阴极发光仪在变质岩和花岗岩类岩石中的应用

利用阴极发光仪对一些前寒武纪变质岩(河北,内蒙等地)和西藏及其它地区的后寒武变质岩,以及不同时代和成因的花岗岩类岩石的样品进行了观察。阴极发光与某些过渡元素的含量有关,可以揭示岩石的构造,间接地反映矿物化学成分的特点。本文介绍了阴极发光在变质岩和花岗岩类岩石的以下几个方面的应用:1) 间接地确定变质级;2) 揭示原岩的变余构造,3) 鉴别细粒和发光矿物;4) 研究矿物之间的反应;5) 重建变形构造。     

柴达木盆地北缘超高压变质岩的围岩长英质片麻岩锆石LA—ICP—MS定年

柴达木盆地北缘大柴旦地区超高压变质岩的围岩--长英质片麻岩的主要矿物组合为石榴子石 蓝晶石 多硅白云母 条纹长石 石英 斜长石,形成压力在800MPa以上.在阴极发光图像内部结构研究的基础上,利用LA-ICP-MS对该长英质片麻岩中锆石的变质微区进行了详细的原位微区U-Pb定年,得到206Pb.238U加权平均年龄为427.2 Ma±4.5 Ma,对应的Th/U为0.01～0.06.该年龄与本区已有的榴辉岩的围岩超高压泥质片麻岩、石榴子石橄榄岩的变质年龄在误差范围内一致.     

金刚石的晶格畸变

金刚石是均质性矿物，但在偏光镜下常常显示非均质性。这给宝石鉴定带来了一定的困难。本利用偏光显微镜研究了24金刚石在正交偏光显微镜下的特性及其定向红外光谱，指出金刚石的非均质性与杂质元素如氮、硼和氢的分布不均匀有关，包裹体的存在是产生晶格畸变（塑性变形）的重要原因。这一结果与利用红外光谱、喇曼光谱和阴极发光研究的结论一致。     

《阴极发光技术在岩石学和矿床学中的应用》

本书收集近20年来在地球科学等领域中应用阴极发光技术进行研究的最新典型实例。首次应用阴极发光技术系统研究中国主要大型韧性剪切带中高压-超高压变质岩、古老地台上麻粒岩-角闪岩相变质岩、古老的花岗岩和花岗片麻岩及不同成因类型的金矿床。在恢复变质岩原岩、揭示岩石韧性剪切变形、变质程度及变质相系、金矿石和含金岩石中金的赋存状态及流体活动、演绎一个地区的地质历史、造山带型金矿床成矿过程中金的活化和沉淀等方面都提供了有力的证据。全面系统地总结了近年来阴极发光在沉积岩石中应用的新成果，对恢复沉积岩的原始结构构造、研究沉积古环境、探讨孔隙和裂缝的演化历史、微量元素的迁移、识别古生物化石、划分和对比地层、地质找矿和石油勘探等都有明显成效。阴极发光技术目前已经成为地球科学研究中有效而快捷的重要工具和手段。     

湖南临武黑色石英岩质玉矿物组成特征及成因初探

石英岩质玉是一种市场上常见且产地较多的玉石品种,本文基于前人石英岩质玉的研究基础,通过常规宝石学测试、红外光谱测试、偏反光显微镜下观察,以及采用X射线粉晶衍射、X射线荧光光谱、电感耦合等离子体质谱仪对样品的宝石学特征、矿物组成进行分析,并对其成因进行讨论。结果表明:该地区黑色石英岩质玉多为中-细粒粒状结构,偏光显微镜观察可见多种变晶/变余结构;成分中主要矿物石英平均含量为44.7%,次要矿物云母、长石平均含量合计31.0%,黏土矿物平均含量为12.7%,另含有有机碳以及红柱石、铁铝榴石、黄铁矿等铁质矿物;结合样品结构、构造特征及矿物化学成分分析可知,样品为典型副变质岩系的中、低温热液交代型区域变质岩,属绿片岩相,原岩为富铝且富含石英、长石的沉积岩,其形成的构造环境属大陆边缘构造。本研究为该地区石英岩质玉的矿物组成鉴定提供了多手段技术支撑。     

川西坳陷中段上三叠统须家河组砂岩特征及物源分析

通过薄片鉴定、扫描电镜、阴极发光和X-衍射等技术手段,研究了川西坳陷中段上三叠统须家河组砂岩的物质成分及结构特征,分析了砂岩的成分成熟度和结构成熟度,并按成分-成因分类方法划分了砂岩的岩石类型.利用Dickinson三角图分析砂岩组分得知研究区的多物源特征;重矿物组合及石英阴极发光颜色反映大邑地区须二和须三时期母岩类型为酸性岩浆岩,须四时期母岩类型为沉积岩,而丰谷—鸭子河地区须家河时期母岩类型以沉积岩和变质岩为主.综合分析研究区须二时期物源主要来自于龙门山隆起北段、南段岛链以及康滇古陆;须三时期继承了须二时期物源方向;须四时期及其后物源来自隆起的龙门山古陆.在物源分析的基础上,结合龙门山的造山运动,分析了研究区须家河组时期的沉积演化特征.     

俯冲带深部流体:来自超高压变质锆石晶内结构和包裹物的证据

利用阴极发光和激光拉曼研究了大别山俯冲带超高压基性和长英质变质岩中的锆石。超高压变质增生锆石环带或新生锆石颗粒从不同角度反映了俯冲带地幔深度流体作用信息。其一,在超高压变质锆石生长域中存在微米级流体包裹体。由于其十分细小,组成往往难以测定。但是在变基性岩中检测到富CO2的负晶形包裹体。其二,在超高压锆石生长域中较普遍地发现富含挥发份的多硅白云母和磷灰石包裹体,其与典型的超高压变质矿物———柯石英稳定共生。副矿物研究表明,即使是在新鲜的弱退变质的榴辉岩中,富含挥发份的矿物相———磷灰石仍是含量较高的矿物,说明在俯冲带的深部(>100km),流体仍可以稳定地保存在高挥发份的矿物晶体格架中。其三,超高压变质增生锆石环带的边界呈蚕食状或港湾状,指示流体参与了锆石的变质生长过程,即通过流体与锆石之间的相互作用导致原有锆石的溶解和新生锆石的沉淀结晶。考虑到如此高的锆溶解度,认为在地幔俯冲深度,流体的成分复杂,并不是简单的富水体系,其化学组成与深熔融体相似,且赋存状态应为含水融体相。     

石英阴极发光在火成岩研究中的应用

阴极发光是一种研究火成岩石英显微生长结构的有效技术方法。文章以甲玛斑岩铜矿床中岩体样品分析为例,简要介绍了光学显微镜阴极发光(OM-CL)和扫描电镜阴极发光(SEM-CL)两种图片的特点,并综述了石英阴极发光在火成岩研究中的应用。阴极发光所显示出的火成岩石英中的生长形式和蚀变结构反映了岩浆的结晶历史。相对稳定的以蓝色阴极发光为主的斑晶区域主要与石英中Ti含量的变化有关,它反映了结晶作用的温度。由于在岩浆演化过程中,与铝、锂、钾、锗、硼、铁、磷相比,钛更加相容,因此随着岩浆分异程度的加深,火成岩中铝/钛逐渐升高。石英阴极发光不仅能显示岩浆早期及岩浆晚期的各种结构,如生长环带、重熔表面、溶蚀湾等,还反映了许多次生结构,如显微裂隙等。这些现象在光学显微镜下难以观察区分。晶体的显微结构提供了熔体来源和演化的重要信息。将石英结构和熔融包裹体与微量元素研究相结合反映了岩浆演化详细的PTt轨迹,它是富硅酸盐岩浆演化过程中物理-化学条件改变的敏感指示剂。     

矿物自动定量分析系统的基本原理及其在岩矿研究中的应用——以捷克泰思肯公司TIMA为例

近年来,矿物自动定量分析系统已广泛应用于地质、石油、矿业、冶金、考古和环境等领域,而中国对该系统在岩矿科研领域的应用则刚刚起步.文章以捷克泰思肯电镜公司(TESCAN)的全自动矿物分析系统TIMA(TESCAN Integrated Mineral Analyzer)为例,简述了该系统的基本原理、硬件和软件组成.TIMA是基于扫描电镜和能谱分析的岩石矿物全自动化定量分析系统,能同时进行极高分辨率的背散射与X射线能谱快速成像,且配备专业的矿物处理软件辅助分析结果并生成报告.该系统在岩矿研究方面主要有以下方面的功能和应用:①获取岩矿样品的整体形态和矿物及元素的种类、含量及分布;②查明矿物的结构构造、共生、连生和包裹关系特征;③提供特定矿物和亮相搜索模块,可以快速准确寻找细小目标矿物和金、银和铂等贵金属以及稀有、稀土金属.TIMA系统将分析测试和数据处理分开,可满足不同用户需求,对矿物成分和结构的定量解析达到微米的尺度,相对于传统光学显微镜和扫描电镜在地学微区信息提取方面具有不可代替的优势.文章以榴辉岩、蚀变蛇纹岩和花岗岩-伟晶岩的全岩矿物组成和成分,古沉积物反映沉积环境的演化,稀土矿石的元素赋存状态和矿物共生组合关系,金、银和锆石等特定矿物的寻找,变形和出溶结构,锆石和石英的阴极发光联用以及优化选矿工艺流程等具体实例展示了TIMA在岩矿研究中的应用.     

柴达木盆地北缘超高压变质岩的围岩长英质片麻岩锆石LA-ICP-MS定年

柴达木盆地北缘大柴旦地区超高压变质岩的围岩——长英质片麻岩的主要矿物组合为石榴子石+蓝晶石+多硅白云母+条纹长石+石英+斜长石,形成压力在800MPa以上。在阴极发光图像内部结构研究的基础上,利用LA-ICP-MS对该长英质片麻岩中锆石的变质微区进行了详细的原位微区U-Pb定年,得到206Pb/238U加权平均年龄为427.2Ma±4.5Ma,对应的Th/U为0.01～0.06。该年龄与本区已有的榴辉岩的围岩超高压泥质片麻岩、石榴子石橄榄岩的变质年龄在误差范围内一致。     

Retrogressive Microstructures:A Key to Post Collisional Uplift and Extension Tectonics of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks from Dabie Orogenic Belt,China

ThereisanunanimousunderstandingthattheUHPmetamorphisminDabie-SuluareaswasformedduringtheTri-assiccollisioneventbetweentheYangtzeandNorthChinacratons(Congetal.,l994$Zhouetal-,l996;Liouetal.,l994)-Eclogiteisthemostimportantrocktypeamongtheul-trahigh-pressure(UHP)metamorphicrocks.Accordingtotheiroccurrencethereare3typesofeclogites:typeIisen-clavesinultramaficintrusionsandasmembersinthelayeredmafic-ultramaficcomplex(Jahnl998);typeIispodsorlay-ersinthehighlymetamorphicsupracrustals(mainlying…     

中国大陆科学钻探主孔0～4500米变质岩石锆石中保存的超高压矿物包体

中国大陆科学钻探主孔0-4500米的岩心主要由榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩、正片麻岩以及少量的超基性岩所组成。岩相学研究结果表明,榴辉岩的围岩普遍经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压变质的矿物组合已完全被后期退变质过程中角闪岩相矿物组合所替代。采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,发现主孔224件岩心中有121件(包括榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩和正片麻岩)样品的锆石中普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体,且不同岩石类型锆石中所保存的超高压矿物包体组合存在明显差异。(含多硅白云母)金红石石英榴辉岩锆石中保存的典型超高压包体矿物组合为柯石英 石榴石、柯石英 石榴石 绿辉石 金红石和柯石英 多硅白云母 磷灰石。黑云绿帘斜长角闪岩锆石中保存的超高压矿物组合为柯石英 石榴石 绿辉石、柯石英 石榴石 多硅白云母和柯石英 绿辉石 金红石,与榴辉岩所保存的超高压矿物组合十分相似,表明该类斜长角闪岩是由超高压榴辉岩在构造折返过程中退变质而成。在副片麻岩类岩石,如石榴绿帘黑云二长片麻岩锆石中,代表性的超高压包体矿物组合为柯石英 多硅白云母和柯石英 石榴石等;而在石榴黑云角闪钠长片麻岩锆石中,则保存柯石英 硬玉 石榴石 磷灰石、柯石英 硬玉 多硅白云母 磷灰石和柯石英 石榴石 磷灰石等超高压矿物包体。在正片麻岩锆石中,标志性的超高压矿物包体为柯石英、柯石英 多硅白云母、柯石英 蓝晶石 磷灰石和柯石英 蓝晶石 榍石等。此外,在南苏鲁东海至临沭一带的地表露头以及一系列卫星孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的标志性超高压矿物包体,表明在南苏鲁地区由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的巨量陆壳物质(方圆>5000km2,厚度超过4.5km)曾整体发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。该项研究对于重塑苏鲁-大别超高压变质带俯冲-折返的动力学模式有着重要的科学意义。     

高压-超高压变质岩石中石榴石的环带和成因

在俯冲带变质过程中,石榴石是高压-超高压变质榴辉岩和片麻岩的常见变质矿物。由于石榴石具有难熔和流体中的低溶解能力的特点,通常可以很好地保存下来,并且能够保留复杂的化学成分环带,以及不同类型的矿物或流体包裹体,为解释石榴石寄主岩石经历的变质演化历史提供了重要信息。石榴子石的主微量元素成分受控于很多因素,如全岩成分、变质的温压条件、控制石榴子石形成的相关变质反应、与石榴子石共生的矿物种类和成分等。因此,在利用石榴石探讨超高压变质的演化历史时,对石榴石进行系统的主要元素、微量元素、氧同位素以及矿物包裹体分析,以及相互间的成因关系。同时,对石榴石中的锆石或独居石包裹体并进行原位U-Pb定年和微量元素分析,可以为变质石榴石的形成时代提供直接的时间制约。深入研究超高压变质岩中石榴石的生长阶段,不仅可以为含石榴石寄主岩石的变质过程提供岩石学和地球化学证据,而且对于理解石榴石的形成机制、生长规律及其变质化学动力学过程具有重要的科学意义。     

Tracing the protolith, UHP metamorphism, and exhumation ages of orthogneiss from the SW Sulu terrane (eastern China): SHRIMP U–Pb dating of mineral inclusion-bearing zircons

Orthogneisses are the major country rocks hosting eclogites in the Sulu UHP terrane, eastern China. All of the analyzed orthogneiss cores from the main drilling hole of the Chinese Continental Scientific Drilling Project (CCSD-MH) have similar major and trace element compositions and a granite protolith. These rocks have relatively high LREE/HREE ratios, strong negative Eu anomalies (Eu/Eu*=0.20–0.39), and negative Ba anomalies (Ba/Ba*=0.25–0.64). Coesite and coesite-bearing UHP mineral assemblages are common inclusions in zircons separated from orthogneiss, paragneiss, amphibolite, and (retrograded) eclogite of the CCSD-MH. This suggests that the eclogite, together with its country rocks, experienced in situ ultrahigh-pressure (UHP) metamorphism. Laser Raman spectroscopy and cathodoluminescence (CL) images show that zircons from the orthogneisses are zoned and that they have distinct mineral inclusions in the different zones. Most zircons retain early magmatic cores with abundant low-pressure mineral inclusions, which are mantled with metamorphic zircon-containing inclusions of coesite and other UHP minerals. The outermost rims on these grains contain low-pressure mineral inclusions, such as quartz and albite. SHRIMP U–Pb dating of the zoned zircons gives three discrete and meaningful groups of ages: Proterozoic ages for the protolith, 227±2 Ma for the coesite-bearing mantles, and 209±3 Ma for the amphibolite facies retrograde rims. The widespread occurrence of UHP mineral inclusions in zircons from the Sulu metamorphic belt dated at about 227 Ma suggests that voluminous continental crust experienced late Triassic subduction to depths of at least 120 km and perhaps more than 200 km. Eighteen million years later, the terrane was rapidly exhumed to midcrustal levels, and the UHP rocks were overprinted by amphibolite facies metamorphism. The exhumation rate deduced from the zircon age data and previously obtained metamorphic P–T data is estimated to be 5.6–11.0 km/Ma. Such rapid exhumation of the Sulu UHP terrane may be due to the buoyancy forces produced by subduction of low-density continental material into the deep mantle.     

苏鲁地体超高压矿物的三维空间分布

采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,确认苏鲁地体大多数花岗质片麻岩,所有类型片麻岩、斜长角闪岩、蓝晶石英岩和大理岩的锆石中均隐藏以柯石英为代表的超高压包体矿物组合。其中花岗质片麻岩典型超高压包体矿物为柯石英±多硅白云母;副片麻岩为柯石英+石榴子石+绿辉石、柯石英±石榴子石+硬玉+多硅白云母+磷灰石、柯石英+多硅白云母±磷灰石;斜长角闪岩为柯石英+石榴子石+绿辉石±金红石;蓝晶石英岩为柯石英+蓝晶石+金红石+磷灰石、柯石英+蓝晶石+多硅白云母+金红石;大理岩为柯石英+透辉石、柯石英+橄榄石。表明苏鲁地体由榴辉岩及其围岩所组成的巨量陆壳物质曾普遍发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。锆石的矿物包体分布特征及相应的阴极发光图像研究表明,在同一样品中,锆石的成因特征存在明显差异。有的锆石显示继承性(碎屑)锆石的核(core)、超高压变质的幔(mantle)和退变质的边(rim);有的锆石则具有超高压的核、幔和退变质的边;而有的锆石却记录了深俯冲的核、超高压的幔和退变质的边。标志着苏鲁超高压变质带各类岩石副矿物锆石均具有十分复杂的结晶生长演化历史。因此,在充分研究锆石中矿物包体性质、分布特征以及相应阴极发光图像的基础上,采用SHRIMP离子探针技术,在锆石晶体的不同     

北苏鲁威海地区超基性岩的原岩形成时代和超高压变质时代

超基性岩是苏鲁超高压变质地体中一类特殊且十分重要的岩石类型,它们通常呈规模不一的块状、条带状或不规则透镜状 (体) 赋存于区域大面积出露的花岗质片麻岩中。锆石中矿物包体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和不同性质锆石LA-ICP-MS U-Pb定年等综合研究结果表明,北苏鲁威海地区含橄榄石辉石岩 (样品W1和W2) 中锆石的成因十分复杂,可进一步划分3种不同类型锆石。其中第一类锆石呈自形-半自形晶,阴极发光图像显示清晰的岩浆结晶环带,矿物包体主要为Ol+Cpx+Ap, 记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为1835~1845Ma,应代表含橄榄石辉石岩的原岩形成时代;第二类为变质重结晶锆石,呈半自形-他形晶,阴极发光图像显示模糊的岩浆结晶环带,矿物包体与第一类完全一致,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄变化范围大,为250~784Ma之间,表明部分继承性岩浆结晶锆石明显受到后期岩浆-变质热事件的影响而发生不完全重结晶和Pb丢失,进而使其记录的年龄相对偏新;第三类锆石呈他形晶,为典型的变质锆石,阴极发光图像十分均匀,矿物包体相对少见,主要为Grt+Cpx,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为230~234Ma, 且与苏鲁地体榴辉岩及其围岩中含柯石英锆石微区记录的超高压变质年龄 (225~235Ma) 十分一致,应代表含橄榄石辉石岩的峰期超高压变质时代。超基性岩中超高压变质锆石的准确识别表明苏鲁地体在峰期超高压变质阶段的确存在流体,流体的存在对超高压变质锆石的形成起着至关重要的作用。该项研究不仅准确厘定北苏鲁威海地区超基性岩的原岩形成时代和超高压变质时代,而且对于深入探讨苏鲁-大别超高压地体流体行为、演化规律及其水-岩相互作用机理具有重要的科学意义。     

区域变质作用中的流体

区域变质条件下流体的流动有 4种标志 :( 1)细脉 ;( 2 )岩石学 ;( 3 )稳定同位素 ;( 4 )常量元素的交代作用。不同级别的区域变质作用中 ,流体影响着岩石的变质反应和变形 ;在高级变质的情况下甚至有熔体出现。在超高压变质条件下 ,流体量比地壳范围区域变质要少得多 ,从大别山超高压变质带的资料可知 ,流体的演化有明显的阶段性 ,局部曾发现熔融包裹体。水流体的介入 ,引起岩石的退变质和元素地球化学变异 ,是超高压变质岩抬升、进入中下地壳的产物。新近的实验岩石学成果说明 ,多硅白云母、角闪石等含羟基的矿物 ,在俯冲达 10 0km以下依然稳定 ,而一些花岗岩体系在超高压的条件下产生的超临界流体 ,乃是花岗岩、片麻岩只能部分保留超高压矿物组合的原因。     

超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制

了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.      

大别山超高压变质岩的退变质赤微构造：折返过程的启示

大别山超高压变质岩中发现了一系列退变质显微构造,其主要类型有：①由于出溶而产生的定一包裹物;②由于多型转变而产生的假像替代;③固→固反应产生的冠状体;④涉及流体的退变质反应产生的冠状体或后成合晶。借助显微构造关系,可以建立超高压变质岩的退变质演化阶段,从而构筑其ＰＴ演化趋势、识别出碰撞造山和超高压变质峰期之后的两阶段隆升历史;早期为“挤出”作用诱发的近等温减压退变质;晚期则是地壳伸展体制下的退变质     

Sm/Nd,Rb/Sr,and 40Ar/39Ar Isotopic Systematics of the Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks in the Dabie-Sulu Belt,Central China: A Retrospective View

Because of a complicated metamorphic history, the isotopic systematics of the ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic rocks in the Dabie-Sulu belt, east China, appear to be rather different from what were expected. Depending on the degree of retrograde metamorphism and on the retentivity of isotopes, the radiogenic isotopic systematics in the UHP metamorphic rocks yielded a wide range of radiometric ages. Some of these ages are geologically meaningful, but others may not be. In some fine-grained UHP metamorphic rocks, Sm/Nd isotopic systematics appear to be in equilibrium among the UHP phases, showing the best estimate for the age of peak metamorphism at 226 ± 3 Ma. On the other hand, retrograde overprinting often makes the interpretation of isotopic data more difficult. It is common to find that the Sm/Nd and Rb/Sr isotopic systematics among the UHP phases and retrograde phases are not in equilibrium. Regression of isotopic data involving both UHP and retrograde minerals in isotopic correlation diagrams often yields geologically meaningless ages. Although ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating of UHP metamorphic rocks has been reported not to be very helpful in establishing the thermal history because of the presence of excess argon, a good correlation between excess argon and rock type in the Dabie-Sulu belt would provide a criterion in identifying the possible sources of excess argon. By taking all the possible effects into consideration, a T-t path with two rapid cooling stages for UHP metamorphic rocks from the Dabie-Sulu belt can be postulated. An initial rapid cooling stage in the period from 226 to 219 Ma may have resulted from rapid exhumation of UHP metamorphic rocks immediately after the peak metamorphism. The second rapid cooling stage, from 450°C to 300°C, may have been caused by the exhumation of the entire terrane, including UHP metamorphic units and their host gneisses, during the period from 180 to 167 Ma.