同位素论文文献

同位素论文文献

01

该团队在墨西哥索诺拉跨越埃迪卡拉系-寒武系界线的地层里建立了化学地层学、生物地层学和地质年代学（框架）。在La Ciénega组内记录了寒武系基底碳同位素漂移最低值的碳酸盐岩之上20m的富赤铁矿砂质白云岩层，对其中的棱角分明的火山灰锆石晶体利用U-Pb化学剥蚀-同位素稀释-热离子化质谱分析法得到了539.40 0.23 Ma的最大沉积年龄。该含有再造凝灰质的岩层位于埃迪卡拉纪晚期宏体化石的末现点之上、寒武纪遗迹化石 Treptichnus pedum 的首现点之下，因此这一年龄校正了埃迪卡拉系-寒武系界线的标志层。劳伦大陆南部的裂陷相关的溢流玄武岩火山活动、碳同位素负漂移以及生物转折的时间一致性都很符合火成岩省爆发导致埃迪卡拉纪末灭绝的机制。

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Geology,(2021)49(2),115-119.

译者

南京大学@申博恒

02

前人对Canary（加纳利）群岛中，La palma（拉帕尔马岛）岛上Cumbre Vieja（康伯利维亚火山）和Tenerife（特内里费岛）岛上Teide（泰德峰）的地热流体或气体样品中He同位素（He/ 3 4 HeHe）组成的研究超过25年（Cumbre Vieja样品的He/ 3 4 HeHe值为9.4 0.1R A ，Teide样品的He/ 3 4 HeHe值为6.8 0.3R A ，R A 为大气He/ 3 4 HeHe值），这些样品具有相似的CO 2 / 3 He比值（2 109—4 109），与地幔值接近的δ 13 C组成（-3.3‰到-4.4‰）以及相似的CO排放通量（0.1—0.2 1010 mol/yr），但He同位素组成有差异，研究表明这些样品He同位素组成不同不是由时间差异或源区 2 4 He的增加导致，而是因为他们来源于不同的He储库（La plama样品来源于HIMU型地幔源区，Tenerife样品来源于受岩石圈地幔影响的富集型地幔源区）。Canary群岛的地热样品记录了源区现在的He组成，其东部较老熔岩的橄榄石中记录的He/ 3 4 HeHe值高于由地热样品中测得的现今He/ 3 4 HeHe值，这表明了Canary群岛地幔源区的He储库随时间发生演化。该研究将从加纳利（Canary）群岛、亚速尔（Azores）群岛、佛得角（Cape Verde）群岛、夏威夷（Hawaii）群岛和冰岛（Iceland）的地热样品测得的He同位素数据与从橄榄石斑晶、辉石斑晶和玻璃中测得的He同位素数据进行比较，结果表明即使在年代超过1 m.y.的地层中，由地热样品测得的He同位素数据与从矿物斑晶和玻璃中测得的He同位素数据也具有良好的相关性。此外，除了Canary群岛，在Hawaii群岛、Azores群岛和冰岛内部的岛屿之间也存在不均一的He同位素组成，这些不均一的信息在其热液样品、矿物和玻璃中保存下来。特别是在冰岛西北部，较老熔岩的橄榄石中He/ 3 4 HeHe值比该地区现今地热样品中的He/ 3 4 HeHe值更高，这种差异可能反映了中新世以来，冰岛岩浆作用中幔源 3 He输入的减少。利用地热和地质样品联合评估He/ 3 4 HeHe值随时间变化的方法为研究板内火山源区不均一性和源区随时间的演化提供了有力的工具。

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Geology,(2021)49(2),120-124.

译者

NJU@哈哈宇

03

用锂同位素量化硅质岩浆同喷发期间挥发分丢失的时间尺度

大多数爆发性的硅质火山在爆发事件之间具有数千年的宁静期。从宁静期到再度喷发的转换时机是解释监测信号并提高居住在活火山附近居民安全的关键。为解决这一问题，研究人员研究了美国爱达荷州和怀俄明州黄石火山系统中梅萨瀑布凝灰岩斜长石晶体中的锂同位素（δ 7 Li）和元素浓度分布，使用这种新的方法，限制了爆发前挥发分脱气发生的最小时间尺度为数十分钟。在这个短暂的时间里，Li的浓度从晶体核部到边缘下降了4到10倍，同时δ 7 Li的增加高达10‰，反映了斜长石核部与脱气贫锂熔体之间的扩散驱动平衡。在该项研究中获得的新的时间尺度表明，岩浆挥发分库存具有同喷发期快速变化的潜力。

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Geology, (2021) 49 (2),125-129.

译者

CUGB@唐演

04 西藏中部因板块拉力增强引起的被动大陆边缘岩浆作用

该研究报道了西藏中部南羌塘地体的约239Ma的镁铁质岩脉群，其形成于俯冲板块的被动大陆边缘。岩墙为拉斑玄武岩，具有轻稀土元素富集、Nb和Ta中度负异常和同位素富集的特征。岩墙与古特提斯洋板块回转而在上覆板块形成的弧后盆地同时代。因此，在洋脊俯冲后，大洋一侧的板块回转导致的板块拉力增强，使另一侧被动大陆边缘发生了伸展和岩浆作用。该研究认为，增强的板块拉力是俯冲板块被动大陆边缘岩浆作用的形成机制，这在先前是没有被认识的。

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Geology ,(2021) 49 (2)，130–134.

译者

哥斯达黎加的61

05

在标准孕震区以下的地震活动很难调查，因为这类地震的地质记录假玄武玻璃通常已经发生反应或者畸变。该文章描述了挪威北部罗弗敦群岛下地壳麻粒岩中异常的原始假玄武玻璃。假玄武玻璃与容矿岩（主要为斜长石、碱长石、直辉石）的矿物组成基本相同，并含有指示快速冷却的微结构，即：长石微晶石、球晶和“花椰菜状”石榴石。在围岩和玄武假晶碎屑中都没有糜棱岩。没有先兆韧性变形特征的记录，就排除了下地壳中触发地震的几种常见机制，包括热传递、塑性不稳定以及地震沿着断裂的脆性部分向下至韧性部分的传播。容矿岩中的脱水矿物和假玄武玻璃排除了脱水引起的脆化。在没有这样的弱化机制的情况下，地壳下部的应力水平曾经一定很高。

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Geology, (2021) 49 (2),135–139.

译者

掉帧青年萧暮春@YU

06 全新世时期南美和非洲热带地区相似的冰川活动 历史

在全球变暖的趋势下，伴随着气温的升高，热带地区的冰川正在不断后退。然而，在时间尺度相对较长的地质 历史 时期，这些热带地区冰川活动的变化趋势还不明了。最近来自美国波士顿学院的Anthony C. Vickers及其合作者，通过对新近暴露的基岩进行原位 14 C和 10 Be宇生核素测年，对南美奎尔卡亚（Quelccaya）冰帽和非洲鲁文佐里（Rwenzori）山脉全新世的冰川活动 历史 进行了重建。结果发现，两地区全新世的冰川活动 历史 具有相似性。在全新世的前期（~ 5 ka前），冰川范围小于当今；全新世后期（~ 5 ka后）的冰川范围则多大于当今。两大洲热带地区全新世冰川活动的相似性指示更大尺度上的温度变化是热带地区冰川活动的驱动，而非区域性降水。本文结果也显示在全新世后期热带地区冰川范围扩张的背景下，当前气候加剧变暖导致的热带冰川后退现象与近千年的冰川活动趋势相比存在异常。

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Geology, (2021) 48 (2),140-144.

10.1130/G48059.1.

译者

三口刀

07

南极罗斯海伊里萨尔角的冰雪融化暴露古代阿德利企鹅的聚居地

近日，专门研究企鹅的美国生物学家史蒂芬·埃姆斯利（Steven Emslie）在南极的伊里萨尔角（Cape Irizar）意外地发现了几处刚刚暴露出来的古代阿德利企鹅生存遗址和一些看上去较为“新鲜”的古代阿德利企鹅遗骸。

位于南极洲的罗斯海是南大洋中生产力最强的海洋生态系统之一，每年为将近100万对繁殖的阿德利企鹅（Pygoscelis adeliae）提供生存条件。在这里，有一处保存较完好的从最后一次冰川盛期（ 14 C分析结果显示其距今45000年）到全新世的企鹅栖息地遗址。

伊里萨尔角（Cape Irizar）是一个岩石岬角，位于斯科特海岸的德里加尔斯基冰舌（Drygalski Ice Tongue）以南。2016年1月，几处古代阿德利企鹅生存遗址及大量企鹅骨骼、羽毛的表面残骸和看上去比较新鲜的尸体由于雪的融化而在这里暴露出来。研究人员对其取样，并进行放射性碳分析。分析结果表明，这些看起来“新鲜”的遗骸实际上年代已经很久远了。阿德利企鹅的对该地的三次占据是在大约距今5000年的时候开始的，其中最后一次占据是在大约距今800年左右的时候结束的。

这些看似“新鲜”的企鹅遗骸实际上是古老的，这表明：一直到最近，冰雪的融化才使得之前被冰冻的企鹅尸体和其他遗骸在长达约800年的时间中第一次暴露出来，并使它们开始腐烂且看起来新鲜。最近的气候变暖趋势和历来卫星图像（Landsat）中显示的2013年以来岬角积雪减少的情况都支持了这一假设。

企鹅骨胶原δ 13 C值的增加进一步表明了古生企鹅生存条件达到“最适度”的时期是海洋生产力大大提高的时期，即距今4000年前—距今2000年前的温暖期，这可能与特拉诺瓦湾冰穴（Terra Nova Bay polynya）的扩张和德里加尔斯基冰舌（Drygalski Ice Tongue）的裂冰事件有关。

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Geology, (2021) 49 (2),145-149.

译者

天津师范大学@廖辞霏

08 重新定义东非大裂谷系统运动学

东非大裂谷系统的几何形状和表面运动是全球板块运动模型中受到约束最小的部分。该团队使用GPS数据来控制索马里板块的旋转，并为该地区提出了一个新的构造板块几何结构。此外，该团队还测试了西南印度脊的地质数据和马达加斯加的新GPS数据，以确定重新定义的爱尔兰微型板块运动学。研究发现了一个大变形区，从罗武马微型板块的东部边界延伸到科摩罗群岛，包括马达加斯加中部和北部的部分地区。马达加斯加板块正在分裂，马达加斯加南部随着爱尔兰微型板块旋转，马达加斯加东部和中南部的一块板块随着索马里板块移动。努比亚-索马里板块系统横跨东非裂谷系统的辐散包括沿着束缚刚性块体的狭窄裂谷段的扩散变形和应变调节。

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Geology,(2021)49(2), 150–155.

译者

中国地质大学@黄永慧

09 巨型鲕粒对早三叠世海水碳酸盐体系的启示

下三叠统灰岩含有巨鲕及其它比前寒武纪地层更典型的碳酸盐沉积构造。这些特征可能是由于晚二叠世生物大灭绝时期海水水化学变化所导致的，但是定量恢复早三叠世海水的碳酸盐体系仍然充满挑战。作者基于中国南方下三叠统鲕粒的粒径数据并通过物理化学模型约束了鲕粒的形成过程，来制约鲕粒形成时期海水的碳酸盐饱和指数、溶解无机碳含量、碱度及pH。基于以上方法，作者发现侏罗纪的巨型鲕粒形成在高碳酸盐饱和指数的海水中，这与现代鲕粒形成的环境类似。计算结果表明，早三叠世海水的文石和方解石饱和指数均大于7。通过结合大气二氧化碳和海水钙离子浓度重建结果，作者发现早三叠世海洋的溶解无机碳浓度和碱度比现今高两倍，并且其pH在7.6左右。因此，早三叠世海水碳酸盐体系阻碍了钙质生物的复苏。

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Geology,(2021)48(2),156-161.

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译者

小爪爪

10

沉积物供应不足导致丹麦瓦登海全新世晚期障壁岛链暂时性退化

理解沉积物供应与海平面变化直接的耦合关系对预测障壁海岸（障壁岛和障壁沙嘴）对未来海平面上升的响应至关重要。来自北海东南部的瓦登海的大量岩芯、地震剖面和高分辨率测年的数据表明障壁岛链的进积作用在3.5~2.0 ka.期间停止并发生退化。障壁岛的衰退是由区域性的海岸重组引起的沿岸漂流减弱造成的。大型三角岬的前移导致沉积轨迹远离障壁海岸，由此导致的海洋沉积物供应的减少，降低了障壁链的稳定性，从而导致区域的海平面上升阈值从2~9mm/yr降至低于现代海平面上升速率的约0.9mm/yr。因此，预测障壁海岸对海平面上升的响应需要考虑到沉积物供应的可能变化以及人为和自然原因下大尺度地貌的反馈作用。

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Geology, (2021) 49 (2),162–167.

译者

CDUT@Aether

11 北美洲东部Acadian造山带深部岩浆堆积的山根

对于地壳内质量和能量重新分布是地壳中中性到酸性岩浆作用的成因这一模型，增生造山带中堆晶岩浆岩质山根的缺失是其基石。同样地，由于缺乏相关的同时代深部镁铁质对应物质，长期以来新英格兰阿巴拉契亚（美国东北部）的Acadian岩体的起源一直用封闭体系地壳熔融来解释。研究者报道了新发现的幔源熔体经过分离结晶过程形成的Acadian含水超镁铁质堆晶岩（美国康涅狄格州，新英格兰南部）。这些岩石第一次在阿巴拉契亚造山带被发现，也是全世界仅有的少数保存完好的弧深部含水堆晶体。研究者认为这些堆晶岩与新英格兰中南部同时代岩体具有成因联系，其中前者代表了同一岩浆弧缺失的深部堆晶岩山根。研究者的发现支持以下假说：深部地壳中的分离结晶和混染作用使幔源含水岩浆发生分异，是产生中酸性岩浆作用和大陆地壳地球化学演化的基本过程。

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Geology,(2021)49(2),168-173.

译者

CUGB@齐宁远

12

澳大利亚与劳伦大陆即Nuna超大陆核心连结时间的古地磁学依据

澳大利亚和劳伦古大陆在古元古代至中元古代的Nuna超大陆中的结合时间开始于1.6Ga。两个陆块均位于原始SWEAT（美洲西南部-南极东部）组合陆块中。但是对该组合持续的时间的研究较少。这项研究报道了在位于澳大利亚北部1.3Ga的Derim Derim岩床中最新获得的高质量古地磁极数据。证据表明澳大利亚和劳伦古大陆在1.3Ga是处于同一组合大陆中。这项新的古地磁极约束也支持了澳大利亚与中国华北板块相连，并结合前人报道中所有大陆的古地磁数据，说明Nuna超大陆的分裂大概发生在1.3-1.2Ga期间。

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Geology, (2021) 49 (2), 174–179.

译者

CUGB/MQ@SH

编辑&校对：覃华清

具有高放射成因铅同位素的殷商青铜器的来源

发布时间：2016-06-17

中国科学院矿物学与成矿学重点实验室&广州地化所 科技 与规划处 供稿

我国商朝有灿烂的青铜文化。出土了大量精美的青铜器。有意思的，最精美的青铜器似乎是在商朝中晚期的殷商时期突然出现的。在此之前，青铜器在甘肃、青海、山西等地有零星出现。中科院广州地球化学研究所的孙卫东研究员及其领导团队，从铅同位素、锡矿等角度探讨了殷商青铜器的物源。提出殷商早期具有高放射成因铅同位素的青铜器可能来自非洲。论文发表在Nature出版集团的Scientific Reports上。

1984，中国 科技 大学金正耀博士首次报道了商早期的青铜器中有高放射性成因铅的现象，并且提出这种高放射性成因铅来自云南边陲的金沙。随着越来越多的青铜器高精度铅同位素数据的发表，人们发现三星堆、盘龙城等与殷商时代接近的遗址中出土的青铜器均具有类似的高辐射成因铅的特征。中国科学院广州地球化学研究所的朱炳泉研究员和广州大学的常向阳教授又有重要发现：殷商早期青铜器的高辐射成因铅，与云南金沙的铅高放射成因铅分布在不同的“等时线”上。青铜器高放射成因铅落在25亿年的等时线上，而金沙等地则是很年轻的铅同位素。换句话说——这两个地方的铅是不同的。从已发表的铅同位素数据来看，现今中国境内没有这种具有高放射成因铅同位素的铅矿。

这种古老的高放射成因铅非常少见。至少需要两个重要的条件才能产出：年龄老且铀/铅比值高。要同时满足上述条件，最佳区域是超过25亿年的古老地质体—“克拉通”中远离板块俯冲的中心地带。这是因为，板块俯冲过程中铅比铀更活动，会使铀/铅比值降低。

华北是古老的克拉通地体，但是后期多次受到板块俯冲的改造，发生了“克拉通破坏”，失去了产生这种铅矿的条件。文献中有报道铜矿峪黄铁矿、黄铜矿中有类似殷商早期的铅同位素，问题是，黄铁矿、黄铜矿中铅含量非常低，不足以解释青铜器中的铅。那么会不会在铜矿峪有已经用完的高放射成因铅矿呢？为此，作者们对铜矿峪铜矿进行了研究。铜矿峪是一个商晚期就开采的大型铜矿。形成于18亿年前，其铅同位素可以落在25亿年等时线附件。但是，铜矿峪属于古老俯冲带，并不是形成古老高放射成因铅同位素的最佳地质背景。流体包裹体显示铜矿峪成矿流体中除了铜以外确实有铅和锌，但是没有任何锡。更重要的是，在铜矿峪附近出土的垣曲铜商朝青铜器冶炼遗址中，所有的炉渣和绝大多数青铜器铅同位素属于正常范围，只有一件青铜器落在殷商高放射成因铅同位素青铜器的区域。由于青铜器和炉渣的铅同位素应该接近，这些数据排除了铜矿峪作为高放射成因铅同位素的来源。

此外，作者还讨论锡的来源问题。锡是青铜器的关键元素。在华北地区迄今为止没有发现锡矿。如果华北没有锡矿，我们商朝的祖先是如何突然发明了青铜器并且建立了全世界最灿烂的青铜文化？

从地质条件来看，非洲、美洲和澳大利亚最有可能产出这种高放射成因铅同位素。从全球范围已经发表的铅同位素数据来看，美洲密西西比河谷型铅锌矿中有少量此类铅同位素报道；澳大利亚也有少量此类铅同位素。而非洲则是中国以外，唯一报道青铜器中有古老高放射成因铅同位素的地方。考虑到美洲的古文明起始时间远晚于非洲，作者推断非洲应该是我们殷商早期具有高放射成因铅同位素特征的青铜器的最可能的来源。

问题是：如果商早期的青铜器真的是来自非洲，古人又怎么能把这种铅从非洲运过来呢？难道是：我们的祖先到了非洲学了青铜的制造技术，然后又把原料买了回来？这样，我们引以自豪的殷商文明岂不是非常落后？会不会是我们祖先原来在非洲生活，由于某种原因迁徙到中原地区，带来了青铜器？这些都有待进一步工作的验证。

　　

Sun, W. D., L. P. Zhang, J. Guo, C. Y. Li, Y. H. Jiang, R. E. Zartman, and Z. F. Zhang (2016), Origin of the mysterious Yin-Shang bronzes in China indicated by lead isotopes, Sci Rep-Uk, 6, doi: Artn 23304. 10.1038/Srep23304.

转贴出处：

宁德—湖口地学断面下地壳的物质组成和时代——地球化学、Nd同位素和捕获锆石年龄证据

赵凤清　金文山　甘晓春

（天津地质矿产研究所，天津　300170）

孙大中

（中国科学院广州地球化学研究所，广州　510640）

摘要　宁德—湖口断面东起福建省宁德市，西至江西省湖口市，穿越了华夏地块和扬子地块东南缘。华夏地块出露的最老的结晶基底为2400～2000Ma古元古代岩石，扬子地块最老的结晶基底为2200～2000Ma的古元古代岩石。这些基底岩石已遭受角闪岩相（华夏地块）或高绿片岩相—低角闪岩相（扬子地块东南缘）变质作用的改造，大体代表了断面穿越两地块的中地壳特征。火成岩的tDM和火成岩中捕获和/或继承锆石年龄变化于2750～2500Ma，有些达3100Ma，揭示了下地壳的年龄信息。华夏地块的大量花岗质岩石为S型且具负的εNd值，表明下地壳物质组成主体为长英质成分。华夏地块加里东期花岗质岩石的εNd值为—11～—8，而燕山期花岗质岩石的εNd为—6～—1，显示出随着时代的演化，华夏地块下地壳的物质组成由“富花岗质”（富集型）向“贫花岗质”（贫瘠型）方向演化，这主要是受地壳分异作用以及地幔物质添加作用的影响。扬子地块东南缘的花岗质岩石和酸性火山岩虽然主体仍以过铝S型为主，但其εNd值变化于—6～＋4之间，表明扬子地块的下地壳有较多的地幔物质加入，造成其下地壳的成分成熟度低于华夏地块。

关键词　宁德—湖口断面　下地壳的成分和时代　华夏地块　扬子地块　tDM　捕获锆石年龄

1　引言

探讨大陆下地壳的时代和物质组成是一项十分艰难的研究工作，这主要是由于大陆地壳的形成具有十分复杂的历史和过程，同时人们也缺乏对深部地壳不均匀性的深入了解。近些年来在探讨下地壳信息方面已做了较多的尝试，如地震反射和衍射方法[4,14]、岩浆岩的深源包体的研究[12,13]以及对出露的深部地壳剖面的研究[1,2]。下地壳的物质组成和结构并不是一成不变的，往往随时代演化发生很大变化，那么怎样才能描绘这一动力学过程呢？地球化学，尤其是同位素地球化学，可以用作一种探针来剖析这个过程。本文主要通过地质、地球化学和地质年代学的综合研究来探讨宁德—湖口断面下地壳的性质。

2　宁德—湖口地学断面的地震波速结构

近些年来，华南已相继完成了宁德—湖口[15]、温州—屯溪[18]、泉州—黑水[11]数条地学断面（图1），其中宁德—湖口断面东起福建的宁德，经政和、崇安、乐平，至江西的湖口，穿越了华夏地块和扬子地块两大构造单元。地震波速结构揭示出断面走廊的地壳厚度约为30km，可划分出上、中、下地壳，界限约在10km和20km。上地壳的Vp为4.6～6.0km/s，密度为2.67～2.75g/cm3，主要由沉积岩、花岗质岩石和板岩、千枚岩之类的变质岩石组成。中地壳Vp由6.06km/s到6.25km/s，密度由2.79g/cm3到2.85g/cm3，主要由角闪岩相变质的岩石组成，其中在断面的东端（政和以东）在14km至17km深度之间，存在低速层（Vp≈5.9km/s），很可能属滑脱构造层性质。下地壳的Vp为6.30～7.15km/s，和长英质—镁铁质麻粒岩的Vp一致。下地壳的上部Vp≤7.0km/s，和酸性—中性麻粒岩的Vp吻合[14]，下地壳的底部Vp>7.0km/s，表明其成分偏镁铁质成分，指示有较强烈的地幔物质添加。

图1　华南构造格架及地学断面位置略图

断面1、2、3分别代表温州—屯溪、宁德—湖口和泉州—黑水断面

3　断面走廊的变质基底

华夏地块的变质基底包括了三大构造层（图2）：古元古代的麻源群、中元古代的马面山群和新元古代—早古生代的长汀超群（或称之为长汀浅变质岩系）。

图2　宁德—湖口地学断面走廊地质略图，主要表示变质基底的分布及特点

1—古元古代地层；2—中元古代地层；3—新元古代地层；4—新元古代—早古生代地层；5—寒武纪—白垩纪地层；6—第四纪；7—花岗质岩石

麻源群主要由黑云斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴云母片岩、云母石英片岩、夹斜长角闪岩和大理岩。这套岩石已遭受角闪岩相变质作用的改造，其p=400～650MPa,T=550～680℃[7]，表明其埋深大致由16km至24km。麻源群上部的岩石流体包裹体以H2O为主，而下部则主要为CO2+H2O。麻源群地层至少遭受四期变形，前两期为韧性—塑性流变机制共轴叠加的平卧（或等斜）褶皱，大量的颗粒锆石U-Pb测年数据表明其时代为2400～2000Ma[3]。

马面山群与麻源群多呈构造接触关系，主要由变质的双峰式细碧—角斑岩（岩性为绿帘斜长角闪岩和钠长变粒岩）、十字石榴云母片岩、云母石英片岩、大理岩和石英岩。这套地层已遭受高绿片岩相—低角闪岩相变质作用的改造。同位素年龄值显示马面山群成岩时代为1400～1000Ma。

长汀超群呈构造关系和麻源群接触，为一套绿片岩相变质的岩石组合，下部岩性为斜长云母石英片岩、石英黑云片岩，上部为浅变质的粉砂岩、长石石英砂岩、板岩、千枚岩和杂砂岩。

综上所述，麻源岩的岩石组合大致反映了宁德—湖口断面东段华夏地块的中地壳的特点，长汀超群可能代表上地壳褶皱基底的特点，马面山群分布比较局限，从特点上看可能处于中地壳和上地壳的过渡带。

在扬子地块的东南缘，变质基底包括古元古代的星子群和中元古代的双桥山群（图2）。星子群出露于庐山附近，主要由十字石榴黑云片岩、石榴云母片岩、云母石英片岩和黑云斜长变粒岩组成，夹有斜长角闪岩、石英岩和不纯大理岩。岩石的变质程度为高绿片岩相—低角闪岩相，其T=530～600℃，p=400～570MPa，估计埋深大约在15～20km，由此推测星子群岩石组合反映了扬子地块东南块东南缘中地壳的特点。颗粒锆石U-Pb年龄表明其时代为2200～2000Ma。

双桥山群和星子群呈构造接触，主要由绢云母板岩、千枚状板岩、变质粉砂岩、杂砂岩和凝灰质板岩为主，夹有双峰式细碧角斑岩建造，岩石主体遭受低绿片岩相变质，局部达高绿片岩相，年龄为1700（?）～1000Ma。

4　断面的下地壳时代

沿断面走廊未见麻粒岩地体出露，因此下地壳的时代主要依靠Nd的模式年龄（tDM）和火成岩的捕获锆石年龄进行示踪研究。锆石是一种硅酸岩矿物，从理论上它应从SiO2饱和—过饱和岩浆中结晶，因此岩浆岩中捕获/或继承锆石时代揭示出深部长英质基底的时代信息。基性岩的tDM可以用来粗略估计“早期造壳时代（early crust formation age）”，而长英质火成岩的tDM可以解释为源岩的地壳滞留年龄（residence age）。

4.1　华夏地块下地壳的时代

前人对该区火成岩的同位素测年工作已发现一些大于2500Ma的年龄，朱玉磷（1985）发表的新桥花岗闪长岩的微量锆石U-Pb年龄为2713Ma，尔后，又相继报道了一些老的U-Pb年龄信息：汤湖花岗岩年龄2516Ma[9]，清湖岩体2642Ma[10]，德化花岗岩3051Ma年龄[17]。最近周新华（1992）在江绍断裂附近陈蔡群斜长角闪岩中获得了（3125±184）Ma的全岩Sm-Nd等时线年龄，这些年龄值多落在2750～2500Ma区间内，少数点达到3100Ma，揭示出华夏地块下地壳形成时代的信息。使用颗粒锆石U-Pb测年也发现华夏地块存在2415～2589Ma的年龄（表1），进一步佐证在华夏地块深部存在2750～2500Ma的长英质基底。

表1　断面走廊火成岩的捕获锆石U-Pb分析

① 误差为2σ；②对空白和稀释剂已作校正；③对空白、稀释剂和初始铅已作校正。

华夏地块的花岗岩分布非常广泛，侵位时代从古元古代延续至中生代，其元素地球化学和同位素地质化学特点显示出S型花岗岩特征，表明这些花岗岩主体是由深部长英质基底深熔作用的产物。因此花岗岩可以视为一种探针来分析下地壳时代和成分。

中条期花岗质岩石（1900士100）Ma的tDM为2602～2674Ma（表2，图3），其fsm/Nd和εNd变化很小，表明其同位素组成基本上没受到后期AFC过程的明显影响，因此2600～2700Ma大致可看作中条期花岗质岩石的源岩时代。

表2　华夏地块Sm、Nd同位素分析数据

加里东期花岗质岩石（400～450Ma）的tDM年龄多数落在1800～2500Ma区间内（表2，图3），这一时限和麻源群的时代大体吻合。野外证据表明加里东期花岗岩体与麻源群之间多呈侵入关系，并非麻源群分熔作用的产物，因此加里东期花岗质岩石的源岩时代应大于2500Ma。

燕山期花岗质岩石（100～120Ma）的tDM变化较大，但总体上小于2000Ma（表2，图3）。燕山期花岗质岩石具高的εNd值，暗示其源岩已遭受较强烈的地幔物质添加作用的影响，幔源物质添加作用可能是造成tDM年龄偏低的主要原因。

图3　华夏地块tDM年龄直方图

1—中条期花岗岩；2—加里东期花岗岩；3—燕山期花岗岩

图4　华夏地块斜长角闪岩的tDM年龄直方图（原始数据见赵凤清等，1995）

1—古元古代；2—中元古代

变质基性火山岩（斜长角闪岩）的tDM年龄已归纳于图4中，麻源群的斜长角闪岩的tDM主体在2400～2600Ma以及2000～2300Ma两个时间段内，马面山群的tDM为2000～2300Ma，揭示出华夏地块早期多期次地幔岩浆的底板垫托时代多发育在2000～2300Ma以及2400～2600Ma。

4.2　扬子地块（东南缘）下地壳的时代

扬子地块（东南缘）岩浆岩中许多捕获锆石的颗粒锆石U-Pb年龄大于2.2Ga（表1），大致可划分为2700～2800Ma和2200～2450Ma两个时间段内，揭示出扬子地块东南缘深部地壳长英质基底的时代信息，一些酸性火成岩的tDM年龄也佐证这一认识（表3）。

表3　扬子地块赣东北火成岩的Sm、Nd同位素分析数据

① 全岩；②斜长角闪岩；③角闪石。

基性火山岩的tDM变化很大，多数变化于2000～2400Ma和1300～1700Ma两个区间内，有一些tDM达2600～2800Ma（表3），指示了扬子地块东南缘发生了深部地壳的底板垫托作用的时代。

5　断面走廊下地壳的成分

火成岩的元素地球化学和同位素地球化学揭示出下地壳主体由长英质岩石组成，但成分变化十分复杂，两个地块下地壳成分存在较明显差异，在下地壳的不同深度层次成分也不尽相同，随着地质的演化下地壳的成分也发生一定程度的变化。

5.1　华夏地块下地壳的成分

中条期花岗质岩石类型为花岗闪长岩、二长花岗岩和钾长花岗岩，主体为S型，少量为I型或I型和S型的过渡型。花岗质岩石的εNd为-3.1～-2.6,147Sm/144Nd值为0.10～0.14，表明源岩应以长英质岩石为主。

加里东期花岗岩为高钾的钙碱性钾长花岗岩、碱长花岗岩和花岗闪长岩，主体以S型花岗岩为主。花岗质岩石具负的εNd值（-11～-8）和低的147Sm/144Nd值（0.1～0.14），表明它们应来源于“花岗质富集”的源岩。

燕山期花岗质岩石包括碱长花岗岩、钾长花岗岩以及二长花岗岩，在燕山晚期出现碱性花岗岩，元素地球化学显示这期花岗质岩石主体仍以S型为主，但较之前两期花岗岩其A型和I型相对于S型的比例增生。燕山期花岗岩的εNd为-6～-1，也明显高于前两期花岗岩。碱性花岗岩的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值类似燕山期其它类型的花岗岩[20]，表明它们的源岩是相似的，应来源于古老的地壳岩石的分熔作用，碱性花岗岩具有较高εNd，意味着有较强烈的地幔物质添加。

图5表示的是εNd随时代的演化过程，由此反映出中条期的下地壳成分演化程度要高于中条期（前者更富长英质），加里东期下地壳成分演化程度要高于燕山期。加里东期花岗岩的εNd值的特点表明其源岩基本上没受到地幔物质添加，因此由中条期至加里东期下地壳成分变化可能是受地壳分异作用影响的结果。燕山期花岗质岩石具较高的εNd值，其源岩很可能是地壳和受地幔物质添加的混合体，表明由加里东期至燕山期下地壳成分变化是受地幔物质添加的影响。

图5　华夏地块花岗岩的εNd—t图解

反映εNd随时代演化特点

5.2　扬子地块下地壳的组成

扬子地块东南缘晋宁期花岗质岩石（900Ga±500Ma）主要为钙碱性岩浆岩，岩石类型包括二长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩和钾长花岗岩，在有些岩体中含有富铝矿物（堇青石、石榴子石、黑云母）包体以及夕线片岩岩石包体[25]。地球化学特点也显示出S型特点。晋宁期花岗岩具较高的εNd值（-6～+4）（图6）和低的87Sr/86Sr值，表明其源岩中有大量的地幔物质加入。此外在扬子地块和华夏地块结合带，出露有M型花岗岩，也佐证扬子地块东南缘较之华夏地块在物质组成上更偏基性。

新元古代的流纹岩（800～900Ma）从矿物组成和地球化学特征上也具有S型特征，然而其εNd值为-1.9～+2.8，显示出与晋宁期花岗岩相似的地球化学特征。

6　结论

通过对宁德—湖口地学断面的地质、地球化学和地质年代学研究，可能获取到断面走廊下地壳性质的一些信息，将其归纳为：

① 花岗质岩石和酸性火山岩的元素和同位素地球化学特征表明华夏地块下地壳的成分主体由长英质组成，尤其是在地壳形成的早期阶段。地球物理资料也显示出同样的信息，宁德—湖口断面的地震波速结构反映下地壳除在局部地段的底部外，主体上Vp＜7.0km/s,这一特征和酸性—中性麻粒岩的Vp值范围吻合。

图6　扬子地块岩浆岩的εNd—t图解

② 两个地块下地壳的物质组成存在较大差异，扬子地块下地壳在物质成分上较之华夏地块演化程度较差，表明扬子地块的下地壳有更为强烈的地幔物质加入。

③ 同位素地球化学示踪研究结果显示出下地壳的成分随着地质演化发生较大的变化，总体的演化趋势由“富花岗质”向“贫花岗质”方向转化，其原因可能是受地壳分异作用以及地幔物质添加作用改造的结果。

④ 通过对火成岩的tDM年龄和捕获锆石的年龄详细研究，断面走廊下地壳可能形成于2750～2500Ma，有些于3100～3000Ma已形成。尔后，地幔物质添加（以底板垫托方式为主）比较发育，华夏地块的时限为2400～2600Ma和2200～2300Ma，扬子地块则发生于2000～2400Ma和1300～1600Ma两个时间段内。

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Science：海洋铁汇在调控早期大气氧化中的角色 ——三铁同位素的限制

Science：海洋铁汇在调控早期大气氧化中的角色 ——三铁同位素的限制

铁是地球上最为丰富的金属元素之一，且相比于其他金属元素，具有较高的氧化还原敏感度，因而沉积物中的铁组分可准确地记录地球 历史 上大气、海洋和陆地的氧化状态及转变历程（Raiswell and Canfield, 2012）。众所周知，地球表面的氧化 历史 是一个极其复杂的进程，经过古元古代大氧化事件（GOE）、新元古代氧化事件（NOE）和古生代氧化事件三阶段的提升才达到现今的氧水平（Lyons et al., 2014）。在早期大气氧含量首次大幅度升高期间，可见大量的硫化铁（如黄铁矿）和铁氧化物（Fe 3+ 的氢氧化物）沉积，前者主要赋存在黑色页岩序列中，而后者与硅结合形成大规模的铁建造。

前人针对这两种主要铁的沉淀物开展了大量的铁同位素研究（Dauphas et al., 2017），结果显示GOE之前沉积的黄铁矿的 56 Fe/ 54 Fe比值具有高达-3.5‰的变化（相对大部分地球上岩石）（Rouxel et al., 2005），这在GOE之后的岩石记录中很难见到这样程度的分馏（图1A）。对GOE之前沉积黄铁矿特别轻的铁同位素组成目前有三种解释：（1）广泛的Fe 3+ -氢氧化物形成，可能造成残余海洋中溶解的Fe 2+ 富集轻同位素；（2）微生物异化的Fe 3+ 还原作用（DIR），优先释放同位素轻的Fe 2+ 进入水体；（3）伴随黄铁矿的部分沉淀过程的动力学分馏效应，生成同位素轻的黄铁矿。这三种作用究竟哪一种起关键作用，一直争论不休，直接影响到对GOE之前海洋的铁循环认识。更重要的是，铁氧化物的沉积是O 2 的损失，而黄铁矿的埋藏则意味着大气中O 2 含量相对增加。因此，地球早期古海洋中铁的命运直接影响到对发生在大约23.2亿年前大氧化事件（GOE）及铁循环变化的认识。

对此，芝加哥大学Andy Heard等人创新性地运用三铁同位素分析对早期沉积黄铁矿的铁同位素成因进行了约束（Heard et al., 2020）。他们首先分析了GOE之间的铁建造三铁同位素组成，认为遵从一条质量平衡线（图1B）。因为这些铁建造记录了GOE之前海洋中的Fe 3+ -氢氧化物沉淀，可不同程度地反映铁氧化对海洋中Fe 2+ 的同位素组成的影响。随后，通过实验室的FeS-H 2 S溶液合成黄铁矿的实验，他们发现生成的黄铁矿的δ' 56 Fe值（注：δ' xx Fe=1000ln[( xx Fe/ 54 Fe)样品/ xx Fe/ 54 Fe)标准]，其中标准为IRMM-014；而Δδ' xx Fe值表示物理、化学或生物过程中δ' xx Fe值的变化）比初始的FeS同位素偏轻达-2.4‰，认为反映了黄铁矿形成过程中发生的动力学分馏，因此确定了一条同位素动力学分馏线（图1B）。两条线明显不同，代表可能影响沉积黄铁矿的铁同位素组成的两种不同机制。最后，他们测定了GOE之前（晚太古代到古元古代，2.66-2.32 Ga）的沉积黄铁矿和黑色页岩，发现样品的三铁同位素数据位于上述的两条线之间。这些同位素组成表明黄铁矿的生成需要这两种作用，即起初海洋的铁氧化作用和黄铁矿自残余海洋沉淀过程中伴随的动力学分馏作用。

根据瑞利分馏，Heard等人进一步约束两种作用所占的比例（图2），诠释了沉积黄铁矿偏负的δ' 56 Fe值的形成过程：早期海洋中的Fe 2+ 主要来自于热液，其δ' 56 Fe值接近0 ‰，当下部海水上涌到表层氧化水体中时，会发生氧化，部分Fe 2+ 氧化形成Fe 3+ -氢氧化物，由于是部分氧化，因而形成的氧化沉淀物通常具有正的δ'56 Fe值，而残余的海洋中就会富集轻的值，而残余的海洋中就会富集轻的Fe 2+ ，当残余海洋与硫结合时，会形成黄铁矿沉淀，其中伴随动力学分馏机制，致使黄铁矿相比残余海洋具有更低的三铁同位素组成。

由于海洋中Fe 2+ 的氧化需要游离氧，而黄铁矿的埋藏会消耗有机质，间接可能释放游离氧，那么地球早期海洋中这两种最主要的铁沉淀方式之间的平衡关系将会直接影响到局部水体环境中O 2 的积累。依据于此，Heard等人根据相关的反应和二者的比例关系，计算了不同的H 2 S/SO 2 比值下O 2 产量进行了计算（图3），认为在局部水体环境中由于黄铁矿埋藏所间接产生的O量不足以被2 Fe 2+ 氧化完全消耗。据此推测，两种类型铁沉淀方式的微小比例变化可能会造成GOE之前的海洋会局部存在游离氧。

图3 氧化铁 (Fox）和黄铁矿 (Fpy）占铁汇的比例以及O 2 产量的估计。根据图2的曲线，采用蒙特卡洛方法模拟，获得海洋不同时期两种沉淀形式的所占比例。黑色代表硫化铁，灰色代表氧化铁。根据火山喷发气体中的 H 2 S/SO 2 不同的输入比，对O 2 产量进行估计，蓝色实心方框代表输入比为1，蓝色空心方框代表输入比为0。蓝色实线以及阴影区代表 H 2 S/SO 2 输入比为1条件下的平均O 2 摩尔产量，蓝色虚线以及阴影区代表在输入比为0的条件下的O2摩尔产量

该项工作很有意义，一定程度上解决了地球早期海洋中沉积黄铁矿的成因，但是仍有诸多有待商榷之处。例如，早期沉积的黄铁矿的成因，可能部分是成岩作用，这样形成的黄铁矿的铁同位素组成反映孔隙水中Fe 2+ 而不是海水的组成；局部的水体环境（包括孔隙水）的铁同位素组成也可遭受到DIR作用的影响（Severmann et al., 2008），但是该方法无法排除这种机制；铁同位素的质量平衡线由富锰的铁建造数据来约束的，而实际上GOE之前的铁建造很少富锰，考虑到铁建造的锰质大多赋存于其中的铁碳酸盐相，其铁同位素组成极可能是DIR作用和初始的铁氧化作用的综合结果（Johnson et al., 2008）；研究中涉及到的GOE之前的样品量十分局限，代表性可能不足等。该研究工作的另外一个亮点是认为铁沉淀方式的变化可能引起大气的氧化，但也存在问题，首先，铁的沉淀方式不仅仅是这两种，还有其他方式，如自生的含铁硅酸盐和碳酸盐矿物沉淀；其次，氧气的积累应该仅发生于海洋，至于最终能否进入到大气取决于诸多因素，不能简单假设；最后，铁的氧化方式有诸多种，不仅仅是需要游离氧的氧化（Konhauser et al., 2017），如果是其他不需氧的方式占主导作用，Heard等人的Science文章的结论和意义将大打折扣。此外，需要注意的是，GOE之前，尤其是在太古代整体还原环境中对海洋的生产力起决定作用的应该是厌氧的光合生物，而不是产氧的光合作用。

【致谢：感谢储雪蕾研究员对本文提出的宝贵修改建议。】

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校对：张崧