稀有气体同位素地球化学课件.ppt

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1、第十三章稀有气体同位素地球化学第一节稀有气体同位素地球化学研究概述稀有气体，即氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)，又称惰性气体，系指化学元素周期表中的零族元素，以化学性质不活泼和在地球中含量稀少为特征。正由于它的化学惰性和少的含量，稀有气体被发现、研究和应用都较晚。随着分析测试技术水平的提高，人们对稀有气体的物理化学性质有了较深的认识。近三四十年来，稀有气体同位素地球化学作为地球化学的一个分支，在地质领域研究与应用日广，特别是在地球起源、形成、演化以及岩矿成因、来源的研究中被广泛应用。稀有气体元素是在1894—1900年间陆续发现的。Argon，意

2、为“懒惰”的意思，中译名为”氩”。Helium，意为“太阳元素”，中译名为“氦”。Krypton，即“隐藏”之意，它隐藏于空气中多年才被发现，中译名为“氪”。Neon，意为“新的”，即从空气中发现的新气体，中译名为“氖”。Xenon，意为“陌生的”，即人们所生疏的气体。中译名为“氙”。Radon，意为“放射的”，中文音译成“氡”1991年，全国自然科学名词审定员会公布的《化学名词》中正式规定，把惰性气体改称为稀有气体。其理由在于惰性气体的“惰性”是相对的。一、稀有气体同位素地球化学研究现状稀有气体中，以He、Ar同位素在地质学中应用最早，范围最广，研究也最深入。He具两种稳定同位素：

3、3He和4HeAr有三种稳定同位素：40Ar、38Ar、36ArHe、Ar同位素比值被用于追溯岩浆起源、地球分层等问题。目前已对大气、地壳、上、下地幔等不同来源物质的He、Ar同位素组成有了较为清晰的认识。相对于He、Ar，Ne、Kr、Xe、Rn的研究进展在过去相当长时间是缓慢的。特别是放射性的Rn，因其极微而难以测定的含量，目前研究极少。而Ne、Kr、Xe的研究在近年却呈一种蓬勃之势，但对它们在地球中作用与意义认识分歧明显。总之，稀有气体研究的总趋势是：He、Ar研究趋于成熟，Ne、Kr、Xe进展迅速。二、稀有气体同位素比值的意义及应用领域由于极微的含量，稀有气体元素用直接测试数据有

4、一些缺陷：如表述不便，分析精度影响显著，极难发现规律性等。因而稀有气体分析中应用更多的是其同位素比值，这种方式运用最广，可在一定程度上克服上述缺陷或不足。这些比值被用于分析地球中的多种问题，如：3He/4He等用于区分构造环境，探讨地球圈层结构；3He/20Ne-4He/20Ne计算地幔氦输出量；3He/4He、20Ne/22Ne、21Ne/22Ne、40Ar/36Ar及Xe同位素等追溯物质源区；40Ar/39Ar，40K/40Ar，U-Th/4He等用于岩体的测年；3He,21Ne（宇宙射线生氦氖）计算火山岩的暴露年龄及侵蚀率；4He/40Ar*(放射源)讨论岩浆房深度；40Ar/3

5、6Ar等用于大气混染程度分析，等等。大洋玄武岩大洋玄武岩大洋玄武岩近些年来，稀有气体与其它元素的相互关系，也有一些尝试性探讨问世，如：稀有气体与油气、岩浆中主要挥发分CO2、H2O、N2等的比值关系的讨论；稀有气体与C、O等稳定同位素的综合研究；稀有气体与Cu、Ag、Au等金属矿床成矿热液的关系；不同构造环境幔源岩中稀有气体与微量元素Nd、Sr、Pb等的关系，等等。这些研究对了解岩浆作用过程中不同元素间的相互作用、解决矿体的来源、矿床受混染情况及分析对比不同构造环境等提供了依据。三、定性研究日趋深入，定量模型初步建立稀有气体在地质学中的研究，直到目前仍处于定性探讨为主的地步。目前人们注

6、意力集中于岩浆溯源、构造环境分析、地球圈层划分、矿体与稀有气体关系等问题的探讨之中。随着理性认识的提高，以及越来越多数据的积累，为初步建立稀有气体在地质过程中的定量模型奠定了基础。如：地幔稀有气体分馏作用稀有气体在特定构造中的排气量稀有气体与大气演化，等等上述领域定量模拟计算是这类研究的典型例子。第二节地球稀有气体的源区一、地球稀有气体源区划分由于轻稀有气体元素He、Ne、Ar同位素组成在不同成因岩石中差异明显，在地质学中应用广泛，研究也较深入。Kaneoka等根据He、Ar同位素比值将地球上稀有气体分为四个终极源区：以大气稀有气体同位素组成为特征。3He/4He为1.4×10-6（记

7、为Ra）40Ar/36Ar=295.520Ne/22Ne值为9.8大气型（A）地壳型（C）以地壳各类岩石、矿物、油气等流体为代表。3He/4He为2×10-840Ar/36Ar=295.5～10420Ne/22Ne值分布范围广以大洋中脊玄武岩为代表，又称MORB型。3He/4He为1.1×10-5（约8.0Ra）40Ar/36Ar=295.5～10420Ne/22Ne值12.5/13.8大洋中脊玄武岩(M)型地幔羽型（P）以洋岛玄武岩为代表，又