“深地资源勘查开采”专项
                燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应
蚀变洋壳的Cu和Zn同位素组成
2017-04-12 09:45

铜(Cu)和Zn(锌)属于第一过渡族金属元素。Cu0+1+2三个价态,Zn0+2两个价态。Cu-Zn都属于中等挥发性元素,半凝聚温度分别为1037K726KCu-Zn属于亲硫元素、中等不相容性元素、流体活动性元素、成矿元素和生命必须元素。

Cu63Cu65Cu两种同位素,自然丰度分别为69.17%30.83%Zn64Zn66Zn67Zn68Zn70Zn五种同位素,自然丰度分别为48.63%27.90%4.10%18.75%、和0.62%。多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)的出现,使得Cu-Zn同位素组成的高精度测定成为可能(δ65Cuδ66Zn和分析误差2SD ≤0.05‰),推动了CuZn同位素天体和地球化学的快速发展。Cu-Zn同位素现已被广泛应用于研究早期太阳系演化,月球成因,地核-地幔分异,俯冲物质再循环,火山去气,大陆风化,古环境/气候变化,全球大洋/河流金属循环,金属矿床成因以及生命活动和疾病诊断等一系列重要的科学问题。由于Cu-Zn与人类活动和工业生产息息相关,其同位素也被用来研究水系和土壤污染等重要的现代环境问题。

在更好地利用Cu-Zn同位素制约成矿金属的来源和壳幔相互作用之前,当务之急是准确地制约各主要硅酸盐地质储库的Cu-Zn同位素组成。前人的研究表明,上地壳的δ65Cu= 0.01 ± 0.30‰,地幔的δ65Cu= 0.07 ± 0.10‰,和δ66Zn= 0.28 ± 0.05‰,海水的δ65Cu= 0.90‰ δ66Zn= 0.51‰。然而,到目前为止,还没有关于蚀变洋壳的Cu-Zn同位素组成的报道,极大地制约了Cu-Zn同位素地球化学的发展。此外,蚀变洋壳无一例外地经历了低温海水蚀变和高温热液蚀变,Cu-Zn同位素的研究将会很好地制约在蚀变洋壳形成过程中的水-岩交换过程。本文分析了东太平洋隆起处国际大洋钻探计划(IODP1256钻孔获得的蚀变洋壳的Cu-Zn同位素组成, 从而研究洋壳蚀变过程中的Cu-Zn同位素分馏行为和制约蚀变洋壳的Cu-Zn同位素组成。

IODP1256钻孔处的洋壳,从上到下主要由火山岩部分(~250‒1004.2mbsf)、熔岩-岩墙过渡带(1004.2~1060.9mbsf)、席状岩墙(1060.9~1406.9mbsf)和侵入岩部分组成。洋壳的蚀变温度随着深度的加深逐渐升高(图1)。火山岩部分的蚀变温度在50‒135oC,过渡带为~130‒180oC,席状岩墙和侵入岩部分为~400‒850oC。经历低温(<250oC)蚀变的洋壳样品具有相对较高的δ18OLi/Yb以及相对较低的氧逸度,而经历高温蚀变的洋壳样品具有相对较低的δ18OLi/Yb以及相对较高的氧逸度。


1. IODP 1256钻孔样品的蚀变温度、δ18OLi/Yb和氧逸度随着深度的变化趋势。


IODP1256处的蚀变洋壳具有不均一的Cu-Zn同位素组成,δ65Cuδ66Zn分别为-0.50 ~0.90‰-0.09 ~0.55‰。其中, 经历低温(<250oC)热液蚀变的玄武岩具有与正常地幔相似的Cu-Zn同位素组成(δ65Cu= 0.08 ± 0.10‰, 2SD, n = 21; δ66Zn = 0.26 ± 0.12‰, 2SD, n = 21)(图2);而经历高温热液蚀变的玄武岩和辉长岩的Cu-Zn同位素组成变化较大(δ65Cu= -0.50 ~ 0.90‰, δ66Zn = -0.09 ~ 0.55‰)(图2)。


2. IODP 1256钻孔样品的CuZn含量以及同位素组成随着深度的变化趋势。


具有显著变化δ65Cuδ66Zn的样品,同样具有较低的Cu-Zn含量,较低的Li/Yb<1.0)和较低的δ18O<5‰)(图3),说明高温热液蚀变导致洋壳的Cu-Zn丢失,同时伴随着显著的Cu-Zn同位素分馏。Cu同位素分馏可以归结于氧化还原反应以及热液中溶解Cue.g.,[CuCl3]2-)与蚀变洋壳中Cu之间的同位素分馏;而Zn同位素分馏可以归因于热液中溶解Zne.g.,Zn (HS)42-)与蚀变洋壳中Zn之间的同位素分馏。本文在国际上首次测定了完整洋壳剖面的Cu-Zn同位素组成,为利用Cu-Zn同位素示踪成矿金属来源和壳慢相互作用提供理论基础。


3. IODP 1256蚀变洋壳样品中Li/Ybδ18Oδ65Cuδ66Zn图解。


该成果于201610月发表在Journalof Geophysical Research: Solid Earth上,第一作者为中国科学技术大学的特任副研究员黄建博士。本研究成果受国家重点研发计划深地资源勘查开采专项(2016YFC06004)和国家自然科学基金(415730184130301541473017)联合资助。

论文信息:Huang, J., Liu,S.-A., Gao, Y., Xiao, Y., Chen, S., 2016. Copper and zinc isotope systematicsof altered oceanic crust at IODP Site 1256 in the eastern equatorial Pacific. Journal of Geophysical Research: Solid Earth121, 7086-7100.http://dx.doi.org/10.1002/2016JB013095.


 
全站搜索