CCSD主孔榴辉岩中金红石微量元素特征：LA-ICPMS分析及其意义

对中国大陆科学钻探（CCSD）主孔200~1005m范围内8件榴辉岩样品的金红石进行了LA-ICPMS原位微区微量元素分析,结合前人已发表的全岩和金红石分析数据,研究结果发现：在不同类型榴辉岩中,金红石的微量元素与其全岩成分具有不同的相关关系。金红石中的Nb和Ta元素含量不同程度地受控于全岩Nb和Ta含量。在高钛和低镁钛榴辉岩中,金红石的Cr与全岩Cr/TiO₂正相关;在富镁榴辉岩中,金红石的Cr含量受全岩MgO含量的控制;在高钛和富镁榴辉岩中,全岩成分明显影响着金红石的Zr含量,金红石Zr温度计可能不适用。低镁钛榴辉岩的金红石的平衡温度普遍低于榴辉岩峰期变质温度,可能是变质流体参与下的扩散作用和退变质作用所致;多数情况下,单个样品中大部分金红石颗粒的Zr含量是均匀的,金红石Zr温度计所给出的温度可能代表着退变质再平衡的温度;CCSD榴辉岩的全岩Nb/Ta比值普遍低于其中金红石的Nb/Ta比值,不支持金红石榴辉岩可能是地球上超球粒陨石Nb/Ta比值储库的观点。     

CCSD超高压变质岩中金红石结构水（OH^-）的傅里叶变换红外光谱测定及其地球动力学意义

名义上无水矿物(NAMs)的结构水研究是认识超高压变质作用(UHPM)过程中流体活动规律的重要手段,并对板块汇聚边缘大陆动力学及水的深部地球循环有重要意义。本文采用傅立叶变换红外光谱(非偏振光)研究了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔岩心及其周围地表榴辉岩中副矿物—金红石中的结构水。所有测试样品都在3285 cm~(-1)和3295 cm~(-1)附近产生尖锐的吸收峰,证实“水”以结构羟基(OH~-)的形式赋存于金红石晶格之中。采用最新标定的摩尔吸收系数[38000 L/(mol·cm~2)]计算表明,金红石结构水含量在324×10~(-6)～523×10~(-6)范围内,远较前人有关金红石结构水含量的计算结果为低。同时,结构水分布不均一性在不同样品之间和颗粒内部都有明显表现,指示超高压变质过程中有限的流体活动和快速的板块俯冲—折返过程。     

CCSD主孔金红石与石榴子石中锆石包裹体的Hf元素地球化学特征

本文样品是采自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔的含金红石榴辉岩,在这些样品中常常含有锆石副矿物,锆石可以呈粒间矿物存在,也可以包裹在其他矿物(如石榴子石、金红石)中。背散射电子图像(BSE)显示这些锆石包裹体的亮度较弱,颗粒较小(约10~30μm),发育多晶面,晶体内部结构和成分均匀。采用能谱分析(EDS)方法来测量锆石的元素成分含量,结果表明:1这些锆石具有很高的Hf含量,金红石中达到1.51%~2.45%,石榴子石中为1.77%~2.13%;2Zr/Hf值约为35.92,比一般的基性原岩中的锆石的Zr/Hf值明显要低,这些特征说明它们很可能是形成在超高压条件下的变质锆石。     

中国大陆科学钻探主孔高铁钛榴辉岩的磁性岩石学

中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔中318~380m (A)、420~470m (B) 和530~600m (C) 深度分布三段高铁钛榴辉岩, 它们具有高全铁(FeO_T) (平均15.36%、14.09%和20.83%)、高TiO₂ (平均3.89%、3.28%和4.10%) 和低SiO₂ (平均44.64%、48.64%和41.10%) 含量分布特征.岩石磁性测量结果表明, A段样品为低磁化率(平均3.61×10-7m3·kg-1)、低天然剩余磁化强度(平均0.12×10-3Am2·kg-1) 和低Q值(平均8.03);B段样品为高磁化率(平均12.55×10-7m3·kg-1) 和中等天然剩余磁化强度(平均1.47×10-3Am2·kg-1) 及Q值(平均26.42);C段样品磁化率介于A、B段之间(平均9.73×10-7m3·kg-1), 而天然剩余磁化强度(平均10.05×10-3Am2·kg-1) 和Q值(平均138.571) 最大.岩石磁学和岩相学研究表明, A、B两段样品代表了新鲜或轻度退变质榴辉岩的磁性特征, 但就研究的代表性样品的磁性岩石学特征而言, B段样品显示的退变质程度稍高于A段; C段榴辉岩样品密度最大, 主要为新鲜榴辉岩, 氧逸度明显高于A、B两段样品, 且存在大量出溶过程形成的以薄层结构为标志特征的赤铁矿-钛铁矿固溶体, 可能是样品高天然剩磁的主要原因.      

CCSD主孔超高压榴辉岩金红石中的矿物包裹体研究

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（CCSD）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。金红石既可以与其他矿物一起被石榴石、绿辉石等主要变质矿物包裹，也可以包裹其他矿物。本文利用电子探针技术，对CCSD所揭示的超高压榴辉岩的金红石中的矿物包裹体进行了鉴定和分析。结果显示，绿辉石、富铪锆石、高铝榍石、韭闪石和红闪石、斜黝帘石等矿物包裹体形成于榴辉岩相进变质至峰期变质阶段；随着超高压变质带快速折返，榴辉岩经受强烈的退变质作用，包括金红石、绿辉石在内的多种矿物都经受了退变质作用，与金红石共生的钛铁矿完全或者部分退变成含铁金红石和钛铁晶石。在退变的金红石中，还发现了透辉石＋斜长石后成合晶、低铝榍石、镁绿闪石等退变质矿物组合。     

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。     

根据常规测井曲线重建CCSD主孔榴辉岩井段氧化物剖面

以榴辉岩为例,探讨了根据常规测井曲线重建中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔氧化物剖面的方法,着重讨论和对比了消除或减小测井曲线中高频噪声的滤波方法,并采用经Lowess和五点平滑滤波后的测井曲线与岩芯实验室分析数据进行了多元逐步回归分析,建立了氧化物测井响应方程,进而重建了CCSD主孔100～1 100 m井段榴辉岩的氧化物剖面,为高精度岩性剖面的重建打下了基础,并为地质与地球物理综合研究提供了新的基础资料.     

大别—苏鲁超高压榴辉岩中高钛石榴子石的成分特征及其与金红石包裹体的成因联系

石榴子石是榴辉岩中的基本造岩矿物。本文对苏鲁地体中的毛北榴辉岩和大别地体中的双河榴辉岩中的石榴子石进行了研究。结果显示,石榴子石都表现出中心“富”钛特征,即石榴子石颗粒的中心部位的TiO₂含量（0.10%~0.50%）明显高于正常榴辉岩中石榴子石的钛含量(TiO₂ 一般<0.1%)。另外,在石榴子石中心部位含有大量金红石及其它钛矿物包裹体,其定向分布特征揭示其出溶成因模式。计算结果显示,出溶金红石的原始石榴子石大约含1.7% TiO₂,揭示其超深源特征。此外,在石榴子石中发现了一颗TiO₂含量达8%~9%的钙铝榴石,具超深源成因特征。因此,本文认为超钛钙铝榴石也是超高压变质作用的标志矿物。     

CCSD及青龙山HP-UHP变质岩中绿帘石地球化学及其对板块折返过程的示踪

绿帘石是一种能在UHP变质峰值期稳定存在的含水矿物。由于其稳定的温-压条件十分宽广，其成分的变化可指示变质过程及条件。对中国大陆科学钻探（CCSD）岩芯及青龙山榴辉岩和正、副片麻岩中绿帘石较系统的岩相学观察和主、微量元素研究表明：绿帘石有多种成因，在俯冲进变质和折返退变质过程中都有绿帘石形成，每个阶段又可以划分出多个形成世代。绿帘石中主量元素的变化集中体现在XFe（XFe=Fe^3＋／（Al^3＋＋Cr^3＋＋Fe＋Mn^3＋））的变异，XFe值是变质条件（温度、压力、氧逸度）的函数。XFe在绿帘石斑晶的核部到边缘由大到小是进变质作用的标志，退变质过程形成的绿帘石则相反。在退变质过程中绿帘石斑晶边缘的EREE及Sr、Ba、Pb等大离子半径元素比核部有降低的趋势；副片麻岩中的绿帘石核部大都包含褐帘石残余，褐帘石退变为绿帘石时∑REE急剧减少，球粒陨石配分模式也由LREE富集型逐渐过渡为LREE和HREE无明显分异的平坦型。这些微量元素的特征不可能起源于变质流体／矿物间的水／岩反应，而极有可能是板块折返过程中发生部分熔融的结果。绿帘石还是REE、Sr等大离子半径元素循环至地壳深部和地幔的合适的载体矿物。