（接上页） 球层圈的相互作用，包括壳/幔、上/下地幔、以至核/幔过渡带 的物质交换与再循环等，来解释多种地幔端元的成因。也就是 说由地幔化学结构的多样性，进而产生了从地球圈层相互作用 来揭示地球动力学的构想。 *多同位素体系线性和非线性数值模拟技术的发展，使有可能 模拟地球、地幔不均一化学结构的形成与层圈相互作用，以期 揭示壳幔演化历史及地球动力学。 因此，产生了将地球视为一个统一的动力学系统，以层圈 的相互作用为主导，以揭示壳、幔化学组成和演化为基础，探 讨地球发展历史与动力学的化学地球动力学(chemical geodynamics)的构想(Allegre,1982; Zindler & Hart,1986)。
北太平洋型陆块省：铅同位素具有NHRL 特征，分布于北美西部以及亚洲的西伯利 亚与华北之间； 东冈瓦纳型陆块省：具有较高的 206Pb/204Pb和DUPAL异常特征，范围包括 澳洲西部、南部非洲、印度、印度支那和 华夏（华南）；
西冈瓦纳型陆块省:具有高206Pb/204Pb和高μ 值特征， 范围包括非洲中部、南美、南极和澳洲东部； 劳亚或北大西洋型陆块省：具有低206Pb/204Pb和近于 原始地幔的低μ 值特征，范围包括欧洲、格陵兰、北 美东部、西伯利亚、华北和塔里木。 与大洋同位素省对比前三个陆块省可分别相当 于三个大洋省，只有北大西洋型陆块省还没有找到对 应的大洋省。
各类型地幔端元的同位素组成特征
143Nd/144Nd 87Sr/86Sr 206Pb/204Pb 176Hf/177Hf
0.5131~ 0.5133 0.7020~ 0.7024 15.5 ~ 17.8
0.2831 ~0.2835
高U/Pb值地幔(HIMU)
I 型富集地幔(EM I) 流行地幔（PREMA） 原始地幔(PM)
△8/4Pb = [（208Pb/204Pb）DS --（208Pb/204Pb）NHRL] 100. 其中, DS为任何样品的数据。
计算证明南半球同位素异常带应存在了几十亿年 （Hart, 1984）。
图3
玄武岩207Pb/204Pb－206Pb/204Pb与208Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解
2.全球大洋同位素省RB
太平洋省：铅同位素具有NHRL特征 ，也包括北大西洋地区； 印度洋省：DUPAL型铅同位素异常 特征，206Pb/204Pb较低，87Sr/86Sr较高， 也包括南大西洋南部地区； HU(高铀)省：具有高206Pb/204Pb和高 μ 值特征，分布于南太平洋和南大西洋 的中部地区。
为计算一个玄武岩样品的△7/4Pb和△8/4Pb，Hart(1984) 给 出了以下的经验式：
（207Pb/204Pb）NHRL =0.1084(206Pb/204Pb)+13.491;
（208Pb/204Pb）NHRL =1.209(206Pb/204Pb)+ 15.627;
△7/4Pb = [（207Pb/204Pb）DS --（207Pb/204Pb）NHRL] 100;
图6 中国大陆不同块体铅同位素206Pb/204Pb分布柱状统计图（
Zhu, 1995） (A) 新生代玄武岩；(B)中生代花岗岩长石. 1－华北；2－扬子；3－华南；4－东北 兴安岭地区；5－西藏。
4．关于地幔区域不均一性形成的争议与启示
争议：概括为两类：（1）地球地幔原始均一后来演化为不均一； （2）地球地幔原始不均一后来再发生演化。 *地球地幔原始均一后演化出不均一说：地球原始是均一的 ，后自身分异，尤其 是 层圈相互作用和再循环导致不均一。这是 迄今地球化学的统治思想。表现为对全球地幔采用统一的原始地 幔标准。如对于南半球地幔显示出的同位素组成特殊性，认为是 异常。对其形成，尽管存在着密集的俯冲碰撞使大量地壳物质带 入地幔成因说（Allegre & Turcotte, 1985）及幔核边界层物质上涌 形成说（Hart, 1988; Castillo,1988）之争，但均是从统一原始地幔 考虑问题的。 *地球地幔原始不均一加后来演化说: 根据天体化学揭示的 原始地球物质在空间上 的 不均一 性 ，而且全球地幔化学不均一性 的某些规律又非能由层圈再循环所 能 解释，因而提出了地球原始 非均一论，向均一论发起挑战（欧阳自远等，1994，1995）。
二 地幔端元组分及地幔化学不均一性
（一）地幔端元组分 随大洋和大陆玄武岩同位素和化学成分的积累，人们发现了 同位素和元素组成上的多样性。仅考虑原始地幔和亏损地幔两 个端元组分，已无法解释许多玄武岩的组成特征，地幔应具有 多种端元组分。通过多年研究，目前已确定的地幔端元组分见 表1和图1：
表1
地幔端元类型 亏损地幔（DM）
HIMU 16.2 27 ~5.5 2. 2 0. 64~0.82 54 4.7 ~ 6.9 124 39 ~85 4.7 0.30~0.43 1341 66 ~187 0. 44 0. 07~0.12 0. 20 10 ~ 0.16 25 6.2 ~9.36 0. 7028 0. 5128 21.8
图4 中国主要地体上地幔Nd-Sr-Pb(206、207、208)同位素 组成的五维拓扑空间投影图解
1.华南陆快；2.南半球和冈瓦纳；3.华北陆块；4.北太平洋（朱炳泉，1991） 。
图5 全球麻粒岩207Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解
G-L:格陵兰…拉布多拉； Le：苏格兰路易斯； In：印度； A：澳大利亚； Si：西伯利亚； An：南极； SF： 南非； SA：南美；NC：华北；SC：华 南；SG-W：南戈壁乌拉山群；J：佳木斯麻山群（朱炳泉，1998）。
第四章 化学地球动力学及深部 过程地球化学示踪
大陆动力学地球化学探索
（地球化学进展课程）
2002年8月
一
引言
（一）化学地球动力学的提出与基本构想 1．化学地球动力学产生的背景
除了微量元素与同位素示踪理论和技术方法的发展，奠定了 地幔地球化学发展的一般基础外，直接影响到化学地球动力学 产生的因素为： *板块构造学说影响 板块构造学说使地球科学家与地球化学家 能够统观整个地球系统，看到板块运动 伴 随 着 大规模壳 、 幔相 互作用和物质再循环。 *多种地幔端元组分的发现 洋、陆玄武岩同位素与微量元素揭 示了地幔物质储库的多样性，即除了原始地幔(PM)和亏损地幔 (DM)两个端元组分外，尚存在一些其它地幔端元组分，以致造 成玄武岩同位素和化学成分的多种多样性。进而可以尝试由地
3. 对EMI和 EMII的认识仍有分歧, 存在以下主要不同 认识：它们分别是俯冲作用携带的少量深海和陆源沉积物加入 地幔的结果（Hofmann & White,1982; Wilson,1993）；大陆物 质通过俯冲和拆沉加入地幔的结果(Hawkesworth et al., 1988, 1990)；EMII 为与壳幔再循环相联系的交代成因的富集地幔 组分，EM I为与地幔自身分异相联系的交代成因的富集地幔 组分（朱炳泉，1999）, 等等。 也不排除EMI和 EMII本来就是多成因的，应针对具体问题 具体解决。办法是：重视分辨陆壳、洋壳、远洋沉积物、大陆 沉积物，以及各种成因流体化学组成的细微差别及其对地幔影 响的细微不同，从而对之作出恰当的解释。
（二） 研究概况
化学地球动力学提出以来，在国际范围内通过大洋 玄武岩和大陆玄武岩源区同位素和微量元素示踪，开 展了有关全球地幔化学组成、化学演化与化学不均一 性的系统研究。在此基础上，以化学地球动力学为指 导，研究已经取得一些重要和有意义的进展与成果。 其中主要方面有： （1）地幔组分端元探索有了新近展； （2）有关全球和区域地幔化学和同位素组成不均一 性规律的发现及其应用的探索； （3）壳－幔相互作用与再循环研究取得了重要进展 ，揭示出三种形式的壳幔再循环（见下片）：
*板块会聚带洋壳俯冲和壳/幔再循环。近代的已有较 深入和成功的研究，古代的正处于探索阶段； *陆壳底部幔源岩浆底侵(underplating)和大陆地壳和 岩石圈拆沉(delamination)。已有少量论证较好的实 例，还有待于推广探索;. * 大陆壳俯冲、超高压变质带的形成与折返。这是近 年在碰撞造山带发现超高压变质榴辉岩后，揭示出的 第三种壳幔再循环方式，并构成当前研究的热点。 (4)地幔柱研究的发展及地球深部层圈相互作用、物质 循环和动力学的探索； (5)化学地球动力学数值计算模拟探索取得了初步进展 。
多种地幔端元组分的存在表明地幔化学结构的 复杂性，它既表现于垂向，又显示于侧向。
（二）地幔大尺度区域性化学不均一性
1．南半球地幔大规模同位素异常带
通过大洋玄武岩系统同位素填图，Hart(1984,1988)揭示出南 半球（赤道至南纬50度左右）存在大规模同位素异常带。其特征 表现为：HIMU、EMI、EMII端元组分集中分布，地幔显示 HIMU端元组分的高放射成因铅的特征与Hart所定义的DUPAL异 常。 DUPAL异常具有如下特征： a. 高87Sr/86Sr（大于0.7050）; b. △8/4Pb 大于60， △7/4Pb也偏高。 其中， 8/4Pb和△7/4Pb是表征样品208Pb/204Pb 和207Pb/204Pb偏 离北半球参考线(NHRL)程度的参数。计算方法如下：
注：地幔端元组成据Wilson, 1993. 1.汝阳 10081；2.汝阳 10083；3. 黄陂 10104；4.阳新 95041；5. 麻城 M57－1。
讨论：
DMM、EMI、 EMII和HIMU是被公认的端元组分；而PREMA是 否为独立端元组分尚有争议。因PREMA的同位素组成正好位于 前面四种端元组分混合中心，有人认为它是前四种端元组分混 合的结果；另一些人认为它是一个原始地幔组分，由该组分分 异出其它四个端元组分。 关于地幔端元组分形成的认识，迄今仍分歧很大。 1. 对DMM的认识基本一致，认为是N-MORB的源区，代表强 烈亏损的上地幔。 2. HIMU一般认为来源于再循环大洋岩石圈，由于俯冲前洋 底热液作用或俯冲期间变质脱水使部分铅丢失而形成其特高的 U/Pb比值或μ值。然而，HIMU经常见于洋岛玄武岩源区，表明 源区位于下地幔或幔－核边界，这就涉及洋壳深俯冲的问题。