余明 湯慶艷 張銘杰＊＊ 何佩佩 尚慧 李立武

YU Ming1，TANG QingYan1，ZHANG MingJie1＊＊，HE PeiPei1，SHANG Hui1 and LI LiWu2

1. 蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院，西部礦產(chǎn)資源甘肅省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000

2. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000

1. Gansu Key Laboratory of Mineral Resources in Western China，School of Earth Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000，China

2. Gansu Key Laboratory of Petroleum Resources，Institute of Geology and Geophysics，CAS，Lanzhou 730000，China

2014-01-05 收稿，2014-05-29 改回.

1 引言

地球大規(guī)?；鹕綆r漿作用過(guò)程中，流體揮發(fā)份在巖漿起源、火山噴發(fā)形式及地表環(huán)境影響等方面具有重要作用(Carapezza and Federicob，2000;Chiodini et al.，2008;Zhang et al.，2009)，巨量的流體釋放會(huì)造成災(zāi)難性的生物大滅絕(Tang et al.，2013)。騰沖新生代大規(guī)模的火山作用造就了云南西南部70 多座火山構(gòu)成的火山區(qū)(北緯24°45′ ～25°36′、東經(jīng)98°20′ ～98°48′)，東以高黎山縫合帶為界，西與緬甸接壤，是喜馬拉雅地帶內(nèi)唯一的火山地共存熱區(qū)，現(xiàn)在仍然是深部氣體向大氣圈排放的通道(Shangguan et al.，2005;郭正府等，2011;成智慧等，2012;趙慈平等，2012)。巖漿作用、地?zé)崃黧w活動(dòng)釋放大量揮發(fā)份至地表環(huán)境，相關(guān)流體揮發(fā)份的化學(xué)組成和同位素組成可有效地制約流體的來(lái)源(Giggenbach，1997;Carapezza and Federicob，2000;Birkle et al.，2001;Chiodini et al.，2008;Tang et al.，2012，2013;Xu et al.，2013)。然而，騰沖大規(guī)?；鹕阶饔玫牧黧w組成缺乏系統(tǒng)研究。

騰沖新生代火山巖為玄武巖-安山巖-英安巖組合，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE 配分模式和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分模式顯示，這些火山巖富集大離子親石元素和輕稀土元素，虧損Nb、Ta 和高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有Eu 負(fù)異常(Zhou et al.，2012;周真恒等，2000)，巖石地球化學(xué)組成類(lèi)似于島弧或大陸環(huán)境火山巖，具島弧或活動(dòng)陸緣屬性(叢柏林等，1994;趙勇偉和樊祺誠(chéng)，2010;徐翠玲等，2012)。但與典型的島弧火山巖相比，騰沖新生代火山巖Th、Ti 和P 富集，被認(rèn)為巖漿演化過(guò)程中不同程度的加入了源于印度洋巖石圈俯沖板片的流體和沉積巖組分(Zhou et al.，2012)。

騰沖新生代火山區(qū)軟流圈上涌、巖石圈伸展、區(qū)域構(gòu)造變形強(qiáng)烈、巖漿侵入活動(dòng)頻繁、高溫地?zé)岙惓ｏ@著、地震活動(dòng)頻繁。稀有氣體氦同位素研究結(jié)果表明，騰沖火山區(qū)至今仍存在大量的幔源揮發(fā)份的釋放(Xu et al.，2004;王先彬等，1993;上官志冠等，1999，2000，2004)，是現(xiàn)今地球內(nèi)部流體揮發(fā)份脫出排放大氣圈的典型地區(qū)。本文對(duì)騰沖新生代火山巖進(jìn)行了系統(tǒng)的流體揮發(fā)份化學(xué)組成和碳同位素組成分析，探討了火山巖漿作用過(guò)程中流體組成特征及其來(lái)源。

2 區(qū)域地質(zhì)背景

騰沖火山區(qū)位于印度板塊與歐亞板塊碰撞帶——青藏高原的東南緣，被夾持于印度板塊和揚(yáng)子板塊之間(圖1)。始新世以來(lái)，印度板塊與歐亞板塊碰撞，向東沿科希馬結(jié)合帶俯沖于緬甸板塊之下。印度板塊繼續(xù)向北推擠，而向東的側(cè)壓力使得騰沖及其鄰近地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的地殼形變，導(dǎo)致騰沖火山區(qū)為裂谷環(huán)境(Chen et al.，2002;Wang et al.，2007)。

圖1 騰沖新生代火山巖地質(zhì)分布圖(據(jù)趙勇偉和樊祺誠(chéng)，2010)Fig. 1 Geological map of Tengchong Cenozoic volcanic rocks in SE margin of the Tibetan Plateau (after Zhao and Fan，2010)

騰沖新生代火山巖群主要有馬鞍山、老龜坡、打鷹山、大空山和小空山等，火山熔巖分布面積約792km2?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)始于中新世，延續(xù)至全新世(17.8 ～0.09Ma，穆治國(guó)等，1987;姜朝松，1998)，具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)，從騰沖盆地中部向東、西兩側(cè)火山巖由新逐漸變老(姜朝松，1998)。巖石類(lèi)型從鈣堿性玄武巖、鉀玄巖、鉀玄粗安巖、鈣堿性英安巖到粗面巖，屬于高鉀鈣堿性巖系列，以安山玄武巖和安山巖為主，以及橄欖玄武巖、輝石玄武巖和英安巖等(徐翠玲等，2012)。晚新生代火山巖廣泛出露在中生代花崗巖體和古生代沉積地層之上。

騰沖火山區(qū)分布著眾多的地?zé)釡厝厍蛭锢碣Y料表明，地下不同深度存在高溫巖漿區(qū)(樓海等，2002)，地殼淺部有幔源巖漿侵入活動(dòng)(上官志冠等，2000)?，F(xiàn)今巖漿的存在和活動(dòng)必然會(huì)導(dǎo)致巖漿揮發(fā)份的釋放，而強(qiáng)烈的地?zé)崃黧w活動(dòng)和大量的幔源揮發(fā)份釋放必定與巖漿活動(dòng)直接有關(guān)。

3 樣品及測(cè)試方法

3.1 樣品及前處理

圖2 騰沖新生代火山巖不同溫度釋出流體組分的含量(mm3/g)Fig.2 The contents of volatiles (mm3/g)released at different temperatures from Tengchong Cenozoic volcanic rocks

研究樣品主要為騰沖馬鞍山、老龜坡、打鷹山的玄武巖和安山巖，樣品采集于新建公路開(kāi)挖的新鮮斷面，采樣位置見(jiàn)圖1。

通過(guò)薄片顯微巖石學(xué)觀察，選擇新鮮的樣品去除表層部分后，把樣品粉碎至40 ～60 目，然后挑選火山巖基質(zhì)樣品，用去離子水超聲波反復(fù)清洗后烘干，再在雙目顯微鏡下挑選出純凈的火山巖基質(zhì)。依次用0.3mol/L 的HCl 浸泡24h，用超聲波清洗以除去杏仁、氣孔構(gòu)造中的次生碳酸鹽或蝕變部分。用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后，再用分析純CH2Cl2-超聲波清洗以除去樣品表面吸附的有機(jī)質(zhì)，在110℃條件下烘干用于實(shí)驗(yàn)。詳細(xì)的樣品處理方法見(jiàn)湯慶艷等(2012)。

3.2 流體組成測(cè)定方法

流體化學(xué)組成分析采用改進(jìn)的真空分步加熱質(zhì)譜法完成，該方法針對(duì)形成于高溫條件下巖漿巖中保存的流體揮發(fā)份，克服了樣品釋出流體組分間相互反應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響(Zhang et al.，2004，2009;張銘杰等，2000)。分步加熱裝置由石英樣品管和液氮冷阱組成。樣品在100℃加熱高真空去氣2h，確認(rèn)沒(méi)有氣體排出后從200℃開(kāi)始升溫，以100℃為升溫段，每個(gè)溫度段加熱1h，最高加熱溫度為1000℃(之后樣品開(kāi)始熔融)。樣品加熱過(guò)程中采用液氮冷阱冷凍分離樣品釋出的低冰點(diǎn)流體揮發(fā)份。釋出流體組成在線導(dǎo)入MAT271 型質(zhì)譜計(jì)測(cè)定流體化學(xué)組成，流體組分提取裝置和詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)Zhang et al. (2004，2007)描述。CO2和H2測(cè)量的相對(duì)誤差小于1%，H2O 的測(cè)量誤差小于5%(Zhang et al.，2007)。

碳同位素組成以CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10含碳流體揮發(fā)份為測(cè)試對(duì)象，采用分步加熱-氦載氣-分子篩-GC-C-穩(wěn)定同位素質(zhì)譜計(jì)測(cè)定，CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10含碳流體揮發(fā)份提取裝置由石英樣品管和分子篩吸附阱組成。分子篩預(yù)先在400℃加熱、氦載氣驅(qū)趕凈化，樣品在不同溫度段釋出的含碳流體揮發(fā)份用液氮-分子篩冷凍吸附收集，每一溫度點(diǎn)恒溫1h 后，采用加熱分子篩(～96℃)解吸含碳流體揮發(fā)份，用氦載氣載入在線GC-C-MS 系統(tǒng)，通過(guò)4m 長(zhǎng)的GDX-05 不銹鋼色譜填充柱分離CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10組分，He 載氣流速5mL/min，填充柱升溫范圍為-20 ～95℃，升溫速率3℃/min。分離的組分經(jīng)燃燒系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為CO2，進(jìn)入Delta-plus XP 穩(wěn)定同位素質(zhì)譜計(jì)測(cè)量碳同位素組成。δ13C 值采用PDB 標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)誤差小于1.6‰。詳細(xì)分析步驟見(jiàn)Zhang et al.(2007)和湯慶艷等(2012)。

4 結(jié)果

4.1 流體揮發(fā)分化學(xué)組成

騰沖新生代火山巖分步加熱過(guò)程中流體揮發(fā)份在200 ～400℃、400 ～800℃和800 ～1000℃分階段釋出，不同溫度段釋出流體組分化學(xué)組成見(jiàn)表1。

騰沖新生代火山巖流體揮發(fā)份含量較高，平均含量1290mm3·STP/g(STP:標(biāo)準(zhǔn)溫度和大氣壓，下同)。主要揮發(fā)份相是H2O，平均約1230mm3·STP/g，占流體揮發(fā)份總量的95vol.%。扣除 H2O 后，流體揮發(fā)份主要是 CO2(28vol.%)、N2(32vol.%)和CO(23vol.%)，以及少量的O2(9vol.%)和CH4(3vol.%)。不同流體揮發(fā)份相的釋出溫度也不同，H2O 主要在300 ～400℃低溫段釋出;CO2和CH4主要在400 ～800℃中溫段釋出。N2和O2在H2O 和CO2的釋出峰溫度區(qū)間均有釋出(圖2)。

表1 騰沖火山巖基質(zhì)不同溫度段釋出流體組分的含量(mm3·STP/g)Table 1 Volatile concentrations (mm3 ·STP/g)in matrix separates at different temperatures in Tengchong Cenozoic volcanic rocks，China

騰沖新生代火山巖不同溫度段釋出流體揮發(fā)份化學(xué)組成不同。200 ～400℃釋出流體揮發(fā)份 H2O 占98%(1139mm3/g)，扣除H2O 后的流體揮發(fā)份主要是CO2(32vol.%)、N2(28vol.%)和CO(20vol.%)。400 ～800℃釋出流體揮發(fā)份H2O 占73%(77mm3/g)，扣除H2O 后的流體揮發(fā) 份 主 要 是 CO2(32vol.%)、N2(28vol.%)和 CO(26vol.%)。800 ～1000℃釋出流體揮發(fā)份中H2O 占56%(13mm3/g)，扣除 H2O 后的流體揮發(fā)份主要是 N2(54vol.%)、CO(16vol.%)和CO2(12vol.%)。

騰沖新生代火山巖的流體揮發(fā)份組成隨火山區(qū)有很大的變化，如圖3。馬鞍山地區(qū)火山巖中H2O 含量很高，平均約1769mm3·STP/g，CO2的含量相對(duì)較低(平均為11mm3/g)，而N2的含量相對(duì)較高(平均為27mm3/g)。老龜坡和打鷹山火山巖中H2O 含量較低，平均分別為705 和136mm3/g，CO2的含量相對(duì)較高，平均分別為30 和24mm3/g，N2含量較低，平均分別為8 和9mm3/g。

4.2 流體揮發(fā)分碳同位素組成

騰沖新生代火山巖分步加熱釋出含碳流體揮發(fā)份CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10的碳同位素組成見(jiàn)表2。CO2的δ13C為-27.1‰～-7.5‰，在地殼和地幔范圍之間(圖4a)。CH4、C2H6、C3H8和C4H10的δ13C 變化范圍分別為-43.6‰～-25.9‰、-30.8‰ ～-21.2‰、-29.2‰ ～-23.2‰和-22.1‰～-14.2‰，位于世界范圍內(nèi)巖漿來(lái)源CO2的δ13C值(-10‰～0‰)和CH4的δ13C 值(-52‰～-9‰)的范圍內(nèi)(Sherwood et al.，1993;Giggenbach，1997;Birkle et al.，2001)。全球玄武巖CO2的δ13C 值大部分位于- 9‰ ～-4‰，少部分-30‰～-25‰(Deines，1992)。

表2 騰沖火山巖基質(zhì)不同溫度段釋出流體組分的碳同位素組成(vPDB‰)Table 2 The carbon isotopes (vPDB‰)of carboniferous volatiles in matrix separates at different temperatures in Tengchong Cenozoic volcanic rocks，China

圖3 騰沖不同火山區(qū)流體揮發(fā)分組成Fig.3 The chemical compositions of volatiles from different Cenozoic volcano fields in Tengchong

不同加熱溫度段CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10碳同位素組成不同。200 ～400℃溫度段，CO2的δ13CCO2位于-27.1‰ ～ - 24.0‰，平 均 - 24.9‰;CH4的 δ13C1=-43.5‰ ～ - 36.8‰，平均為- 38.8‰，C2H6的δ13C2=-29.3‰～-23.3‰，平均值為-26.6‰;C3H8的δ13C3=-29.1‰～-23.2‰，平均為-27.4‰;C4H10的δ13C4介于-22.1‰～-16.5‰之間，平均為-19.5‰。

400 ～800℃溫度段，δ13CCO2= -24.7‰～-20.2‰，平均-23.1‰，δ13C1= -41.0‰ ～-25.9‰，平均為-31.3‰;δ13C2= -25.2‰ ～-21.2‰，平均-23.4‰;C3H8的δ13C3介于-29.2‰ ～-24.7‰，平均為-26.6‰;C4H10的δ13C4介于-21.0‰～-14.2‰，平均為-18.5‰。

800 ～1000℃溫度段，δ13CCO2= -22.1‰～-7.5‰之間，平均-18.9‰。一個(gè)樣品釋出CH4的δ13C1= - 31.9‰;δ13C2= -30.8‰ ～-22.6‰，平均值為-26.6‰。C4H10的δ13C4介于-21.9‰～-16.0‰，平均-19.7‰。C3H8在800～1000℃的氣量較小未達(dá)到檢測(cè)限。

隨溫度升高含碳流體揮發(fā)份的δ13C 逐漸變重，C3H8、C4H10的δ13C 在400 ～800℃均達(dá)到峰值。CH4、C2H6、C3H8和C4H10碳同位素組成隨碳數(shù)具有正序分布特征，C2H6與C3H8間局部出現(xiàn)反序分布特征(圖4b)。

圖4 騰沖新生代火山巖CO2 碳同位素值(δ13C‰ vs. PDB)與CO2 含量(mm3/g)(a)及與甲烷同系物碳同位素組成(b)Rayleigh-瑞利脫氣分餾曲線，碳同位素初始值為-7‰，1000lnα= -4.6‰Fig.4 The variations of δ13C (‰ vs. PDB)of CO2 and the CO2contents (mm3/g)(a)and δ13C (‰ vs. PDB)of CH4，C2H6，C3H8 and C4H10 in Tengchong Cenozoic volcanic rocksRayleigh-Rayleigh degassing curve of carbon isotope (initial value of δ13C is -7‰，1000lnα= -4.6‰)

5 討論

5.1 騰沖火山作用流體揮發(fā)份組成

騰沖火山巖熔體包裹體研究結(jié)果表明火山作用脫氣強(qiáng)度較低(李霓和張柳毅，2011)，因此騰沖火山巖基質(zhì)的流體揮發(fā)份可代表火山巖漿作用的流體介質(zhì)組分。騰沖火山巖基質(zhì)的流體揮發(fā)份組成H2O 占有極高的比例，N2和O2的含量較高，且N2/O2比值接近空氣值。與中國(guó)東部和青藏高原東緣西秦嶺新生代玄武巖的流體揮發(fā)份組成(湯慶艷等，2012;張銘杰等，1998)明顯不同，騰沖新生代火山巖H2O 和CO2含量(分別為1290mm3/g 和28mm3/g)明顯低于青藏高原東緣西秦嶺新生代高鉀質(zhì)玄武巖(分別為7825mm3/g 和265mm3/g，湯慶艷等，2012)，未檢測(cè)到含硫揮發(fā)份相。H2O、N2和O2等這些外地圈富集的揮發(fā)份相是否為騰沖火山作用特有的流體組成?

對(duì)于火山巖等高溫條件下達(dá)到平衡的巖石流體組分測(cè)定，通過(guò)控制加熱溫度的分步加熱法能有效地分離地幔巖漿形成礦物中不同賦存狀態(tài)的流體揮發(fā)份，并可恢復(fù)高溫條件下與巖漿平衡的流體揮發(fā)份組成(Javoy and Pineau，1991;Zhang et al.，2004，2007，2009，2013)?；鹕綆r樣品分步加熱過(guò)程中釋出流體揮發(fā)份主要來(lái)源有:(1)火山巖結(jié)晶或固結(jié)過(guò)程中捕獲的揮發(fā)份;(2)后期交代、蝕變作用捕獲的流體(Zhang et al.，2009);(3)吸附在礦物表面和裂隙中的流體揮發(fā)份;(4)樣品加熱過(guò)程中釋放的揮發(fā)份在高溫階段相互反應(yīng)新生成的揮發(fā)份。第1 種來(lái)源流體揮發(fā)份為巖漿作用過(guò)程中的流體揮發(fā)份，第2 ～4 種來(lái)源流體揮發(fā)份為后期改造和實(shí)驗(yàn)過(guò)程污染組分，應(yīng)予以排除。

本實(shí)驗(yàn)所用樣品均是非常新鮮的巖石，全巖樣品燒失量均＜0.6%。樣品經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的分選、清洗和前處理，分步加熱之前在100℃進(jìn)行了2h 的高真空加熱去氣，在高真空條件下確認(rèn)沒(méi)有氣體排出時(shí)完全去除了礦物表面、裂隙中吸附的揮發(fā)份(Zhang et al.，2004;Tang et al.，2013)，因此可以排除第2 種后期交代、蝕變作用來(lái)源的流體揮發(fā)份，以及第3種樣品表面和裂隙中吸附的揮發(fā)份。

第4 種來(lái)源形成的流體揮發(fā)份相主要為H2和CO 等(Zhang et al.，2009)。樣品加熱過(guò)程中采用液氮冷阱冷凍分離樣品釋出的H2O、CO2和重?zé)N等低冰點(diǎn)流體揮發(fā)份，以使釋放的流體迅速脫離高溫環(huán)境，有效地阻止釋出流體揮發(fā)份間高溫反應(yīng)形成新的流體揮發(fā)份相(Zhang et al.，2007，2009;Tang et al.，2013)，測(cè)定結(jié)果中極低的H2和CO 含量，可以排除第4 種來(lái)源的流體揮發(fā)份。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用其他地區(qū)火山巖樣品進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果中N2和O2的含量極低，表明類(lèi)似空氣比值的N2和O2不是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分析系統(tǒng)漏氣造成的，應(yīng)該是樣品特有的流體組成特征。

據(jù)此，推斷騰沖火山巖釋放出的流體組分不是第2 ～4種后期改造和實(shí)驗(yàn)過(guò)程污染加入的流體揮發(fā)份，應(yīng)該主要是來(lái)源于火山巖巖漿起源、演化或結(jié)晶固結(jié)過(guò)程中捕獲的揮發(fā)份，并以H2O 為主，含有較高含量的CO2、N2和O2等，以及微量的CH4等含碳流體揮發(fā)份。不同火山區(qū)火山巖漿作用的組成、時(shí)間、上升過(guò)程中經(jīng)歷的演化過(guò)程不同(Zhou et al.，2012;穆治國(guó)等，1987;姜朝松，1998;趙勇偉和樊祺誠(chéng)，2010;徐翠玲等，2012)，可以導(dǎo)致不同火山區(qū)的流體組成有所差異，見(jiàn)圖3。馬鞍山火山巖中H2O 含量很高，N2含量較高，CO2含量較低。老龜坡和打鷹山火山巖中H2O 和N2含量較低，CO2含量較高。

5.2 含碳流體揮發(fā)分的來(lái)源

圖5 騰沖新生代火山巖CO2 和CH4 碳同位素組成(據(jù)Ueno et al.，2006 修改)Mantle-地幔來(lái)源;Crust-地殼來(lái)源;Thermogenic-有機(jī)質(zhì)熱裂解成因;Microbial-微生物成因;Methane Oxidation-甲烷氧化Fig.5 The plot of carbon isotopes of CO2 and CH4 from Cenozoic volcanic rocks in Tengchong (after Ueno et al.，2006)

理論模擬和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果表明，巖漿中廣泛存在CO2和CH4等含碳流體揮發(fā)份(Duan et al.，1992;Zhang et al.，2007;張銘杰等，1998;湯慶艷等，2012)，其碳同位素組成可制約其來(lái)源。幔源CO2的δ13C 值范圍一般為-8‰～0‰，CH4的δ13C 值 范 圍 為- 25‰ ～ - 15‰(Carapezza and Federicob，2000;Taran et al.，2001，2002)。有機(jī)質(zhì)熱催化成因CH4的δ13CCH4= -38‰ ～-25‰，生物成因CH4的δ13CCH4= -93‰～-50‰(Schoell，1980)。

騰沖火山巖巖漿流體中CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10含碳流體揮發(fā)份的釋出溫度范圍相似，表明其具有相同的賦存形式和相似的來(lái)源。含碳流體揮發(fā)份的碳同位素組成變化特征可能與巖漿源區(qū)、殼源混染、去氣作用和流體混入等有關(guān)。CH4的δ13C= -43.59‰ ～-25.92‰，與熱催化成因甲烷的δ13C 值范圍重合。CO2含量較低，δ13C 值較輕。CO2和CH4碳同位素組成表明含碳流體揮發(fā)份主要為殼源流體來(lái)源(圖4a、圖5)。200 ～400℃和400 ～800℃釋出CO2具有地殼碳同位素組成特征，800 ～1000℃釋出CO2的δ13C 值具有地殼與地?；旌蟻?lái)源特征(圖4a)。玄武巖CO2的低δ13C值(＜-20‰)可能反映了沉積有機(jī)碳在板塊俯沖過(guò)程中的貢獻(xiàn)(Pineau and Mathez，1990;Trull et al.，1993)，或者是巖漿上升過(guò)程中去氣效應(yīng)的結(jié)果(鄭永飛等，1996)。

CO2去氣作用將影響CO2的碳同位素組成，火山巖的δ13C 值隨碳含量降低而逐步變輕。玄武質(zhì)熔體中CO2的溶解度與壓力成正比，巖漿上升噴發(fā)過(guò)程中，隨壓力的降低，CO2的溶解度隨之降低，發(fā)生CO2去氣作用，其碳同位素組成發(fā)生瑞利分餾，殘留在巖石中的碳含量和δ13C 值同時(shí)降低(鄭永飛等，1996)。騰沖火山巖200 ～400℃和400 ～800℃釋出CO2的含量與δ13C 值變化可排除CO2去氣作用的瑞利同位素分餾的影響(圖4a)，這與熔體包裹體研究結(jié)果一致(李霓和張柳毅，2011)，較輕的碳同位素組成揭示其地殼來(lái)源的特征(圖4a)。騰沖新生代火山巖Sr-Nd 同位素組成具有“異?！贝箨懙奶卣?，巖漿上升過(guò)程中或地殼巖漿房中可能存在地殼物質(zhì)的混染(Ren et al.，2005;穆治國(guó)等，1987;周真恒等，2000)。騰沖火山巖800 ～1000℃釋出CO2的δ13C值隨著CO2含量的降低而變輕(圖4a)，指示火山巖漿存在一定的CO2去氣作用。因此可以推斷騰沖火山作用中存在地幔來(lái)源的CO2，極低的CO2含量可能是CO2去氣作用的結(jié)果。騰沖火山區(qū)內(nèi)地?zé)釡厝尦龅蒯Ｌ纪凰靥卣鞯腃O2氣體(Shangguan et al.，2005;成智慧等，2012)證明火山深部巖漿房不斷去氣、釋出氣體排出地表。

CH4、C2H6、C3H8和C4H10甲烷同系物的碳同位素組成隨碳數(shù)的分布特征是鑒別有機(jī)質(zhì)來(lái)源的有效地球化學(xué)指標(biāo)之一。騰沖火山巖漿流體中甲烷同系物具有正序分布、局部反序的碳同位素組成分布特征(圖4b)，與典型的I 型有機(jī)質(zhì)熱裂解成因甲烷同系物的特征相似(湯慶艷等，2013)，表明其來(lái)源可能為大洋沉積物中的有機(jī)質(zhì)熱裂解的產(chǎn)物。騰沖火山巖微量元素及Pb、Sr 和Nd 同位素組成表明火山作用巖漿源區(qū)為俯沖作用相關(guān)的不均一EMI 型地幔(Zhou et al.，2012;徐翠玲等，2012)、EM Ⅱ型地幔(樊祺誠(chéng)等，2001，1999;李欣和劉嘉麒，2012;周真恒等，2000)或巖石圈地幔(Zhang et al.，2012)。

甲烷同系物碳同位素組成隨碳數(shù)分布特征揭示其可能來(lái)源于大洋沉積物有機(jī)質(zhì)和流體，但騰沖火山巖Sr、Nd、Pb和Hf 同位素顯示地殼混染程度較低(Chen et al.，2002;Zhou et al.，2012;樊祺誠(chéng)等，2001;趙勇偉和樊祺誠(chéng)，2010)，因此推斷主要為俯沖大洋板片脫出含碳流體揮發(fā)份的加入。騰沖火山區(qū)下部可能存在印度洋或新特提斯洋的俯沖板片(Chen et al.，2002;Zhou et al.，2012)，從相對(duì)距離方面考慮，來(lái)源于新特提斯洋的俯沖大洋板片最有可能是相關(guān)含碳流體揮發(fā)份的來(lái)源。

5.3 H2O、N2 和O2 地表流體揮發(fā)分的來(lái)源

騰沖火山巖漿作用中H2O、N2和O2流體組分含量較高。H2O、N2、O2各組分與CO2釋出溫度區(qū)間基本重疊，但釋出峰溫度不同，其賦存形式和來(lái)源可能不同。由于巖石圈地幔的H2O、N2和O2含量較低(Zhang et al.，2007，2009)，排除實(shí)驗(yàn)過(guò)程混入H2O、N2和O2后，騰沖火山巖漿中高含量H2O、N2和O2的來(lái)源可能有:(1)俯沖大洋板片帶入地幔的含水礦物和含水量較高的沉積物的脫水和脫揮發(fā)份加入的流體，(2)火山作用巖漿上升過(guò)程中圍巖含水礦物及沉積物流體組分的加入，以及(3)巖漿房中再循環(huán)大氣-殼源流體組分的加入(Zhang et al.，2013)。

H2O、N2和O2在各溫度段均有釋出，H2O 主要在200 ～400℃低溫區(qū)間釋出(圖2b，1139mm3/g)，與CO2釋出峰(400～800℃中溫區(qū)間)不同，400 ～800℃和800 ～1000℃釋出H2O 合計(jì)91mm3/g。與CO2釋出溫度區(qū)間相同的少部分H2O、N2和O2可能具有與CO2相同的來(lái)源，為俯沖大洋板片脫出流體揮發(fā)份的加入。200 ～400℃釋出的大量的H2O 等可能為巖漿上升過(guò)程中圍巖的含水礦物及沉積物中H2O 脫出加入。

6 結(jié)論

騰沖火山巖分步加熱釋出流體揮發(fā)份化學(xué)組成及其碳同位素組成具有如下特征:

(1)騰沖火山巖流體揮發(fā)份組成中H2O 占有極高的比例，N2和O2的含量較高，CO2含量明顯低于中國(guó)東部和青藏高原東緣新生代玄武巖;未檢測(cè)到含硫揮發(fā)份相。

(2)騰沖火山巖流體揮發(fā)份CO2、CH4、C2H6、C3H8和C4H10的碳同位素組成較輕，CO2的δ13C 介于-27.1‰ ～-7.5‰，處于地殼和地幔范圍之間;CH4、C2H6、C3H8和C4H10碳同位素組成隨碳數(shù)的增高具有正序分布、局部反序的分布特征，顯示為大洋沉積物I 型有機(jī)質(zhì)熱裂解來(lái)源。

(3)騰沖火山作用中存在地幔來(lái)源的CO2，巖漿發(fā)生過(guò)輕微的CO2去氣作用。含碳流體揮發(fā)份等主要為殼源流體的加入，特別是俯沖大洋板片脫出流體揮發(fā)份的加入，大量的H2O 可能來(lái)自巖漿上升過(guò)程中圍巖流體或再循環(huán)流體的加入。

致謝 本研究還得到中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目(1212011121092)和礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(201110)的資助。李楚思、趙慈平、傅飄兒、張茂超、李立武、李中平和杜麗等參與樣品采集、實(shí)驗(yàn)分析等;郭正府研究員及兩位匿名評(píng)議人對(duì)論文修改提供了建設(shè)性的意見(jiàn);在此一并表示衷心的感謝。

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