北大别超高压榴辉岩中褐帘石和氟磷灰石及其地质意义

褐帘石是绿帘石族矿物,是轻稀土(LREE)和Th等元素的重要载体矿物(Exeley,1980;Brooks et al.,1981;Gromet and Silver,1983;Tribuzio et al.,1996;Hermann,2002),并且常控制俯冲带流体的LREE和Th的含量以及影响着岩石中微量元素的演化(如Hermann,2002).     

中国大陆科学钻探（CCSD）UHP岩石石英脉中磷灰石团块独居石出溶物的U-Th-Pb化学定年

CCSD主孔榴辉岩等UHP岩石石英脉中存在团块状到不规则脉体状的磷灰石集合体,显微镜下观察发现其中存在四种出溶物:磁铁矿和赤铁矿的连生体、赤铁矿、独居石和锶重晶石;出溶物的长轴和生长方向均基本平行于磷灰石之C轴,显示它们可能是基本同时出溶的。其中独居石出溶体多为菱形到板状自形晶体,宽约6—10μm,长约50～75μm。运用CHIME化学定年方法对CCSD磷灰石团块中的独居石出溶物进行了年代学研究,获得其Th-Pb等时线年龄为202±28．3Ma,表明磷灰石团块形成于榴辉岩在折返过程中的重结晶和退变质,时代为晚三叠世。该年龄可能也代表了CCSD中UHP岩石中包裹磷灰石团块的石英脉的形成时代。     

CCSD主孔揭示的东海超高压榴辉岩中的金红石：微量元素地球化学及其成矿意义

金红石是榴辉岩中的主要含钛副矿物。中国大陆科学钻探工程主孔100-2000m岩心样品中,金红石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和蓝晶石榴辉岩中都程度不等地含有金红石。金红石既可以与其它矿物一起包裹在主要变质矿物中,也可以呈粒间矿物,但在榴辉岩经受角闪岩相退变质作用过程中,金红石亦会退变为榍石。本文利用电子探针除了分析了金红石的主要元素外,还仔细测量了Nb、Cr、Zr含量。结果显示,Nb平均含量为147ppm,最高含量为670ppm,Cr的平均含量为614ppm,最高含量为3630ppm,低Nb特征(<1000ppm)显示榴辉岩原岩为镁铁质岩石;此外,三类榴辉岩也具有不同的金红石Nb、Cr地球化学特征,即金红石榴辉岩中的金红石表现为低Cr(<500ppm)、Nb变化大(0-670ppm)的特征,多硅白云母榴辉岩中的金红石以中等Cr含量(500-1200ppm)、Nb变化较大(0-480ppm)为特征,而蓝晶石榴辉岩中的金红石显著富Cr(2000-3630ppm),而Nb则非常贫乏(<140ppm)。在总共289个金红石Zr含量数据中,大部分Zr含量分布在150-240ppm之间,均值约为200ppm;利用Zacketal.(2004)提出的金红石温度计,计算得到金红石的形成温度介于690℃和7870℃之间。研究结果表明,金红石的微量元素分析是研究榴辉岩原岩特征及其钛成矿作用的实用方法之一。     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩的岩石学研究

中国大陆科学钻探工程5000m主孔位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔0～2000m主要由榴辉岩、片麻岩、石榴石橄榄岩和少量片岩和石英岩组成。累积厚度达1000多米的榴辉岩具有不同的矿物组成、不同的矿物含量和不同的全岩化学成分,可划分成富Si的石英榴辉岩、富Ti的金红石榴辉岩、富Al的多硅白云母和蓝晶石榴辉岩、富Mg的双矿物榴辉岩和具有正常玄武岩成分的普通榴辉岩。榴辉岩的原岩包括基性层状侵入岩和变质表壳岩。榴辉岩全岩成分对石榴石和绿辉石中某些化学组分的含量有明显控制,而且直接影响到变质条件估算的准确性。扩散成分环带的广泛发育表明超高压矿物在早期退变质过程中发生了成分再平衡。这一事实以及具有成分生长环带石榴石变斑晶的存在,为榴辉岩形成在更高温度(>940℃)和更高压力(>4.5GPa)条件下提供了有力的证据。     

中国大陆科学钻探（CCSD）榴辉岩磷灰石脉体中铁的氧化物、重晶石和独居石出溶物的发现及其意义

CCSD主孔榴辉岩等UHP岩石中存在团块状到不规则脉体状的磷灰石集合体，它们多与石英脉共生，显微镜下观察发现这些磷灰石脉体存在大量出溶物，电子探针和激光拉曼光谱仪联合测定显示磷灰石主要为氟磷灰石，其中出溶物主要有四类：A．不规则状的磁铁矿和赤铁矿的连生体；B．针状赤铁矿；C．板状到菱型的独居石；D．针状锶重晶石。A类出溶物的延长方向平行于磷灰石的C轴，长度介于10～50μm；B类主要沿磷灰石的C轴方向排列，宽仅为0．5～2μm，多数在1．5μm左右，长度变化较大，为6～50μm；C类独居石出溶体宽约6～10μm，多为6μm，长约50～75μm；D类锶重晶石主要与B类赤铁矿出溶物共生，宽多1．5μm左右，长约60～70μm。其中A，B和D类出溶物是在磷灰石中首次发现。四类出溶物的长轴和生长方向均基本平行于磷灰石之C轴，显示它们可能是基本同时出溶的。CCSDUHP岩石中氟磷灰石脉体的存在及其铁氧化物、磷酸盐和硫酸盐出溶体的发现，显示UHP岩石在折返的过程中，快速减压曾造成矿物的分解和大量出溶体的形成，伴随脱水和SiO2等硅酸盐熔体的出溶，还存在少量的磷酸盐熔体，同时可能曾经有铁氧化物的熔浆的加入。磷灰石中铁氧化物等出溶物的出溶是在氧逸度较高的环境下进行的．     

赣中紫云山花岗岩晶质铀矿的电子探针U-Th-Pb化学定年

紫云山岩体是赣中地区与钨铀成矿关系极为密切的过铝质花岗岩体,但目前该岩体的成岩时代尚不明确.通过偏光显微镜、扫描电镜、电子探针等手段,首次开展了紫云山花岗岩中赋存晶质铀矿的精细矿物学研究.结果表明:晶质铀矿主要赋存于黑云母之中,少数被黄铁矿包裹,部分晶质铀矿被不同程度溶蚀和交代,表明晶质铀矿是本区花岗岩型铀矿的主要铀源矿物之一.利用电子探针U-Th-Pb化学定年法测得蕉坑单元 (J₃J)5颗晶质铀矿年龄为154.5~168.9 Ma,加权平均年龄为161.8±2.4 Ma (MSWD=0.26,n=26),庙前单元 (J₃M) 三颗晶质铀矿年龄为152.8~164.7 Ma,加权平均年龄为159.7±3.2 Ma (MSWD=0.2,n=15).获得的年龄与南岭地区主要含钨花岗岩的侵入时间高度一致,对应华南中生代大规模岩浆活动的第二阶段.晶质铀矿年龄与华南含钨花岗岩锆石U-Pb年龄非常一致,验证了过铝质富铀花岗岩中晶质铀矿电子探针定年方法的可行性.      

变生褐帘石的红外光谱研究

研究了不同程度变生褐帘石及其热处理样品的红外光谱变化特征，提出其变生的红外光谱定量标志──变生反M＝■（6-N）（N为750-200Cm-1范围的谱带数）。分析了变生作用中褐帘石晶格内离子基团的变化，结合晶体结构分析，提出褐帘石红外光谱中450、510cm－1附近的两个谱带分别系结构内孤立硅氧四面体SiO4及群体硅氧四面体Si2O7的弯曲振动谱带。     

某地花岗伟晶岩脉和石英碳酸盐脉中褐帘石、独居石形成条件的讨论

脉岩分布在某地槽区一背斜构造轴部的太古代变质岩和燕山期花岗岩、花岗斑岩中。该区脉岩有中-基性脉岩(闪长岩、黑云母角闪岩、煌斑岩),酸性脉岩(花岗斑岩、花岗伟晶岩、霓石正长岩、石英斑岩)和石英碳酸盐脉,构成了一个脉岩群。 太古代变质岩系。下部出露在背斜构造的轴部,为黑云外长片麻岩、混合岩化黑云斜长片麻岩、角闪黑云斜长片麻岩,有时彼此互层出现,某些地段见大理岩夹层;上部分布在背斜构造的两翼,为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩、花岗质混合片麻岩,局部夹大理岩     

中国大陆科学钻探主孔超高压榴辉岩中绿辉石结构水研究

本文利用傅立叶（Fourier）变换红外光谱技术对CCSD主孔100～3100米深度范围榴辉岩中的绿辉石结构水含量进行了原位分析。结果表明,所有绿辉石都舍有一定的以OH形式存在的结构水,其含量范围为45～784ppm,平均为235ppm。不同榴辉岩绿辉石之间的结构水含量差别较大,而且呈现出明显的空间分布不均一性。相关性分析显示,绿辉石的结构水含量与全岩的Mgo、TFeO、Al2O3,含量成正相关,与NaO成反相关,与绿辉石的NaO、TFeO含量成负相关,与榴辉岩的峰期变质条件无关;与其它类型榴辉岩相比,多硅白云母榴辉岩中绿辉石的结构水含量较高,平均为339ppm。由此推测,超高压榴辉岩绿辉石中所残留的结构水含量很可能与其峰期结构水含量、矿物化学成分和岩石矿物组成有关。     

江苏东海超高压榴辉岩的热导率及对大陆科学钻探研究的意义

对采自江苏东海毛北地区(中国大陆科学钻探先导孔附近) 的新鲜榴辉岩样品进行了岩石热导率的测定, 初步查明了该区榴辉岩热导率随矿物组成的变化关系, 探讨了岩石结构特征和温度变化对热导率的影响.本次所测东海超高压榴辉岩的热导率介于3.2 2 2~ 3.716Wm-1·K-1之间并随岩石中2种主要矿物的相对含量比而变化, 随着榴辉岩中石榴石对绿辉石体积比(V_Grt/V_Omp) 的增加而降低, 近似的函数关系满足K =3.76 7- 0.18× (V_Grt/V_Omp).岩石中矿物分布的不均匀性和面状构造的发育对榴辉岩热导率的影响较大, 由此产生的热导率各向异性可达近10 %.温度是影响热导率的另外一个重要因素.结合本次的实测资料和相应的热导率-温度关系, 建立了东海地区榴辉岩热导率随温度的变化关系方程K (T) =1/ (7.85×10-2 +6.95×10-4 ×T), 根据这一方程并结合东海地区的地热梯度资料推算了榴辉岩热导率随5 0 0 0m钻孔深度的变化关系, 推测东海地区科学钻探施工至5 0 0 0m深度时, 榴辉岩的热导率将比地表平均降低2 4%.该成果为钻探测井资料的解释以及该区地热结构模型的建立提供了重要依据和约束资料.      

榴辉岩退变质过程中的微量元素地球化学行为：对CCSD主孔退变质榴辉岩的研究

对中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩退变质过程中的微量元素地球化学行为进行了研究。对退变质程度连续变化样品的不同部分的对比研究表明，流体作用下的退变质过程中大离子亲石元素（Cs、Rb、Ba、Sr、K、Th、U）和轻稀土元素表现出较大的活动性，重稀土元素和高场强元素变化相对较小。退变质后大离子亲石元素的显著增加和高场强元素、重稀土元素的轻微变化（甚至相对降低），表明与退变质作用有关的流体中的络阴离子含量很少，并不富集高场强元素和重稀土元素。退变质后总体上表现出的Si、大离子亲石元素和轻稀土元素的明显变化，表明外来流体参与了榴辉岩的退变质过程，带入和带出了一些元素。结合榴辉岩中单矿物微量元素组成以及前人对D^Mineral/Fluid的研究成果，对流体-榴辉岩作用形成的退变质分带（富石英条带→角闪岩→退变质榴辉岩→新鲜榴辉岩）的微量元素组成变化进行了详细研究。结果表明在流体作用下的榴辉岩退变质过程中，大离子亲石元素、轻稀土元素和高场强元素含量的变化除了受退变质流体性质的影响外，更大程度上取决于退变质过程中的矿物相（尤其是副矿物）的变化。     

苏鲁榴辉岩在俯冲峰期-折返早期的递进塑性变形过程及对超高压变质岩石折返动力学的启示

榴辉岩的变形特征严重影响俯冲板片的流变学行为,而石榴石的变形机制又直接制约着榴辉岩的变形属性。本文在结合前人研究的基础上,通过对中国大陆科学钻探（CCSD）主孔榴辉岩中石榴子石的典型变形特征的详细对比和分析,进一步证明了榴辉岩在俯冲峰期条件下可以发生强烈的塑性变形。且俯冲峰期-折返早期经历了从以恢复作用主导的位错蠕变,到动态重结晶、扩散蠕变,再到静态重结晶和矿物生长的连续递进变形过程。其中,从动态重结晶到高温静态重结晶的转换,结合短时增温、局部熔融等证据,共同证明了在苏鲁超高压变质岩石折返过程中存在一个短暂的低应力“热”区间,在此前后,折返机制和驱动力发生了转变,由浮力作用下的快速折返转为以挤压透入性剪应力作用下的缓慢抬升阶段。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中石榴石和绿辉石原位激光探针分析及其成岩成矿指示意义

本文以中国大陆科学钻探主孔0～2000m岩芯中的榴辉岩为对象,运用EMPA和LA-ICP-MS技术,系统测定了榴辉岩中石榴石和绿辉石的主量与微量元素组成,并据此讨论了它们的成岩成矿意义.研究结果表明,CCSD主孔榴辉岩中石榴石富重稀土和Sc、Y、Co,而绿辉石则富中稀土和Pb、Sr、V,石榴石和绿辉石的高场强元素(特别是Nb、Ta)含量均很低.石榴石存在不同程度的Ce负异常,指示榴辉岩的形成过程中卷入有地表氧化条件下形成的风化沉积物.石榴石具有低的Zr/Y比值,绿辉石普遍具有高的Sr含量,这些特征说明榴辉岩(特别是高钛榴辉岩)的原岩可能为遭受过壳源物质混染与交代的富集地幔部分熔融的产物.高钛与低钛榴辉岩中石榴石和绿辉石在主量及微量元素组成上存在一定差别,总体而言,高钛榴辉岩中石榴石具高的MgO含量和较高的MgO/TFeO比值,以及较高的稀土和Sc含量,而绿辉石则相对富TFeO、MnO,并具有较高的Sr、Zr、Hf含量.高钛榴辉岩中石榴石和绿辉石常出现不同程度的Eu正异常,Cr含量均显著低于低钛榴辉岩.综合分析表明,高钛榴辉岩的原岩最可能为富斜长石的辉长质侵入岩,原岩组成的差异应是导致二类榴辉岩中石榴石和绿辉石矿物化学组成存在差异的主要原因.     

Petrogenesis of Maobei rutile eclogites from the southern Sulu ultrahigh-pressure metamorphic belt, eastern China

The Maobei complex in the southern Sulu ultrahigh‐pressure (UHP) metamorphic belt, eastern China, mainly consists of layered eclogites, garnet peridotites and orthogneisses. Based on the modal mineral and whole‐rock compositions, eclogites from the Maobei complex are divided into quartz eclogite, quartz‐rich eclogite, rutile eclogite, rutile‐rich eclogite and eclogite. The distinct spatial changes in the lithology and related chemical compositions indicate that this complex includes 10 rhythmic layers. The rutile eclogites have high TiO₂ (2.4–5.9 wt%), commonly coupled with high P₂O₅ (up to 4.1 wt%) contents; most show fractionated REE patterns with slight positive Eu anomalies. The rutile‐rich eclogites have very high TiO₂ (3.3–5.7 wt%), FeO^T (17.5–25.3 wt%), V (126–1163 ppm) and Co (14–132 ppm), and very low SiO₂ (38.0–42.3 wt%), Zr (24–85 ppm), Nb (0.3–6.9 ppm), Ta (<0.1–0.6 ppm) and total REE (10.7–334.0 ppm) contents, variable degree of LREE depletion, and positive Eu anomalies (Eu/Eu* = 1.1–2.9), and the Ti is decoupled from other high‐field‐strength elements. These characteristics are consistent with Fe‐Ti gabbros of typical layered intrusions, implying a cumulate of plagioclase, clinopyroxene and abundant accessory magnetite in an evolved basaltic magmatic chamber. Based on a normal stratigraphic sequence, the Maobei complex shows an iron‐enrichment trend, followed by alkaline enrichment with increasing fractionated crystallization and stratigraphic height. These facts, together with SHRIMP U‐Pb zircon ages of 773.7 ± 8.0 Ma, indicate that the protolith of the Maobei complex is a Neoproterozoic layered intrusion consisting of a base of peridogabbro, a main body of gabbro and minor granodiorite. Unusually high Ti, V and P contents in three rutile eclogite layers suggest that they are potential economic ore deposits.     

中国大陆科学钻探主孔0~2000 m榴辉岩的退变质过程

中国大陆科学钻探主孔位于大别-苏鲁这条典型的超高压变质带上，孔内0-2000m的岩心中，各种榴辉岩占到50％以上。榴辉岩大多经历了不同程度的退变质。依据榴辉岩中主要矿物绿辉石和石榴石的退变质程度，0-2000m榴辉岩的退变质过程可分为2个大阶段，4个亚阶段：第一大阶段(又分为轻微退变质、部分退变质)、第二大阶段(又分为退变质和强退变质)。总的退变质趋势是：石榴石逐渐被韭角闪石或黑云母 绿帘石替代；绿辉石逐渐被角闪石 钠长石后成合晶替代，硬玉(1d)含量逐渐减少，并部分转化为霓辉石。榴辉岩在退变质过程中所经历的温压条件为：峰期变质温度为697-831℃，压力3．0Gpa左右；部分退变质阶段温度为629-776℃，压力1．2-1．6Gpa；退变质阶段温度为550-650℃，压力O．5-0．7Gpa；强退变质阶段温度为300-400℃，压力0．30-0．35Gpa。综合岩石、矿物及形成温压条件等特征，推断榴辉岩的折返过程经历了两个大阶段：第一大阶段是近等温降压的快速折返(榴辉岩在此期间经历了第一大阶段的退变质)，第二大阶段是降温降压的缓慢抬升(榴辉岩继而经历了第二大阶段的退变质)。绿辉石的完全退变质，既是划分榴辉岩两大退变质阶段的标志，同时也是区分两大折返阶段的标志。     

CCSD超高压变质金红石U-Pb定年及其约束意义

本文尝试性地对来自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔及地表的超高压(UHP)变质榴辉岩中的金红石进行了U-Pb定年研究,初步获得了211±22Ma的等时线年龄,这是苏北地区榴辉岩型金红石矿床的第一个直接的年龄结果,结合前人在大别山地区获得的首个准确的金红石U-Pb年龄218Ma及金红石U-Pb体系大约500℃的封闭温度分析,该年龄代表的是UHP变质峰值期后板块折返过程的冷却年龄,峰值期形成的金红石在此时发生了变质重结晶作用.此年龄对整个苏鲁UHP变质地体的俯冲-折返历史及本地区榴辉岩型金红石矿床的形成过程都有重要的约束意义.     

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.