长春东南劝农山地区早二叠世范家屯组岩石变形组构及流变学特征

劝农山地区位于长春市东南部,处于佳-伊断裂和西拉木伦河缝合带交汇处.详细野外调查发现,该区曾遭受强烈韧性剪切变形,剪切带内岩石普遍糜棱岩化,主要由下二叠统范家屯组（P₁f）钙质糜棱岩与侵入其中的燕山期花岗质糜棱岩组成,变形程度处于初糜棱岩至糜棱岩之间,多具有糜棱结构.岩石应变类型主要为压扁型应变,偏一般压缩,为L=S型构造岩,指示其形成于挤压型剪切带的构造环境.多种宏微观韧性剪切变形标志,指示明显的左行剪切运动.电子探针方解石-白云石地质温度计、方解石和石英EBSD组构特征、方解石e双晶形态以及石英长石变形行为等均显示岩石具有低温塑性流变特点,变形环境不超过绿片岩相.剪切带内应变速率偏高,应变集中带应变速率最大,在10-6.95~10-8.89之间,远离强变形带应变速率在10-9.25~10-12.17之间,糜棱岩化作用过程中差异应力下限应大致为51.27~65.46 MPa,代表剪切带糜棱岩化作用为低温中等强度应变,在稍快的应变速率条件下形成.压溶扩散和双晶滑移为劝农山韧性剪切带变形初期的主要变形机制,随着递进变形,逐渐以双晶滑移和晶内滑移为主,递进变形晚期,局部强变形域内发生了粒间滑移.劝农山韧性剪切带形成与早白垩世中晚期伊泽纳崎板块NNW向高斜度斜向俯冲于欧亚大陆之下有关,是佳-伊断裂带左旋走滑事件的局部表现.      

蚀变洋壳玄武岩俯冲过程中含碳矿物相变质演化及脱碳作用的研究

俯冲作用是连接地表系统和地球深部系统的最为关键的地质过程,其对研究地球深部碳循环具有重要的意义。俯冲洋壳岩石圈中的碳主要存储在沉积物、蚀变洋壳玄武岩以及蛇纹岩中。俯冲变质作用过程含碳岩石的变质演化控制着其中含碳矿物相的转变及碳迁移过程。本文选取了蚀变洋壳玄武岩进行相平衡模拟,来研究其含碳矿物相的变质演化过程。计算结果表明,变质玄武岩体系中的碳酸盐矿物之间的转变反应除了受压力控制之外,还受到温度和体系中铁含量的影响。随着压力的升高蚀变玄武岩中碳酸盐矿物会发生方解石/文石-白云石-菱镁矿的转变,但在高压/超高压条件下,温度的升高可以使菱镁矿转变成白云石。碳酸盐矿物中的铁含量受到体系中铁含量的影响,白云石和菱镁矿中的铁含量随着体系中铁含量的增加而增加。在水不饱和条件下,洋壳不管是沿着低温还是高温地热梯度线俯冲到岛弧深度,蚀变玄武岩体系几乎都不发生脱碳作用。然而在水饱和条件下,当洋壳沿着高温以及哥斯达黎加地热梯度线俯冲到岛弧深度时,蚀变玄武岩体系中的碳几乎可以全部脱出去。蚀变玄武岩体系中水含量的增加可以促进体系的脱碳作用。     

地球早期碳循环与大氧化事件

碳是影响地球宜居性的重要元素,地表系统和地球深部之间的碳循环作用对于全球气候的变化具有非常重要的影响.现今地球主要通过俯冲作用和火山作用调节全球碳循环过程,然而地球早期的碳循环过程和现今地球存在显著的差异.本文结合前人的相关研究成果,综合探讨了地球原始碳的来源、地球早期碳循环过程及其与大氧化事件的联系等问题.地球是从太...     

俯冲带脱碳和固碳作用过程

俯冲带作为联系地表和地球深部系统的纽带,不仅是将地表碳带入地球深部的主要通道,也是地表物质和地球深部物质发生交换的重要场所。俯冲作用可以将地表碳以有机碳或无机碳酸盐矿物等形式带入地球深部,再通过火山作用或去气作用返回到地表系统。俯冲带深部碳循环控制着地表碳通量变化,对于研究全球气候变化和地球宜居环境具有重要意义。本文结合前人的相关研究成果,综合探讨了俯冲带的脱碳机制及固碳作用过程。俯冲带脱碳机制主要有变质反应脱碳、流体溶解脱碳和熔融作用脱碳。从俯冲板块释放的含碳流体不一定都会迁移返回地表,有一部分含碳流体在迁移演化过程中会和围岩发生反应,形成不易迁移的其他含碳相(碳酸盐、石墨或金刚石)而重新固存在俯冲板块以及上覆地幔楔中(固碳作用),进而影响碳在不同储库中的含量变化,在计算俯冲带释放碳通量时需要考虑这一过程的影响。     

胶-辽-吉造山带辽河群石墨矿碳同位素特征及成因分析

作为华北克拉通周缘三条石墨成矿带之一的东部带,胶-辽-吉古元古代石墨成矿带是研究早前寒武纪石墨成矿机制及地球早期气候特征的天然实验室。本文对胶-辽-吉造山带辽河群石墨矿(甜水乡马沟石墨矿)进行了详细的岩相学、地球化学、拉曼光谱学以及碳同位素等方面的研究。研究结果表明辽河群含石墨矿岩石主要为含石墨变质杂砂岩、含石墨黑云母长英质片麻岩和含石墨透闪大理岩,在log(Fe₂O₃/K₂O)-log(SiO₂/Al₂O₃)判别图解中,这些含石墨岩石位于砂岩和页岩区域内,它们具有和太古宙后澳大利亚平均页岩(PAAS)相似的稀土元素特征;地球化学特征表明它们具有低的成熟度,未经历长途搬运,是快速堆积的产物,主要沉积于活动大陆边缘弧后盆地环境。碳同位素研究表明辽河群石墨矿碳同位素值具有很宽的变化范围(δ¹³C_PDB=-16.49‰~-25.93‰),是有机物在变质过程中脱CH_4造成的。结合拉曼光谱学特征,我们认为辽河群石墨矿是由有机物经过变质作用形成的,其变质程度可以达到高角闪岩相(551~627℃)。综合分析前人年代学数据,我们认为辽河群石墨矿的沉积时代为2.13~2.17Ga,在后期的弧-陆碰撞造山以及后碰撞作用过程中(2000~1895Ma;1875~1850Ma),有机物逐渐发生变质形成石墨并聚集形成石墨矿床。华北克拉通周缘大量石墨矿的沉积时代(2.3~2.05Ga)和大氧化事件发生的时间一致,可能是地球早期大氧化事件的沉积响应。     

苏鲁造山带威海地区石榴角闪岩中“环状”石榴子石的成因

发育特征结构的石榴子石是研究俯冲带矿物演化和元素迁移的理想对象。本文首次报道苏鲁造山带东北端威海地区出露的含"环状"石榴子石的石榴角闪岩,并对其开展了详细的岩相学、矿物化学、锆石SHRIMP U-Pb年代学和变质作用研究。X射线主元素扫面显示,"环状"石榴子石经历了3个阶段生长:最高Ca部分的成核阶段、相对低Ca部分的扩展阶段和最低Ca部分的快速塑形阶段,分别对应M_1、M_2和M_3阶段变质作用,相应的矿物组合为石榴子石高Ca环核部及其矿物包裹体(如角闪石+富Na斜长石+金红石+绿帘石+磷灰石)、石榴子石低Ca环内边及其后成合晶矿物(如角闪石+富Ca斜长石边部+钛铁矿±金红石±磷灰石)和最低Ca石榴子石环外边±角闪石±钛铁矿,未发现超高压变质矿物或假象。传统地质温压计估算出M_1和M_2阶段的变质P-T条件分别为620～740℃/6.8～10.4kbar和705～775℃/5.3～7.1kbar,而M_3阶段可能发生于温度稍高和压力稍低的P-T范围。其中M_1至M_2阶段,发生的变质反应主要为角闪石+绿帘石+富Na斜长石→石榴子石+角闪石+富Ca斜长石,随着反应物绿帘石、斜长石和角闪石被消耗,石榴子石Ca逐渐降低,Mg有所升高或变化不明显; M_2至M_3阶段,变质反应物绿帘石和斜长石几乎被消耗完全,主要消耗角闪石中的Mg、Fe和重稀土元素(HREE),使其形成"钟形"稀土配分模式,而使M_3阶段生长的石榴子石环边极度贫Ca、富Mg和Fe,且HREE含量升高。变质锆石U-Pb定年结果为232.9±2.2Ma,代表该样品受到三叠纪陆-陆俯冲碰撞过程的强烈响应。此外,M3阶段是形成石榴子石"环形"结构的重要阶段,可能受变质温度、粒间流体和俯冲带外部流体渗透作用共同影响,加快元素在石榴子石中的迁入和迁出,且外部流体可为石榴子石快速生长提供充足的Mg和HREE。综上所述,"环状"石榴子石记录了相对完整的生长过程,整体形成于角闪岩相变质条件,为非超高压变质产物。     

石榴子石Fe~(3+)含量电子探针原位分析:Flank Method方法的实例应用

电子探针分析技术主要应用于对物质进行快速无损的定性、定量分析,是材料科学和地质学领域最基础和重要的研究手段。而利用电子探针对矿物中不同价态Fe的含量进行原位定量分析,更是具有非常重要的科学意义。近来发展起来的可进行Fe~(3+) 含量定量分析的电子探针Flank Method测试方法,相比早期的实验方法具有更高的准确度和精确性。该方法主要是通过定义Fe的特征X射线L能级谱线峰位的峰侧位置(flank position),对应了不同价态Fe吸收谱线的差值线谱(difference spectrum)中强度计数最大值(FeLα*)和最小值(FeLβ*)的位置,从而避免了在早期实验中,一般通过直接测量Fe的L能级峰位(FeLα和FeLβ)可能导致的测试不确定性。同时,该测试方法通过对电子探针谱仪系统进行实时的位移误差校正,确保其在某一个稳定的实验条件(周期)下具有可重现性(精确度)。在本文中,我们根据北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室的JEOL JXA-8100型号电子探针的实际性能状态,在前人建立的实验步骤基础上,进行了测试流程的自适性改进和修正,建立了更符合本实验室实际情况的电子探针Flank Method测试方法,用于分析石榴子石中的Fe~(3+) 含量。通过对已知Fe~(3+) 含量的标准石榴子石样品进行检测验证,确定了该方法的可行性、可靠性以及可重复性。在对天然样品的分析中,我们选择了来自我国天山、拉萨和北祁连的洋壳俯冲类型中低温(超)高压榴辉岩中的石榴子石样品,对其进行了Fe~(3+) 含量(环带)的分析。结果显示,石榴子石中Fe~(3+) 含量可作为一个可靠的氧逸度指示剂,其(环带)变化很好地对应了榴辉岩寄主岩石的变质演化轨迹,反映了在板片俯冲过程中,榴辉岩的氧逸度具有降低的趋势。