中研院地球科學研究所 - 質譜儀實驗室
IES, Academia Sinica - Mass Spectrometer Lab


研究計畫

研究人員之相關實驗或計畫

 利用地球化學(全岩主要元素及微量元素含量)及同位素示踪劑(全岩Nd-Sr,及鋯石U-Pb及Lu-Hf)等方法,研究東亞不同期岩漿岩特性、物質來源、岩石成因及地體構造意義,以探討東亞地殼演化。(藍晶瑩)

主要貢獻為

  1. 建立台灣地殼演化歷史及其與華夏陸塊之關係;
  2. 新發現台灣最老的花崗岩為台灣南部早侏儸紀之大崙花崗岩,此也為華南沿海最老的花崗岩;
  3. 新發現台灣最老岩石為源自32億年前華夏陸塊之岩石;
  4. 建立越南中部因二疊紀至三疊紀間古地中海板塊隱没至印支陸塊之下的印支期岩漿岩演化歷史,由晚二疊紀早三疊紀隱没作用產物之鈣鹼性岩,經早三疊紀同碰撞型之過鋁質花崗岩,至中三疊紀後碰撞型之鹼性岩;
  5. 中越在三疊紀印支運動之前,尚有一期早古生代熱事件(約四千五百萬年前),恐代表華南板塊與印支板塊之碰撞;
  6. 利用微構造分析北越紅河斷裂帶象背山變質雜岩之片理發生於三疊紀印支運動時的滑移斷層,且不須發生於地函深度。


 原位(雷射)定年與地球化學分析(王國龍)

本實驗室利用213奈米波長之釔鋁石榴石(YAG)固態雷射燒蒸系統(New Wave UP-213),配合單偵測器磁場式感應耦合電漿質譜儀(magnetic sector-ICP-MS; ThermoFinnigan Element XR; Fig.)和多偵測器感應耦合電漿質譜儀(MC-ICP-MS; NuPLasma; Fig.),分別進行單顆礦物之定年、元素含量與同位素比值之原位分析(圖示)。目前可進行的分析方法包括:

1. 單顆鋯石之鉿(Hf)同位素組成分析(圖示)

2. 單顆矽酸鹽礦物之微量元素含量測定
結果: 完成建立利用雷射分析單顆矽酸鹽類礦物中的微量元素成份的方法。並已運用於蒙古Tariat區域地函橄欖岩中矽酸鹽礦物的元素含量分析。(圖示一)(圖示二)(圖示三)

3. 單顆鋯石之鈾鉛定年分析(圖示)
鋯石鉿同位素雷射分析方法已應用於:

  • 台灣主要河流中碎屑鋯石的年代和地球化學性質的系統研究(Lan et al., 2009)
  • 台灣花嶼安山岩脈中鋯石年代與地球化學性質的研究(Chen et al., 2010)
  • 中亞造山帶中Slyudyanskiy 高度變質雜岩區鋯石的年代和地球化學性質的研究(Kovach et al., submitted)
  • 越南中部SongMa岩體與主要河川河流中碎屑鋯石的年代和地球化學性質的系統研究(Usuii et al., in preparation)

等研究,單顆矽酸岩類礦物中的微量元素成份的雷射分析方法目前正應用於採自蒙古中北部Tariat火成岩區捕獲之地函橄欖岩中矽酸鹽類礦物之分析。


 以原位錸鋨同位素分析研究岩石圈地函之演化(王國龍)

研究主題:

1. 亞洲大陸岩石圈地函之演化
岩石圈地函(lithospheric mantle)的形成與演化對於地殼形成與穩定的影響極為顯著,故研究大陸岩石圈地函的演化是了解大陸地殼形成和長期地函演化過程基礎且重要的工作。但相對於地殼研究的深入與廣泛,對岩石圈地函的相關研究卻受限於采樣的困難和分析的技術而較局限。本實驗室將研究陸源鋯石與地函捕擄岩的地球化學性質,配合地震觀測資料所顯示岩石圈地函的地球物理性質,深入探討岩石圈的地球化學性質演化。藉由高精度的雷射技術應用於鋯石鈾-鉛定年與鉿同位素成份分析、地函橄欖岩中硫化物的鉑族元素成份和鋨同位素成份分析及地函橄欖岩中矽酸鹽礦物的微量元素成份與同位素組成分析,以測定地殼形成的絕對年代與岩石圈地函形成或受交代變質作用的模式年代,作為研究岩石圈演化在時間上重要的制約。配合其地球化學性質,得以顯示岩石圈地函地球化學性質隨時間與構造作用的變化。本計畫將綜合先前對東亞大陸岩石圈的研究成果,和選擇中亞地區岩石圈為此階段研究主體,代表地殼的花崗岩等基盤岩與地函的橄欖岩將包含來自蒙古、俄羅斯西伯利亞南部及遠東地區等。由於此區域為全球最大的晚古代(Phanerozoic)新生地殼形成之處,且為典型增積岩體造山帶(accretionary tectonics)﹣由一系列增積岩體與島弧碰撞堆積而成(Sengor et al., 1993),不同於另一主要類型陸﹣陸碰撞造山帶﹣以印度﹣歐亞大陸碰撞所造成的喜馬拉雅造山帶為代表,所以研究此區域岩石圈的演化將可瞭解增積岩體造山帶在晚期地殼增生的角色,其相關研究成果將對研究地球表面地殼增生的速率與型態提供重要的制約,並可提供晚古代以來中亞的地體構造演化和重要貴金屬礦產成因的訊息。(圖示)

目前進行中的子題包括:

  • 蒙古中北部Tariat地區和東南部Dariganga高原地函橄欖岩中硫化物的雷射錸鋨同位素組成分析:模式年代結果顯示此區域岩石圈地函年代和其上方地殼鋯石年代相仿,推定所在區域為一早期微大陸。此結果為該區域首次利用地函岩石的定年結果,解析構造區塊的劃分。(圖示一)(圖示二)
  • 蒙古中北部Tariat地區地函橄欖岩地球化學性質之研究。
  • 俄羅斯西伯利亞Vitim、Tunka、East Sayan火成岩區捕獲之地函橄欖岩中硫化物的雷射錸鋨同位素組成分析

2. 台灣澎湖玄武岩中擄獲之地函橄欖岩中硫化物的雷射錸鋨同位素組成分析:華南岩石圈演化與鉑族元素於交代變質作用中之遷徙的隱示。(Wang et al., 2009)(圖示)

3. 台灣海峽早第三紀井下玄武岩成因之研究:該火山岩應為大陸邊緣張裂初期之產物,為此區域地體構造之重要發現。


 短半衰期同位素系統與行星的形成及其早期的演化歷史(李德春)

利用短半衰期同位素系統,例如182Hf-182W,92Nb-92Zr,以及鉬,鈣等元素之同位素組成的變化來探討行星的形成與其早期的演化歷史。(圖示)


 穩定過渡金屬元素在海水中之演化歷史及其與氣候暨環境變遷之關係(李德春)

利用穩定過渡金屬, 例如鐵、鎳、鋅、鉬、與鎘等元素,其同位素組成會因應環境中溫度、壓力、氧化還原狀態、離子的鍵結、以及生物效應等因素的變化而改變。藉著分析與量化這些穩定過渡金屬在海水、海水中微生物、沈積物、以及大氣中之氣溶膠等的同位素組成的變化,來研究這些穩定過渡金屬在海水中之演化歷史,及其與氣候暨環境變遷之關係。(圖示)


 穩定過渡金屬元素在貝加爾湖之演化歷史與氣候變遷之關係(李德春)

利用穩定過渡金屬元素, 例如鐵、鎳、鋅、鉬、與鎘等元素,在俄羅斯境內之貝加爾湖的湖水、 沈積物、以及錳核其同位素的組成與分化加以探討貝加爾湖湖水之演化歷史與氣候變遷之關係。


 南灣珊瑚與泥火山孔隙水的鍶元素之穩定暨放射性蛻變之同位素的組成(李德春)

利用分析在台灣墾丁的南灣之現生珊瑚與台灣西南與東南部之泥火山的孔隙水,其中的鍶元素之穩定暨放射性蛻變之同位素的組成,來研究用現生珊瑚中的鍶元素之穩定同位素組成的變化做為溫度指示劑的可能性。此外,鍶元素之穩定暨放射性蛻變之同位素的組成可以用來研究通過墾丁南灣之潮流的變化,與泥火山之孔隙水的來源。(圖示)


 銀的穩定同位素組成及其成礦作用、來源、與分化(李德春)

藉著分析與量化銀(Ag)的同位素組成在各種不同的硫化礦物相中的變化,來探討銀的成礦作用、來源、及其分化等現象。


 岩漿形成、上升、貯藏與分異之過程和速率,以及這些過程如何受到構造作用的影響,還有它們如何支配火山噴發的種類與頻率。(柴吉歐)

這些地化作用的速率可由鈾系同位素研究來推得,而根據晶體內與晶體間元素擴散狀態的geospeedometric 研究推知在不同岩漿溫度下晶體之留存時間。最近,柴吉歐也涉入於研究火山噴氣孔的氣體和氣熔膠。


 自然實驗室研究範圍(柴吉歐)

野外調查地點遍及世界各地,包括隱沒帶(愛琴海、小安地列斯群島、墨西哥、智利、日本和紐西蘭)、大型火成岩區(冰島、德干)以及中洋脊(東太平洋山脊、戈爾達海嶺、胡安•德富卡海嶺、加科爾山脊)等。蘇弗里埃爾火山、蒙特塞拉特火山、小安第列斯群島等地陡峭的安山岩熔岩穹丘,以及它所相關的火山丘崩塌碎屑流沉積;與位於北智利中安地斯山,拉斯卡爾火山較為不黏的安山岩熔岩流相互比較。就全球範圍來說,柴吉歐已經將流動爆發型火山的幾個地球物理參數連結起來,像是板塊會聚速率的變化性以及表面熱通量等。


 雙模式岩漿序列中的分異岩漿起源(柴吉歐)

斑狀鹼性玄武岩被包圍在粗面岩的宿主熔岩中,形成於晚期德干高原岩漿作用期間(圖示)。一顆大型、多晶帶、來自1998年胡安•德富卡板塊上的海底火山(Juan-de-Fuca axial seamount)中央噴火口流動之斜長石晶體的場發射電子微探儀圖像(Na-map,視野寬度為4mm),應用於 geospeedometric 研究。在火山噴發前的數週到數個月以前,這些晶體大多數已經迅速形成(圖示)