国科学院院士徐光宪 [J], 何辑
3.著名物理化学家、无机化学家、教育家北京大学化学院教授、博士生导师中国科学院院士——徐光宪 [J], 无;
4.“桃李满天下,师德传四方”——小记著名物理化学家、无机化学家、教育家、中国科学院院士徐光宪 [J], 何
5.三尺讲台飞舞人生—记著名有机化学家、化学教育家、中国科学院院士张滂 [J], 吴浪;李琪（摄影）
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张本仁地球化学课件
接上 2. 专门从事寓于地球物质运动中的某种基础形式运动的 学科 力学类：构造地质学（固体地球力学）、 ）、大陆和地幔 力学类：构造地质学（固体地球力学）、大陆和地幔 动力学（尚待建立）、大气动力学、海洋动力学等。 ）、大气动力学 动力学（尚待建立）、大气动力学、海洋动力学等。 分别为地质学、大气科学和海洋科学的三级学科。 分别为地质学、大气科学和海洋科学的三级学科。 化学：地球化学（地球科学的二级学科，涉及固、 化学：地球化学（地球科学的二级学科，涉及固、液、 气地球部分）。 气地球部分）。 物理学：地球物理学（地球科学的二级学科，涉及固、 物理学：地球物理学（地球科学的二级学科，涉及固、 气地球部分）。 液、气地球部分）。 生物学：研究地球系统生物作用的的学科， 生物学：研究地球系统生物作用的的学科，尚未形成 独立学科，但其内容有些已含于其他学科中： 独立学科，但其内容有些已含于其他学科中：如地 球化学中的生物地球化学， 球化学中的生物地球化学，矿床学中的生物和有机 质成矿作用，地质和海洋中的微生物作用等。 质成矿作用，地质和海洋中的微生物作用等。 这一类学科均为前一类学的的基础或支撑学科。 这一类学科均为前一类学的的基础或支撑学科。
接上 • 研究任务和范围：根据Goldschmidt(1954)《地球化 研究任务和范围：根据Goldschmidt(1954)《 Goldschmidt(1954) 地球化学是根据原子和离子的性质， 学》：“地球化学是根据原子和离子的性质，研究化 学元素在矿物、矿石、岩石、土壤、 学元素在矿物、矿石、岩石、土壤、水及气圈中的分 配和含量以及这些元素在自然界的迁移。 配和含量以及这些元素在自然界的迁移。这门科学不 仅限于研究用来区别物质的最根本单元的化学元素， 仅限于研究用来区别物质的最根本单元的化学元素， 还包括研究各种同位素（或原子的种类； 还包括研究各种同位素（或原子的种类；注；现称核 的分布和丰度， 素）的分布和丰度，并包括核子在宇宙中的出现率及 稳定性等问题” 稳定性等问题”。表明地球化学早期的设想就是建立 全球系统的学科，只是受取样的限制， 全球系统的学科，只是受取样的限制，研究采集中于 外部层圈。任务着重于研究岩石、 外部层圈。任务着重于研究岩石、矿物等地质体的化 学成分及其形成的化学作用，即地学小系统的化学。 学成分及其形成的化学作用，即地学小系统的化学。 总之，这一阶段的地球化学就以“ 总之，这一阶段的地球化学就以“元素原子自然历 的基本思想为特征， 史”的基本思想为特征，地球化学的研究内容和范围 也主要就是元素在地壳中的分布、分配、集中、 也主要就是元素在地壳中的分布、分配、集中、分散 及迁移历史，对象基本是地壳中的元素原子。 及迁移历史，对象基本是地壳中的元素原子。
岩石形成构造环境地球化学判别如何有效应用张本仁PPT学习教案
（2）N-型、T-型和E-型MORB的地球化学 区别。三种MORB均产于洋脊，在大陆上均 与蛇绿岩有关。N–MORB来源于亏损地幔 （DM）， E-MORB岩浆源自地幔深部地幔 柱源区，而T-MORB为上述两种地幔源岩浆 的混合产物。相对于DM,地幔柱源岩浆明 显富集不相容元素（含REE）, (La/Yb)N >> (6.6 — 13.6), Ti≈Ta; Th/Yb、 Ta/Yb、Ba/Nb、Ba/Th、Ba/La等偏高， Zr/Nb偏低。
第4页/共76页
3.不同构造环境显示出不同的热动力学和物理化 学条件，影响着各类成岩过程的机制和特征
例如，洋脊环境受制于地幔高热流，使热通过玄武岩 浆向外逸散，只发生岩浆快速结晶或固结，一般不引 起较大的成分分异。板内裂谷构造同样是地幔软流圈 上隆或地幔热柱作用引起岩石圈裂解的结果，幔源岩 浆可以通过结晶分异突变、岩浆不混熔分层等方式形 成双模式岩套（机制未完全搞清），也可由于幔源岩 浆热的烘烤使下地壳部分熔融形成不同源的双模式岩 套，但不引起岩浆中高场强元素（HFSE）相对于大离 子亲石元素（LILE）的分异或亏损。
第24页/共76页
（三）各类板块构造环境中岩浆岩的化学 特征及其应用的实例
下面将以不同构造环境中产 出的玄武岩类（含长英质火 山岩）花岗岩类的地球化学 特征、鉴别标志及其用于判 别的情况，以图表方式说明 之，以期能够加深对上述原 理和原则的理解，改善在研 究学判别如何有 效应用张本仁
会计学
1
一、引言
1 研究简况
上世纪60年代中板块构造学说兴起，使地质学家视野 首次扩大到全球，大大促进了地学及其下属各们学科， 包括地球化学的迅猛发展。
上世纪60—70年代，集中研究近代各类板块构造环境 中岩石的地球化学特征及形成机制，进而探索构造环 境地球化学判别的标志、方法和图解，工作集中于洋 域及其周边。
赵志丹岩石地球化学1-绪论
2. 地球化学区别于地球科学的其他学科
——着重于研究地质作用中的化学运动形式及其规律, 以区 别于构造地质学和古生物学； ——地球化学以观察原子为出发点，研究原子活动的整个历 史，包括元素富集与分散、固结形式及流体状态迁移等， 重视研究微量元素及同位素，以此区别于矿物学、岩石学 及矿床学的研究内容。地球化学基本原理具有更为普遍、 更为深刻的意义。 ——地球化学是地球物质科学（material science of the earth） 中研究物质成分的主干学科，又兼具分支学科和基础理论 学科的双重特点。
其他早期教材：
戚长谋等, 地球化学通论.1994, 地质出版社. 涂光炽等, 地球化学.1984, 上海科技出版社. 布朗洛,A.H., 地球化学(中译本), 1982,地质出版社. 戈尔德斯密特, V.M.,地球化学(中译本), 1954,科学出版社.
地球化学英文主要参考书
Fancis Albarede, Geochemistry: An introducion. 2003, Cambridge University Press. Faure, G. Principles and Applications of Geochemistry. (2nd.). 1998, Prentice Hall. Ottonello, G. Principles of Geochemistry. 1997, Columbia University Press.
例如：元素Ni在橄榄岩/玄 武岩之间如何分配？在辉 石/斜长石之间如何分配？
二、地球化学研究的基本问题
2. 研究元素的共生组合和赋存形式
共生组合——前者指无成因含义，后者有成因含义。具有共 同或相似迁移历史和分配规律的元素常在特定的地质体中形 成有规律的组合，称为元素共生组合，如Cu、Pb、Zn 在热 液矿床中形成共生组合，Cr、Ni、Co和铂族元素在基性超 基性岩中形成共生组合。 赋存形式(存在形式,赋存状态):指元素在地质体中以什么形 式存在，常见形式例如:化合物(氧化物,硫化物,硅酸盐,碳 酸盐等等)、类质同像混入物、机械混入物、包裹体及吸附 物等等。
地球化学图解应用
效果特别好。 注意：
样品不能含有大量的 蚀变玻璃及磁铁矿。
20
火山弧玄武岩优先使用的图解
La/10-Y/15Nb/8图解
Cr-Y图解
Cr-Ce/Sr图解
21
F1-F2-F3图解
成分范围：20wt%>CaO+MgO>12wt%
22
MgO-FeO-Al2O3图解
……
13
3、放射性同位素地球化学
关于MSWD（加权平均方差）
衡量等时线拟合好坏的一个重要参数理想 的MSWD数值是≤1.0；但对于一般的数据来 说MSWD等于2.5仍能接受为限定的等时线; 当MSWD>2.5时，很可能是一条误差等时 线。
模年龄
表示样品从地幔分离出来的时间，样品最 初起源于地幔，常用于Sm-Nd体系。常用 CHUR（球粒陨石均一储库）和DM（亏损 地幔）。
16
Sr-Nd同位素联用
Sr-Nd同位素联用常用于花岗岩类成因研究：
Sr-Nd同位素图解
幔源系列分布在Ⅱ 陆壳改造型系列在Ⅳ
右下侧。 同熔型系列在Ⅳ左上
侧。
17
4、构造判别图解
（1）玄武质至安山质成分岩石判别图解
Ti-Zr，Ti-Zr-Y和Ti-Zr-Sr图解： 用于成分在20%>CaO+MgO>12%的拉斑玄武岩。
31
其他补充
U-Pb同位素：中生代及其以前的岩浆岩、变质岩、 沉积岩的沉积岩年龄、变质年龄、热事件年龄。
氢、氧、硫、碳同位素：计算成岩、成矿温度等物 理化学条件。
铅同位素：计算模式年龄，判别成因。
关于岩石成因系列：涉及到成因岩石学，不同的划 分方法和种类，内容繁琐。
大陆造山带地球化学研究:Ⅰ岩石构造环境地球化学判别的改进
大陆造山带地球化学研究：Ⅰ岩石构造环境地球化学判别的改
进
张本仁
【期刊名称】《西北地质》
【年(卷),期】2001(034)003
【摘要】本文讨论了如何改进岩石构造环境的地球化学判别方法及其应用于研究
造山带构造演化的问题.在论述了岩石地球化学特征与形成构造环境关系实质的基
础上,提出了优选判别指示元素、参数和方法的准则及应用实例;并提出采用岩套内岩类配套及相邻构造期岩套或岩石建造时空配套综合分析途径的建议,以解决某些
岩石化学特征在反映构造环境方面存在的多解性问题,推动造山带构造演化细节的
深入研究.
【总页数】17页(P1-17)
【作者】张本仁
【作者单位】中国地质大学地球化学研究所,
【正文语种】中文
【中图分类】P54
【相关文献】
1.大别造山带北缘古生代构造-地层岩片沉积物源区及构造演化的地球化学研究 [J], 徐启东;欧阳建平;张本仁
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束 [J], 寇彩化;刘燕学;李廷栋;何万双;张恒;丁孝忠;陆济璞
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地球化学资料1
地球化学资料1地球化学资料（1120101）第⼀章地球化学定义DefinitionB.И.韦尔纳茨基（1922）：地球化学科学地研究地壳中的化学元素(chemical elements)，即地壳的原⼦，在可能的范围内也研究整个地球的原⼦。
地球化学研究原⼦的历史、它们在时间和空间上的运动(movement)和分配(partitioning)，以及它们在整个地球上的成因(origin)关系。
V.M.费尔斯曼（1922）：地球化学研究地壳中化学元素---原⼦的历史及其在⾃然界各种不同的热⼒学(thermodynamical)与物理化学条件(physical-chemical conditions)下的⾏为。
V.M.哥尔德施密特（1933）：地球化学是根据原⼦和离⼦的性质，研究化学元素在矿物、矿⽯、岩⽯、⼟壤、⽔及⼤⽓圈中的分布和含量以及这些元素在⾃然界中的迁移。
地球化学的主要⽬的，⼀⽅⾯是要定量地确定地球及其各部分的成分，另⼀⽅⾯是要发现控制各种元素分配的规律(laws governing element distribution and partitioning)。
V.V.谢尔宾娜(1972):研究地球的化学作⽤的科学---化学元素的迁移、它们的集中和分散，地球及其层圈的化学成分、分布、分配和化学元素在地壳中的结合。
（地球化学基础）涂光炽（1985）：地球化学是研究地球（包括部分天体celestial bodies）的化学组成(chemical composition)、化学作⽤（chemical process）和化学演化（chemical evolution)的科学。
刘英俊等（1987）：地球化学研究地壳（尽可能整个地球）中的化学成分和化学元素及其同位素在地壳中的分布、分配、共⽣组合associations、集中分散enrichment-dispersion及迁移循徊migration cycles规律、运动形式forms of movement和全部运动历史的科学。
大别山地壳结构的Pb同位素地球化学示踪
继承 锆石 年龄 Ｘｕｅ ｅｔ ｎ ． 也 报道 了在正 片麻岩 的 锆石 下交 点年 龄 为 １３４ Ｍａ，同时他 们 在北大 别杂 岩 中获得 一 个 糜 棱岩 化 花 岗岩 的 ｕ—Ｐｈ锆 石 谐和 年 龄 为 ７５６ Ｍａ。由于北 大别 正片麻 岩及其 他 岩石 被大量 的未 变形 的 中生代 花 岗岩侵 入 ，因此 ，１２９—１３８ Ｍａ 的锆 石 边 部 年 龄 可 能 代 表 锆 石 的增 生 年 龄 ，而 ７００～８００ Ｍａ的锆 石 核部 年龄 应 为正 片麻 岩 的原 岩 形成 年龄 ，否 则难 以解 释未 变形 的 中生代 花岗岩 和 面理化 的正 片麻 岩岩石 在 如此短期 的时 间内形成 。 近期 ，徐 树桐 等 报道 了在北 大别 杂岩 的分 布范 围 内发 现有 榴辉 岩产 出 作者 观察 表 明 ，这些 榴辉 岩 的 围岩 片麻岩不 同于北 大别 的正 片麻 岩 ，而 与南 大 别榴 辉岩 的 围岩相 类似 。 因此 ，北 大 别这些 含榴 辉 岩 的岩块 不 同于传 统 意义上 的北 大别 变质杂 岩
第 ４期
张 宏 飞等 ：大 别 山 地 壳 结构 的 Ｐｂ同位 素 地 球 化 学 示 踪
３９７
岩类 岩体 的侵人 （图 １），在大 别 山东部 从北 向南 出 露有 河棚 岩体 、山七 岩体 、主簿 岩体 、白马尖 岩体 、司 空 山岩体 、绿扬 岩体 和蕲 春岩体 等 ，其 中河棚 岩体 和 山七 岩体 分布 于北淮 阳块 体 ；主簿 和 白马尖 岩体 分 布 于北大 别变质 单元 内；司空 山岩体 分 布于南 大 别 变质 单元 内单元 ； 蕲春 岩体 分布 于宿松 变质 单元 。这些 岩 体 的同位 素 年 龄 变化 于 ９５～１３０Ｍａ之 问 Ｉ” ，属 白垩纪 构造 ． 岩 浆作 用 的产 物 ，其 详细 的岩 体地 质 特 征和 岩石 学 特 征见文 献 ［１７～１９］
造山带地球化学研究的理论构想与实践
造山带地球化学研究的理论构想与实践31999年1月10日收稿.3国家自然科学基金项目(No.49290102)资助.张本仁(中国地质大学地球化学研究所,武汉430074)摘 要 简要地评述了现今造山带地球化学研究的状况.为适应造山带研究与大陆动力学接轨的需要,讨论和提出了对大陆造山带开展系统性地球化学研究的理论构想及在造山带多学科研究中发挥地球化学专长和优势的技术路线;并以近5年秦岭造山带研究的主要成果为例,说明实践的效果.关键词 造山带,地壳化学结构,壳幔相互作用,化学地球动力学.中图法分类号 P59作者简介 张本仁,男,1929年生,教授,博士导师,1952年毕业于南京大学地质系,1956年研究生毕业于北京地质学院,长期从事矿区和成矿带地球化学、区域地球化学、造山带地球化学等研究.0 引言大陆造山带是不同板块岩石圈与壳/幔相互作用剧烈进行和集中的会聚带,是研究大陆构造的重要对象.90年代以来,由于国际固体地球科学的研究前沿发生了由全球岩石圈向大陆动力学的战略转移,大陆造山带已经成为探讨大陆动力学的重要窗口.大陆造山带的研究已不像以往那样仅仅要求揭示造山带岩石圈的结构和演化,而扩宽到探索大陆造山运动的动力学模型.现代地球化学研究已经渗入到地球科学的各个领域,并且已经广泛参与了大陆造山带研究,成为多学科研究的不可缺少的一个兵种.同位素年代学研究已成为造山带重大地质事件定年的重要途径.通过蛇绿岩、火山岩、花岗岩、沉积岩和高压变质岩等形成构造环境的地球化学鉴别,进而探索区域构造格局和构造演化的研究,自70年代中以来就逐渐在大陆造山带研究中普及.这两方面的研究至今仍是造山带地球化学研究的主要内容.近20多年来,由于地幔岩石包体研究及微量元素和同位素示踪岩浆岩源区技术和方法的迅速发展,促进和深化了地幔和地壳组成和演化的研究.通过开展全球和区域(包括中国大陆)的同位素填图,在揭示地幔化学不均一性、地幔源区组分端元、地球化学省等方面已经取得了很有意义的成果.随板块构造学说兴起而形成的壳幔相互作用和再循环的概念,通过国际岩石圈计划的执行与美国大陆动力学国家计划的启动,其内容和意义也在不断发展.由板块会聚带(洋壳消减带)壳幔再循环的研究,扩宽到大陆地壳基性岩浆底侵(underplating)、下地壳和岩石圈地幔拆沉(delamination)、地幔热柱等的探索;使壳幔相互作用概念拓展到下地幔,甚至幔-核过渡带,旨在揭示大陆岩石圈板块的运动学与动力学,并据此提出了化学地球动力学(chemical geodynam2 ics)的构想[1,2].新意义上的壳幔相互作用概念已经构成现今全球和大陆动力学理论框架的核心.地球化学在壳幔相互作用研究方面取得的新的认识、经验与成果,已为深化大陆造山带的研究奠定了很好的基础.然而,从现今大陆造山带地球化学研究的状况,尤其我国的状况看,地球化学工作还远未能满足造山带多学科研究的要求,现代地球化学的潜力尚未能充分发挥.这主要表现为:(1)造山带岩石圈三维结构地球化学研究仍属于薄弱环节,甚至在地学断面研究中除岩石的同位素测年外,其他地球化学工作还很少见及,在这方面基本未能发挥地球化学研究应该而且能够做到的沟通地表地质研究与地球物理测深的桥梁作用.(2)80年代以来发展起来的壳幔组成、壳幔演化和壳幔相互作用的微量元素和同第24卷第3期地球科学———中国地质大学学报Vol.24 No.3 1999年5月Earth Science—Journal of China University of G eosciences May 1999位素地球化学示踪理论和方法,以及地球化学探讨地球动力学的思想,还很少系统地被应用于大陆造山带的研究.这限制了地球化学发挥在探索和揭示造山带发展运动学和动力学方面的作用.(3)迄今造山带地球化学研究仍然是以重大地质事件的同位素年代学研究,以及鉴别蛇绿岩、火山岩、花岗岩、沉积岩等的构造属性为主流,而且还多为单岩类的专题性研究,很少多岩类的综合研究.研究岩浆和沉积作用特征和源区的地球化学理论和方法,在造山带构造研究中也未得到应有的重视与普遍运用.这种状况必然使地球化学研究基本处于为地质构造学研究提供证据的局面,而很难发挥地球化学在造山带构造研究方面的补充与启迪的作用.这并不有利于地质构造学与地球化学研究的相互补充和相互检验,从而最终不利于多学科研究优势的发挥.此外,有些岩石地球化学特征的构造环境意义是多解的,仅依据单一类型岩石的化学特征进行构造环境的判别,难免出现误判的可能.上述问题的存在,原因是多方面的,但是缺乏能适应现代地球科学和地球化学发展水平的、有关造山带地球化学综合研究的理论构想和技术路线,不能不说是重要原因之一.下面将根据我们“七五”和“八五”期间在秦岭造山带开展系统综合地球化学研究的实际体会,简要地介绍我们对造山带地球化学研究的思路与技术路线,并配合一些实例,用以说明实践的效果.1 造山带地球化学综合研究的理论构想基于地球化学研究地球系统的化学组成、化学作用与化学演化的学科实质,以及地球化学系统的组成与状态制约着地球化学过程和元素行为的特征的基本认识[3],我们在1986年开始执行地质矿产部“七五”计划中秦巴地区(东秦岭造山带)的地球化学研究时,将区域岩石圈(尽可能地考虑软流圈)视为地球系统的一个子系统,开展了区域岩石圈化学组成与热状态的初步研究[4～6].同时在区域岩石圈系统组成和热状态的约束下,进行了该区构造运动及岩石和矿产形成作用的地球化学研究,探索了在一个区域内将岩石圈系统的研究与各类地质运动和作用的研究有机联系起来的途径,取得了很有意义的结果和经验,肯定了将区域地球化学问题置于特定的区域壳幔系统中进行研究的重要性[7].90年代初,当我们开始执行国家自然科学基金重大项目———秦岭造山带岩石圈结构、演化及成矿背景时,国际岩石圈计划已经向大陆动力学计划转移,固体地球科学的战略构想已集中于通过地球内部层圈相互作用的探索来揭示大陆岩石圈的发展和演化及其动力学.这时如果有关地球系统及其子系统的概念仍然停留于上述的理解上(尽管重视它们的演化性),显然已经不够了.在吸收化学地球动力学将地球视为一个统一的动力学系统思想的基础上,我们认为现今应当将大陆造山带视为一个特定的区域壳幔动力学系统来研究,不仅要查明区域岩石圈静态的结构和组成,还需注意追索壳幔动态的运动和演化历史,并且应以区域壳幔组成、状态和其不均一性、壳幔相互作用的机制及演化,来约束造山带构造的分区、格局和演化,以及岩石和矿产形成作用的特征.这里仍应强调特定区域壳幔系统研究的重要性.例如,秦岭花岗岩类与成矿的特征明显不同于南岭,就主要是受秦岭地壳的特殊岩石和化学组成及岩石圈长期的高热流所制约的[7].显然,全球壳幔系统的一般性是不能完全代替区域壳幔系统的特殊性的,只有在一般的指导下,深入剖析特殊性,才能将一般认识提升到更高的层次.全球地幔物质组成不均一与热量不平衡导致了地幔物质对流,后者推动着深部地幔物质与岩石圈地幔和地壳的相互作用,表现为壳幔间物质和能量的交换及动量的传递.这种大规模不断进行的壳幔相互作用控制着大陆地壳的增生与消减、岩石圈结构和组成的发展与变化,以及地壳中各类地质作用的发生与演化.因此,壳幔相互作用及其深部过程的研究既是探索大陆动力学的必由之路,又是深化造山带和大陆构造及成矿作用研究的重要方向,应该作为大陆造山带地球化学研究的主线.为了阐明大陆岩石圈结构变化、地壳增生方式和厚度变化、造山带隆升、以及地壳组成变异等,已经提出底侵和拆沉作用模型[8,9].深入探讨它们的发生与作用已经成为当前固体地球化学的前沿课题.近年,地幔柱活动与大陆岩石圈破裂和全球板块运动的关系再次受到关注[10,11],这是将大陆岩石圈构造与深部地幔活动联系起来用以揭示前者发生动力的探索.近年有关超高压变质岩带的发现,提出了陆壳俯冲与折返的另一重要壳幔相互作用形式,它的研究已成为揭示222地球科学———中国地质大学学报第24卷大陆碰撞机制的重要途径.近代板块会聚带(洋壳俯冲带)壳幔再循环的研究已经取得肯定性的丰硕成果,然而大陆造山带古板块会聚带是否会发生类似的洋壳俯冲和壳幔再循环,迄今仍很少研究.此外,造山带碰撞后的陆内造山过程迄今也属于研究的薄弱环节,而这阶段正是造山带壳幔发生剧烈再调整的时期.上述指出的有关壳幔相互作用及其深部过程的课题,应当列为现阶段大陆造山带地球化学研究的重点内容.它们的研究结果不仅能从深部过程及壳幔作用运动学的角度,补充地表地质学与地球物理的研究,而且还能为大陆动力学的研究积累资料、提供依据及发现值得注意的问题.地球物质的化学运动,与地球物质的力学(构造)运动和物理运动一样(严格说还应包括地球生物运动),均是寓于统一的地质运动之中,并且它们是相互依存、相互制约和相互转化的.循着每一种形式运动在地质体中遗留的痕迹与记录,均能从一个侧面揭示地球或地质运动的历史.因此,要全面地探索大陆和造山带的历史,必须开展多学科综合研究,以发挥各个学科专长的互补作用.上述认识是搞好造山带多学科研究的重要思想基础.据此造山带地球化学研究应重视在目标上与其他学科的协调配合,自觉地以其他学科获得的实际资料和客观规律来约束本学科的立论与思考,并积极地发挥好本学科的专长和优势.造山带地球化学研究应在历史地球化学理论和观点的指导下,坚持地球发展的非均变论和阶段论,注意造山带不同发展阶段的特殊性,不能将岩石指示不同板块构造环境的地球化学准则和标志直接套用于板块构造体制出现以前的太古宙.地幔化学不均一性究竟是由原始均一地球以后通过分异演化产生的(现在地球化学界的统治思想),还是原始地球的固有特征[12],近年已构成重大争论问题.80年代以来,通过全球洋脊和洋岛玄武岩Pb,Nd,Sr等同位素组成研究已经揭示出南半球(赤道至南纬55°左右)长期(达几个十亿年)存在的大规模“地幔同位素异常带”,而同北半球地幔主体不同[13,14].在收集整理全球大陆多类岩石Pb,Nd, Sr等同位素组成数据及开展中国大陆同位素填图的基础上,已经提出冈瓦纳和劳亚古陆在壳幔同位素组成上的不同.同时还揭示出中国主要陆块的壳幔同位素组成之间存在着规律的差异,并提出在同位素组成上华南具有冈瓦纳大陆的特征,华北可同劳亚大陆对比,而扬子则属于华南和华北的过渡类型的见解[15,16].上述研究成果表明,地幔化学不均一性在地理上与古陆块之间是有规律的和长期存在的.基于这些成果,并考虑到有关全球地幔化学不均一性的成因争论问题不是短期内所能解决的,我们认为在现阶段开展造山带地球化学研究时,应对地幔不均一性成因的两种观点尽量保持独立,并注意以不断积累的实际资料对之进行检验.同时,可以利用长期存在的地幔不均一性规律,通过不同构造块体的地球化学对比,划分构造-地球化学分区及判别陆块的构造归属.特别应该开展蛇绿岩中洋脊型玄武岩的地球化学对比,以期从洋下地幔的同位素和化学分区及构造归属方面,配合与检验中国大陆同位素填图的成果,综合探索中国主要陆块在全球范围内的构造格局与归属问题.2 造山带地球化学研究的技术路线技术路线的设定在于保证:造山带多学科研究目标的实现,较充分地发挥地球化学学科的专长与优势,开拓新领域(诸如,地球化学断面与岩石圈三维化学结构、壳幔相互作用深部过程、碰撞后陆内壳幔调整等)的探索,克服结果的多解性和推断成分,增强它们的可信性和实证性等.根据地球化学运动寓于地质运动之中的认识,要发挥地球化学的专长和潜力,首先必须善于将地质课题剖析为地球化学性质的课题来研究,才能有利于发挥地球化学的优势.例如,要解决大陆造山带中古洋盆闭合的时代问题,可以设想在有较开阔洋盆的阻隔时两侧陆源碎屑是不能越洋到达彼岸的,同时两侧的边缘海水也是难以相互沟通的,如果一旦发生了一侧陆缘碎屑岩的物源由原先的本大陆一源转变为两个大陆碎屑物质的混合,或者一侧大陆边缘海水的成分由原来的特征转变为两侧边缘海水的混合特征,就表明古洋盆于该时期应基本闭合.这样就将解决洋盆闭合时限问题转化为研究碎屑岩的物源变化问题,或者边缘海水成分特征的变化问题,从而就可能发挥地球化学应用细粒碎屑岩的稳定特征微量元素判别陆源区,或者通过纯碳酸盐岩稀土元素指示沉积水体化学特征的特长.利用这两种方法,系统研究了南秦岭被动陆缘各时代碎屑岩的源区及各时代纯碳酸盐岩沉积海水的成分特征,发现两者均在泥盆纪前后发生了由单一类型向南北混合322 第3期 张本仁:造山带地球化学研究的理论构想与实践特征的转化,一致证明古商-丹洋盆应大约于志留-泥盆纪之交基本闭合[17,18].玄武岩一般在造山带中广泛分布,并且在不同地质时期多有形成.这为应用同位素和微量元素指示地幔源区组成特征,探讨地幔化学不均一性和演化、揭示壳幔再循环与深部过程提供了良好的条件.为了减少研究结果的多解性或不确定性,应尽量发挥多同位素(Pb,Nd,Sr)系统和多微量元素参数联合示踪的作用,注意提取同位素与同位素之间、元素参数与元素参数之间,以及同位素与元素参数之间相互关系的有益信息.例如,当岛弧玄武岩地幔源区中有再循环沉积物卷入时,随着沉积物加入量的增加,玄武岩就会显示出Nd同位素比值降低的同时发生Pb和Sr同位素比值的规律增长,即Nd同位素比值与Pb和Sr同位素比值之间呈负相关关系;大洋玄武岩遭受海水蚀变时,在其Nd同位素比值变化微小的情况下,Sr同位素比值可发生明显增长.在玄武岩类幔源区微量元素示踪方面,特别注意选用两种强不相容元素的比值(如,Nb/La,Th/La, Ba/Nb,Pb/Ce等)及两种化学性质十分相似的不相容元素的比值(如,Nb/Ta,Zr/Hf,Y/Tb等)作为指示参数.因为,这两类元素对的比值已被证明在地幔岩石部分熔融形成玄武岩浆的过程中不随熔融程度而变化,所以玄武岩中它们的比值可以代表它们在地幔源区中的比值[19,20].经部分熔融模型的计算模拟证明,当部分熔融程度较高(大于30%)时中等不相容元素对的比值也适用于玄武岩类地幔源区示踪[21].当然,在进行研究之前还应检验和剔除受地壳物质明显污染的样品.在条件允许的情况下,尽量注意以研究区中可以代表源区的岩石成分对示踪结果进行约束,以提高结论的实证性.例如,可以用研究区蛇绿岩中的洋脊型玄武岩(MORB)来代表该区古洋壳成分,用研究区洋岛玄武岩(OIB)成分来限定该区深部地幔柱化学特征等,以期能获取更符合研究区实际的结果.通过壳源岩浆岩(花岗岩类为主)源区同位素和微量元素示踪,可以揭示深部地壳岩石组成及深部作用过程(诸如,陆壳俯冲、基性岩浆底侵等).同样,在条件允许的情况下,应采取对壳源岩浆岩与可能的基底源岩进行多同位素系统与微量元素双向拟合和约束的途径,以增强实证性、减少推断成分.沉积岩(含变沉积岩)Nd模式年龄可以指示其源区平均地壳居留时间,是探讨地壳增生历史的途径之一.然而,从实践中我们体会到,未曾出露于地表的深部岩层(包括地壳底部的基性底侵岩层)在地壳中居留的时间是不会从沉积岩和变沉积岩的Nd模式年龄得到反映的.因此,要较全面揭示研究区地壳增生历史,还需同时考虑壳源岩浆岩(主要花岗岩类)的Nd 模式年龄(最好是二阶段模式年龄).为了获取尽量符合造山带岩石圈实际的现今三维化学结构,关键在于构筑能反映造山带现今实际的地壳结构-岩石组成模型,并且组成各结构层的岩石不应是一般的岩石类型,而应是本区实际存在的岩层.这样才能在本区岩石成分测定的基础上,按照地壳结构-岩石组成模型计算得出现今各结构层的化学成分与元素丰度.当然,在本区能发现较多地幔岩石包体的情况下,也可按上述原则建立造山带现今岩石圈地幔的结构-岩石模型,不过往往这种条件很难满足.因此,只能以区域玄武岩揭示地幔源区化学特征的研究来弥补这方面的不足.要建立符合实际的地壳结构-岩石组成模型,就需以本区公认的主要构造单元划分及地球物理地震测深获得的岩石圈波速(v p)结构为基础,开展各构造单元各类主要基底岩石和花岗岩类地震波速(v p)的高温高压下的实验测定,要求尽可能按照造山带地壳各结构层的温压配置来确定实验的温压条件.建立模型时,以各结构层温压条件下的岩石波速实验测定值与地震测深剖面的波速观察值的对比拟合为主,结合岩石变质相、深源岩石包体、花岗岩类源区等研究结果,综合确定各结构层的岩石组成,进而计算各构造单元各结构层的化学成分和元素丰度,揭示造山带岩石圈的三维化学结构.有了上述各方面的研究基础,我们就不仅能从造山带所在区域壳和幔静态的同位素和化学不均一性,而且还能从动态的地壳增生历史和地幔源区化学演化的差异,来约束造山带的构造分区、鉴别微陆块的构造归属.岩石地球化学特征与形成构造环境并非总是一一对应的,即有时具有同样地球化学特征的岩石可以产出于两种或两种以上的构造环境.例如,显示洋脊玄武岩化学特征的玄武岩可以见于大洋中脊、弧后盆地,甚至边缘海槽等环境.如果仅依据玄武岩单类岩石的化学特征作出构造环境鉴别,就难免发生误判的可能.为了克服这方面的多解性,提高地球化学在研究区域构造方面的作用,我们曾提出:在进行造山带构造类型与构造演化研究时,应坚持岩套内422地球科学———中国地质大学学报第24卷不同岩类配套及同构造阶段的岩套或岩石建造时空配套的综合地球化学研究原则或途径.实践证明这样的综合研究,不仅可以通过不同类型岩石特征的相互约束提高构造类型判别的确定性,而且还十分有助于构造发展细节的揭示[6].①张本仁,高山,张宏飞.秦岭造山带地球化学———国家自然科学基金“八五”秦岭重大项目地球化学课题研究报告.中国地质大学,19983 主要成果按照上述构想与技术路线,我们于1992年—1997年开展了秦岭造山带的综合地球化学研究,通过5年的实践,取得了以下主要成果.(1)造山带岩石圈三维化学结构.首次完成了横穿秦岭造山带的伊川到宜昌的地球化学断面研究,建立了秦岭及相邻华北和扬子陆块缘区4个构造单元地壳的结构-岩石组成模型,计算得出了各构造单元地壳各结构层的化学成分和63种元素的丰度[22,23];揭示了造山带岩石圈的三维化学结构和热结构,并据之对秦岭地壳和地幔中发现的低速高导层带提供了可能的解释[24]①.(2)秦岭造山带壳幔演化与构造-地球化学分区.在华北陆块南缘、北秦岭、南秦岭和扬子陆块北缘4个构造单元中,进行了以壳源岩石Nd 模式年龄揭示地壳的增生历史、以前寒武纪玄武岩Nd 同位素揭示早期地幔源区性质和演化,以及各时代玄武岩地幔源区化学组成特征等的研究,并开展了全区多类岩石和花岗岩长石的Pb 同位素详细填图.在这些成果的基础上,综合探讨了造山带的构造-地球化学分区,论证和提出了:扬子和华北原先分别为具有不同壳幔演化历史及壳幔化学组成特征的独立发展的陆块;南秦岭属于扬子陆块,并具有新太古代陆壳基底;北秦岭于新元古代之前也属于扬子板块,但却是在扬子板块洋壳洋岛基础上发展形成的微陆块;以及商-丹和勉-略洋盆均是扬子板块内部岩石圈破裂扩张形成的类型等认识[25～29]①.(3)造山带构造背景与构造演化.在以往研究的基础上,通过岩类配套和岩套配套的综合研究,进一步肯定了造山带是在古、中元古代裂谷构造体制背景上发展的,并于中-新元古代之交开始转入板块构造体制,随商-丹洋盆的打开,北秦岭转变为华北陆块的活动大陆边缘;补充揭示了商-丹缝合带经历了新元古代洋内岛弧发展、新元古代晚期的弧-陆碰撞、新元古代末至早古生代陆缘弧和弧后盆地发展等阶段的细节,总结了南秦岭震旦至泥盆纪被动陆缘发展阶段的地球化学特征;论证了陆-陆碰撞早阶段的作用表现为造成地壳增厚、地温升高和同碰撞型花岗岩浆活动,晚阶段的作用表现为导致被动陆缘基底向活动陆缘下部的俯冲叠置;同时还进行了碰撞后陆内俯冲构造地球化学论证及通过花岗岩类侵位深度揭示造山带地壳隆升的探索①.(4)造山带发展的深部过程.在区域壳、幔同位素和化学组成约束的基础上,通过玄武岩和花岗岩类源区的多同位素(Pb ,Nd ,Sr )及微量元素示踪,结合地质和地球物理资料分析,得出了以下重要成果.①丹凤群岛弧玄武岩具有相对低w (Ti )和高w (Y )/w (Tb )比值及相对高w (Ti )和低w (Y )/w (Tb )比值的两个源区,经证明前一源区应为北秦岭岩石圈地幔楔,后一源区应为俯冲洋壳加入少量深海泥质沉积物.从而肯定了古会聚带的壳幔再循环及古洋壳的俯冲消减.丹凤群岛弧型玄武岩及早古生代岛弧型花岗岩具有的自南向北的成分极性,指明古洋壳的俯冲是向北的[26,30].②证明了南、北秦岭约于1.1G a 前均通过镁铁质岩浆的底侵发生了地壳的强烈增生,北秦岭的底侵岩层是大量早古生代岛弧型花岗岩类岩浆的主要源岩,而南秦岭的底侵岩层则为南、北秦岭印支期晚碰撞型花岗岩类岩浆的主要源岩[26,31].③证明了北秦岭印支期晚碰撞型花岗岩类的源岩不可能是北秦岭的基底岩层,而是与南秦岭的同类花岗岩类的源岩一样,同为南秦岭的元古宙基底岩层,从而为陆-陆碰撞晚期扬子陆块北缘(南秦岭)基底俯冲垫置于北秦岭上地壳之下的推断提供了有力的证据[26,32].④印支期花岗岩以底侵镁铁质岩为源,表明那时厚的镁铁质岩层尚存在于地壳底部.然而,现今下地壳的地震波速较低(v p =6.50～6.81km/s ),地壳总体成分也显示出铕的亏损(δ(Eu )=0.75),这些均排除了下地壳中存在厚层富集铕的镁铁质岩石的可能,表明镁铁质的下地壳在印支期以后发生了向地幔的拆沉.造山带附近的晚白垩世和第三纪玄武岩的地幔源区也由以往单一的亏损地幔端元(DM )转变为亏损地幔(DM )和富集地幔(EM I ,EM II )端元并存的局面(远离造山带的同期玄武岩仍来自单一亏损地幔),显示出地壳拆沉在地幔中的响应[23,26]①.(5)蛇绿岩的地球化学对比.秦岭新元古代松树522 第3期 张本仁:造山带地球化学研究的理论构想与实践。
《地球化学》课程笔记
《地球化学》课程笔记第一章：地球化学概述一、地球化学的定义与范畴1. 定义地球化学是研究地球及其组成部分的化学组成、化学作用、化学演化规律以及这些过程与地球其他物理、生物过程的相互关系的学科。
2. 范畴地球化学的研究范畴包括但不限于以下几个方面：- 地球的物质组成和结构- 元素在地球各圈层中的分布、迁移和循环- 岩石和矿物的形成、演化和分类- 生物与地球化学过程的相互作用- 地球表面环境的化学演化- 自然资源和能源的地球化学特征- 环境污染和生态破坏的地球化学机制二、地球化学的研究内容1. 地球的物质组成- 地壳：研究地壳的化学成分、岩石类型、矿物组成及其变化规律。
- 地幔：探讨地幔的化学结构、岩石类型、矿物组成和地球化学动力学过程。
- 地核：分析地核的物质组成、物理状态和地球化学性质。
- 地球表面流体：研究大气、水圈和生物圈的化学组成和演化。
2. 元素地球化学- 元素的丰度：研究元素在地壳、地幔、地核中的丰度分布。
- 元素的分布：分析元素在地球各圈层中的分布规律和影响因素。
- 元素的迁移与富集：探讨元素在地质过程中的迁移机制和富集条件。
- 元素循环：研究元素在地球系统中的循环路径和循环速率。
3. 岩石地球化学- 岩石成因分类：根据岩石的化学成分、矿物组成和形成环境对岩石进行分类。
- 岩浆岩地球化学：研究岩浆的起源、演化、结晶过程和岩浆岩的地球化学特征。
- 沉积岩地球化学：分析沉积物的来源、沉积环境和沉积岩的地球化学特点。
- 变质岩地球化学：探讨变质作用过程中岩石的化学变化和变质岩的地球化学特征。
4. 矿物地球化学- 矿物的化学成分：研究矿物的化学组成、晶体结构和化学键合。
- 矿物的形成与变化：探讨矿物的形成条件、变化过程和稳定性。
- 矿物物理性质与地球化学：分析矿物的物理性质与地球化学环境的关系。
- 矿物化学分类：根据矿物的化学成分和结构特点进行分类。
5. 生物地球化学- 生物地球化学循环：研究元素在生物体内的循环过程和生物地球化学循环的模式。
秦岭造山带地球化学
秦岭造山带地球化学张本仁 高 山 张宏飞 韩吟文 等著北 京内 容 简 介本书是在国家自然科学基金“八五”课题的研究成果的基础上，经过进一步的扩充加工提炼而成。
该课题研究以化学地球动力学的学术思想为指导，强调区域壳幔体系组成与状态的具体约束作用，在造山带常规地球化学研究的基础上，侧重开展壳幔深部组成、过程、演化及壳幔相互作用的研究，并强调和体现地球化学与地质地球物理研究的有机结合。
本书尽可能从多个方面对秦岭造山带现今地球化学研究做一阶段性总结，从而为大家提供一个造山带地球化学系统综合研究的实例。
本书可供从事地球化学、地质构造、地球物理等专业的教学与科研人员，及地球化学和地质学等专业的研究生及高年级学生参考使用。
图书在版编目（CIP）数据 秦岭造山带地球化学／张本仁等著．—北京：科学出版社，２００２ ISBN７唱０３唱０１０４９０唱０ Ⅰ畅秦… Ⅱ畅张… Ⅲ畅秦岭褶皱带地球化学 Ⅳ畅P５４２ 中国版本图书馆CIP数据核字（２００２）第０３６４３４号责任编辑：彭克里 ／ 责任校对：曹锐军责任印制：刘秀平 ／ 封面设计：魏立航科学出版社发行 各地新华书店经销倡２００２年９月第一版２００２年９月第一次印刷印数：１—１２００ 开本：７８７×１０９２ １／１６印张：１２１／４ 插页：１字数：３８２０００定价：40畅00元（如有印装质量问题，我社负责调换枙新欣枛）前 言本书是国家自然科学基金“八五”重大项目“秦岭造山带岩石圈结构、演化及成矿背景”中地球化学二级课题“秦岭造山带岩石圈物质分异、状态及其同造山过程制约关系”的研究成果。
项目编号４９２９０１００，课题编号４９２９０１０２。
项目起讫日期为１９９２年６月至１９９６年１２月。
本书以本课题原结题报告反映的内容和成果为基础，吸收了我们参加原地质矿产部“七五”期间“秦巴地区基础地质问题及主要矿产成矿规律研究”重点项目，及“七五”和“八五”期间本课题成员承担的国家自然科学基金资助的研究秦岭造山带的几个面上项目所取得成果的有关部分，并引用了近年来发表的有关秦岭地区的专题地球化学研究论文的成果与数据，按照我们提出的对造山带进行系统地球化学研究的思路和方法（见绪论），进一步综合、加工和提炼写成的。
地球化学讲义+第五章同位素地球化学(中国地质大学)
我们一般把正在衰变的核素称为母核（体），衰变的产物称为子 核（体）。
自然界的放射性同位素虽然衰变方式和产物不同，但是都服从同 一个放射性规律，即：
在一个封闭系统内，单位时间内放射性母核衰变为子核的原子数 与母核的原子数成正比。
用以下式子表示： -dN/dt=λN 其中， N：在t时刻未衰变完母核的原子数 dN/dt：单位时间内所衰变的原子数 λ：衰变速率常数（单位时间内衰变几率）1/年、1/秒 -：表示dt时间内母核的变化趋势是减少的
(一) 核素的性质
(4)核素具有能量：原子核聚集高质量的粒子于一个极小的体积 内，因此，原子核内孕含着巨大的能量，即核能，也称“结合能”。 结合能越高核素越稳定；结合能低（如H、N、Li、Be及高质量 数 的核素）的核素不稳定。在核衰变过程中，一部分核能通过放射出 各种粒子及射线而被释放出来。
(5)核素具有放射性：所谓放射性即不稳定核素通过放射出粒子 及辐射能量，而自发地调整核内的组成和结构，转变为稳定的核素 的现象，称为放射性衰变。放射性衰变的结果，使核素的质量、能 量和核电荷 数都发生变化，从而变为另外一种元素。
(一) 核素的性质
(1)核素具有电荷：一个质子带有一个单位的正电荷，原子的核电荷数等于质子 数，并由此决定原子的核外电子数。核电荷数一旦改变就变成了另外一种元素， 同时核电荷数也影响着核的组成及结构，即决定核的稳定性。
(2)核素具有质量：核素因含有不同数量的质子和中子，而具有不同的质量，较 轻元素的同位素之间因质量差别导致在地质作用中的分异，这样，使得不同产状 的地质体中同位素间的相对丰度发生变化。
ΔR = R样品 - R标准；
3）样品相对于标准样品R的偏离程度的干分率： δ‰=（R样—R标）/R标×1000 =(R样/R标—1) ×1000
现代成矿理论成矿规律及控矿条件
能为含矿热液的运移提供热动力，又能为成矿所需要的物
理化学过程提供温度条件。这一点在热液矿床成矿中尤为
重要。
四、 沉积条件
沉积条件对于沉积矿床的形成具有头等重要的意义。
在广阔的沉积盆地中通过沉积作用可形成煤、铁、锰、
第 磷、盐类等矿床。不整合所代表的古侵蚀面，是聚集残 一 余矿床和砂矿的有利部位。 节 不同地质时期沉积环境和条件不同，可能形成不同种类
控 矿
造总和。矿床构造是指控制矿体的形态、产状和分布的
条
地质构造因素总和。研究矿田、矿床构造对找矿、勘探
件 和采矿等具有十分重要的意义。
– 控制矿床和矿体的构造类型是复杂多样的，主要包括①
褶皱构造；②断裂构造；③侵入体内部构造（流动构造、
原生破裂构造及隐爆角砾岩筒）；④ 侵入体与围岩的接
触带构造；⑤火山构造（环状及放射状构造、爆发角砾
控 成矿也有影响，一般在深成部位易形成云英岩型矿床；在
矿 条 件
中深部位易形成矽卡岩型、绢英岩型矿床；在浅成和近地 表条件下，易形成浅成低温热液矿床。
岩浆岩的另一个重要作用是为成矿提供热源条件。深部异
常热源（岩浆）的存在是形成热液矿床、热水喷流沉积矿
床、部分沉积-热液叠加改造矿床的重要条件。岩浆热源既
二 它是把过去分别按时间和空间两向展布的研究成矿规律的概念变为成矿
节 是随时间推移促成空间的形成，即随时间的演化才出现一定时间的空间
成 矿 规 律
客观存在。由于地壳形成的各个时期地球层圈结构及其分布状态、物质 组成、成矿物理化学条件都是不同的，因此一定时间内一定的构造背景 下形成的矿床的专属性也是自然的。从成矿时间演化认识空间规律，给 空间赋以年代鉴证，即建立成矿年代省和成矿年代区，并根据其持续时 间长短的跨度划分出成矿时限（成矿期），为成矿规律及评价区域成矿
壳幔相互作用深部过程的(精)
二、秦岭商丹古会聚带洋壳俯冲与壳幔再 循环论证
（一）研究基础：
1 会聚带共存着能代表古洋岩石圈残留的松树沟蛇绿 岩片（构造侵位时代为983 ±140 Ma)与形成于洋内岛 弧的丹凤群以玄武岩为主的火山岩系（984 ±36 Ma)， 它们的岩石可提供古洋岩石圈及岛弧岩浆的化学组成 信息，为研究设置本区域壳幔的具体约束； 2 古洋岩石圈特征：
图3 丹凤群基性火山岩 Ti/1000(×10-6) 对 Mg(%) 图解, 显示岩浆的演化趋 势
a: 岩浆A; b: 岩浆B; c: 混合 岩浆 C. 演化线 a 起点处的断 线圈代表早期结晶岩石的包 体; 演化线 b起点处的实线圈 代表具有接近 N-MORB 化学 成分的镁铁质岩石包体.
图4 丹凤群和二郎坪群基性火山岩Y/Tb-Y图解
图1 丹凤群玄武 岩εNd-Nb/Th、 εNd-La/Nb和 εNd-Ba/Nb图解 (据李曙光, 1994) 基础数据引自张 旗等(1995).
图2 丹凤群变玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb图解（Pearce,1983) (引自张旗等，1995） DM: 亏损地幔；MORB：洋脊玄武岩（N型）；OIB：洋岛玄武岩； TH：拉斑玄武岩； CAB：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为 三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；×：LREE亏损型玄武岩.
壳幔相互作用深部过程的 地球化学论证
以古洋壳和陆壳俯冲-再循环为例
张本仁 欧阳建平 张宏飞 赵志丹 凌文黎
一、引 言
壳幔相互作用是推动大陆发展的直接动力， 是整个地球动力学系统的重要组成部分。 壳幔物质再循环是壳幔相互作用的重要表现， 揭示壳幔物质再循环是探讨壳幔作用及其动 力学的必经途径。 已提出的壳幔再循环类型有： 1 板块会聚带与B型俯冲有关的壳幔再循环； 2 岩石圈的底侵和拆沉； 3 陆壳俯冲有关的超高压变质岩的形成和折返。
《地球化学》教学大纲
地球化学一、课程说明课程编号：010108Z10课程名称：地球化学/Geochemistry课程类别：专业核心课学时/学分：48/3先修课程：大学化学、物理化学、结晶矿物学、岩石学、矿床学适用专业：资源勘查工程教材、教学参考书：1)韩吟文、马振东主编. 《地球化学》，地质出版社，2003年2)陈骏、王鹤年主编. 《地球化学》，科学出版社，2004年3)W.M. White主编.《Geochemistry》，美国康奈尔大学，2001年4)戴塔根等编.《应用地球化学》，中南大学出版社，2005年5)赵伦山、张本仁主编. 《地球化学》，地质出版社，1988年二、课程设置的目的意义该课程是资源勘查工程专业的核心课程，该课程是化学和地球科学的一门交叉学科，是后续课程《地球化学勘查》的理论基础。
该课程的学习，将加深学生对岩石学、矿床学、大地构造学等已学课程的理解，也有助于加深学生对地球演化、资源形成、全球环境变化等重大基础地质问题的地球化学过程的理解和认识。
本课程的目的和任务是将地球化学的基本理论、基本方法和最新研究进展传授给学生，使学生了解地球化学的研究现状和发展趋势，拓宽专业基础，能够应用地球化学的基本理论和方法去综合分析地质问题。
三、课程的基本要求知识：掌握地球化学的基本概念、基本特征、研究方法及其与其它学科的关系；太阳系和地球系统中元素的分布和分配；自然界元素结合的三大规律；微量元素的基本特征及分类，稀土元素的基本特征；自然界同位素的变化机理，同位素地质年代学及常见稳定同位素的基本特征。
能力：培养文献检索、阅读、分析及综述的能力；培养地球化学的思维方式，会利用所学的地球化学知识去分析和解决地球科学问题；培养地球化学野外观察、样品采集、室内样品加工的能力和技巧；熟悉地球化学的各种测试方法和仪器设备，培养学生动手操作和分析数据处理的能力；在化学与地质学的交叉知识的讨论中培养创新意识，培养发现问题、初步分析和综合研究的能力。
地层对比的地质地球化学新方法——兼论武当山—安康—勉略—带中上元古界的对比
地层对比的地质地球化学新方法——兼论武当山—安康—勉
略—带中上元古界的对比
汪东波;张本仁;马振东;夏松饶;雷和平
【期刊名称】《矿产与地质》
【年(卷),期】1993(7)1
【摘要】全面地介绍了同位素地质年代学、马尔柯夫过程分析(极限概率、熵分析、置换性分析)和元素地球化学在古老地层对比研究中的应用.并以武当山—安康—勉略—带中上元古界为例,系统地剖析了区内中上元古界的时代、层序、岩石组合类型、沉积旋回特征、岩石表明,分布于勉略一带的碧口群同武当山群、郧西群、耀
岭河群存在显著差异,难以对比;武当山和安康两地的耀岭河群基本上可以对比,而郧西群仅相当于武当群的一部分.
【总页数】8页(P35-42)
【关键词】地层;地球化学;同位素;地质年代学
【作者】汪东波;张本仁;马振东;夏松饶;雷和平
【作者单位】中国有色金属工业总公司北京矿产地质研究所;中国地质大学
【正文语种】中文
【中图分类】P597
【相关文献】
1.地层对比的地质地球化学新方法 [J], 汪东波;张本仁
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3.南秦岭勉略构造带黑沟峡火山岩年代学及地球化学特征——新元古代勉略洋盆存在及俯冲的记录 [J], 徐通;裴先治;李瑞保;刘成军;陈有炘;李佐臣;裴磊;左文乾
4.南秦岭勉略构造带三岔子硅质岩地球化学特征及其地质意义 [J], 陈铄; 周永章; 张彦龙; 周维丽
5.南秦岭勉略构造带三岔子地区田坝辉绿岩地球化学、锆石U-Pb年龄及地质意义[J], 王一烽;周海;裴先治;李佐臣;李瑞保;裴磊;刘成军;王盟;赵少伟;陈有忻
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chapter V
（3）超临界水溶液相自岩浆熔体相分出机制的 ） 浓集效率： 浓集效率：
*Holland(1972)实验：温度= 810 ~ 855 0C；压力 =1.8 ~ 2.3 kb;
试料为：NaCl溶液—花岗岩岩浆，实验持续时间：4 ~ 21 天。
结果获得了Mg、 、 的溶液/熔体分配系数分 结果获得了 、Ca、Mn、Zn的溶液 熔体分配系数分 、 的溶液 别为： 别为： KMg = 0.156; KCa = 0.38; KMn = 6.5; KZn = 9.5; 并且K 正比于NaCl浓度的平方。 浓度的平方。 并且 Mn和 KZn 正比于 浓度的平方 *Candela and Holland(1984)实验：条件：750 0C，1.4 实验： 实验 kb; 试料为：NaCl溶液--花岗岩岩浆。结果获得了 和Cu的 结果获得了Mo和 的 结果获得了 溶液/熔 体分配系数分别为： 溶液 熔 体分配系数分别为： KMo = 2.5±1.6 ,并且与 并且与NaCl浓度无关；KCu = 9.1 ±2.5 , 浓度无关； ± 并且与 浓度无关 浓度。 并正比于 NaCl浓度。 浓度
实验证明：玄武岩浆于 发生不混溶离熔时， 实验证明：玄武岩浆于12550C发生不混溶离熔时， 发生不混溶离熔时 可产生富硫化物熔体相和硅酸盐熔体相， 和 在两 可产生富硫化物熔体相和硅酸盐熔体相，Ni和Cu在两 相间的分配系数分别为： 相间的分配系数分别为： 硅 硅 KNi硫/硅 = 274； KCu硫/硅 = 245。 ； 。 表明Ni和Cu分别在富硫化物熔体中相对于硅酸盐熔体 浓集了274和245倍(Rajamani and Naldrett , 1978)。 按夏威夷火山熔岩湖离熔相实测数据(Skinner and Peck. 夏威夷火山熔岩湖离熔相实测数据 1963)计算： 计算： 计算 硅 硅 KNi硫/硅 = 333； KCu硫/硅 = 200。 ； 。 离熔的条件：温度 = 10650C, 压力 =1大气压 所以玄武岩浆离熔是使Ni和 向富硫化物熔体相中强 所以玄武岩浆离熔是使 和Cu向富硫化物熔体相中强 烈浓集的机制。 烈浓集的机制。
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计算证明南半球同位素异常带应存在了几十亿年 （Hart, 1984）。
陆壳
16.2 2. 2 54 124 4.7 1341 0. 44 0. 20 25
洋岛玄武岩(OIB)
HIMU EMI
EMII
27 ~5.5 3.5 ~13.1
0. 64~0.82 0. 78`1.32
4.7 ~ 6.9 9.1~ 23.4
39 ~85 80 ~ 204
0.30~0.43 0. 69~1.23
1.华南陆快；2.南半球和冈瓦纳；3.华北陆块；4.北太平洋（朱炳泉，1991） 。
图5 全球麻粒岩207Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解
G-L:格陵兰…拉布多拉； Le：苏格兰路易斯； In：印度； A：澳大利亚； Si：西伯利亚； An：南极； SF： 南非； SA：南美；NC：华北；SC：华 南；SG-W：南戈壁乌拉山群；J：佳木斯麻山群（朱炳泉，1998）。
HU(高铀)省：具有高206Pb/204Pb和高 μ值特征，分布于南太平洋和南大西洋 的中部地区。
3.全球大陆同位素省
在综合分析各大陆新生代玄武岩（代表地幔 ）、中生代矿石和花岗岩（代表上地壳）及麻粒 岩（代表下地壳）Pb、Sr、Nd等同位素数据（ 图26、图27、图28）基础上，并结合钕模式年龄 揭示的地壳增生历史、地壳元素丰度及矿产类型 与规模等资料分析，已将全球大陆划分为四个同 位素省：
0. 7078 0. 5126 19.0
由图1可见EMI EMII和HIMU为产生洋岛玄武岩的三个 主要端元，并已确定了这三个端元的特征元素对比值的范 围（表2）。利用三元和三元以上的同位素图解与表2中的 数据可确定所研究玄武岩地幔源区的组分端元。应用二元 同位素图解在确定端元组分时，常会造成误判（图2）。
也不排除EMI和 EMII本来就是多成因的，应针对具体问题 具体解决。办法是：重视分辨陆壳、洋壳、远洋沉积物、大陆 沉积物，以及各种成因流体化学组成的细微差别及其对地幔影 响的细微不同，从而对之作出恰当的解释。
多种地幔端元组分的存在表明地幔化学结构的
复杂性，它既表现于垂向，又显示于侧向。
（二）地幔大尺度区域性化学不均一性
1．南半球地幔大规模同位素异常带
通过大洋玄武岩系统同位素填图，Hart(1984,1988)揭示出南 半球（赤道至南纬50度左右）存在大规模同位素异常带。其特征 表现为：HIMU、EMI、EMII端元组分集中分布，地幔显示 HIMU端元组分的高放射成因铅的特征与Hart所定义的DUPAL异 常。
DUPAL异常具有如下特征： a. 高87Sr/86Sr（大于0.7050）; b. △8/4Pb 大于60， △7/4Pb也偏高。
Zr/Nb La/Nb Ba/Nb Ba/Th Rb/Nb K/Nb Th/Nb Th/La Ba/La 87Sr/86Sr 143Nd/144Nd 206Pb/204Pb
幔的其他端元和陆壳
原始地幔
14.8 0. 94 9.0 77 0. 91 323 0. 117 0. 125 9.6
亏损地幔
30 1. 07 4.3 60 0. 36 296 0. 07 0. 07 4.0 0.7022 0. 5133 18.0
讨论：
DMM、EMI、 EMII和HIMU是被公认的端元组分；而 PREMA是否为独立端元组分尚有争议。因PREMA的同位素组 成正好位于前面四种端元组分混合中心，有人认为它是前四种 端元组分混合的结果；另一些人认为它是一个原始地幔组分， 由该组分分异出其它四个端元组分。
关于地幔端元组分形成的认识，迄今仍分歧很大。 1. 对DMM的认识基本一致，认为是N-MORB的源区，代 表强烈亏损的上地幔。 2. HIMU一般认为来源于再循环大洋岩石圈，由于俯冲前 洋底热液作用或俯冲期间变质脱水使部分铅丢失而形成其特高 的U/Pb比值或μ值。然而，HIMU经常见于洋岛玄武岩源区， 表明源区位于下地幔或幔－核边界，这就涉及洋壳深俯冲的问 题。
66 ~187 207 ~ 523
0. 07~0.12 0. 09~0.13
10 ~ 0.16 0. 09~ 0.15
6.2 ~9.36 11.3 ~ 19.1
0. 7028 0. 7053
0. 5128 0. 5124
21.8
17.4
4.4 ~ 7.8 0. 79~1.19 6.4 ~ 13.4 57 ~105 0. 58~0.87 203~ 378 0.10~0.17 0. 11~0.18 7.3 ~13.5
17.35~17.5
176Hf/177Hf 0.2831 ~0.2835
~ 0.2893 0.2826~ 0.2827
0.2828 ~~ ~~
图1 海洋玄武岩同位素组成变化范围
表2 洋岛玄武岩(OIB)各端元的微量元素和同位素组成 （据Weaver,1991;Hart et al., 1992,)
*地球地幔原始均一后演化出不均一说：地球原始是均一的
图6 中国大陆不同块体铅同位素206Pb/204Pb分布柱状统计图（
Zhu, 1995） (A) 新生代玄武岩；(B)中生代花岗岩长石. 1－华北；2－扬子；3－华南；4－东北 兴安岭地区；5－西藏。
4．关于地幔区域不均一性形成的争议与启示
争议：概括为两类：（1）地球地幔原始均一后来演化为不均一； （2）地球地幔原始不均一后来再发生演化。
表1 各类型地幔端元的同位素组成特征
地幔端元类型
143Nd/144Nd
87Sr/86Sr 206Pb/204Pb
亏损地幔（DM） 0.5131~ 0.5133 0.7020~ 0.7024 15.5 ~ 17.8
高U/Pb值地幔(HIMU) ~0.5128
0.7026~ 0.7030 21.0 ~ 22.0
（接上页） 球层圈的相互作用，包括壳/幔、上/下地幔、以至核/幔过渡带 的物质交换与再循环等，来解释多种地幔端元的成因。也就是 说由地幔化学结构的多样性，进而产生了从地球圈层相互作用 来揭示地球动力学的构想。
*多同位素体系线性和非线性数值模拟技术的发展，使有可能
模拟地球、地幔不均一化学结构的形成与层圈相互作用，以期 揭示壳幔演化历史及地球动力学。
劳亚或北大西洋型陆块省：具有低206Pb/204Pb和近于 原始地幔的低μ值特征，范围包括欧洲、格陵兰、北 美东部、西伯利亚、华北和塔里木。
与大洋同位素省对比前三个陆块省可分别相当 于三个大洋省，只有北大西洋型陆块省还没有找到对 应的大洋省。
图4 中国主要地体上地幔Nd-Sr-Pb(206、207、208)同位素 组成的五维拓扑空间投影图解
第四章 化学地球动力学及深部 过程地球化学示踪
大陆动力学地球化学探索
（高级地球化学讲义）
一 引言
（一）化学地球动力学的提出与基本构想 1．化学地球动力学产生的背景
除了微量元素与同位素示踪理论和技术方法的发展，奠定了 地幔地球化学发展的一般基础外，直接影响到化学地球动力学 产生的因素为： *板块构造学说影响 板块构造学说使地球科学家与地球化学家 能够统观整个地球系统，看到板块运动 伴 随 着 大规模壳 、 幔相 互作用和物质再循环。 *多种地幔端元组分的发现 洋、陆玄武岩同位素与微量元素揭 示了地幔物质储库的多样性，即除了原始地幔(PM)和亏损地幔 (DM)两个端元组分外，尚存在一些其它地幔端元组分，以致造 成玄武岩同位素和化学成分的多种多样性。进而可以尝试由地
北太平洋型陆块省：铅同位素具有NHRL 特征，分布于北美西部以及亚洲的西伯利 亚与华北之间；
东冈瓦纳型陆块省：具有较高的 206Pb/204Pb和DUPAL异常特征，范围包括 澳洲西部、南部非洲、印度、印度支那和 华夏（华南）；
西冈瓦纳型陆块省:具有高206Pb/204Pb和高μ值特征， 范围包括非洲中部、南美、南极和澳洲东部；
I 型富集地幔(EM I) 0.5123~ 0.5124 0.7045~ 0.7060 16.5 ~17.5
II型富集地幔(EM II) 0.5127~ 0.5129 ~0.707
18.5 ~ 19.5
流行地幔（PREMA） 0.5130
0.7035
18.3
原始地幔(PM)
0.512438
0.7045
3. 对EMI和 EMII的认识仍有分歧, 存在以下主要不同认 识：它们分别是俯冲作用携带的少量深海和陆源沉积物加入地 幔的结果（Hofmann & White,1982; Wilson,1993）；大陆物质 通过俯冲和拆沉加入地幔的结果(Hawkesworth et al., 1988, 1990)；EMII 为与壳幔再循环相联系的交代成因的富集地幔 组分，EM I为与地幔自身分异相联系的交代成因的富集地幔 组分（朱炳泉，1999）, 等等。
图3 玄武岩207Pb/204Pb－206Pb/204Pb与208Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解
2.全球大洋同位素省RB
太平洋省：铅同位素具有NHRL特征 ，也包括北大西洋地区；
印度洋省：DUPAL型铅同位素异常 特征，206Pb/204Pb较低，87Sr/86Sr较高， 也包括南大西洋南部地区；
(4)地幔柱研究的发展及地球深部层圈相互作用、物质 循环和动力学的探索； (5)化学地球动力学数值计算模拟探索取得了初步进展 。
二 地幔端元组分及地幔化学不均一性
（一）地幔端元组分 随 大洋和大陆玄武岩同位素和化学成分的积累， 人 们 发现了
同位素和元素组成上的多样性。仅考虑原始地幔和亏损地幔两 个端元组分，已无法解释许多玄武岩的组成特征，地幔应具有 多种端元组分。通过多年研究，目前已确定的地幔端元组分见 表1和图1：