CCSD HP-UHP变质岩中石英脉和东海水晶流体包裹体惰性气体同位素组成及其成因指示意义

中国大陆科学钻探（CCSD）岩心中存在大量石英脉和长英质脉体，关于其成因目前存在板块折返过程中的减压和流体释放以及后期流体穿插等不同成因观点。本文利用高真空气相质谱系统分析了CCSD石英脉和东海水晶流体包裹体中惰性气体同位素组成，其He-Ar、Xe和Ne同位素体系均清楚显示它们主要由地壳变质流体和大气饱和水组成，而基本不含深源地幔流体。在CCSD900～1500m深度的石英脉流体包裹体出现^40Ar／^36Ar和δ^18O同步下降，且与前人对CCSD中HP-UHP岩石的矿物原位δ^18O测定结果变化趋势相似，说明该段原岩在板块俯冲前曾与大气降水发生较为充分的水／岩反应，石英脉继承了围岩的同位素组成特征。流体包裹体惰性气体同位素组成显示CCSD中石英脉和东海水晶可能具有相似的成因，它们均主要形成于HP-UHP岩石在板块折返到地壳中的压力降低和流体释放过程。CCSD HP-UHP岩石及其石英脉中基本不合地幔流体的原因在于本区印支期快速的俯冲和折返过程，被俯冲地壳物质无法与地幔进行充分的同位素交换。此外，退变质作用及其伴生的地壳流体也进一步减弱了HP-UHP岩石中的地幔流体信息。     

中国大陆科学钻探（CCSD）高压超高压变质岩中石英脉流体包裹体初步研究

初步的岩相学和冷热台显微测温表明，CCSDHP—UHP岩石中石英脉和后期碳酸盐脉中含有3种流体包裹体：盐水溶液(NaCl-H2O)包裹体(Ⅰ类)、NaCl-CaCl2-H20(Ⅱ类)和N2-CH4纯气相(Ⅲ类)包裹体，其中Ⅰ类盐水溶液包裹体可进一步分为中高盐度盐水溶液包裹体(Ia)、中等盐度盐水溶液包裹体(Ib)和低盐度盐水溶液包裹体(Ic)，而Ⅲ类为CCSD中首次发现：Ia、Ib和Ⅱ型流体包裹体主要以原生或假次生形式赋存在榴辉岩的石英脉或石英颗粒中，在角闪岩相的片麻岩及其石英脉中均未观察到，显示它们可能主要被捕获于榴辉岩的减压重结晶或退变质阶段，而Ic型包裹体分布广泛，表明其主体可能是在超高压变质岩折返过程的最晚阶段捕获的；N2-CH4纯气相包裹体均为原生包裹体，主要呈孤立和小群状与Ia和Ib类包裹体分布于榴辉岩中条带状石英脉中，可能主要是在高压-超高压榴辉岩相变质条件下被捕获的；CCSD榴辉岩中石英脉的主体形成于板块折返有关的减压重结晶和退变质，而片麻岩中石英脉则主要来源于角闪岩相及其后期退变质作用；榴辉岩和片麻岩中石英脉流体包裹体的组成和地球化学特征存在明显区别，但它们各自相似于其寄主岩石中的石英颗粒中包裹体，说明CCSD中HP—UHP岩石在板块折返过程中释放出的变质流体没有经过大规模的迁移。     

CCSD HP-UHP变质岩中石英脉微量元素和稀土元素地球化学

利用等离子质谱(ICP-MS)测定了CCSD HP-UHP变质岩中石英脉及东海水晶的微量元素和稀土元素组成,结果显示其中微量元素总体含量很低,Bb/Sr、Nb/Ta和Zr/Hf变化很大,说明Rb和Sr、Nb和Ta、Zr和Hf之间发生了不同程度的分异,但变质岩未曾发生过广泛强烈的水岩反应.部分样品中Rb和Cs含量特别低,显示CCSD中部分石英脉可能曾经历过超高压变质过程.CCSD石英脉和东海水晶均具有LREE富集而HREE明显亏损的特征,显示其来源主要为壳源.CCSD石英脉中正负Ce异常同时出现,显示板块俯冲前,超高压变质岩的原岩曾在地表较氧化的环境下经历过强烈的风化作用.对比研究显示,CCSD不同围岩中石英脉、地表石英脉和东海水晶的微量元素N-MORB标准化模式和BEE球粒陨石标准化配分曲线,与其各自围岩具有一定的对应相似关系,表明大多数石英脉(水晶)来自于围岩,同时显示板块俯冲和折返所释放的流体活动范围较小,没有发生大规模的迁移.     

CCSD HP-UHP变质岩石英脉和东海水晶中有机包裹体的发现及其意义

荧光显微镜下观察、激光拉曼和显微红外测试,首次在CCSDHP-UHP变质岩石英脉和东海水晶中发现了含有沥青和烃类的有机包裹体,进一步证实大别-苏鲁超高压变质带曾经历了快速的俯冲与折返过程,俯冲板块沉积物中的有机质未能充分地演化和成熟。俯冲板块在进变质过程中强烈脱水,释放出含烃流体,并被在板块抬升及其伴随的减压重结晶和退变质过程中形成的石英脉和水晶体所俘获。     

中国大陆科学钻探（CCSD）HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体δD-δ^18O同位素组成及其意义

流体包裹体δD-δ^18O同位素测定显示CCSD石英脉具有较稳定的氢同位素（8D=-97‰～-69‰）和相对较低且变化较大的氧同位素组成，其矿物δ^18O为-1．9‰-9．6‰，相应流体的δ^18O为-11．66‰～0．93‰，说明其变质岩围岩在板块俯冲前曾在地表与大气降水发生过程度不同的水／岩反应，而石英脉继承了其各自寄主变质岩的δ^18O组成；在CCSD纵向上，石英脉的δ^18O同位素组成出现“∑”型变化，分别在900m～1500m和2700m出现极低值，而在1770m和4000m出现高正值，说明CCSD变质岩原岩在俯冲前与大气降水间的水／岩反应受到局部侵入的岩浆岩带来的高温和构造空间的控制；CCSD中石英脉δ^18O在纵向上的变化基本同步于其寄主围岩变质矿物的δ^18O组成变化，说明石英脉与其他变质矿物一样．也经历了HP，甚至UHP变质，但其主体应形成于板块折返过程中HP-UHP岩石的减压重结晶及退变质；CCSD石英脉、东海地表石英脉或水晶矿的δD-δ^18O同位素值分布的不均一性，说明HP-UHIP岩石在板块折返及其后退变质中释放出的流体活动范围有限，没有经历大规模的流动或迁移。东海水晶的流体包裹体δD-δ^18O组成与CCSD石英脉相似，显示它们的成因基本一致，主要形成于晚三叠世板块折返过程。     

CCSD中HP-UHP岩石稀有气体同位素地球化学及其对板块折返过程的示踪意义

利用高真空气相质谱系统测定了CCSD中HP-UHP变质岩中主要造岩矿物流体包裹体的稀有气体同位素组成,得出其3He/4He为(0.004~0.775)×10-6,相应R/Ra为0.003~0.553,40Ar/36Ar变化较大,为316.2~11358.8,高于大气40Ar/36Ar(295.5);20Ne/22Ne和21Ne/22Ne分别为9.47~12.4和0.026~0.051,而134Xe/132Xe和136Xe/132Xe分别为0.376~0.484和0.324~0.416,均高于其相应大气值。CCSD中HP-UHP岩石主要造岩矿物的He-Ar、Xe和Ne等同位素组成清楚显示其中流体包裹体主要由地壳变质流体和少量大气饱和水组成,而深源地幔流体组分很低,其中He主要来自地壳,Ar主要由壳源放射性成因40Ar*和少量(平均32.6%)大气Ar混合组成,少量Ne和Xe可能来自地幔。CCSD中HP-UHP岩石具有F40Ar相似文献   

CCSD HP-UHP变质岩中磷灰石稀土元素(REE)地球化学及其示踪意义

磷灰石是一种能在UHP变质峰期稳定存在并富含稀土元素(BEE)的常见副矿物,其BEE组成变化可以对变质过程进行地球化学示踪.本文利用激光剥蚀等离子光谱仪(LA-ICP-MS)对中国大陆科学钻探(CCSD)钻井中及其附近出露的不同变质程度的HP-UHP变质岩(榴辉岩、角闪(片)岩和片麻岩)中的磷灰石进行了REE组成原位测定,结果显示不同围岩中磷灰石的BEE组成特征及其相关系数变化很大,其球粒陨石标准化配分曲线可以分为3大类Ⅰ.轻稀土(LBEE)富集型,其REE总量(∑REE)很高,可达n×1000×10-6;Ⅱ.中稀土(MREE)富集型,其(La/Sm)N＜1,Eu异常变化较大;Ⅲ.重稀土(HREE)富集型,其配分曲线呈明显的左倾形式,∑BEE总量很低,仅为9.228×10-6,且具明显的Eu负异常.磷灰石颗粒原位分析显示从边部到中心∑LREE有逐渐升高的趋势,表明了在俯冲折返的过程发生过短时增温作用,并极有可能发生过部分熔融.部分熔融过程中磷灰石中的LREE将与其它大离子半径元素一起优先释放.     

国外变质岩中流体包裹体研究进展

综述了麻粒岩、紫苏花岗岩和混合岩中流体包裹体研究进展;介绍了中欧阿尔卑斯造山带、挪威加里东造山带和德国海西造山带榴辉岩及其围岩等俯冲—碰撞高压变质带和其它地质环境流体包裹体的研究成果;并简介了流体包裹体被捕获后的变化,如变形、重结晶、体积变化、成分变化等。     

中国大陆科学钻探（CCSD）主孔超高压变质岩副矿物锆石中的流体包裹体研究

中国大陆科学钻探工程主孔位于苏鲁超高压变质地体南部,钻孔穿过的超高压岩石主要有榴辉岩、正、副片麻岩、石榴橄榄岩、角闪岩,以及少量片岩和石英岩。锆石是超高压岩石中的常见副矿物,按成因可以分为原岩锆石、变质(增生)锆石和新生锆石。这三类锆石中普遍含有矿物包体和少量流体包裹体,它们记录了超高压岩石经历的进变质、超高压变质和退变质期间流体作用的信息。锆石中的流体包裹体具有以下特征:(1)原岩锆石核部常见原生H2O和H2O-CO2包裹体,H2O包裹体的组成和盐度变化较大;而沿原岩锆石裂隙有时还有次生H2O-CO2和(或)CO2包裹体;(2)在变质锆石或锆石的变质增生带(幔部或边部)仅偶尔发现与超高压矿物包体共生的H2O-CO2包裹体;(3)榴辉岩,特别是片麻岩可以含大量微粒新生锆石,其中偶尔可见低盐度的H2O±CO2包裹体;(4)锆石中流体包裹体的丰度与主岩氧同位素值存在一定相关性:即具有很低δ18O值的岩石所含锆石中流体包裹体特别丰富,而具有正常氧同位素组成的岩石中锆石很少或不合流体包裹体;结合原岩锆石、变质锆石和新生锆石中均有中低盐度的H2O和H2O-CO2包裹体存在,反映了在大陆深俯冲-折返过程中变质流体具有继承性。H2O和H2O-CO2包裹体的等容线全都从根据矿物温压计获得的变质峰期压力-温度区间下部通过,推测在进变质-超高压变质峰期捕获的流体包裹体随后受到了改造。在进变质-超高压变质和退变质期间变质流体的存在促进了原岩锆石不同程度地受到溶蚀、变质增生和变质锆石、新生锆石的形成。     

黔东南石英脉型金矿床中铁白云石流体包裹体研究

铁白云石是黔东南石英脉型金矿主成矿阶段的主要脉石矿物之一,与金的矿化关系十分密切,在金的运移、沉淀等方面起着重要作用,其流体包裹体特征可以反映成矿流体性质.通过对铁白云石开展系统的流体包裹体岩相学观察、均一法测温和冰点测定,计算出包裹体盐度和密度等数据.结果表明:铁白云石包裹体较为发育,以含CO2的包裹体为主;均一温度集中在240~300℃范围内,平均均一温度为267.21℃;成矿流体的盐度为7.31%~21.40%(NaCl),平均为15.31%(NaCl);成矿流体的密度介于0.72~0.97 g/cm3之间,平均为0.89 g/cm3.认为黔东南石英脉型金矿床属于低盐度、高密度的中温热液矿床.     

超高压变质流体的组成与演化：中国大陆科学钻探工程主孔岩心的流体包裹体研究

中国大陆科学钻探工程主孔位于大别-苏鲁超高压变质带东段的江苏东海县,孔深为5100m,其上部2050m钻遇的岩石主要为榴辉岩,其次是正、副片麻岩、石榴橄榄(辉石)岩以及少量片岩和石英岩。它们经历了超高压变质作用和随后的角闪岩相退变质作用。通过对上述各种岩石的详细流体包体观察和RAMAN光谱分析,发现了五种不同成分的流体包裹体:(1)中-低盐度水溶液包裹体(Ⅰ型),呈原生的孤立和小群存在于榴辉岩和片麻岩锆石的岩浆核和超高压变质边缘,或存在于绿辉石、黝帘石和被绿辉石包裹的方解石和石英中,偶尔呈出溶包裹体产于磷灰石中,而主要沿绿辉石、石榴石、蓝晶石、黝帘石和石英等矿物的穿颗粒裂隙分布;也呈孤立和小群产于切穿榴辉岩的方解石脉和片麻岩重结晶石榴石和绿帘石中;(2)CO2(±CH4)-H2O包裹体(Ⅱ型),存在于锆石的岩浆核和变质边缘,或沿石英裂隙分布;(3)含石盐±SiO2±CaCO3的复杂盐水包裹体(Ⅲ型),呈原生流体包裹体产在榴辉岩的绿辉石中,与石英出溶棒一起平行于绿辉石的C轴分布,或产在石榴辉石岩透辉石的晶内裂隙中;(4)富CO2包裹体(Ⅳ型),在榴辉岩的石英中随机分布;(5)单气相包裹体(Ⅴ型),沿各种矿物穿颗粒裂隙分布。流体包裹体产状及其与捕获时代关系表明,Ⅰ型和Ⅱ型包裹体可以出现在超高压变质岩原岩、峰期变质和退变质各阶段。Ⅲ型包裹体出现在超高压变质岩的早期减压退变质阶段。而Ⅳ型和Ⅴ型包裹体主要形成于角闪岩相及更晚的退变质阶段。本研究的主要认识是:(1)低盐度H2O和CO2流体在进变质、超高压变质和退变质作用各阶段均有存在,这表明在整个超高压变质演化过程中流体具有继承性。(2)超高压变质岩原岩和角闪岩相退变质岩中存在较丰富的流体包裹体,但在超高压峰期捕获的流体包裹体却很少见,这表明丰富的原岩流体或在超高压进变质过程中被排出岩石体系,或进入含水超高压矿物和结合进名义无水矿物。(3)复杂成分原生流体包裹体的发现证明在超高压变质峰期后的早期减压退变质阶段存在一种高盐度似熔体流体,名义上的无水矿物在超高压条件下可以保存相当量的流体,并在退变质过程中分离出来,产生流体-岩石相互作用。(4)角闪岩阶段的流体包裹体具有各种不同的化学组成,且在局部富集,推测可能有部分外部加入的流体。(5)流体包裹体类型、丰度和成分在不同岩石类型中和不同钻孔深度都存在明显差异,表明超高压变质作用过程中没有大规模的透入性流体活动。(6)根据超高压变质峰期包裹体等容线得到的压力值大大低于根据矿物温压计获得的近峰期变质压力,这表明包裹体的密度在捕获后发生了改变。这些改变是由于流体渗漏、部分爆裂和流体-岩石相互作用所引起。     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

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。     

中国大陆科学钻探终孔及研究进展

中国大陆科学钻探工程经过1309天的努力奋斗，于2005年1月23日，钻井终孔深度达到5118．20m。成为中国钻探技术发展的新里程碑。全面研究正在开展，在巨量物质深俯冲、超高压深俯冲与折返的精确定年、超高压岩石的原岩形成背景、上地幔流变学、地幔特殊新矿物发现、地下流体异常及地下微生物发现等方面已取得重要进展。     

Deep root of a continent-continent collision belt: Evidence from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole in the Sulu ultrahigh-pressure (HP-UHP) metamorphic terrane, China

The Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole, which reached a depth of 5158 m in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic terrane, provides a new window into the deep root of a continent-continent collision belt, and the tectonic processes by which supracrustal material is recycled into the mantle by subduction and then uplifted to the surface. Major research themes of the CCSD project were to: (1) determine the three-dimensional composition, structure and geophysical character of the deep root of this orogenic belt; (2) investigate the nature and timing of the UHP metamorphism; (3) investigate the processes of crust-mantle interaction involved in the formation and exhumation of the UHP rocks; (4) study the process of fluid circulation and mineralization during subduction and exhumation; (5) study the rheological properties of the various rocks during subduction and exhumation; (6) develop and refine dynamic models for deep subduction and exhumation of crustal rocks, and (7) establish a long-term, natural laboratory for the study of present-day crustal dynamics (e.g., stress, strain, fluid activity). The CCSD has developed precise oriented profiles of the main borehole in terms of lithology, geochemistry, oxygen isotopes, zircon SHRIMP U-Pb ages, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages, deformation, rheology, mineralization, physical properties of the rocks, petrophysical logs, seismic reflections and underground fluids. The present paper summarizes the integrated research results of this project, especially the new findings concerning the deep root of a continent-continent collision.