罗泽彬, 凌明星, 安亚军, 刘 芳, 张兆峰

钙同位素在高温地质过程中的应用及前景

罗泽彬1,3, 凌明星2*, 安亚军1, 刘 芳1, 张兆峰1

(1. 中国科学院 广州地球化学研究所 同位素地球化学国家重点实验室, 广东 广州 510640; 2. 东华理工大学 核资源与环境国家重点实验室, 江西 南昌 330013; 3. 中国科学院大学, 北京 100049)

制约高温过程中Ca同位素研究的因素主要有分析技术、储库端元和分馏机理。随着质谱的发展和双稀释剂的应用, 分析技术已经能很好地满足高温过程同位素示踪的要求, 但是目前对于储库端元的研究还比较薄弱, 而分馏机理也存在较大争议。因此, 完善不同储库端元的Ca同位素组成, 厘清Ca同位素分馏机理势在必行。全硅酸岩地球作为最重要的Ca储库, 前人研究表明, 其Ca同位素组成在0.94‰～1.05‰之间变化。Ca—O化学键能的强弱是造成矿物间Ca同位素组成差异的主要因素, 此外, 温度和矿物组成差异也会引发Ca同位素分馏。热扩散和化学扩散都会引起Ca同位素分馏, 但热扩散只发生在特殊的环境中。化学扩散受控于CaO化学势梯度, 而化学势梯度受控于体系的成分、温度和压力。部分熔融和熔体提取过程中轻同位素趋向于富集在熔体相中。由于不同含钙矿物的Ca同位素组成存在差异, 因此, 在分离结晶过程中, 矿物晶出顺序不同会引起Ca同位素分馏。变质作用过程中流体交代作用或碳酸盐岩沉淀都会造成Ca同位素分馏。K-Ca衰变体系使得Ca同位素既可以对古老的富钾岩石或矿物进行定年, 也可以利用放射性成因Ca对源区和壳幔物质循环进行示踪。……