同位素地球化学6

二、二、亏损地幔模式年龄亏损地幔模式年龄 当看到太古代深成岩对当看到太古代深成岩对CHURCHUR的的NdNd同位素演化线的良好拟合时，同位素演化线的良好拟合时，DePaoloDePaolo和和Wasserburg(1976b)Wasserburg(1976b)也注意到年轻的洋中脊玄武岩也注意到年轻的洋中脊玄武岩(MORB)(MORB)在在CHURCHUR演化线之上演化线之上+7+7到到+12+12个个单位单位(图图13)13)。他们认识到。他们认识到位于位于CHURCHUR演化线的误差范围内的太古代大陆火成岩能令人服地位演化线的误差范围内的太古代大陆火成岩能令人服地位于以不断增加的于以不断增加的Sm/NdSm/Nd比值和比值和143143Nd/Nd/144144NdNd比值为特征的亏损地幔演比值为特征的亏损地幔演化线上。然而，他们根据与月球化线上。然而，他们根据与月球NdNd同位素演化的对比对大陆火成同位素演化的对比对大陆火成岩乐于用球粒陨石源而没有采用此模式。岩乐于用球粒陨石源而没有采用此模式。年龄为年龄为3.3-4Ga3.3-4Ga的月球玄武岩表现出宽变化范围的初始的月球玄武岩表现出宽变化范围的初始143143Nd/Nd/144144NdNd比值，等同于对比值，等同于对CHURCHUR，其变化从，其变化从+7+7到到-2-2的的单位单位(图图1616）。这种分布表明在月球上很早就出现了）。这种分布表明在月球上很早就出现了Sm/NdSm/Nd分馏，且不存分馏，且不存在具有球粒陨石在具有球粒陨石Sm/NdSm/Nd比值的长期均一岩浆源。比值的长期均一岩浆源。19761976年分析的所年分析的所有太古代地球岩石没有表现出位于有太古代地球岩石没有表现出位于CHURCHUR误差之外的分散的事实导误差之外的分散的事实导致致DePaoloDePaolo和和Wasserburg(1976b)Wasserburg(1976b)得出地球没有经历早期分异的得出地球没有经历早期分异的结论，或者是如果分异了，也是由对流作用的再混合。结论，或者是如果分异了，也是由对流作用的再混合。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 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，因同位素数据是其严重的弱点，因为它留下了太古代为它留下了太古代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)数据之间的空缺，及两者之间关系的问题。填补此空缺的重要数据之间的空缺，及两者之间关系的问题。填补此空缺的重要阶段是对科罗拉多阶段是对科罗拉多Front RangeFront Range的元古代变质基底的研究的元古代变质基底的研究(DePaolo,1981)(DePaolo,1981)。来自爱达荷。来自爱达荷Springs Springs 组的四个变火山岩和组的四个变火山岩和两个紫苏花岗质麻粒岩用两个紫苏花岗质麻粒岩用Sm-NdSm-Nd等时线法测定了年龄。另外，等时线法测定了年龄。另外，对以前用对以前用Rb-SrRb-Sr全岩法测定过年龄的三个深成岩全岩法测定过年龄的三个深成岩(Boulder(Boulder CreekCreek，Silver PlumeSilver Plume和和Pikes PeakPikes Peak花岗岩类花岗岩类)也作了也作了NdNd同位同位素和素和Sm/NdSm/Nd测定。所有这些样的初始测定。所有这些样的初始143143Nd/Nd/144144NdNd比值都投点在图比值都投点在图1717的的NdNd对时间图上。对时间图上。爱达荷爱达荷SpringsSprings变火成岩集中于变火成岩集中于NdNd(t(t)=+3.7)=+3.70.30.3，表明，表明它们在它们在1.8Ga1.8Ga相对于相对于CHURCHUR来自亏损地幔源。来自亏损地幔源。Boulder CreekBoulder Creek样样品也具正的品也具正的NdNd值值(+1.7(+1.7到到+3.5)+3.5)，而，而Silver PlumeSilver Plume和和Pikes Pikes Peak Peak 花岗岩具不断降低的花岗岩具不断降低的NdNd值，位于爱达荷值，位于爱达荷SpringsSprings地壳平地壳平均均143143Nd/Nd/144144NdNd演化线上，表明它们包含了大量演化线上，表明它们包含了大量1.8Ga1.8Ga的基底重熔的基底重熔成分。成分。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和现代岛弧数据拟合了一条二次曲线线(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NdNd同位同位素演化。该曲线在早太古代紧靠素演化。该曲线在早太古代紧靠CHURCHUR演化线，但向现在不断演化线，但向现在不断偏离，相对于偏离，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：5.8325.0)(2TTTNd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认认为为T TDMDM模式年龄比模式年龄比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的格林威尔杂岩异常低的的格林威尔杂岩异常低的0.8GaT0.8GaTCHURCHUR被被修改成修改成1.3GaT1.3GaTDMDM年龄，与得克萨斯年龄，与得克萨斯LlanoLlano抬升的年龄相一致，被抬升的年龄相一致，被解释为相同省的一个部分。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，励着亏损地幔源演化的几个重新解释。例如，DePaolo(1983)DePaolo(1983)利用新发表的前寒武纪玄武岩数据计算了具有正弦曲线形式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曲线。然而，晚太古代正弦曲线中的衰退不久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ClaoueClaoue-LongLong等等(1984)(1984)计算出的计算出的KambaldaKambalda在在3.2Ga3.2Ga时非常亏损的时非常亏损的+3+3NdNd值，值，建议使用上凸的亏损地幔曲线。随后的研究表明建议使用上凸的亏损地幔曲线。随后的研究表明KambaldaKambalda的年的年龄是错误的，但该曲线由太古代其它高龄是错误的，但该曲线由太古代其它高NdNd值的发现可得以恢值的发现可得以恢复。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年提出的年提出的(图图18)18)。该模式假定从。该模式假定从4560Ma4560MaNdNd=0=0到到0Ma0MaNdNd=+10(MORB=+10(MORB成分成分)地幔是线性亏损的，并对来自美国西南地幔是线性亏损的，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亏损的NdNd值可能是裂谷环境中的几乎没有地壳混染的溢流玄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，对于计算产生于弧环境中的英云闪长质造壳岩石武岩。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的地幔模式，现今具有比扩张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脊较少亏损的NdNd同位素特征。同位素特征。当不同地理区的新数据可利用时，就存在一种亏损地幔模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，检查文献表明式增殖的趋势。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，与两篇控制文说明了这种应用，与两篇控制文章：章：NelsonNelson和和DePaolo(1984),DePaolo(1984),上面讨论的及上面讨论的及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)的曲线状地幔的曲线状地幔演化线。对演化线。对DePaolo(1981)DePaolo(1981)引文的持久性表明了该地幔模式的广引文的持久性表明了该地幔模式的广泛使用性。因此，希望泛使用性。因此，希望T TDMDM和和T TCRCR表示法应限于表示法应限于DePaolo(1981)DePaolo(1981)和和GoldsteinGoldstein等等(1984)(1984)模式，而其它缩写用于表示不同的模式。模式，而其它缩写用于表示不同的模式。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模式年龄方法的主要应用之一就是测定所谓的测定所谓的“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，或复杂的地质历史没有更直接测定地壳年龄方法时，Sm-NdSm-Nd法最法最常被应用。当应用到全岩系统时，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、高级变质作用甚至可能重新一就是它提供了透过侵蚀、沉积、高级变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，这些过程可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。图19 引入Nd新的亏损地幔演化模式文章的引用率变化一、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系统行为可通过对比由河流携带颗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。以考察。GoldsteinGoldstein和和Jacobsen(1988)Jacobsen(1988)完成了美洲河流中颗粒的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地壳存留年龄的沉积物(图图20)20)。流过沉积岩分水岭的河流没有。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还没有适当地定适当加以证明，因为它们源区的地壳存留年龄还没有适当地定量化。量化。沉积作用中沉积作用中Sm-NdSm-Nd系统的行为可通过对比沉积物不同大小部系统的行为可通过对比沉积物不同大小部分的分的NdNd模式年龄对比加以证明。早期对来自亚马逊河底部沉积模式年龄对比加以证明。早期对来自亚马逊河底部沉积物的研究物的研究(Goldstein(Goldstein等，等，1984)1984)发现不同大小部分给出仅非常小发现不同大小部分给出仅非常小范围的地壳存留年龄范围的地壳存留年龄(1.54-1.64Ga)(1.54-1.64Ga)，尽管总，尽管总NdNd含量上具大的范含量上具大的范围围(17-47ppm)(17-47ppm)。AwwillerAwwiller和和Mack(1991)Mack(1991)对来自对来自Rio GrandeRio Grande和密和密西西比河的泥与沙级沉积物发现了类似的模式年龄吻合。然而，西西比河的泥与沙级沉积物发现了类似的模式年龄吻合。然而，大河底部的沉积物在显示良好的化学均一性上可能不是典型的。大河底部的沉积物在显示良好的化学均一性上可能不是典型的。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。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)(1989)对比了来自几个不同构造环境的浊积岩中沙和泥质对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的模式年龄(图图21)21)。他们的发现是相当可变的，一些对显示出。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。具小于沉积物的岩石学上组成。具小于5%5%岩屑火山碎屑的成熟被动边岩屑火山碎屑的成熟被动边缘沉积物与具大约缘沉积物与具大约90%90%的岩屑火山碎屑两者都显示了沙和泥质部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分模式年龄的良好吻合(实心符号实心符号)。这些均一类型的沉积物因。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。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。事件提供差的模式年龄限制。图21 不同构造环境中深海浊积岩中泥质对砂质亏损地幔模式年龄图解二、二、变质作用变质作用 StilleStille和和Clauer(1986)Clauer(1986)及及BrosBros等等(1992)(1992)已经证明了炭已经证明了炭质质(黑色黑色)页岩中在显微镜下的粘土矿物中页岩中在显微镜下的粘土矿物中Sm-NdSm-Nd系统学系统学可由成岩作用重新启动。他们证明在一些情况下，次显可由成岩作用重新启动。他们证明在一些情况下，次显微大小的颗粒能产生微大小的颗粒能产生Sm-NdSm-Nd等时线，他们解释为测定了等时线，他们解释为测定了成岩作用的年龄。如果粘土矿物的成岩作用的年龄。如果粘土矿物的Rb-SrRb-Sr定年由碎屑继定年由碎屑继承性可被扰动，这种年龄的精确性还有待证明。然而，承性可被扰动，这种年龄的精确性还有待证明。然而，矿物学尺度上的矿物学尺度上的REEREE成岩活化并不意味着全岩尺度上成岩活化并不意味着全岩尺度上Sm-Sm-NdNd系统的开放。系统的开放。AwwillerAwwiller和和Mack(1991)Mack(1991)根据来自得克萨根据来自得克萨斯钻孔样品的的斯钻孔样品的的Sm-NdSm-Nd分析认为这种情况是可以出现的。分析认为这种情况是可以出现的。与成岩作用中与成岩作用中Sm-NdSm-Nd开放系统的认识相反，开放系统的认识相反，BarovichBarovich和和Patchett(1992)Patchett(1992)证明即使在严重的变质变形中花岗质证明即使在严重的变质变形中花岗质岩的全岩岩的全岩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。发宽的中生代韧性剪切带。发现在两个不同的剖面中冲断面现在两个不同的剖面中冲断面1m1m的范围内，变形增加的的范围内，变形增加的花岗岩样品产生围绕花岗岩样品产生围绕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)。即使在显示斜长石广泛的绢云母化和大量绿帘石增。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持。仅在离主冲断面小加的样品中封闭系统行为仍然保持。仅在离主冲断面小于于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，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。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麻粒岩表明即使是在麻粒岩相变质作用中全岩质作用中全岩Sm-NdSm-Nd模式年龄抗明显的重启动。英云闪长模式年龄抗明显的重启动。英云闪长质片麻岩质片麻岩1010点的点的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，及相对于对于CHUR-2.4tCHUR-2.4t的初始比值。该等时线被认为测定了的初始比值。该等时线被认为测定了变质事件。然而，这些相同的片麻岩变质事件。然而，这些相同的片麻岩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。这些年龄被变质作用轻微分散，但仍然给出了非常接近被变质作用轻微分散，但仍然给出了非常接近DrumbegDrumbeg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冲冲断层距离的函数关系断层距离的函数关系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。NelsonNelson和和DePaolo(1985)DePaolo(1985)试图通过考虑有限的地壳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。深熔事件壳内重熔条件下确定对模式年龄扰动的上限。从地壳熔融模式从地壳熔融模式(Hanson,1978)(Hanson,1978)，他们估计由壳内熔融，他们估计由壳内熔融过程可能引起的最大量过程可能引起的最大量Sm/NdSm/Nd分馏分馏()()是先存样品是先存样品Sm/NdSm/Nd与球粒陨石与球粒陨石Sm/NdSm/Nd间分馏的间分馏的20%20%。DePaoloDePaolo和和Wasserbugr(1976)Wasserbugr(1976)定义该分馏因子为：定义该分馏因子为：11967.0/144147/sampleNdSmNdSmf用此表示法，由壳内分馏事件引入的亏损地幔模式年龄的用此表示法，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：误差由下式给出：)(/TmTffErrTCFDfNdSmsfNdSmDM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演化线演化线这里这里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是部分熔融事件的是部分熔融事件的年龄。这种误差放大如图年龄。这种误差放大如图2424所示。此问题通过分析熔所示。此问题通过分析熔融年龄相当接近于它们形成年龄融年龄相当接近于它们形成年龄(300Ma?)(300Ma?)的样品可最的样品可最小化。小化。壳内熔融在模式年龄上引起相当小的扰动的证据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成年龄(假定花岗岩是这些围岩的深熔产物假定花岗岩是这些围岩的深熔产物)。该途径。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的平均。为每个深成岩体可预期是大量地壳成分的平均。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。因为显生宙覆盖模糊了大部分美国中部基底，模糊了大部分美国中部基底，仅能从钻孔岩心或钻孔仅能从钻孔岩心或钻孔岩片岩片(chips)(chips)进行定年，对于此应用该方法是合适的。进行定年，对于此应用该方法是合适的。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分馏引起的模式年龄的可能误差的误差的Nd同位素系统学示意图同位素系统学示意图图图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 然而，该方法的弱点已揭示出来了，模式年龄结果并不对然而，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。在应于已知的火成岩结晶年龄代表的事件。在BennetBennet中中2.0-2.3Ga2.0-2.3Ga模式年龄及模式年龄及DePaoloDePaolo的的“PenokeanPenokean”与与“MojaviaMojavia”地体证明了地体证明了此问题。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，其模式年龄对地壳抽提年龄没有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意义。4.4 4.4 地壳增长问题地壳增长问题 究竟地壳在地质时间内一直是增长的还是大约维持究竟地壳在地质时间内一直是增长的还是大约维持恒定的体积的问题是地质学中最基本的问题之一，但恒定的体积的问题是地质学中最基本的问题之一，但要作出结论性的回答证明是困难的。因此，这里讨论要作出结论性的回答证明是困难的。因此，这里讨论NdNd同位素证据三个最重要的的方面。同位素证据三个最重要的的方面。一、地壳增生年龄一、地壳增生年龄 透过年轻的热事件并测定大陆岩石形成年龄的透过年轻的热事件并测定大陆岩石形成年龄的Sm-NdSm-Nd方法的方法的能力使得该方法理想地适用于作出现今地壳基底的年龄分布图。能力使得该方法理想地适用于作出现今地壳基底的年龄分布图。这便得到了不考虑地壳再循环进入地幔全部时间的大陆增长线。这便得到了不考虑地壳再循环进入地幔全部时间的大陆增长线。Nelson和和DePaolo(1985)对美国大陆的研究发现对美国大陆的研究发现Nd模式年龄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，结合近来发表的加拿大地盾的年龄，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。该图形得到导致估计的北美克拉通平均年龄的激增。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下元古界的进一证实，他们进一步放大了北美新增下元古界(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地壳基底的估计面积。这便得到了随时间的地壳形成正弦曲线，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(图图26，曲线，曲线4)。二、沉积物源区年龄 作 为 大 陆 增 长 模 式 的 支 持 者作 为 大 陆 增 长 模 式 的 支 持 者(如如 M oor b at h,1976)、Armstrong(1981)认为各种方法说明的大陆增生记录认为各种方法说明的大陆增生记录(如前所述如前所述)并没有证明大陆面积在全部地质时间内实际增长了。并没有证明大陆面积在全部地质时间内实际增长了。Armstrong认为如果由沉积物消减的地壳再循环进入地幔等于消减带上新认为如果由沉积物消减的地壳再循环进入地幔等于消减带上新地壳形成，地壳形成，4.5Ga前的大陆面积等于现今大陆面积的模式可以得前的大陆面积等于现今大陆面积的模式可以得到随时间的视地壳增长。到随时间的视地壳增长。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 老的地壳体可被造山作用缩短，而后由侵蚀和沉积消减作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、用夷平。然而，一些沉积物可逃避此再循环过程并提供老的、再循环地体的记录。因此，寻找大陆质量恒定性或增长性的证再循环地体的记录。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。透过侵蚀和沉积作用而到其原始地壳抽提据转向沉积物记录。透过侵蚀和沉积作用而到其原始地壳抽提事件的事件的Nd模式年龄方法的能力使得它对此研究成为理想的工具。模式年龄方法的能力使得它对此研究成为理想的工具。数据通常绘于数据通常绘于Nd模式年龄模式年龄(地壳存留年龄地壳存留年龄)对沉积物地层年龄对沉积物地层年龄的图上的图上(图图27)。来自年轻幔源物质侵蚀的沉积物将具。来自年轻幔源物质侵蚀的沉积物将具TCR=TSTRAT并位于一致线上并位于一致线上(Allegre和和Rousseau，1984)。相反，。相反，没有任何年轻物质加入的较老沉积物的循环将使成分沿水平矢没有任何年轻物质加入的较老沉积物的循环将使成分沿水平矢量向右移动。几个源区的数据如图量向右移动。几个源区的数据如图27所示，包括碎屑沉积物所示，包括碎屑沉积物(Hamilton等，等，1983；ONions等，等，1983；Taylor等，等，1983；Allegre和和Rousseau，1984)及现今主要河流中的颗粒物及现今主要河流中的颗粒物(Goldstein等，等，1984)。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早期数据所示的模式早期数据所示的模式年龄与地层年龄图解年龄与地层年龄图解Allegre和和Rousseau(1984)将这些数据与具全部时间不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同大陆增长速率的大陆增长的各种理论模式作了比较较(图图27)。“大冲击大冲击”模式模式(A)，也就是全部大陆是，也就是全部大陆是在大约在大约4Ga或以前提抽出的，被排除掉。或以前提抽出的，被排除掉。Allegre和和Rousseau认为从认为从3.8Ga到现在具均一增长的模式到现在具均一增长的模式(B)更更好地拟合数据，但最佳拟合为曲线好地拟合数据，但最佳拟合为曲线(C)，代表着随时，代表着随时间地壳增长的降低。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年代中，几个研究揭示了早和中太古代岩石的年代中，几个研究揭示了早和中太古代岩石的初始初始Nd同位素数据，它们位于球粒陨石演化线以上，同位素数据，它们位于球粒陨石演化线以上，一些情况下位于一些情况下位于Goldstein等的亏损地幔演化线以上。等的亏损地幔演化线以上。Smith和和Ludden(1989)认为计算得到的早期镁铁质岩认为计算得到的早期镁铁质岩石强的正石强的正值由于给定的不正确的年龄，因此是错值由于给定的不正确的年龄，因此是错误的。早期误的。早期 Kambalda例子已提及，毫无疑问例子已提及，毫无疑问一些数一些数据存在问题据存在问题。然而，他们得出在早太古代存在足够亏损然而，他们得出在早太古代存在足够亏损的地幔成分，此现象是真实的。的地幔成分，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，大约为万亿分丰度大约为岩石中的百万分之几，大约为万亿分之三之三(Goldberg et al.,1963;Piepras et al.,1979).相反，象钠这样相反，象钠这样的离子在岩石和海水中具类似的丰度。这便导致的离子在岩石和海水中具类似的丰度。这便导致Goldberg et al.提提出出Nd在海水中具非常短的滞留时间，可能小于在海水中具非常短的滞留时间，可能小于300年，并小于海洋年，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。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(被认为是直接从海水中沉淀出的被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。含量。结果早期结果早期ONion et al.(1978)和和Piepgras et al.(1979)的研究主要集中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发现具明显不同的于这类物质。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归结为海水同位素成分的真实变化。变化。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同位同位素分析直方图素分析直方图 JacobsenJacobsen和和Pimentel-Klose(1988)Pimentel-Klose(1988)通过分析太古代和元古通过分析太古代和元古代带状铁建造代带状铁建造(BIF)(BIF)将平均海水将平均海水NdNd同位素演化曲线延伸到前寒武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。纪，这些被认为指示着前寒武纪洋的同位素成分。带状铁建造的数据与带状铁建造的数据与KetoKeto和和Jacobsen(1988)Jacobsen(1988)显生宙平均海显生宙平均海水演化曲线一起如图水演化曲线一起如图2929所示。这条曲线延伸到前寒武纪拟合所示。这条曲线延伸到前寒武纪拟合BIFBIF数据，表明不象显生宙大陆径流起主导影响，太古代海水数据，表明不象显生宙大陆径流起主导影响，太古代海水NdNd由由洋中脊热液循环控制。这也与那时较小的大陆体与较高的全球洋中脊热液循环控制。这也与那时较小的大陆体与较高的全球热流是一致的。然而元古代是从太古代地幔占主导地位的机制热流是一致的。然而元古代是从太古代地幔占主导地位的机制向显生宙地壳占主导地位机制的过渡期。向显生宙地壳占主导地位机制的过渡期。01234-20-10010年龄/GaNd亏损地幔图图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同位素组成随时间演化的图解的图解胡霭琴等（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（3.5Ga）、）、2.4-2.3Ga的天山区、的天山区、1.5Ga的准噶尔区及具复杂的准噶尔区及具复杂模式年龄分布的阿尔泰区（最大达近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 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、模式年龄研究结果表明，长期以来被当作太古代、出露于康定出露于康定-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；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Nd模式模式年龄变化范围大，且多数大于年龄变化范围大，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。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露的片麻岩-麻粒麻粒-角闪岩的角闪岩的Sm-Nd同位素地质年代学研究表明：它们应形成于新同位素地质年代学研究表明：它们应形成于新元古代元古代.