大别山榴辉岩中磷灰石的结构碳酸根

在大别山东南部的高压和超高压榴辉岩中发现磷灰石含有结构碳酸根。磷灰石主要以包裹体的形式存在于筛状变晶结构的石榴石中,其形成时间早于石榴石和榴辉岩的矿物组合。Ｘ射线衍射和傅立叶变换红外光谱研究表明,磷灰石中结构碳酸根替代「ＰＯ４」＾３－,表现为在１４５５－１４２２ｃｍ＾－１的吸收带,以及在１５０℃以下温度难以消除的在１６３０ｃｍ＾－１的吸附水,但常规Ｘ射线衍射和傅立叶变换红外光谱难以给出其含量。用EA－MS连线技术测量给出结构碳酸根的含量在0.95-5.24 CO2wt％。榴辉岩磷灰石中结构碳酸根的鉴定和碳含量的定量测定证明,在超高压变质过程中存在含CO2的峰变质流体。     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

苏州A型花岗岩氢氧同位素地球化学研究

对苏州Ａ型花岗岩氢氧同位素组成进行了系统深入的研究,其全岩δ１８Ｏ值为＋３．５‰～＋９．２‰,全岩δＤ值在－８１‰～－５９‰之间变化。主要造岩矿物对保持氧同位素平衡分馏的样品,其Ｄ亏损主要受单阶段岩浆去气机理的制约。部分全岩样品表现出不同程度Ｄ－１８Ｏ同步亏损,这种亏损要受岩浆期后固相线下与外来渗透大气降水之间进行同位素交换机理的制约。石英δ１８Ｏ值基本正常,石英与碱性长石之间氧同位素不平衡分馏特征表明,苏州Ａ型花岗岩整体上起源于亏损１８Ｏ源区物质通过地球动力学再循环产生低δ１８Ｏ岩浆的可能性不大。根据氢氧同位素实测值和理论模型计算结果,推测苏州Ａ型花岗岩浆δＤ和δ１８Ｏ初始值分别为－５０±５‰和７．５±１．０‰,这排除了岩浆起源于曾经历过化学风化循环的地壳上部岩石的可能性。     

华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏

华北克拉通在中生代发生了岩石圈减薄,古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生岩石圈地幔所取代.与此同时,华北克拉通发生了破坏,以大规模早白垩世岩浆作用为标志.尽管对这个现象有了共识,但是对华北克拉通岩石圈破坏的机制仍然存在争议.文章以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角,试图对上述争议提出解决办法.华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点,在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点,而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩.这个差异表明,华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变.尽管华北克拉通在晚三叠世也出现过镁铁质岩浆作用,但是其成因是深俯冲华南陆块折返的结果,而古太平洋板块俯冲在那时尚未启动.古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲,俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态,是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化阶段.古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物,也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物.对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说,则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物.从~144Ma开始,俯冲的古太平洋板片发生回卷,克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热,导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄.在130~120Ma期间,减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏,不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用.与此同时,回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热,产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩,这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代.古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带,而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲.这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔,而且化学上可以交代岩石圈地幔.因此,古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用才是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制.     

中国东部碱性花岗岩氢氧同位素特征及其地球动力学意义

对中国东部五个有代表性的碱性花岗岩体氢氧同位素研究表明,δ18O基本正常的苏州和福州碱性花岗岩D亏损分别受单阶段与连续岩浆去气作用的影响,后期大气降水的扰动相对较弱．D-18O同步亏损特征明显的碾子山和山海关碱性花岗岩则主要受岩浆期后大气降水高温亚固态同位素交换机理的制约青岛复式花岗岩基则较为复杂,可能受岩浆去气与晚期大气降水交换的联合作用．未明显受后期地质作用扰动、典型的中国东部碱性花岗岩浆氢氧同位素组成分别为δD＝（50±5）‰和δ18＝（7．5±1．0）‰这表明中国东部碱性花岗岩是由稳定同位素组成基本正常的内地壳或上地幔物质通过低程度部分熔融产生的,而不是由再循环亏损源区物质产生的低δ18O岩浆结晶分异形成的．中国东部碱性花岗岩总体上表现出的D亏损纬度效应,预示自中生代以来其所在板块位置未发生过大规模水平位移同时,碱性花岗岩与拉张环境之间的内在联系表明,至少在中生代中国东部大陆岩石圈地壳处于拉张减薄状态．     

大别山麻粒岩包体的氧同位素研究

对北大别变质杂岩中的麻粒岩包体进行详细的氧同位素地球化学研究,发现其全岩δ~(18)O值偏低,为3.3‰～4.4‰。在麻粒岩相变质条件下,大别山麻粒岩包体的共存矿物对之间达到并保存了氧同位素平衡,后期退变质作用未明显破坏这种平衡。由矿物氧同位素地质测温得到的顶峰变质温度800～875C,与一般麻粒岩相变质温度相吻合。在变质作用之前或顶峰变质作用过程中,大别山麻粒岩包体的原岩曾与一δ~(18)O值低于3‰的外来流体发生了高温水—岩交换作用,并且这种交换作用在一定范围内是相对均一的。     

苏北东海榴辉岩氢氧同位素地球化学研究

研究了苏鲁地体西部东海地区超高压变质榴辉岩的氢氧同位素组成,得到绿辉石和石榴子石的δ＾１８Ｏ值变化较大（为－１０．４‰－＋４．８‰）,多硅白云母的δＤ值变化较小（为－１０４‰－－８３‰）不同矿物对之间达到保存了氧同位素平衡,得到了一致的同位素温度（６５０－７５０℃）,榴辉岩具有低至－１０‰和－１０４‰的异常δ＾１８Ｏ和δＤ值表明,岩石与极贫＾１８Ｏ和Ｄ的大气降水成因流体发生过氢氧同位素交换,同时排     

物相之间氧同位素分馏的高温高压实验研究

应用理论计算、实验测定和经验估计三种方法均能获取含固体矿物体系的氧同位素分馏系数,其中高温高压实验研究不仅能够得到物相之间的同位素平衡分馏系数,而且能够提供与同位素交换动力学和机理有关的信息。同位素分馏系数的实验校准方法已经由原来的两相体系（矿物Ｈ２Ｏ、矿物ＣＯ２和矿物ＣａＣＯ３）交换发展为三相体系（ＣａＣＯ３矿物流体）交换,化学合成、重结晶和矿物反应技术得到了进一步应用。本文评述了近十年来这一领域的研究进展,着重介绍了Ｈ２Ｏ、ＣＯ２和ＣａＣＯ３作为交换介质进行氧同位素分馏系数校准的技术原理和结果,探讨了热液和碳酸盐交换实验结果不一致的原因。     

从同位素到板块构造:化学地球动力学

化学地球动力学是地球化学的分支学科,它在研究地球内部化学组成和演化时,把地球视为一个完整的动力学系统而不是彼此孤立的地质集合体。通过研究地球各层圈内部的化学结构和过程以及不同层圈之间的化学相互作用,从本质上研究和认识发生在地球内部的各种地质作用。文中概括了化学地球动力学的特点和突出成果,分析了化学地球动力学研究的科学意义,并对在中国开展壳幔相互作用的化学地球动力学研究提出了建议。     

榴辉岩中石榴子石—单斜辉石地质温度计

通过对大别山双河榴辉岩的实例研究,对石榴子石-单斜辉石地质温度计的应用性和计算方法进行了讨论。与其他地质温度计（如氧同位素温度计）相比较,结合动力学研究,有助于进一步深入了解石榴子石-单斜辉石温度计的应用。该温度计能够较为准确地反映榴辉岩的顶峰变质温度,并且使恢复岩石体系的冷却历史成为可能。