同位素地球化学精.ppt

《同位素地球化学精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同位素地球化学精.ppt（33页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、同位素地球化学第1页，本讲稿共33页图16 月球岩石表现出的月球不同库间非常早期Sm/Nd分馏造成的Nd演化图第2页，本讲稿共33页 该模式中缺少元古代的该模式中缺少元古代的NdNd同位素数据是其严重的弱点，因为它同位素数据是其严重的弱点，因为它留下了太古代留下了太古代CHURCHUR与现代与现代MORBMORB亏损源亏损源(=(=增高的增高的Sm/NdSm/Nd比值比值)数据之间数据之间的空缺，及两者之间关系的问题。填补此空缺的重要阶段是对科罗的空缺，及两者之间关系的问题。填补此空缺的重要阶段是对科罗拉多拉多Front RangeFront Range的元古代变质基底的研究的元古代变质基底的

2、研究(DePaolo,1981)(DePaolo,1981)。来自爱。来自爱达荷达荷Springs Springs 组的四个变火山岩和两个紫苏花岗质麻粒岩用组的四个变火山岩和两个紫苏花岗质麻粒岩用Sm-NdSm-Nd等等时线法测定了年龄。另外，对以前用时线法测定了年龄。另外，对以前用Rb-SrRb-Sr全岩法测定过年龄的三个全岩法测定过年龄的三个深成岩深成岩(Boulder Creek(Boulder Creek，Silver PlumeSilver Plume和和Pikes PeakPikes Peak花岗岩类花岗岩类)也作也作了了NdNd同位素和同位素和Sm/NdSm/Nd测定。所有这些样

3、的初始测定。所有这些样的初始143143Nd/Nd/144144NdNd比值都投点比值都投点在图在图1717的的NdNd对时间图上。对时间图上。爱爱达达荷荷SpringsSprings变变火火成成岩岩集集中中于于NdNd(t)=+3.70.3(t)=+3.70.3，表表明明它它们们在在1.8Ga1.8Ga相相对对于于CHURCHUR来来自自亏亏损损地地幔幔源源。Boulder Boulder CreekCreek样样品品也也具具正正的的NdNd值值(+1.7(+1.7到到+3.5)+3.5)，而而Silver Silver PlumePlume和和Pikes Pikes Peak Peak 花

4、花岗岗岩岩具具不不断断降降低低的的NdNd值值，位位于于爱爱达达荷荷SpringsSprings地地壳壳平平均均143143Nd/Nd/144144NdNd演演化化线线上上，表表明明它它们们包包含了大量含了大量1.8Ga1.8Ga的基底重熔成分。的基底重熔成分。第3页，本讲稿共33页图17 相对于亏损地幔模式的科罗拉多数据随时间的Nd演化图第4页，本讲稿共33页DePaoloDePaolo对爱达荷对爱达荷SpringsSprings和现代岛弧数据拟合了一条二次曲线和现代岛弧数据拟合了一条二次曲线(图图18)18)，代表了钙碱性岩浆作用源区的不断亏损的，代表了钙碱性岩浆作用源区的不断亏损的NdN

5、d同位素演化。该曲线在同位素演化。该曲线在早太古代紧靠早太古代紧靠CHURCHUR演化线，但向现在不断偏离，相对于演化线，但向现在不断偏离，相对于CHURCHUR，在时间，在时间T T，该亏损源的成分由下式给出：，该亏损源的成分由下式给出：使用该亏损地幔曲线计算的使用该亏损地幔曲线计算的Sm-NdSm-Nd模式年龄记为模式年龄记为T TDMDM。DePaoloDePaolo认为认为T TDMDM模式模式年龄比年龄比T TCHURCHUR更精确地指示更精确地指示“地壳形成年龄地壳形成年龄”。例如，。例如，McCullochMcCulloch和和WasserburgWasserburg的格林威尔杂

6、岩异常低的的格林威尔杂岩异常低的0.8GaT0.8GaTCHURCHUR被修改成被修改成1.3GaT1.3GaTDMDM年龄，年龄，与得克萨斯与得克萨斯LlanoLlano抬升的年龄相一致，被解释为相同省的一个部分。抬升的年龄相一致，被解释为相同省的一个部分。由于由于DePaolo(1981)DePaolo(1981)的元古代亏损地幔的发现，新的分析激励着亏的元古代亏损地幔的发现，新的分析激励着亏损地幔源演化的几个重新解释。例如，损地幔源演化的几个重新解释。例如，DePaolo(1983)DePaolo(1983)利用新发表的利用新发表的前寒武纪玄武岩数据计算了具有正弦曲线形式的更亏损地幔演化

7、曲线。前寒武纪玄武岩数据计算了具有正弦曲线形式的更亏损地幔演化曲线。然而，晚太古代正弦曲线中的衰退不久然而，晚太古代正弦曲线中的衰退不久第5页，本讲稿共33页图18 两个最广泛使用的亏损地幔演化模式的Nd随时间演化图解第6页，本讲稿共33页由来自加拿大和南非的太古代科马提岩的分析数据充填。随后，由来自加拿大和南非的太古代科马提岩的分析数据充填。随后，NelsonNelson和和DePaolo(1984)DePaolo(1984)根据元古代玄武岩的成分和由根据元古代玄武岩的成分和由Claoue-LongClaoue-Long等等(1984)(1984)计算出的计算出的KambaldaKambal

8、da在在3.2Ga3.2Ga时非常亏损的时非常亏损的+3+3NdNd值，建议使用值，建议使用上凸的亏损地幔曲线。随后的研究表明上凸的亏损地幔曲线。随后的研究表明KambaldaKambalda的年龄是错误的，但该曲的年龄是错误的，但该曲线由太古代其它高线由太古代其它高NdNd值的发现可得以恢复。值的发现可得以恢复。对对DePaolo(1981)DePaolo(1981)模式的另一重要选择是模式的另一重要选择是GoldsteinGoldstein等在等在19841984年年提出的提出的(图图18)18)。该模式假定从。该模式假定从4560Ma4560MaNdNd=0=0到到0Ma0MaNdNd=

9、+10(MORB=+10(MORB成成分分)地幔是线性亏损的，并对来自美国西南及格陵兰的早元古代绿地幔是线性亏损的，并对来自美国西南及格陵兰的早元古代绿岩提供了良好的拟合。在这些岩套中最亏损的岩提供了良好的拟合。在这些岩套中最亏损的NdNd值可能是裂谷环值可能是裂谷环境中的几乎没有地壳混染的溢流玄武岩。然而，对于计算产生于境中的几乎没有地壳混染的溢流玄武岩。然而，对于计算产生于弧环境中的英云闪长质造壳岩石的地壳抽提年龄这并不是最合适弧环境中的英云闪长质造壳岩石的地壳抽提年龄这并不是最合适的地幔模式，现今具有比扩张脊较少亏损的的地幔模式，现今具有比扩张脊较少亏损的NdNd同位素特征。同位素特征。

10、当不同地理区的新数据可利用时，就存在一种亏损地幔模式增殖当不同地理区的新数据可利用时，就存在一种亏损地幔模式增殖的趋势。然而，检查文献表明的趋势。然而，检查文献表明DePaolo(1981)DePaolo(1981)和和GoldsteinGoldstein等等(1984)(1984)的模式一直由其他研究者最广泛应用。由的模式一直由其他研究者最广泛应用。由第7页，本讲稿共33页对此二研究引文率对比从图对此二研究引文率对比从图1919说明了这种应用，与两篇控制文章：说明了这种应用，与两篇控制文章：NelsonNelson和和DePaolo(1984),DePaolo(1984),上面讨论的及上面讨

11、论的及AllegreAllegre和和Rousseau(1984)Rousseau(1984)相比相比,提出了类似提出了类似DePaolo(1981)DePaolo(1981)的曲线状地幔演化线。对的曲线状地幔演化线。对DePaolo(1981)DePaolo(1981)引文引文的持久性表明了该地幔模式的广泛使用性。因此，希望的持久性表明了该地幔模式的广泛使用性。因此，希望T TDMDM和和T TCRCR表示法应表示法应限于限于DePaolo(1981)DePaolo(1981)和和GoldsteinGoldstein等等(1984)(1984)模式，而其它缩写用于表示模式，而其它缩写用于表示

12、不同的模式。不同的模式。4.34.3模式年龄与地壳过程模式年龄与地壳过程 如上面所总结的，如上面所总结的，Sm-NdSm-Nd模式年龄方法的主要应用之一就是测定所谓的模式年龄方法的主要应用之一就是测定所谓的“地壳形成地壳形成”或或“地壳抽提地壳抽提”年龄。然而，当长期或复杂的地质历史没有年龄。然而，当长期或复杂的地质历史没有更直接测定地壳年龄方法时，更直接测定地壳年龄方法时，Sm-NdSm-Nd法最常被应用。当应用到全岩系统时，法最常被应用。当应用到全岩系统时，Sm-NdSm-Nd模式年龄方法的力量之一就是它提供了透过侵蚀、沉积、高级变质模式年龄方法的力量之一就是它提供了透过侵蚀、沉积、高级变

13、质作用甚至可能重新启动其它的测年工具地壳熔融事件的机会。然而，这作用甚至可能重新启动其它的测年工具地壳熔融事件的机会。然而，这些过程可能引起模式年龄解释的复杂性。因此，为了预测复杂环境中的些过程可能引起模式年龄解释的复杂性。因此，为了预测复杂环境中的行为，在很好限制的条件下考察行为，在很好限制的条件下考察Sm-NdSm-Nd系统学变得很重要。系统学变得很重要。第8页，本讲稿共33页图19 引入Nd新的亏损地幔演化模式文章的引用率变化第9页，本讲稿共33页一、沉积作用一、沉积作用 侵蚀作用中的侵蚀作用中的Sm-NdSm-Nd系统行为可通过对比由河流携带颗粒计算的模式系统行为可通过对比由河流携带颗

14、粒计算的模式年龄与分水岭区沉积物源区平均地质年龄的对比来加以考察。年龄与分水岭区沉积物源区平均地质年龄的对比来加以考察。GoldsteinGoldstein和和Jacobsen(1988)Jacobsen(1988)完成了美洲河流中颗粒的此类研究。他们发现流过原完成了美洲河流中颗粒的此类研究。他们发现流过原始火成岩的河流携带精确反映源区地壳存留年龄的沉积物始火成岩的河流携带精确反映源区地壳存留年龄的沉积物(图图20)20)。流过。流过沉积岩分水岭的河流没有适当加以证明，因为它们源区的地壳存留年龄沉积岩分水岭的河流没有适当加以证明，因为它们源区的地壳存留年龄还没有适当地定量化。还没有适当地定量化

15、。沉沉积积作作用用中中Sm-NdSm-Nd系系统统的的行行为为可可通通过过对对比比沉沉积积物物不不同同大大小小部部分分的的NdNd模模式式年年龄龄对对比比加加以以证证明明。早早期期对对来来自自亚亚马马逊逊河河底底部部沉沉积积物物的的研研究究(Goldstein(Goldstein等等，1984)1984)发发现现不不同同大大小小部部分分给给出出仅仅非非常常小小范范围围的的地地壳壳存存留留年年龄龄(1.54-1.64Ga)(1.54-1.64Ga)，尽尽管管总总NdNd含含量量上上具具大大的的范范围围(17-47ppm)(17-47ppm)。AwwillerAwwiller和和Mack(1991

16、)Mack(1991)对对来来自自Rio Rio GrandeGrande和和密密西西西西比比河河的的泥泥与与沙沙级级沉沉积积物物发发现现了了类类似似的的模模式式年年龄龄吻吻合合。然然而而，大大河河底底部部的的沉沉积积物物在在显显示良好的化学均一性上可能不是典型的。示良好的化学均一性上可能不是典型的。第10页，本讲稿共33页图20 分水岭内河流颗粒物Nd模式年龄对面积加权的平均岩石地壳存留年龄图解所示数据仅表示汇水盆地中的火成变质岩。第11页，本讲稿共33页为了看一看深海浊积岩是否显示类似的均一化程度，为了看一看深海浊积岩是否显示类似的均一化程度，McLennanMcLennan等等(1989

17、)(1989)对比了来自几个不同构造环境的浊积岩中沙和泥质对的模式年对比了来自几个不同构造环境的浊积岩中沙和泥质对的模式年龄龄(图图21)21)。他们的发现是相当可变的，一些对显示出模式年龄的良好。他们的发现是相当可变的，一些对显示出模式年龄的良好吻合，而其它的不吻合。这些变化可能反映了沉积物的岩石学上组成。吻合，而其它的不吻合。这些变化可能反映了沉积物的岩石学上组成。具小于具小于5%5%岩屑火山碎屑的成熟被动边缘沉积物与具大约岩屑火山碎屑的成熟被动边缘沉积物与具大约90%90%的岩屑火的岩屑火山碎屑两者都显示了沙和泥质部分模式年龄的良好吻合山碎屑两者都显示了沙和泥质部分模式年龄的良好吻合(实

18、心符号实心符号)。这些均一类型的沉积物因此可以给出有用的模式年龄限制。相反，具这些均一类型的沉积物因此可以给出有用的模式年龄限制。相反，具中等分数火山碎屑物质的沉积物给出不一致的模式年龄中等分数火山碎屑物质的沉积物给出不一致的模式年龄(空心符号空心符号)。后者在大陆边缘占绝大多数，可归结为古老大陆碎屑与年轻火山岩碎后者在大陆边缘占绝大多数，可归结为古老大陆碎屑与年轻火山岩碎屑在不同颗粒大小的部分中具有不同的混合比。大陆弧因此对地质事屑在不同颗粒大小的部分中具有不同的混合比。大陆弧因此对地质事件提供差的模式年龄限制。件提供差的模式年龄限制。第12页，本讲稿共33页图21 不同构造环境中深海浊积岩

19、中泥质对砂质亏损地幔模式年龄图解第13页，本讲稿共33页二、变质作用二、变质作用 StilleStille和和Clauer(1986)Clauer(1986)及及BrosBros等等(1992)(1992)已已经经证证明明了了炭炭质质(黑黑色色)页页岩岩中中在在显显微微镜镜下下的的粘粘土土矿矿物物中中Sm-NdSm-Nd系系统统学学可可由由成成岩岩作作用用重重新新启启动动。他他们们证证明明在在一一些些情情况况下下，次次显显微微大大小小的的颗颗粒粒能能产产生生Sm-NdSm-Nd等等时时线线，他他们们解解释释为为测测定定了了成成岩岩作作用用的的年年龄龄。如如果果粘粘土土矿矿物物的的Rb-SrRb

20、-Sr定定年年由由碎碎屑屑继继承承性性可可被被扰扰动动，这这种种年年龄龄的的精精确确性性还还有有待待证证明明。然然而而，矿矿物物学学尺尺度度上上的的REEREE成成岩岩活活化化并并不不意意味味着着全全岩岩尺尺度度上上Sm-NdSm-Nd系系统统的的开开放放。AwwillerAwwiller和和Mack(1991)Mack(1991)根根据据来来自自得得克克萨萨斯斯钻钻孔孔样样品品的的的的Sm-NdSm-Nd分分析析认认为为这种情况是可以出现的。这种情况是可以出现的。与与成成岩岩作作用用中中Sm-NdSm-Nd开开放放系系统统的的认认识识相相反反，BarovichBarovich和和Patche

21、tt(1992)Patchett(1992)证证明明即即使使在在严严重重的的变变质质变变形形中中花花岗岗质质岩岩的的全全岩岩Sm-NdSm-Nd系统保持未受扰动。他们研究了切过元系统保持未受扰动。他们研究了切过元第14页，本讲稿共33页古代古代HarquahalaHarquahala花岗岩的花岗岩的60m60m宽的中生代韧性剪切带。发现在两宽的中生代韧性剪切带。发现在两个不同的剖面中冲断面个不同的剖面中冲断面1m1m的范围内，变形增加的花岗岩样品产的范围内，变形增加的花岗岩样品产生围绕生围绕1.58Ga1.58Ga的窄范围的窄范围T TCHURCHUR模式年龄模式年龄(图图22)22)。即使在

22、显示斜长石。即使在显示斜长石广泛的绢云母化和大量绿帘石增加的样品中封闭系统行为仍然保广泛的绢云母化和大量绿帘石增加的样品中封闭系统行为仍然保持。仅在离主冲断面小于持。仅在离主冲断面小于1m1m的超糜棱岩中观察到模式年龄可减少的超糜棱岩中观察到模式年龄可减少150Ma150Ma，可能是由于紧挨冲断面引起方解石脉和强烈蚀变的高流体，可能是由于紧挨冲断面引起方解石脉和强烈蚀变的高流体能量造成的。能量造成的。苏格兰西北苏格兰西北LewisianLewisian麻粒岩表明即使是在麻粒岩相变质作用麻粒岩表明即使是在麻粒岩相变质作用中全岩中全岩Sm-NdSm-Nd模式年龄抗明显的重启动。英云闪长质片麻岩模式

23、年龄抗明显的重启动。英云闪长质片麻岩1010点点的的Sm-NdSm-Nd等时线得到的年龄为等时线得到的年龄为2.60Ga2.60Ga，及相对于，及相对于CHUR-2.4tCHUR-2.4t的初始比值。该等时线被认为测定了变质事件。然而，这些相的初始比值。该等时线被认为测定了变质事件。然而，这些相同的片麻岩同的片麻岩T TDMDM模式年龄落在模式年龄落在2.84-3.04Ga2.84-3.04Ga的范围内，平均为的范围内，平均为2.93Ga(2.93Ga(图图23)23)。这些年龄被变质作用轻微分散，但仍然给出了非。这些年龄被变质作用轻微分散，但仍然给出了非常接近常接近DrumbegDrumbe

24、g第15页，本讲稿共33页图图22 Harquahala花岗岩样品花岗岩样品TCHUR模式年龄与离模式年龄与离Harquahala冲断层距离的冲断层距离的函数关系函数关系第16页，本讲稿共33页镁铁质杂岩的未扰动的镁铁质杂岩的未扰动的2.91Ga2.91Ga的等时线年龄。的等时线年龄。Nelson Nelson和和DePaolo(1985)DePaolo(1985)试图通过考虑有限的地壳深试图通过考虑有限的地壳深熔事件壳内重熔条件下确定对模式年龄扰动的上限。从地熔事件壳内重熔条件下确定对模式年龄扰动的上限。从地壳熔融模式壳熔融模式(Hanson,1978)(Hanson,1978)，他们估计由

25、壳内熔融过程可，他们估计由壳内熔融过程可能引起的最大量能引起的最大量Sm/NdSm/Nd分馏分馏()()是先存样品是先存样品Sm/NdSm/Nd与球粒与球粒陨石陨石Sm/NdSm/Nd间分馏的间分馏的20%20%。DePaoloDePaolo和和Wasserbugr(1976)Wasserbugr(1976)定定义该分馏因子为：义该分馏因子为：用此表示法，由壳内分馏事件引入的亏损地幔模式年龄的误差由用此表示法，由壳内分馏事件引入的亏损地幔模式年龄的误差由下式给出：下式给出：第17页，本讲稿共33页图图23钕同位演化图，表示单个英云闪长质片麻岩的钕同位演化图，表示单个英云闪长质片麻岩的Sm-Nd

26、演化线演化线第18页，本讲稿共33页这里这里T TCFCF是真实的地壳形成年龄，是真实的地壳形成年龄，T Tm m是部分熔融事件的年龄。是部分熔融事件的年龄。这种误差放大如图这种误差放大如图2424所示。此问题通过分析熔融年龄相当接近所示。此问题通过分析熔融年龄相当接近于它们形成年龄于它们形成年龄(300Ma?)(300Ma?)的样品可最小化。的样品可最小化。壳内熔融在模式年龄上引起相当小的扰动的证据激励着利壳内熔融在模式年龄上引起相当小的扰动的证据激励着利用花岗质深成岩对相组合的围岩测定地壳形成年龄用花岗质深成岩对相组合的围岩测定地壳形成年龄(假定花岗岩假定花岗岩是这些围岩的深熔产物是这些围

27、岩的深熔产物)。该途径的优点是利用最小数量的分析。该途径的优点是利用最小数量的分析对大区域基底填图，因为每个深成岩体可预期是大量地壳成分对大区域基底填图，因为每个深成岩体可预期是大量地壳成分的平均。的平均。NelsonNelson和和DePaolo(1985)DePaolo(1985)很大影响地利用它填出了美国很大影响地利用它填出了美国中部巨型带的地壳抽提年龄中部巨型带的地壳抽提年龄(图图25)25)。因为显生宙覆盖模糊了大。因为显生宙覆盖模糊了大部分美国中部基底，部分美国中部基底，仅能从钻孔岩心或钻孔岩片仅能从钻孔岩心或钻孔岩片(chips)(chips)进行进行定年，对于此应用该方法是合适

28、的。定年，对于此应用该方法是合适的。第19页，本讲稿共33页图图24 在壳内熔融过程中由于在壳内熔融过程中由于Sm/Nd分馏引起的模式年龄的可能误差的分馏引起的模式年龄的可能误差的Nd同同位素系统学示意图位素系统学示意图第20页，本讲稿共33页图图25 美国美国Nd模式年龄分区图模式年龄分区图M：Mojavia地体，P：Penokean地体第21页，本讲稿共33页 然而，该方法的弱点已揭示出来了，模式年龄结果并不对应于已知的火然而，该方法的弱点已揭示出来了，模式年龄结果并不对应于已知的火成岩结晶年龄代表的事件。在成岩结晶年龄代表的事件。在BennetBennet中中2.0-2.3Ga2.0-2

29、.3Ga模式年龄及模式年龄及DePaoloDePaolo的的“PenokeanPenokean”与与“MojaviaMojavia”地体证明了此问题。它们可能代表了与大地体证明了此问题。它们可能代表了与大量太古代重熔地壳与元古代幔源岩浆混合产生混合模式年龄，其模式年量太古代重熔地壳与元古代幔源岩浆混合产生混合模式年龄，其模式年龄对地壳抽提年龄没有意义。龄对地壳抽提年龄没有意义。4.4 4.4 地壳增长问题地壳增长问题 究究竟竟地地壳壳在在地地质质时时间间内内一一直直是是增增长长的的还还是是大大约约维维持持恒恒定定的的体体积积的的问问题题是是地地质质学学中中最最基基本本的的问问题题之之一一，但但

30、要要作作出出结结论论性性的的回回答答证证明明是是困困难难的的。因因此此，这这里里讨讨论论NdNd同同位位素素证证据据三三个个最最重要的的方面。重要的的方面。一、地壳增生年龄一、地壳增生年龄 透透过过年年轻轻的的热热事事件件并并测测定定大大陆陆岩岩石石形形成成年年龄龄的的Sm-NdSm-Nd方方法法的的能能力力使使得得该该方方法法理理想想地地适适用用于于作作出出现现今今地地壳壳基基底底的的年年龄龄分分布布图图。这这便便得得到到了了不考虑地壳再循环进入地幔全部时间的大陆增长线。不考虑地壳再循环进入地幔全部时间的大陆增长线。第22页，本讲稿共33页 Nelson和和DePaolo(1985)对美国大

31、陆的研究发现对美国大陆的研究发现Nd模式年龄显著老于火模式年龄显著老于火成岩结晶年龄，导致中部大陆下元古界增长速率估计的大量增加。这些数据，成岩结晶年龄，导致中部大陆下元古界增长速率估计的大量增加。这些数据，结合近来发表的加拿大地盾的年龄，导致估计的北美克拉通平均年龄的激增。结合近来发表的加拿大地盾的年龄，导致估计的北美克拉通平均年龄的激增。该图形得到该图形得到Patchett和和Arndt(1986)的进一证实，他们进一步放大了北美新增的进一证实，他们进一步放大了北美新增下元古界下元古界(1.9Ga)地壳基底的估计面积。这便得到了随时间的地壳形成正弦地壳基底的估计面积。这便得到了随时间的地壳

32、形成正弦曲线，表明了出现于地球历史的中期新地壳增生的最大速率曲线，表明了出现于地球历史的中期新地壳增生的最大速率(图图26，曲线，曲线4)。二、沉积物源区年龄 作作 为为 大大 陆陆 增增 长长 模模 式式 的的 支支 持持 者者(如如 Moorbath,1976)、Armstrong(1981)认认为为各各种种方方法法说说明明的的大大陆陆增增生生记记录录(如如前前所所述述)并并没没有有证证明明大大陆陆面面积积在在全全部部地地质质时时间间内内实实际际增增长长了了。Armstrong认认为为如如果果由由沉沉积积物物消消减减的的地地壳壳再再循循环环进进入入地地幔幔等等于于消消减减带带上上新新地地壳

33、壳形形成成，4.5Ga前前的的大大陆陆面面积积等等于于现现今今大大陆陆面面积积的的模模式式可可以以得得到到随随时时间间的的视视地壳增长。地壳增长。第23页，本讲稿共33页图图26 累积基础上的大陆增长速率累积基础上的大陆增长速率1、Hurley和Rand(1969)，2、Tugarinov 和Bibikova(1976),3、Nelson 和DePaolo(1985),4、Patchett和Arndt第24页，本讲稿共33页 老的地壳体可被造山作用缩短，而后由侵蚀和沉积消减作用夷平。然老的地壳体可被造山作用缩短，而后由侵蚀和沉积消减作用夷平。然而，一些沉积物可逃避此再循环过程并提供老的、再循环

34、地体的记录。因而，一些沉积物可逃避此再循环过程并提供老的、再循环地体的记录。因此，寻找大陆质量恒定性或增长性的证据转向沉积物记录。透过侵蚀和沉此，寻找大陆质量恒定性或增长性的证据转向沉积物记录。透过侵蚀和沉积作用而到其原始地壳抽提事件的积作用而到其原始地壳抽提事件的Nd模式年龄方法的能力使得它对此研究模式年龄方法的能力使得它对此研究成为理想的工具。成为理想的工具。数数据据通通常常绘绘于于Nd模模式式年年龄龄(地地壳壳存存留留年年龄龄)对对沉沉积积物物地地层层年年龄龄的的图图上上(图图27)。来来自自年年轻轻幔幔源源物物质质侵侵蚀蚀的的沉沉积积物物将将具具TCR=TSTRAT并并位位于于一一致致

35、线线上上(Allegre和和Rousseau，1984)。相相反反，没没有有任任何何年年轻轻物物质质加加入入的的较较老老沉沉积积物物的的循循环环将将使使成成分分沿沿水水平平矢矢量量向向右右移移动动。几几个个源源区区的的数数据据如如图图27所所示示，包包括括碎碎屑屑沉沉积积物物(Hamilton等等，1983；ONions等等，1983；Taylor等等，1983；Allegre和和Rousseau，1984)及及现现今今主主要要河河流流中中的的颗颗粒粒物物(Goldstein等，等，1984)。第25页，本讲稿共33页图图27 来自几个碎屑沉积物研究区来自几个碎屑沉积物研究区1980s早期数据

36、所示的模式年龄与地早期数据所示的模式年龄与地层年龄图解层年龄图解第26页，本讲稿共33页Allegre和和Rousseau(1984)将这些数据与具全部时间不同大将这些数据与具全部时间不同大陆增长速率的大陆增长的各种理论模式作了比较陆增长速率的大陆增长的各种理论模式作了比较(图图27)。“大冲击大冲击”模式模式(A)，也就是全部大陆是在大约，也就是全部大陆是在大约4Ga或以前或以前提抽出的，被排除掉。提抽出的，被排除掉。Allegre和和Rousseau认为从认为从3.8Ga到到现在具均一增长的模式现在具均一增长的模式(B)更好地拟合数据，但最佳拟合为更好地拟合数据，但最佳拟合为曲线曲线(C)

37、，代表着随时间地壳增长的降低。，代表着随时间地壳增长的降低。三、太古代亏损地幔三、太古代亏损地幔 80年年代代中中，几几个个研研究究揭揭示示了了早早和和中中太太古古代代岩岩石石的的初初始始Nd同同位位素素数数据据，它它们们位位于于球球粒粒陨陨石石演演化化线线以以上上，一一些些情情况况下下位位于于Goldstein等等的的亏亏损损地地幔幔演演化化线线以以上上。Smith和和Ludden(1989)认认为为计计算算得得到到的的早早期期镁镁铁铁质质岩岩石石强强的的正正值值由由于于给给定定的的不不正正确确的的年年龄龄，因因此此是是错错误误的的。早早期期 Kambalda例例子子已已提提及及，毫无疑问毫

38、无疑问第27页，本讲稿共33页一一些些数数据据存存在在问问题题。然然而而，他他们们得得出出在在早早太太古古代代存存在在足足够够亏亏损损的的地地幔幔成成分分，此现象是真实的。此现象是真实的。4.44.4海水中的海水中的NdNd 海水中的海水中的Nd丰度大约为岩石中的百万分之几，大约为万亿分之三丰度大约为岩石中的百万分之几，大约为万亿分之三(Goldberg et al.,1963;Piepras et al.,1979).相反，象钠这样的离子在岩相反，象钠这样的离子在岩石和海水中具类似的丰度。这便导致石和海水中具类似的丰度。这便导致Goldberg et al.提出提出Nd在海水中具在海水中具非

39、常短的滞留时间，可能小于非常短的滞留时间，可能小于300年，并小于海洋中海水的周转速率。年，并小于海洋中海水的周转速率。这可归结为由特殊物质从海水中将稀土有效地清除。这可归结为由特殊物质从海水中将稀土有效地清除。海水中非常低的海水中非常低的Nd浓度带来了一些分析问题。相反，锰结核浓度带来了一些分析问题。相反，锰结核(被被认为是直接从海水中沉淀出的认为是直接从海水中沉淀出的)具有高达几百具有高达几百ppm的的Nd含量。结果早含量。结果早期期ONion et al.(1978)和和Piepgras et al.(1979)的研究主要集中于这类物的研究主要集中于这类物质。不同海洋盆地中不同的锰结核间

40、发现具明显不同的同位素变化质。不同海洋盆地中不同的锰结核间发现具明显不同的同位素变化(图图28)并被并被Piepgras et al.归结为海水同位素成分的真实变化。归结为海水同位素成分的真实变化。第28页，本讲稿共33页图图28 不同海盆海水（不同海盆海水（a)、锰结核（、锰结核（b)及主要地壳库（及主要地壳库（c)Nd同位素分析直同位素分析直方图方图第29页，本讲稿共33页 Jacobsen Jacobsen和和Pimentel-Klose(1988)Pimentel-Klose(1988)通过分析太古代和元古代通过分析太古代和元古代带状铁建造带状铁建造(BIF)(BIF)将平均海水将平均

41、海水NdNd同位素演化曲线延伸到前寒武纪，同位素演化曲线延伸到前寒武纪，这些被认为指示着前寒武纪洋的同位素成分。这些被认为指示着前寒武纪洋的同位素成分。带带状状铁铁建建造造的的数数据据与与KetoKeto和和Jacobsen(1988)Jacobsen(1988)显显生生宙宙平平均均海海水水演演化化曲曲线线一一起起如如图图2929所所示示。这这条条曲曲线线延延伸伸到到前前寒寒武武纪纪拟拟合合BIFBIF数数据据，表表明明不不象象显显生生宙宙大大陆陆径径流流起起主主导导影影响响，太太古古代代海海水水NdNd由由洋洋中中脊脊热热液液循循环环控控制制。这这也也与与那那时时较较小小的的大大陆陆体体与与

42、较较高高的的全全球球热热流流是是一一致致的的。然然而而元元古古代代是是从从太太古古代代地地幔幔占占主主导地位的机制向显生宙地壳占主导地位机制的过渡期。导地位的机制向显生宙地壳占主导地位机制的过渡期。第30页，本讲稿共33页图图29 包含了铁建造的反映海水平均包含了铁建造的反映海水平均Nd同位素组成随时间演化的图解同位素组成随时间演化的图解第31页，本讲稿共33页胡霭琴等（胡霭琴等（1997）对新疆北部出露的变质岩所作的）对新疆北部出露的变质岩所作的Nd模式年龄研究表明模式年龄研究表明可以分出以最大模式年龄为特征的塔里木北缘区（可以分出以最大模式年龄为特征的塔里木北缘区（3.5Ga）、）、2.4

43、-2.3Ga的的天山区、天山区、1.5Ga的准噶尔区及具复杂模式年龄分布的阿尔泰区（最大达近的准噶尔区及具复杂模式年龄分布的阿尔泰区（最大达近2.5Ga，此外还有，此外还有1.5-1.0Ga与与0.9-0.6Ga两个峰值）等四个次级构造单元两个峰值）等四个次级构造单元 第32页，本讲稿共33页对扬子克拉通西缘所作的对扬子克拉通西缘所作的Nd模式年龄研究结果表明，长期以来被当作太古代、出露模式年龄研究结果表明，长期以来被当作太古代、出露于康定于康定-卢定卢定-冕宁一带的冕宁一带的TTG-角闪岩角闪岩-麻粒岩杂岩体，其模式年龄大多在麻粒岩杂岩体，其模式年龄大多在1.2Ga以内；以内；而出露于云南境内以苴林群为代表的变质基底及花岗岩类的而出露于云南境内以苴林群为代表的变质基底及花岗岩类的Nd模式年龄变化范围大，模式年龄变化范围大，且多数大于且多数大于1.2Ga。这就说明扬子克拉通西缘的地壳具复杂的演化历史，它可能是由。这就说明扬子克拉通西缘的地壳具复杂的演化历史，它可能是由不同的微块拼合而成的。事实上，我们对四川冕宁沙坝出露的片麻岩不同的微块拼合而成的。事实上，我们对四川冕宁沙坝出露的片麻岩-麻粒麻粒-角闪岩角闪岩的的Sm-Nd同位素地质年代学研究表明：它们应形成于新元古代同位素地质年代学研究表明：它们应形成于新元古代.第33页，本讲稿共33页