内蒙古索伦地区中二叠统哲斯组有机质的拉曼光谱特征及地质意义

笔者研究了内蒙古索伦地区中二叠统哲斯组泥质岩石中有机质的激光拉曼光谱特征,并探讨了拉曼光谱参数对有机质热演化程度的表征。研究区样品D1谱带吸收峰平均值位于1 350.55 cm~(-1)附近,G谱带吸收峰平均值位于1 602.55 cm~(-1)附近,G谱带与D1谱带的位置差变化于252.00±;G谱带与D1谱带的面积比集中在0.52附近,表明有机质经历的热演化温度约为250℃。应用拉曼光谱地质温度计估算了有机质的热演化温度,其平均温度为265℃;采用镜质体反射率地质温度计估算的有机质热演化平均温度为273℃,两者吻合。综合分析部分估算温度偏高的原因,结合无机矿物的成因标志,揭示研究区中二叠统哲斯组地层经历的极低级变质温度可能250℃。     

大兴安岭北部上古生界极低级变质温度——来自碳质物拉曼光谱的证据

使用Renishaw System-1000型激光拉曼光谱仪, 研究了大兴安岭北部上古生界泥质岩石碳质物的拉曼光谱特征及其对形成温度的表征, 探讨了拉曼光谱参数与镜质体反射率(R_o)的关系。研究表明:研究区上古生界泥质岩石碳质物不具有石墨的拉曼光谱谱带吸收峰, 揭示了地层的变质程度未达到低绿片岩相。利用此次经过完善建立的拉曼光谱地质温度计, 对大兴安岭北部上古生界泥质岩石变质温度的估算结果主要为270~320℃, 表明研究区上古生界遭受了极低级变质作用, 变质程度属近变质带。依据碳质物拉曼光谱参数与镜质体反射率的相互关系, 估算研究区有机质成熟度的R_o值主要分布为3.03%~4.23%, 与实测R_o值吻合, 表明有机质演化处于过成熟阶段, 泥质岩石具有生烃的能力, 部分层位可能具有形成油气资源的潜力。     

不同变质程度煤的激光拉曼光谱特征

对不同矿区，不同变质程度煤的9个镜煤样品进行了激光拉曼光谱测定，并对其特征光谱进行了参数化。在1000－2000cm^-1的波数范围内有两个明显的拉曼频率振动峰G峰和D峰。当镜质体反射率R0＜2．28％时，D峰位置随R0的增大向低波数位置偏移。G峰与D峰峰位差和峰高比随R0的增大而增加。当R0约为2．1％时，拉曼光谱特征趋势发生逆转性变化。在2500－3250cm^-1之间有一个明显的拉曼谱带，并随煤变质程度的增加呈现如下规律，其谱带的变化与有机质的成熟度演化具有一珲的同步性，特别是在有机质进入成熟门限后，由于油相和气相成分的大量生成，出现明显的振动峰，而进入无烟煤（R0＞4．4％）后，其振动峰变弱，因此，煤的激光拉曼光谱特征可作为油气盆地判断有机质成熟度的一个指标。     

西南天山阿克牙孜下游地区变质岩的演化:来自碳质拉曼光谱温度计的启示

西南天山造山带是塔里木板块和伊犁-中天山板块聚合碰撞的产物,经历了长期复杂的演化.伊犁-中天山陆块南缘的变质作用研究对于揭示西南天山的地质演化历史具有重要意义.这一地区变质岩分布广泛,但目前的变质作用研究主要集中于木扎尔特的高级变质岩,位于同一构造带上其他变质岩的演化和分布特点缺少详细的研究,尚不清楚它们是作为高温变质带的一部分还是来自造山带的其他构造单元.针对该问题,在详细的岩相学分析基础上,利用碳质拉曼光谱（Raman spectroscopy of carbonaceous material,RSCM）温度计对木扎尔特东侧的阿克牙孜河下游地区多个剖面开展了变质温度研究.根据结构构造特征将这些岩石分为具有变余沉积结构构造且发生不同程度糜棱岩化的浅变质碎屑岩-碳酸盐岩系列和具有变质结晶结构的片岩-变粒岩系列.RSCM温度计显示前者经历的峰期温度为465~597℃,原岩很可能为卷入造山带的石炭纪地层,抬升过程中局部发生糜棱岩化.后者峰期温度为552~617℃,绿片岩相叠加期间发生C-O-H流体活动,可能属于伊犁-中天山的变质基底那拉提岩群.研究表明,伊犁-中天山南缘的阿克牙孜下游一带的变质岩具有不同的变质演化历史,它们来自不同的构造单元,并不是木扎尔特高温变质带的延续.      

云南哀牢山金矿带镇沅超大型造山型金矿床碳质物特征及其成矿意义

哀牢山金矿带位于三江特提斯造山带的东南部,发育有一系列大型-超大型造山型金矿床,并广泛发育碳质物,但碳质物在金矿成矿过程中的作用还尚不明确。为了确定碳质物在金矿化过程中所扮演的角色,本研究以哀牢山金矿带镇沅超大型造山型金矿发现的不同种类的碳质物和共生黄铁矿为研究对象,对其进行了岩相学、拉曼光谱、傅里叶红外光谱、碳同位素和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析,研究结果表明镇沅金矿中有3类碳质物：CM1、CM2和CM3。CM1呈深灰色不规则形态,拉曼光谱分析显示CM1具有低强度、宽的D1带和高强度、窄的G峰,D2峰较明显,计算显示其形成温度为172~200℃,低于成矿温度（250~330℃）。此外,傅里叶红外分析结果表明CM1石墨化程度低,含较少的CH键和C=O键,表明其未经历热液蚀变。碳同位素分析显示CM1样品的δ¹³C值为-26.46‰~-26.89‰。与CM1空间上共生的黄铁矿（Py1）呈草莓状分布于碳质板岩中,LA-ICP-MS结果表明Py1的Co、Ni、Zn、Mo、Te元素含量高;CM2呈灰色细长沥青状,拉曼光谱分析显示CM2的D1峰和G峰较CM1更为尖锐,面积近似,且D2峰的光谱分峰程度很低,计算显示其形成温度为358~463℃,高于成矿温度。傅里叶红外分析结果显示,CM2石墨化程度高,在2925 cm^-1和1705 cm^-1处有明显的谱峰,含有较多的CH₂+CH₃、C=O和C=C键。CM3呈灰色细小颗粒状,拉曼光谱分析显示CM3的光谱特征与CM1的相似,但CM3的D2峰具有独立的峰段,计算显示其形成温度为258~322℃,与成矿温度一致。碳同位素分析显示CM3的δ¹³C值为-9.09‰~-14.12‰。与CM3空间上共生的黄铁矿（Py2）呈自形分布于含金石英脉中,LA-ICP-MS结果表明Py2的As、Au元素含量高。综合以上结果,笔者认为CM1来源于有机质,形成于碳质板岩的早期成岩阶段,属于变质成因,与其共生的Py1形成于成岩期,属于沉积成因的黄铁矿。CM2的形成温度高于成矿温度,也为变质成因。CM3源于成矿流体,形成于围岩中的含铁矿物和成矿流体发生反应,属于热液成因,而Py2与CM3从流体中同时沉淀。其中CM1和CM3在金矿化过程中起到重要的作用。CM1作为还原剂能够有效和成矿流体中金的硫氢络合物发生水岩反应促使金的沉淀,而CM3在硫化过程中和Py2共同沉淀导致成矿流体中H₂S的大量消耗,进一步破坏了金的硫氢络合物稳定性,导致金沉淀和再富集。     

100MPa压力下温度和水对干酪根结构状态影响的实验研究

为了实验验证变质沉积物中的碳质物拉曼光谱地质温度计的可用性,利用冷封口式高温高压水热系统将焊封金管内的干酪根于100MPa压力和温度(250-700℃)、有水和无水条件下处理24小时,激光拉曼探针(LRM)分析表明,实验所得碳质物的一级和二级拉曼谱特征(拉曼峰的存在、峰的位置、宽度、高度和面积)随温度系统地变化,所得碳质物的D/O比值随温度升高而减小,但在D/O比-温度关系图上-500℃处有一拐点(极小)。实验条件下处理的干酪根的显微富利叶变换红外谱(micro-FTIR)分析表明,脂族C-H和芳族C-H吸收峰的相对强度在500℃左右急剧变化以及在700℃的实验产物中仍存在含氢的功能团。高温高压条件下,水的存在不利于碳质物的石墨化(有序化)。     

北大别的高温变质作用与部分熔融

<正>大陆俯冲带中高压-超高压榴辉岩及相关岩石的峰期及之后的变质温度确定是了解其岩石成因和演化的关键。然而,这些高级变质岩石由于常常形成于极端条件下(如超高温变质作用)而给温度估算带来巨大挑战。因为900℃的变质温度已明显高于大多数传统矿物对温度计的阳离子交换封闭温度(Baldwin et al.,2007),峰期变质温度的准确估计常受到退变质作用和冷却过程中矿物再平衡或重结晶的明显影响(Harley et al.,2008;Kooijman et al.,2012;Liu et al.,2015)。因此,目前流行的微量元素     

造山带PTt演化及区域变质作用的起因

Ｂａｒｒｏｗ（１８９３）提出了三个重要观点：（ｌ）关键性指示矿物的应用可确定变质带并推断区域变质作用的空间特征；（２）递增变质作用的概念；（３）热岩浆平流可能是区域变质作用的一个起因，这些都加深了对变质作用过程的理解。本文通过回顾我们对变质岩石ＰＴｔ轨迹得出的造山带动态演化的认识，以及考虑到造山带内不同类型区域变质作用的可能起因，来进一步探讨这些论题。通过峰值温度和压力的相对时间关系，对区域变质岩石可区分出两种不同的基本造山带类型。以顺时针ＰＴ轨迹为特征的造山带在达到峰值温度前获得峰值压力，变质峰期一般滞后于带内早期变形，高于“正常”传导热流的附加热与超覆量有关。相反，以逆时针ＰＴ轨迹为特征的造山带在获得峰值压力前达到峰值温度，变质峰期一般先于带内早期变形或与之同时，高于“正常”传导热流的附加热与深成任人体的就位有关。用于确定ＰＴｔ轨迹的手段有：变斑晶及反应结构中矿物包裹体序列的应用、温压计、流体包体的应用、诸如Ｇｉｂｂｓ方法的热力学方法、放射性同位素测年、裂变径迹研究和数字模拟。在合适的岩石中，我们可利用特定矿物共生组合来确定单条ＰＴｔ轨迹，并且同—造山带内的一套ＰＴｔ轨迹使我们能够解释变质作用动态演化过     

成矿环境中的高密度碳质流体:以阿尔泰南缘为例

碳质流体(CO2-CH4-N2体系流体)常见于地幔橄榄岩和下地壳麻粒岩中。近期研究表明,阿尔泰南缘晚古生代成矿环境中的碳质流体极为丰富,不仅在造山型金矿中赋存大量与成矿有关的碳质流体,而且在VMS型矿床中也存在同造山期的变质碳质流体。由共生的富CO2包裹体(LCO2-LH2O型)和H2O-CO2包裹体(LH2O-LCO2型)的均一温度推测,造山型金矿的碳质流体捕获温度大于254～394.5℃,压力大于150～320MPa;VMS矿床的变质碳质流体捕获温度大于209～430℃,压力大于180～300MPa,两者具相似的捕获温度压力条件。碳质流体的捕获温度压力条件与变质相带相平衡计算的变质温度、压力范围相当。碳质流体源于区域变质作用,并参与了与造山型金矿有关的构造-变质-流体-成矿作用和对VMS型矿床的变质改造作用。     

辽东半岛辽河群变泥质岩变质变形研究:对古元古代造山作用及折返过程的启示

前寒武纪造山带解析是地球科学研究的重点。胶-辽-吉造山带作为华北克拉通最具代表性的造山带之一,是研究前寒武纪造山过程和物质折返的理想场所。本文以辽东半岛辽河群为研究对象,以变质变形为研究手段,系统解析胶-辽-吉造山带的造山及折返过程。含夕线石榴黑云片麻岩(样品18TZH49)位于造山带核心部分,其岩相学观察和相平衡模拟表明,其峰期和峰后变质阶段矿物组合分别为Sil+Grt+Pl+Bi+Qz+Ilm+Melt和St+Grt+Pl+Bi+Chl+Qz+Ilm,变质温压条件为720~780℃/5.9~6.9kbar和540~565℃/3~4.1kbar,从峰期到峰后记录了一个降温降压的顺时针P-T演化轨迹。锆石UPb年代学研究表明其退变质年龄为1851Ma。结合南、北辽河群其他变泥质岩研究工作,提出造山带北部北辽河群泥质岩经历低角闪岩相变质作用,以典型的巴罗式变质带为特征;造山带南部南辽河群经历角闪岩相至麻粒岩相变质作用,退变质特征明显。从构造角度来说,北辽河群受向北逆冲推覆构造影响,显示向龙岗基底的运动学特征;造山带核心部位的南、北辽河群直立褶皱发育,指示地壳强烈收缩过程;南辽河群受向南逆冲推覆构造影响,显示向南侧狼林陆块的运动学特征。变质变形及年代学共同指示,辽河群经历1.95~1.90Ga造山作用,构造增厚作用使不同类型岩石相互叠置并发生不同程度变质作用。随后,~1.85Ga发生造山后伸展作用,不同变质等级岩片剥露于地表。     

构造岩碳物质拉曼光谱温度计与石英组构对造山带热演化的约束:北喜马拉雅然巴片麻岩穹隆研究实例SCIEI北大核心CSCD

东西走向的北喜马拉雅片麻岩穹隆带位于喜马拉雅造山带核心,记录了造山演化和青藏高原隆升的变质与变形信息。对穹隆构造热结构及其变形历史的重建有助于揭示喜马拉雅造山过程。本次研究选取然巴片麻岩穹隆的各类构造岩开展微观构造解析、碳物质拉曼光谱温度估算(RSCM)和石英组构学(CPO)分析,对比该穹隆各构造层变质和变形温度及其变化。研究结果揭示然巴穹隆被上、下两条环形拆离断层分为三个构造层:下拆离断层以下为下构造层,其由核部淡色花岗岩和片麻岩组成;下拆离断层和上拆离断层之间为中构造层,由强烈韧性变形的低-中级变质的片岩和少量片麻岩组成;上拆离断层以上为上构造层,由板岩、千枚岩和少量片岩组成。碳物质拉曼光谱变质温度计估算结果显示下构造层和中构造层峰期变质温度为550~600℃,上构造层峰期变质温度400~550℃。各构造层韧性变形岩石内石英组构(CPOs)特征揭示:下构造层石英以柱面滑移为主,韧性剪切变形温度超过600℃;而从中构造层底部向上构造层,石英滑移系由柱面滑移逐渐转变为底面滑移为主,响应的变形温度由550℃逐渐降低为300~350℃。综合分析解释认为然巴穹隆新生代以来经历了四期构造变形,分别对应喜马拉雅造山演化四个阶段:始新世(约45Ma)地壳增厚,发生区域变质作用,变质峰期温度达600℃(如下构造层记录),由下构造层向幔部递减(500℃到300℃);在造山伸展阶段,伴随藏南拆离系北向韧性剪切作用以及晚期南北向裂谷的启动提供的东西向伸展环境导致晚中新世淡色花岗岩底辟就位(约8~7Ma),穹隆幔部岩石遭受接触变质作用改造,接触变质峰期温度为570℃。     

北大别的多阶段高温变质作用与部分熔融及其地球动力学过程和大地构造意义

北大别经历了三叠纪高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而榴辉岩中广泛发育多期减压结构,极少保留早期的超高压变质记录,这为它们不同变质阶段的温度条件估算带来了巨大困难。然而,目前流行的微量元素温度计为北大别榴辉岩的峰期及之后的退变质阶段温度的确定提供了可能性。根据锆石中Ti和金红石中Zr温度计,结合传统矿物对温度计的计算数据,获得了北大别榴辉岩中多阶段高温（>900 ℃）条件的数据,证明研究区经历了从超高压榴辉岩相→石英榴辉岩相→高压麻粒岩相阶段的高温变质过程。并且,北大别经历了折返初期（207±4 Ma）的减压熔融和碰撞后燕山期（约130 Ma）的加热熔融作用。长时间的高温变质作用与多期部分熔融也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压变质证据等的重要原因。因此,这些成果有助于甄别北大别的岩石成因和演化过程以及大别山多岩片差异折返模型的建立和完善。     

Fundamentals and Applications of Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material(RSCM)Thermometry

This contribution attempts to summarize the principles, sample preparation, analytical procedures, influencing factors, and geological applications of Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material (RSCM) thermometry. Irreversible graphitization of carbonaceous material in sedimentary rocks occurs during the process of reaching peak metamorphic temperature and can be effectively quantified by Raman spectroscopy. However, in addition to temperature, other factors, such as structural and compositional heterogeneity of carbonaceous materials, structural damage caused by polishing, wavelength and energy of laser used for analyses, hematite content,etc., also have significant influence on the Raman signals of carbonaceous materials. Therefore, fresh samples should be collected for analyses to eliminate the influence of hematite. Further, standard experimental procedure should be practiced to avoid the effects of polishing and laser parameter setups. Additionally, multiple (usually more than 25) analyses per sample should be carried out for deriving statistical average and uncertainty values so as to minimize the influence of sample heterogeneity. RSCM thermometry is applicable to a temperature range between 100~700 ℃, and has been widely used in many fields of geological studies, including metamorphism and deformation of orogens, sediment burial history, fault gouge characteristics and evolution, and maturation grade of carbonaceous materials,etc.     

Exhumation of eclogite and blueschist (Cyclades,Greece): Pressure–temperature evolution determined by thermobarometry and garnet equilibrium modelling

High‐P rocks such as eclogite and blueschist are metamorphic markers of palaeo‐subduction zones, and their formation at high‐P and low‐T (HP–LT) conditions is relatively well understood since it has been the focus of numerous petrological investigations in the past 40 years. The tectonic mechanisms controlling their exhumation back to the surface are, however, diverse, complex and still actively debated. Although the Cycladic Blueschist Unit (CBU, Greece) is among the best worldwide examples for the preservation of eclogite and blueschist, the proposed P–T evolution followed by this unit within the Hellenic subduction zone is quite different from one study to another, hindering the comprehension of exhumation processes. In this study, we present an extensive petrological data set that permits refinement of the shape of the P–T trajectory for different subunits of the CBU on Syros. High‐resolution quantitative compositional mapping has been applied to support the thermobarometric investigations, which involve semi‐empirical thermobarometry, garnet equilibrium modelling and P–T isochemical phase diagrams. The thermodynamic models highlight the powerful use of reactive bulk compositions approximated from local bulk compositions. The results are also combined with Raman spectrometry of carbonaceous material (RSCM) to retrieve the metamorphic peak temperature distribution at the scale of the island. A major result of this study is the good agreement between all the independent thermobarometric methods, permitting reconstruction of the prograde and retrograde P–T trajectories. Garnet compositional zoning was used to retrieve prograde, peak and retrograde growth stages in line with the results of the P–T isochemical phase diagrams, RSCM temperature and peak‐pressure crystallization of the garnet–omphacite–phengite assemblage. Our results are consistent with previous thermobarometric estimates from other occurrences of CBU rocks (Tinos, Andros), suggesting a multistage exhumation process with (1) early syn‐orogenic exhumation within the subduction channel, (2) isobaric heating at mid‐crustal depths (~10–12 kbar) following thermal re‐equilibration of the lithosphere from a cold syn‐orogenic regime in the subduction zone to a warmer post‐orogenic regime in the back‐arc domain and (3) exhumation and cooling related to a post‐orogenic phase of extension following slab retreat. Expanding to the general aspects of subduction zones, we suggest that such metamorphic evolution of HP–LT units should be regarded as a characteristic feature of exhumation driven by slab rollback.     

大别山北麓高煤级煤的变形——变质类型

对中国东部大别造山带前陆盆地石炭纪含煤岩系的高煤级煤进行了深入研究,划分出3种变形——变质类型。构造——热变质类型煤样采自剪切应变带内,煤镜质组反射率各向异性显著,煤结构参数L_c最大,L_a/L_c和d₀₀₂最小,TEM下存在局部石墨化现象,呈现动力变质特征。岩浆热变质类型煤样受中生代花岗岩侵入体异常高温影响,Ro_max和Ro_bi较大,显微镜下呈非均质结构,L_a/L_c在3类煤中最大。区域变质类型煤的Ro_max最小,但仍远远高于稳定地区相近地质时代煤,反映了造山带旁侧构造——热活动背景下有机质的高演化程度。     

青藏高原东南缘哀牢山构造带泥质高压麻粒岩的发现及其构造意义

哀牢山构造带泥质高压麻粒岩主要由石榴石、夕线石、钾长石和斜长石变斑晶及尖晶石、铁假蓝宝石、蓝晶石、石英、金红石和钛铁矿包裹体组成,为确定印支地块和华南地块的边界提供了关键性标志。石榴石-黑云母-斜长石-石英地质温压计(GBPQ)计算结果及标志性高温矿物组合(Spl+Qz)表明泥质高压麻粒岩的形成和演化经历了高压/高温进变质到中温/低压退变质的顺时针P-T演化过程。其中:1)高压/高温进变质阶段的矿物组合为Ky+Sil+Grt1+Kf1+Pl1+Spr+Ter(Kf+Pl)+Bt1+Spl+Qtz+Ilm1+Rut1,形成于850～919℃,≥10.4kbar;2)中温/低压退变质阶段的矿物组合为Grt2+Bt2+Pl2+Ms+Qtz+Ilm2+Rut2,早期和晚期的温压条件分别为664～754℃,4.9～6.5kbar和572～576℃,3.5～3.9kbar。反映陆壳物质在碰撞过程中俯冲到地下深处(≥30km)经高压高温变质后快速折返到中上地壳的动力学演变轨迹。