高等地化-稀有气体同位素地球化学研究现状

1、. .稀有气体同位素地球化学研究现状一、气体地球化学的概念气体地球化学是研究自然界呈气态的元素及化合物的形成、运移、聚集和分布规律的科学。主要是指元素周期表中的H、N、O、S、卤族和稀有气体等形成的单质和化合物。根据气体组分的特征，可将其分为三种类型，烃类气体、非烃类气体以及元素周期表中的零族元素。气体地球化学主要是研究这些气体的地球化学特征、成因类型、运移、积聚规律及其所参与的地球动力学过程和表征的地质学意义。烃类气体是天然气中占优势的气体成分，是优质的能源资源和化工原料，在国民经济建立和社会进步中占有十分重要的地位。烃类特别是甲烷参与各种地质作用、成矿作用已引起人们的强烈关注。甲烷是“温室

2、气体之一，其环境意义更引起广泛的兴趣。烃类气体地球化学或天然气地球化学是气体地球化学中历史悠久，开展最快，成果最多的一个分支领域。非烃气体在某种意义上也是重要资源，如CO2气藏。非烃气体早在人类观察火山活动、利用地热资源的过程就作了大量的工作，积累了丰富的资料。非烃气体的化学活动性，使得它们在参与各种地球化学过程中起着非常重要的作用。但正是由于它们的化学活动性，使得其参与的过程变得复杂而难以捉摸。稀有气体及其同位素组成特征的研究也是气体地球化学研究领域极为活泼，硕果累累的一个重要分支。自然界稀有气体同位素的首次应用是用氨法测定地质年龄。继而又开展了钾-氩法及其它稀有气体同位素计时法。地幔中原始

3、稀有气体和放射性成因稀有气体特征的研究是当前地球化学研究领域十分引人注目的课题。它们对于研究地球的形成、热演化史、构造演化史和化学演化史有深远的意义，并有助于说明地球的脱气和大气圈的形成演化问题。随着分析测试技术的提高, 稀有气体同位素越来越受到关注, 广泛应用于地学研究的各个领域, 特别是对地球的形成和演化、岩石和矿床成因,以及油气的成因研究, 稀有气体同位素与其他同位素相结合的示踪方法不断完善, 并在示踪流体来源、分析比照构造环境及解决矿床成因等方面取得不少成果。本文主要阐述气体地球化学中稀有气体在成矿方面的应用。二稀有气体特点稀有气体指元素周期表中的零族元素,包括He、Ne、Ar、Kr、

4、Xe和Rn六种元素,它们在地球中的含量稀少,并且化学性质很不活泼,故以前曾被称为“隋性气体。表1 稀有气体的物理化学特性稀有气体在自然界的行为显示了假设干重要的特点：1同稀有气体的宇宙丰度相比较，各种天然物质中原始稀有气体的丰度极低，各种核过程和物理过程产生的各种效应十分突出，从而使得我们有可能鉴别其它成因类型的稀有气体；2在多数场合，根据稀有气体的元素和同位素组成特征，我们可以讨论有关的物理过程，而不涉及极为复杂的天然化学过程，这样可使得所提出的各种理论模式更接近于真实情况；3稀有气体的高度挥发性，有助于探索挥发性元素的脱气历史，各种天然物体的热历史与及与稀有气体有关的种种热力学过程。上述这

5、些特征使稀有气体在地质作用过程中,其化学组成和同位素组成的变化几乎不受复杂的化学反响过程的影响,而主要取决于诸如脱气、混合、吸附及核反响等物理过程，因此稀有气体在示踪方面具有独特优势三、稀有气体同位素示踪成矿流体原理一般认为, 地球中的稀有气体主要有4个源区,分别为大气、饱和大气的地下水、地壳和地幔, 其中地幔稀有气体又可分为上地幔和下地幔源区。研究说明,现今地幔中的稀有气体与地球形成时的原始稀有气体组成一样,主要以3He、20Ne,22Ne和36Ar等为主;地壳成因的稀有气体主要由地壳岩石、矿石中放射性同位素的衰变及其诱发的各种核反响产生;而大气中的稀有气体那么被认为是通过地球的脱气形成的。

6、上述3种成因的稀有气体溶解在地下水中并到达溶解平衡时便组成了稀有气体的第4个源区。地球样品中的稀有气体均是上述一个或多个源区稀有气体的混合。这4个源区的稀有气体同位素组成有各自的特征。表2 地球各圈层的稀有气体同位素组成如3He/ 4He比值,在大气、地壳、上地幔和下地幔中的平均值分别为1.4×10-6,2×10-8,1.2×10-5和5×10-5。其他如4He/40Ar,21Ne/22Ne, 4He/20Ne,36Ar/38Ar,129Xe/130Xe 等同位素比值也因其来源不同而有相异的组成特点。稀有气体的多源区性及其在各源区中不同的地球化学组成是利

7、用稀有气体同位素进展有关地质和地球化学过程示踪的理论根底。稀有气体同位素地球化学组成被认为是成矿流体及其中地幔流体成分最重要的示踪剂之一。以He为例,典型地幔流体中的He同位素, 其3He/4He比值为( 8±1)Ra Ra= 1.4×10-6,为大气成因稀有气体的3He/4He值,主要为原始He;而地壳成因稀有气体的这一比值为(0.050.01)Ra,主要为放射性成因He。这种差异为识别成矿热液体系中的地幔流体组分和全面理解成矿动力学背景提供了一种有利工具。四、稀有气体同位素地球化学研究现状稀有气体在地球各圈层具有特征的同位素组成,是各种地质作用和地球化学过程理想的示踪剂

8、。近年来,稀有气体同位素地球化学研究中最令人瞩目的进展之一,是示踪地球内部流体的来源、运移机制和演化历史,研究对象包括各种现代地热流体、天然气和成矿古流体。氦和氩的同位素组成在地壳与地幔中差异极大,是壳-幔相互作用过程极灵敏的示踪剂。早在上世纪60年代便已广泛应用于现代地质流体的源区及其水-岩反响过程的研究,如Kennedy等对美国内华达州的热泉、喷气孔(天然C2O气藏)和井水中稀有气体丰度及其组成；1969 年,Clarke等首次在太平洋卡尔玛迪克海沟观测到比大气值和正常海水高得多的3He/4He 比值(达10-5量级),证明地球内部仍含有相当数量的原始稀有气体并正在脱出。之后,对世界上大洋

9、地区和许多幔源样品的稀有气体组成进展了广泛的研究,如大洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、金刚石、地幔包体、海底热液流体等,并取得一系列重要进展。如在夏威夷岛链Loihi和Kilauea玄武岩中发现了太阳型Ne(20Ne/22Ne达11.35)和过剩的129Xe; 冰岛热点区地热流体的3He/4He高达26Ra。 这些研究说明,与大气和地壳相比,地幔明显富集原始稀有气体组分(如3He,21Ne,36Ar ,129Xe等),富集倍数可达103以上的数量级;而且下地幔比上地幔更富集原始稀有气体。研究还说明, 地幔岩浆活动及火山喷发是地幔稀有气体向地壳运移并最终进入大气圈的重要途径,而这些岩浆活动和火山喷发往

10、往发生在洋中脊、岛弧和俯冲带等构造部位。进入20世纪80年代以后,随着大陆地质研究热潮的再次兴起,以及现代质谱技术的快速开展,地质学家开场把稀有气体研究的对象转向大陆,并取得进展。如 Kennedy 等对大陆地壳中Ne同位素分布进展了系统测定,得到的结果为20Ne/22Ne0.00,21Ne/22Ne=0.47,并认为,象He同位素一样,Ne同位素组成(尤其是20Ne/22Ne)也是鉴别地球样品中稀有气体来源的重要且有效的指标。Oxburgh 和O'Nions通过对西欧大陆不同构造单元的稀有气体的研究发现,在稳定构造单元的地壳中(如大不列颠和北爱尔兰),幔源稀有气体不存在或浓度异常低;

11、相反,在地震活动区、地壳拉伸区或年轻的火山活动区(如土耳其西部盆岭区、希腊中新生代断陷盆地等地),那么普遍检测到了相当份额的幔源稀有气体。最近,Drescher等和Bach等通过KTB深钻取样,对德国大陆地壳岩石的稀有气体同位素组成进展了系统地研究, 并在其中发现了原始稀有气体组分3He及21Ne的过剩。稀有气体同位素地球化学研究中最令人瞩目的进展是利用稀有气体同位素组成对地球内部流体的来源、运移机制和演化历史进展示踪,这方面的研究对象主要包括各种现代地热流体和天然气。结果说明,虽然H、O同位素说明许多地热流体中的水完全是大气降水成因的,但其中却有不同数量幔源稀有气体的混入,幔源气体的份额可高

12、达65%以上。 同样,尽管很多天然气是在地壳中形成的,具有明显的生物成因,但在其中却观测到了原始稀有气体成分的存在,如美国墨西哥州哈丁县CO2气井中129Xe相对大气过剩8% ,3He/4He= 3Ra,40Ar/36Ar =1000,且有过剩的20Ne。对中国东部一些天然气中He-Ne-Ar同位素体系的研究也发现,相当一局部气井中(典型的如松辽盆地、苏北盆地、三水盆地、辽河盆地、济阳坳陷、黄骅坳陷等)有明显的幔源稀有气体成分的混入。在有的地方,幔源稀有气体(主要是He)的含量还到达工业品位并形成工业气藏。王先彬等通过对腾冲火山区温泉气体的组分和He-Ne-Ar同位素体系的研究发现,75%以上

13、的温泉其3He/4He>2.3Ra, 最高可达5.13Ra,4He/20Ne=0.44193,反映这些温泉气体中有大量来自地幔的 He。上述研究还说明, 地热流体或天然气中幔源稀有气体的出现与其所处的构造背景具有密切的关系, 即幔源稀有气体在空间上的分布特征与地壳强烈拉X的地区十分吻合。如德国莱茵地堑、匈牙利Pannonian盆地、中国东部中新生代裂谷系等, 在这些地区, 强烈的地壳拉X导致大量断陷盆地和深断裂的形成, 为幔源稀有气体进入地壳提供了通道近十余年来, 对地球流体的稀有气体同位素地球化学研究,已经从现代地热流体和天然气延伸到古成矿流体,即研究矿物流体包裹体的稀有气体特征,并对

14、古成矿流体的来源、成因和运移机制进展示踪,为探讨矿床成因提供了强有力手段。采用该方法,国内外对不同的矿床和矿种的研究取得的一些进展:铜矿:对铜矿的研究工作,比较典型的是胡瑞忠等对*马厂箐斑岩铜矿床的研究,通过分析黄铁矿中He、Ar同位素,结合C和S同位素,作者认为该矿床成矿流体是地壳大气成因的低温地下水和地幔高温岩浆的混合物。金矿:毛景文等分别对*万古金矿床和*东坪碲化物金矿床进展了稀有气体同位素测试,结果反映出矿床成矿过程有地幔流体的参与。X连昌等对胶东地区的4个金矿床中的黄铁矿进展了分析测试,认为其成矿流体中都有不同比例的地幔流体参加。多金属矿床:对多金属矿床的研究工作开展较早,如Simm

15、ons等对秘鲁的两个多金属矿床的样品进展了He同位素研究,认为成矿流体中He是幔源的,并且在矿化期间有较冷流体插入成矿热液中。在国内,主要有胡瑞忠等、赵葵东等、薛春纪等做过该方面的研究。胡瑞忠等对哀牢山-金沙江富碱侵入岩带金铜矿床、哀牢山金矿带金矿床、金顶超大型铅-锌矿床的氦、氩同位素研究说明, 金顶超大型铅-锌矿床成矿流体中的稀有气体为地壳成因, 而其余矿床成矿流体中有大量幔源组分的参加。此外, 不少学者利用稀有气体同位素研究成矿古流体的性质和来源,并取得了许多重要成果。对华南下寒武统具代表性的黑色岩系中黄铁矿流体包裹体的氦、氩同位素组成研究发现, 成矿流体主要由建造水(盆地热卤水) 和饱和

16、大气水(海水) 组成, 根本不含地幔流体或深源岩浆水。成矿过程可能是盆地中的建造水由于上覆沉积物的压力,顺层侧向迁移,并沿断裂上升与海水混合而成。对古成矿流体稀有气体的研究还发现, 硫化物尤其是黄铁矿对流体包裹体中的稀有气体具有最好的保存能力,即使是最容易扩散的He,在封闭后的100Ma时间内,也不会发生明显的扩散丧失,而石英等透明矿物流体包裹体中的He等那么容易发生扩散丧失。因此,石英等透明矿物中流体包裹体的浓度不能代表其捕获时的浓度。但是,He扩散所产生的同位素分馏效应极小且根本可以忽略不计,对应用 He同位素比值讨论成矿流体来源和演化不会产生根本影响。早期对稀有气体的测定,一般是先采用熔

17、融法和压碎法将样品中的稀有气体提取出来,然后利用质谱仪对其进展测定。但熔融法得到的是一种混合气体, 既包括了样品形成时的稀有气体,同时又可能含有后期流体的成分;而压碎法往往不能使样品中的稀有气体全部释放出来。即使有人试图采用阶段加热技术来别离不同成因的气体, 但人们对样品中不同位置和状态稀有气体的热稳定性了解得并不多, 因此,效果不尽人意。进入90年代以来,随着超高灵敏度质谱仪的诞生和现代激光技术开展, 稀有气体同位素的分析取得了重要进展。利用激光阶段加热技术,人们可以对样品进展微区、原位、高精度的稀有气体组成分析。如Burnard等利用激光探针系统在来自西印度洋留尼汪岛的纯橄岩捕虏体中区分出

18、3类流体包裹体,早期原生包裹体比后期次生包裹体40Ar/36Ar比值(分别为10008500和5003500)。这一现象说明富集地幔具有高的40Ar/36Ar比值;次生包裹体的低40Ar/36Ar比值可能反映其组成为海水和地幔流体的混合。五、稀有气体同位素应用5.1 稀有气体与其他同位素体系的联合应用一般来说,单一体系难免有片面性,多元结合可互相印证、互相补充,更有助于流体成因的探索。近年来,一些学者尝试用碳、氢、氧、硫、锶、钕、铅、氮等同位素与稀有气体同位素联合应用于成矿流体来源的研究,并已取得一定的进展。5.1.1稀有气体与碳、氢、氧、硫同位素碳、氢、氧、硫同位素是判断流体或熔体来源最常用

19、的方法, 但在投影图上不同来源流体或熔体间常有重合,造成来源的多解性,而稀有气体示踪源区有独特的优越性。因此, 稀有气体与碳、氢、氧、硫同位素的结合,可合理解释单一体系无法说明的现象,多用于追溯岩浆和流体源区。南美小安的列斯群岛岛弧环境热卤水的氢、氧同位素结果显示,其水来自大气降水,而氦同位素(2.2Ra<3He/4He<8.6Ra )显示,氦和CO2是地壳流体和地幔流体的混合物。胡瑞忠等通过氦、氩同位素研究认为马厂箐斑岩型铜矿床成矿流体为贫硫和碳的大气成因低温地下水与富硫和碳的地幔高温岩浆流体两个端员的混合物。此外,*阿哈奇布隆石英重晶石脉型金矿矿石中黄铁矿的氦、氩和硫同位素的研

20、究结果指出,成矿流体主要来源于地壳。稀有气体与碳同位素的结合,可以解释复杂油气藏的成因。匈牙利Pannonian盆地的天然气田氦、氖、氩及碳同位素的变化特征说明,2%-5%的氦来自幔源,氩那么有大气、地壳甚至地幔的奉献,而CH4那么为生物成因壳源气。我国学者对国内多个气田稀有气体同位素的研究也均取得了良好的效果。5.1.2稀有气体与锶、钕、铅同位素体系锶、钕、铅同位素对示踪火成岩成因已相对成熟,主要用于追溯岩浆起源及其演化。锶、钕、铅体系与稀有气体结合主要应用于岩浆源区的综合辨识上,两种体系的结果可以互相印证和补充。Marty等发现塔X拉峡谷大洋玄武岩有较高且相对均一的3He/4He同位素组成

21、(14-15Ra),含较少放射成因Sr(87Sr/86Sr=0.17034 ),海拔较高地区的样品中,3He/4He较低(7.0 -14.5Ra),含较少放射成因Sr(87Sr/86Sr=0.7034-0.7037),40Ar/36Ar值与大气相近。结合锶-钕-铅和氦-氩同位素数据,认为这种玄武岩可能是地幔羽物质、放射成因组分和大气组分的混合物。5.1.3稀有气体与卤素元素示踪体系流体包裹体中挥发分的含量与比值可区分含盐份的流体和示踪流体的来源。而氦、氩同位素只能提供成矿流体源区的信息,其对成矿流体的盐份来源却无能为力。因此,流体中卤素元素的一些特征值(如Br/C1值和I/C1) ,可以为氦、

22、氩同位素示踪流体来源和水-岩反响提供佐证。Kendrick等认为, Br/Cl值和 I/Cl值可有效区分原始岩浆水的成分与海水和沉积建造水的成分。研究说明,沉积建造水中的Cl含量最高,Br次之,且Cl、Br和F可能受同一地质因素的制约, 而I那么在海底环境中优先富集在有机质中;相对海水和蒸发岩而言,油源岩有较高的I/Cl值和I/Br值。流体包裹体中氦、氩同位素和Cl、Br 、I可以有效地示踪地幔流体参与成矿的过程及其背景,有助于对流体热场和运移轨迹的深入研究。研究发现,加拿大金刚石流体包裹体的Br/C1值和I/C1值较高,且变化范围大,而非洲金刚石流体包裹体中的Br/Cl值和I/C1值较低,变

23、化范围较窄。可认为地幔也存在挥发分的分馏作用。加拿大金刚石流体包裹体中Br/C1值与含氯矿物的结晶有关。5.1.4稀有气体与N2体系Giggenbach认为岩浆流体、地壳流体和大气降水流体在N2-ar-He三角图解中有各自独特的区域。因此N2、Ar、He等微量气体间的比值可用来确定流体来源。在此根底上,Norman认为结合其他地质条件,流体包裹体中N2-ar-He组成可以示踪古流体系统中流体的混合作用。X晓明等利用流体包裹体N2-Ar-He示踪方法,指出*长坑金-银矿床和嵩溪银-锑矿床成矿流体主要来源于建造水或沉积热卤水,而不是先前认为的大气降水来源、岩浆流体来源或海底热卤水来源。5.2稀有气

24、体同位素提醒大规模成矿作用的地球动力学背景大规模成矿作用和大型矿集区的形成机制是当前矿床学研究的重要课题。对稀有气体同位素地球化学的研究, 不仅有助于查明成矿流体的来源和成因,而且可以为我们了解大规模成矿作用与大型矿集区形成的地球动力学背景提供重要线索。中国东部燕山期大规模成矿作用形成了为数众多的金、铜、银、铅锌、钨锡钼铋、锑、铀、铌钽等矿床,成为环太平洋东部成矿带的重要组成局部。越来越多的研究说明,该区巨大规模的成矿作用是在特定的地质构造背景下,由岩石圈减薄和构造体制发生重大转折(挤压伸展)诱发的壳幔强烈相互作用的结果。这种壳幔相互作用的直接表现是区域范围内强烈的岩浆侵位和火山喷发活动,而构

25、造体制发生重大转折那么直接表现为侏罗-白垩纪时期一系列北北东向断陷盆地和基性岩脉的形成。最新的岩石学、地球化学和同位素研究证明,中国东部的一些燕山期花岗岩属于典型的埃达克岩或埃达克质岩石。其中相当一局部岩石很可能与地幔对下地壳的底侵作用有关。底侵作用的直接结果是导致下地壳局部熔融, 产生花岗岩浆向上地壳侵入,从而加剧地壳的隆升,形成高原和山脉。结果将造成山脉的重力势能急剧增加,发生流动,最终岩石圈伸展减薄、造山带垮塌和断陷盆地形成。对中国东部燕山期发生的大规模成矿作用, 已有许多研究从C、O 、H、S等同位素角度探讨了幔源挥发分(CO2、H2O、H2、CO、H2S等)参加成矿流体、参与成矿作用

26、的可能性和可能的机制。但是,这些幔源挥发分在从地幔向地壳浅部运移的过程中,其所处的物理化学条件(温度和压力等)发生了巨大的变化,很可能导致同位素的分馏;另一方面,溶解于热液(以超临界状态为主)中的幔源挥发分会与周围岩石发生同位素交换。这两方面的因素使得成矿期的矿石、脉石矿物及其中流体包裹体的稳定同位素组成相对于其源区的组成可能已发生了较大变化,因而有可能导致对成矿流体来源的示踪发生偏差。相反,稀有气体由于其化学性质十分稳定(惰性),根本上不会与周围岩石发生同位素交换,岩石和矿物中稀有气体的扩散所造成的同位素分馏效应也极小并可以忽略不计。因此,利用稀有气体同位素组成可以比较真实地反映成矿流体的来

27、源和性质, 进而对成矿作用的动力学背景进展限定。由于幔源稀有气体在空间上的分布受地壳强烈拉X的构造背景控制, 故而对中国东部燕山期不同类型矿床中幔源稀有气体的厘定和识别将对上述岩石圈伸展、地幔底侵、壳幔相互作用等重大地质事件提供直接的证据, 有助于合理解释该区岩浆作用、火山喷发、断陷盆地、成矿作用等地质过程的相互耦合与联系。稀有气体同位素地球化学研究有可能为上述矿集区中生代大规模成矿作用的发生机制提供重要信息。5.2.1胶东金矿胶东是我国最大的金矿集中区。虽然对胶东金矿已有近50年的研究,但在金矿床成矿时代、成矿流体和成矿物质来源等重要问题上还没有取得完全一致的认识。事实上,已有许多学者注意到

28、地幔流体在胶东金矿成矿过程中的重要性,认为岩石圈伸展造成的地壳拉X和壳幔相互作用是区域金成矿作用得以发生的根本动力学条件;而郯庐断裂及其派生的同向右侧列走滑断裂(P断裂)是地幔流体得以上升的通道。Lietal最近利用40Ar/39Ar坪激光显微探针阶段加热技术对玲珑型花岗岩和昆嵛山花岗岩中新鲜的黑云母和角闪石单矿物进展了同位素年龄分析, 获得这些岩体的侵位年龄为124Ma125Ma,而焦家、新城、望儿山、乳山、蓬家夼等典型金矿床中成矿期绢云母和白云母的40Ar/39Ar年龄主要界于119Ma-121Ma。邱检生等采用类似的方法获得鲁西富钾火山岩、煌斑岩和胶莱盆地中青山组火山岩的40Ar/39A

29、r年龄分别为124.3Ma114.7Ma,119.6Ma,109.9Ma108.2Ma。而最新年代学研究那么说明郯庐断裂在132Ma128Ma和120Ma 期间发生了两次强烈的左行走滑运动显然,郯庐断裂的大规模活动、区域范围的岩浆侵位、火山喷发、胶莱断陷盆地形成、热液蚀变和金成矿作用等一系列重大事件在时间上根本一致。从而暗示着,这些构造-岩浆-热-流体事件具有统一的动力学背景。这种动力学背景很可能就是中国东部中生代大规模的软流圈上涌、岩石圈减薄, 以及由此造成的地壳大规模拉X。对典型矿床和岩石的稀有气体同位素组成进展研究,查明幔源稀有气体在岩浆、热液和成矿流体中的含量、组成和变化,将可以为地球

30、动力学背景提供直接证据,从而有助于了解胶东大型金矿集区的成矿机制和成矿作用全过程。5.2.2华南地区热液铀矿华南地区是我国最重要的铀矿产地,目前已查明相山、桃山、金银寨、坌头、鹿井、长江、城口、百顺、下庄等大型铀矿床和铀矿田,使其成为世界上规模最大的中生代热液铀矿集中区。傅昭仁等最近的研究说明,华南地区自三叠纪末开场的北北东向陆内走滑以及白垩纪期间陆内走滑的构造体制转换,即从会聚走滑向离散走滑的转换,对该区大规模热液铀矿床的形成和分布起到了直接而重要的作用。鹿井矿田是华南最重要的铀矿田之一,包括大、中、小型矿床10余个,矿点数十处。 矿田受2条北北东向左行走滑断裂即遂川断裂和热水断裂的控制。据

31、爆破地震资料,遂川断裂经过的部位,莫霍面被明显错断,说明其切割深度已达上地幔,导致地壳和地幔得以贯穿。这2条断裂呈左行左阶式排列,自白垩纪开场,其构造性质发生了从会聚走滑向离散走滑的转换,在2条断裂的左阶叠接部位形成了丰州拉分盆地,并且直接导致了区域热液铀成矿作用的发生。矿田及其外围有煌斑岩和辉绿岩脉发育,多数铀矿床在空间上与基性岩脉严密相依。这些基性岩脉的40Ar/36A r年龄介于140Ma90Ma,与区域上断陷盆地的形成时间大体一致,但比大规模的热液铀成矿作用稍早。地质、地球化学和同位素组成的研究说明, 这些基性岩脉的母源岩浆来自亏损地幔。另一个重要的现象是,矿田内碱交代作用十分发育,碱

32、交代岩普遍可见,尤其是黄峰岭、高昔、洞房子和下洞子4个矿床,几乎所有矿体都产于碱交代岩内,成为典型的碱交代型铀矿床。矿区大比例尺填图说明, 鹿井矿田内碱交代岩体常雁列成群分布;单个碱交代岩体长可达数百米,宽达十几米,其长轴总体走向为北东30°45°,明显地受断裂构造控制。铀矿体与基性岩脉和碱交代岩的关系十分密切:基性岩脉和碱交代岩发育的地方, 铀矿体厚度增大,矿石品位增高。显然, 鹿井铀矿田在白垩纪时期经历了走滑断裂性质转换- 断陷盆地形成- 基性岩脉侵入-碱交代作用-铀成矿前热液蚀变- 铀矿化富集这一系列重大地质事件, 这些事件在时间上看似别离, 实际上却是密切联系并有着

33、统一的背景, 这一背景就是自白垩纪以来的区域离散走滑和地壳大规模拉X作用。区域离散走滑和地壳大规模拉X的构造环境必然为地幔稀有气体进入到该成矿系统创造十分有利的条件。杜乐天明确提出, 碱交代作用的实质是地幔烃碱流体与花岗岩相互作用的结果。由于矿田范围内各碱交代岩和铀矿床均是白垩纪晚期形成的,矿物流体包裹体中的稀有气体尚未发生明显的扩散丧失,为研究古成矿流体中稀有气体组成及其演化提供了很好的条件。因此,以鹿井铀矿田中典型的碱交代型铀矿床及相关地质体为对象,系统研究矿田内基性岩脉、碱交代岩和铀矿体的稀有气体(He-Ne-Ar -Xe)同位素组成特征, 厘定出幔源稀有气体在历次岩浆- 热液事件中的存在, 及各自的特点和差异, 进而得出该成矿系统自基性岩脉侵入至碱交代作用至铀成矿作用这一时期内其稀有气体组成的演变情况;同时探讨地幔流体活动与铀成矿过程的关系,不仅可以为碱交代型铀矿床的成因研究提供新的重要线索,极大地丰富鹿井矿田和整个华南地区中新生代热液铀矿床的研究内容,而且有助于建立陆内离散走滑体制下地幔稀有气体的演化模式。六、稀有气体同位素示踪意义目前,稀有气体同位素示踪成矿流体研究的矿床和矿种还比较有限,但该方法具有十分重要的意义。1.成矿流体中不同来源的稀有气体同位素比值相差较大,较其它同位素示踪方法具有更高的灵敏度。例如幔源与壳源的3He/4He比值相差大约1000倍