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。     

中国大陆科学钻探主孔0～4500米变质岩石锆石中保存的超高压矿物包体

中国大陆科学钻探主孔0-4500米的岩心主要由榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩、正片麻岩以及少量的超基性岩所组成。岩相学研究结果表明,榴辉岩的围岩普遍经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压变质的矿物组合已完全被后期退变质过程中角闪岩相矿物组合所替代。采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,发现主孔224件岩心中有121件(包括榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩和正片麻岩)样品的锆石中普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体,且不同岩石类型锆石中所保存的超高压矿物包体组合存在明显差异。(含多硅白云母)金红石石英榴辉岩锆石中保存的典型超高压包体矿物组合为柯石英 石榴石、柯石英 石榴石 绿辉石 金红石和柯石英 多硅白云母 磷灰石。黑云绿帘斜长角闪岩锆石中保存的超高压矿物组合为柯石英 石榴石 绿辉石、柯石英 石榴石 多硅白云母和柯石英 绿辉石 金红石,与榴辉岩所保存的超高压矿物组合十分相似,表明该类斜长角闪岩是由超高压榴辉岩在构造折返过程中退变质而成。在副片麻岩类岩石,如石榴绿帘黑云二长片麻岩锆石中,代表性的超高压包体矿物组合为柯石英 多硅白云母和柯石英 石榴石等;而在石榴黑云角闪钠长片麻岩锆石中,则保存柯石英 硬玉 石榴石 磷灰石、柯石英 硬玉 多硅白云母 磷灰石和柯石英 石榴石 磷灰石等超高压矿物包体。在正片麻岩锆石中,标志性的超高压矿物包体为柯石英、柯石英 多硅白云母、柯石英 蓝晶石 磷灰石和柯石英 蓝晶石 榍石等。此外,在南苏鲁东海至临沭一带的地表露头以及一系列卫星孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的标志性超高压矿物包体,表明在南苏鲁地区由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的巨量陆壳物质(方圆>5000km2,厚度超过4.5km)曾整体发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。该项研究对于重塑苏鲁-大别超高压变质带俯冲-折返的动力学模式有着重要的科学意义。     

超高压变质作用过程中的流体-岩石相互作用——中国大陆科学钻探工程主孔（0～2050m）岩心的氧同位素证据

中国大陆科学钻探工程主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海地区。该钻孔0～2050m井段钻遇的岩石主要是榴辉岩、正片麻岩、副片麻岩和石榴石橄榄岩。激光原位氧同位素研究表明，变质矿物的δ^18O值具有显著的不均一性，从-6．8‰变化至 7．5‰。空间上看，从近地表至1000m深度δ^18O值逐渐降低，向更深处又逐渐升高。位于钻孔1100～1600m深度之间的正片麻岩是新元古代花岗岩体，该岩体的侵入为表壳岩与低氧同位素大气降水之间的水-岩交换作用提供了热源，并导致岩体附近的围岩发生了最强烈的水-岩蚀变，因此具有极低的氧同位素值。研究还显示，在厘米尺度内，大多数超高压变质矿物之间具有平衡的氧同位素组成，所获得的超高压峰期变质温度为700～882℃，与矿物之间的主元素交换温度计获得的结果基本相同。超高压变形与变质分异、高压退变质作用及其伴生的局部流体活动可能是造成超高压变质矿物氧同位素不平衡的主要原因。研究进一步证明，超高压变质岩原岩的异常低氧同位素特征在大陆板块的俯冲与折返过程中得以较好保存，在超高压变质前期、同期和后期均没有大规模的透入性流体活动发生。与围岩呈构造接触关系的石榴石橄榄岩具有正常地幔岩的氧同位素成分，它很可能是构造侵位到俯冲带之间的地幔楔状体，并不具有与表壳岩相同的前超高压变质历史。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩类岩石退变质过程——对超高压变质地体隆升的启示

中国大陆科学钻探的实施，揭示了深俯冲陆壳的三维结构。超高压变质岩的岩相学详细观察，发现榴辉岩类岩石占0—2000米岩心的60％。大多数榴辉岩的原岩具有长期居留地壳的历史，但是分布在607～783米附近的石榴单斜辉石岩，在成因上与石榴橄榄岩关系密切。从矿物成分，岩石化学特征上看他们构成超镁铁-镁铁质的岩浆杂岩，是俯冲过程中，地幔物质加入于深俯冲的岩片并一起遭受超高压变质作用。榴辉岩质的片麻岩，部分相当于所谓的副片麻岩，在主孔也占一定的地位。实际是中酸性成分的火成岩超高压变质的产物。花岗质片麻岩有多种类型，根据其中所夹的角闪黑云片岩残留体看来大部分应属角闪黑云斜长片麻岩选择性部分熔融的产物。榴辉岩类的变质演化可分为3个阶段。第一阶段(M1约230—240Ma)是超高压变质的峰期，其证据是石榴石、绿辉石、金红石中均发现柯石英的微粒包裹物，石榴橄榄岩中的钛斜硅镁石是其超高压变质历史的见证。第二阶段(M2，226—219Ma)早期退变质阶段，超高压变质岩退变为高压榴辉岩相和角闪岩相岩石，冠状体和后成合晶的生长是此阶段的标志，这些特征性结构反应了岩石的不平衡和再平衡的历史，说明了超高压变质地体的快速隆升。后来(219～180Ma)超高压变质地体长期处于中下地壳，在流体影响下，榴辉岩质片麻岩退变成的黑云角闪斜长片麻岩及绿帘黑云(角闪)片麻岩，他们经选择性部分熔融或经超临界流体的K交代作用转变为黑云角闪二长片麻岩(即所谓正片麻岩)。其中多含有铈褐帘石，成分环带明显，La／Ce=0．42—0．72，且边沿均有绿帘石的边，代表后期叠加的绿帘钠长角闪岩相退变质。第三阶段(M3：170—180Ma)以糜棱岩和构造角砾岩的出现为特征，代表与二次隆升的脆韧性脆性变形的过渡，这些构造岩的基质普遍发育绿泥石、阳起石和方解石，说明了绿片岩相的退变质。所有上述3期的变质作用均与榴辉岩所经历的构造过程相关。显微结构分析可以揭示结晶作用和变形作用之间的相对时序。基于现今已发表的同位素年代学数据可以将苏鲁地区中生代不同阶段的变质作用与构造过程相互联系起来。CCSD主孔所见的变质演化和相关的变形事件对中国大陆中生代大陆动力学提供如下启示；可以肯定华北和杨子两个板块在三叠纪的碰撞(-240Ma)必然引起巨量地壳物质深俯冲至地幔深度，发生超高压变质。超高压变质岩的早期退变质是一个绝热隆升的过程，而后长期滞留中下地壳，发生部分熔融，接着引发进一步的隆升导致伸展体制，伴随以绿帘钠长角闪岩至绿片岩相的退变质。     

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。     

中国大陆科学钻探工程主孔及周边地区花岗质片麻岩的地球化学性质和超高压变质作用标志的识别

花岗质片麻岩是中国大陆科学钻探工程主孔0-2000m深度范围内出露的主要岩石类型之一,集中分布于1113.14-1596.22m之间,而在0-1113.14m和1596.22-2000m深度范围内主要以“夹层”形式赋存于副片麻岩和(退变)榴辉岩中,夹层的厚度为0.54-5.82m左右。花岗质片麻岩累计厚度430.98m,占2000m岩心的21.55％左右。地球化学研究结果表明,主孔中花岗质片麻岩SiO2含量普遍偏高,为71.55％-77.18％之间,Al2O3含量为11.54％-13.57％。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO含量则明显偏低,其中Fe2O3 FeO总量为1.05％-2.94％,MgO=0.06％-0.59％。CaO含量为0.30％-2.65％。Na2O和K2O含量变化相对较大,分别为0.29％-4.06％和2.90％-6.67％之间,且大多数样品K2O含量高于Na2O含量。稀土元素配分模式具有右倾式的特点,轻稀土相对富集,而重稀土相对亏损,具有强烈的负Eu异常,Eu/Eu=0.21-0.26之间。在标准化蛛网图上,则显示Ta、Nb、P和Ti的明显亏损以及中等-强烈的负Ba异常,Ba/Ba=0.25-O.64之间,平均值为0.45左右。上述主元素、稀土元素和微量元素特征与中国大陆科学钻探预先导孔CCSD-PP1岩心以及东海及其邻区地表露头的花岗质片麻岩的化学成分十分相似,具有A型花岗岩的地球化学特征。采用激光拉曼技术,配备阴极发光测试,确认中国大陆科学钻     

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）主孔地区岩石圈热结构

岩石圈热结构是指地球内部热量在壳幔的配分比例、温度以及热导率和生热率等热学参数在岩石圈中的分布特征。岩石圈的热结构直接影响着岩石的物理性质和流变学性质,同时还控制了化学反应的类型和速度,从而制约着岩石圈的发展和演化。本文在前人CCSD主孔岩石主、微量元素研究基础上,利用Rybach生热率公式计算了钻孔岩石的放射性生热率,并结合岩石热导率的测定研究了CCSD主孔100-2000m岩石的热结构和主孔榴辉岩在不同退变质程度下生热率、热导率的变化:钻孔中岩石的平均生热率为0.95μWm-3,平均热导率为2.96mWm-1K-1。,其中片麻岩生热率高迭1.01-1.7μWm-3,热导率为2.76-2.96mWm-1K-1;基性超基性岩石生热率最低(<0.21μWm-3),热导率则高达3.20mWm-1K-1以上;新鲜榴辉岩生热率、热导率居中,分剐为0.16-0.44μWm-3和3.31-3.85mWm-1K-1。钻孔中榴辉岩生热率、热导率变化主要受岩性控制:从新鲜榴辉岩到完全退变榴辉岩,热导率总体上降低,但从强退变榴辉岩到完全退变榴辉岩,岩石热导率升高;而在此过程中岩石生热率总体上升高,仅当从中等退变质榴辉岩退变为强退变质榴辉岩时,岩石生热率出现降低趋势。在综合研究的基础上预测CCSD主孔5000m深度处温度为139℃,温度范围为131-151℃。根据区域深部地球物理探测成果对CCSD主孔地区岩石圈热结构进行了研究:上地壳底部温度为256℃,中地壳底部温度为492℃,Moho面温度为683℃,岩石圈底部温度为1185℃,来自地幔的热流为44.1mWm-2,对地表热流的贡献率为58%。研究结果表明,由岩石物理方法获得的CCSD主孔地区岩石圈地温曲线与石榴石-二辉橄榄岩包体推断的中国东部地温曲线十分吻合,本文从实验岩石物理学角度为CCSD主孔地区岩石圈热结构研究提供了重要约束     

中国大陆科学钻探主孔100～2000米超高压变质岩岩相学特征与变质变形史

中国大陆科学钻探工程的实施,为超高压变质带的研究打开了新的生面,加深了对苏鲁超高压变质带的认识。从100～2000米获得的岩心的岩石学观察,得知主要岩石类型有：(1)榴辉岩及石榴辉石岩;(2)榴辉岩质片麻岩;(3)石榴橄榄岩;(4)黑云(角闪)二长片麻岩和(5)碎裂岩等。榴辉岩可分幔源和壳源两类,壳源榴辉岩在钻孔中分布较广,上部最为集中;幔源榴辉岩,包括石榴辉石岩,在空间上与超镁铁岩有密切共生关系。榴辉岩质的片麻岩是一种中酸性的超高压岩石,与壳源的榴辉岩共生,显微镜下可以追索出它们之间的结构演化关系。石榴橄榄岩以石榴单辉橄榄岩为主,是俯冲带上部地幔楔加入于俯冲板片变质而成。石榴橄榄岩中的石榴子石富镁,单斜辉石为绿辉石并常含钛斜硅镁石,说明其经过超高压变质的过程。从变质岩石的组合,面理和线理产状的差异,地震反射面和构造角砾岩带的发育,发现以1600米为界,可大致分为2个岩片。上部岩片中多金红石榴辉岩而且出现频率很高,下部岩片中多为多硅白云母榴辉岩出现频率较低。由于隆升进入中下地壳,超高压变质岩普遍发生退变质。榴辉岩的早期退变质成为具后成合晶结构的石榴角闪岩,榴辉岩质片麻岩退变质形成绿帘黑云(角闪)斜长片麻岩,变质条件为角闪岩相,它可以部分熔融或受到钾交代作用而转变为黑云角闪二长片麻岩。后期的伸展造成了局部碎裂和角砾岩带,新生矿物为绿泥石,方解石和赤铁矿、绿帘石等,属绿帘角闪岩相和绿片岩相。主孔100～2000米的超高压变质岩石组合的确定,进一步说明了巨量的地壳物质可以深俯冲进入地幔并迅速折返;超高压变质岩石记录了陆壳俯冲折返和壳幔相互作用的过程,它们是板块下覆构造和地幔动力学的信息载体。     

苏鲁超高压变质岩的构造热历史：中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔（MH）和先导孔（PP2）的磷灰石裂变径迹约束

本文包括中国大陆科学钻（CCSD）主孔（MH）0~5000m和先导孔（PP2）0~1000m的磷灰石裂变径迹分折结果,先导孔PP2的裂变径迹表观年龄变化范围为79.5±5.1~50.4±6.2Ma,主孔的裂变径迹表观年龄变化范围为98.6±17.0~2.9±2.0Ma,主孔在4200m以下,磷灰石样品中实际上已不存在自发裂变径迹,表明裂变径迹时钟已经“置零”。实验资料表明,裂变径迹表观年龄值随样品深度的增加而逐渐减少,直到一定深度,即达到磷灰石的裂变径迹封闭温度（~120℃）以后,年龄值为零。根据主孔0~2000m和先导孔0~1000m的裂变径迹年龄剖面,作为一级近似,计算出超高压变质岩体在90~30Ma期间,平均隆升速度为~35m/Ma。对主孔测定了9个样品的约束径迹（Confined track）长度,样品约束径迹平均长度的变化范围约为13.1~7.4μm,总的变化趋势是：约束径迹平均长度随样品深度的增加而逐渐减少。样品的约束径迹长度分布都具有双峰型特征。根据裂变径迹年龄和约束径迹长度的资料,应用计算机模拟得到了样品的时间-温度（t-T）轨迹。结果表明,岩体从早白垩世（~120Ma）快速冷却以后,在晚白垩世和始新世又经历了两次加热作用,始新世末岩体所达到的温度大约是80℃,随后岩体则一直上升和缓慢冷却到现今所处的位置。在最后~30Ma岩体的平均隆升速度为~53m/Ma。     

中国大陆科学钻探（CCSD）地下岩心样品中的细菌群落分析

通过建立高效率的微生物未培养DNA提取技术和16SrDNA分析技术,在中国大陆钻探深层岩芯中发现微生物存在的证据。从地下430.00米(S1)与1033.77米(S13)深度岩芯中分别提取到微生物DNA,进行16SrDNAPCR扩增,通过对S13样品DNA中克隆得到的54个16SrDNA的序列测定,初步构建了该深度地下微生物群落的系统进化树,发现了23种不同的微生物序列存在。通过DAPI染色证明在地下1033.77米的微生物数量约为1×104个/克岩石,采用实时定量PCR分析分析,发现了其中两种微生物(CCSD1305与CCSD1307)的数量为6.6×104 /g岩石与2.18×106个/g岩石。     

中国大陆科学钻探（CCSD）主孔石榴石橄榄岩中发现Fe2P合金矿物

在东海大陆超深钻(CCSD)的钻孔橄榄岩岩屑(孔深603-683米深部)中,分离出的矿物有硅酸盐、氧化物、硫化物、碳化物、自然元素、金属互化物和合金,计50-60种矿物。多种特征表明其中有一些不寻常矿物,并且有些矿物具有球状外形,如自然铁、镍纹石、铁镍合金、磁铁矿等。本文报道通过成分和结构分析鉴定出的铁磷合金矿物(Fe,P),成分中含少量Cr,Ni和Co,成分均一,分子式为(Fe1.80Ni0.05Cr0.02)P。EDXD数据表明该矿物的晶系属六方晶系;格子类型为P;空间群为P62m;晶胞参数a=b=5.877Ac=3.437A,a:c=1:0.5848。通过ICDDPDF-2x射线粉晶衍射数据库2004年公布的最新版本搜索查询,发现与人工合成的同种矿物Fe2P(ICDD83-2337,Barringerite.syn)十分接近,类似的矿物已在陨石中发现(FeNi)P,故确定本文报道的铁磷合金(Fe2P)为地球上首次发现的天然合金矿物。其成因和形成条件的研究正在进行中。     

中国大陆科学钻探主孔100-2000m岩心的磁化率各向异性及其地质意义

在常温常压条件下获得了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔331块岩心的磁化率各向异性(AMS)数据,并建立了主孔100—2000m的体积磁化率和AMS连续剖面。数据统计分析显示,主孔100—2000m岩心的磁化率(κ)介于1．05×10-4SI和0．12SI之间,几何平均值为1．855×10-3SI;磁化率各向异性度(Pj)介于1．04和2．10之间,几何平均值为1．155。该井段出露的主要岩石类型有榴辉岩、退变质榴辉岩、角闪岩、正片麻岩、副片麻岩和蛇纹石化橄榄岩,它们的垂向分布特征控制着磁化率剖面的变化。主孔的超高压变质岩石在折返过程中普遍经历了强烈的角闪岩相退变质作用的改造。其磁化率特征也发生相应的改变。蛇纹石化橄榄岩具有很高的磁化率(8．58×10-2SI)和各向异性度(1．335)。这主要源于橄榄岩蛇纹石化过程中产生的大量磁铁矿。榴辉岩、退变质榴辉岩和角闪岩代表榴辉岩从新鲜到完全退变质的三个阶段,它们的磁化率和磁化率各向异性度分别为榴辉岩(1．28×10-3SI、1．077)、退变质榴辉岩(3．19×10-3SI、1．206)、角闪岩(1．02×10-3SI、1．104)。正片麻岩的磁化率和各向异性度分别为5．34×10-3SI和1．167。副片麻岩的磁化率和各向异性度分别为3．46×10-4SI和1．150。对58个变形岩石的AMS测试结果显示,其磁化率椭球体的主轴方向与岩石组构基本一致,即最大磁化率主轴κ1平行矿物线理,最小磁化率主轴κ3垂直岩石面理。同时,这些变形岩石的AMS椭球体多呈现明显的压扁状特征,反映超高压变质岩石在折返过程中处于强烈挤压变形的构造应力环境,为苏鲁超高压变质板片的挤出折返模式提供了佐证。该研究成果也为超高压变质岩石地区磁学研究、地球物理调查和测井成果的解释提供了重要的实验约束。     

中国大陆科学钻探主孔（0～2000m）地球物理测井

中国大陆科学钻探测井使用了先进的ECLIPS5700成象测井设备,20多种测井方法,原位获取了钻孔剖面岩石的各种物理化学参数、钻孔几何形态、钻孔几何形态参数和井壁图像。建立了结晶变质岩各种测井物性参数剖面。主要有：三种探测深度不同的电阻率[双侧向(RD、RS)、微球聚焦(RMSF)]、自然电位(SP)、自然伽马(GR)、自然伽马能谱(U、Th、K、SGR、CGR)、岩性密度(DEN,Pe)、中子孔隙度(CNL)、多极阵列声波(Vp、Vs、Vst)、超声成象(CBIL)、微电阻扫描成象(MFI伽马(GR)、自然伽马能谱(U、Th、K、SGR、CGR)、岩性密度(DEN,Pe)、中子孔隙度(CNL)、多极阵列声波(Vp、Vs、Vst)、声成象和微电阻扫描成象(STAR-Ⅱ)、井温(T)、磁化率(MS)、井液电阻率(Rm)、井径(CAL)和井斜(DAz、DEV)等。测井响应特征分析研究表明,测井响应变化明显,丰富多彩。可根据测井响应分析发现、识别超基性岩、榴辉岩、角闪岩和正、副片麻岩等主要岩性、分层和恢复岩心缺失井段岩性,研究变质岩源岩和变质环境。包括自然伽马、自然伽马能谱、岩性密度和中子孔隙度(含氢指数)测井的核测井系列在识别和重构变质岩剖面中扮演着举足轻重的角色。科学准确地解决了利用成象测井资料恢复岩心空间位置的难题,国内首次完成了长井段(CCSD-MH孔100～2000米)岩心深度和方位测井归位。给出了钻孔剖面岩层的面理、裂隙、断层和脉体的大小、深度和方向各种构造参数。成果为研究超高压变质带的折返等地下构造问题提供重要的基础资料。还利用测井资料探讨了地震反射体的性质、地应力的大小和方向,及地温梯度、热产率和热流值的分布等。     

中国大陆科学钻探工程主孔0～2000米斜长片麻岩的地球化学性质及成因研究

在苏鲁-大别山造山带内,黑云斜长片麻岩习惯被称为副片麻岩,它也是中国大陆科学钻探工程主孔岩芯中一种重要岩石类型,不仅构成了孔深738-1113m之间斜长片麻岩岩性段的主体,在其它岩性段也有少量以“夹层”的形式产出。其中除少数斜长片麻岩可能是由榴辉岩经斜长角闪岩退变而来或由含泥质的沉积岩变质而来外,绝大多数斜长片麻岩的地球化学特征与现残存的扬子地台北缘晚元古代双峰式火山岩的酸性端元非常相似,指示它们的原岩可能类似于这些酸性火山碎屑岩-凝灰岩。斜长片麻岩中不同元素之间的相关性差别很大,这主要与超高压变质及随后的退变质过程中元素间活性的差异有关。其中SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、CaO、Cr、Ni、V、Co、Fe、Mn、Cu、Zn、Sc等与MgO具明显相关性,它们与MgO一样属不活泼元素。重稀土元素及Y也属于不活泼元素。而K2O、Pb、Rb、Ba、U、Th等大离子亲石元素与MgO之间没有任何相关性,这些元素属活泼元素。Na2O、Sr、Nb、Ta、Zr、Hf等则介于两类之间,可视为准不活泼元素。LREE虽然有一定的活性,但即使是超高压变质作用,也没有从根本上改变稀土元素的分配模式,仍可有效地应用于对原岩性质的恢复。对比研究表明,斜长片麻岩与花岗片麻岩在地球化学性质上存在着明显的差异,其中前者的MgO、TiO2、CaO以及过渡元素的含量明显偏高,尤以低的K2O/Na2O和Rb/Sr比而明显不同于花岗片麻岩。此外,与花岗片麻岩强烈的负Eu异常(δEu=0.21-0.26)和Ba负异常不同,斜长片麻岩中Eu负异常的程度相对较弱(8Eu大于0.5),且总体表现为Ba正异常。绝大多数“副片麻岩”和花岗片麻岩(>90%)可以根据全岩的地球化学特征加以有效区分。     

中国大陆科学钻探主孔自然放射性测井及其解释

为了认识江苏东海超高压变质带上地壳岩石自然放射性的垂向分布特征, 榴辉岩退变质程度对放射性元素浓度的影响, 以及放射性产热率对地温梯度的影响, 利用中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔100~5000m自然放射性测井(自然伽马和自然伽马能谱) 资料统计了CCSD主孔各类岩石的自然放射性强度和铀、钍、钾元素的浓度, 计算出产热率曲线.自然伽马, 铀、钍、钾浓度和产热率从蛇纹岩到榴辉岩、角闪岩、副片麻岩、正片麻岩依次增大.随着榴辉岩退变质程度的增强, 其铀、钍、钾元素的浓度值逐渐增大.CCSD主孔自然放射性的垂向分布特征主要受岩性控制, 自然放射性随深度增加有增强趋势.产热率与自然伽马测井值之间有很好的线性关系, 在高放射性岩层的上部, 地温梯度会出现较强扰动和低值异常.      

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。     

中国大陆科学钻探主孔0-4000m岩心的裂变径迹年龄测定

对中国大陆科学钻探（CCSD）主孔0～4000的岩心样进行了裂变径迹年龄测定。在不同深度共测定了38个样品的磷灰石裂变径迹年龄，磷灰石的裂变径迹年龄数据分布在98．6-3．2Ma之间，年龄值的变化规律总体上是随钻孔深度的增加而逐渐减少，地表样的磷灰石裂变径迹年龄是87．1Ma，至3899m深处则为3．2Ma，基于磷灰石中裂变径迹的退火特征，反映出地壳温度随深度的增加而增加的规律。年龄值随深度的变化，也有若干波动，尤其是1550～2450m之间的这部分岩心，在年龄随深度变化的趋势上是不连续的，这部分岩体可以认为是一个重要的构造作用带。根据年龄一深度关系和约束径迹长度的分布特征，对超高压变质岩体的后期折返机制进行了探讨。     

苏鲁超高压变质带岗上石榴石橄榄岩岩体：中国大陆科学钻探卫星孔（CCSD-PP3钻孔）初步研究

大陆科学钻探在江苏岗上超镁铁岩体上打了一个卫星孔(CCSD-PP3),孔深705m,穿透428m厚超镁铁岩体,其下主要为不同类型片麻岩及少量榴辉岩。该岩体产在苏鲁超高压变质带中,面积1370×700m,上覆约10m厚第四纪盖层。岩心柱可以粗分为4段,370m上部超镁铁岩,50m片麻岩夹榴辉岩,60m下部超镁铁岩,225m片麻岩类。榴辉岩夹在片麻岩中,片麻岩有正、副之分。榴辉岩石榴石中发现柯石英假象,表明岩石经历超高压变质作用。超镁铁岩主要岩性为纯橄岩和含石榴石纯橄岩,含石榴石纯橄岩出现3层,总厚度仅90m,与不舍石榴石的纯橄岩无截然界线。岩相学研究观测到石榴石中保留橄榄石、单斜辉石和尖晶石等超高压变质之前的矿物组合,以及退变质矿物替代石榴石的现象。岩石化学成分总体变化小,SiO242.17-44.79,平均43.78;MgO46.35-48.98,平均47.42,Mg#值(=Mg/(Mg Fe)×100)为91.89-92.75,平均92.4,属于高Mg型;Al2O3和CaO丰度低,分别为0.66-0.27,平均0.43,和0,01-0.35,平均0.13;REE总量较原始地幔亏损,但LREE相对HREE富集。结合矿物组合特征,说明这套岩石属亏损型,但可能经历了流体热液的改造;纯橄岩和含石榴石纯橄岩成分的一致型,说明后者是前者经变质改造形成。SHRIMPU-Pb定年测得含石榴石纯榄岩中锆石存在两组年龄,超高压变质阶段新形成的锆石时代为240±2.7Ma,核部残留岩浆锆石给出726±56Mao前者与区域上超高压变质年龄十分吻合,后者与大别-苏鲁区域上新元古代大规模花岗质岩浆侵位时代。岗上超镁铁岩体可能记录了早期侵位到地壳,在陆陆俯冲碰撞阶段被俯冲岩片带入到柯石英形成深度,以及随岩片折返到地表的整个历史。     

中国大陆科学钻探工程主孔2000～3000米正、副片麻岩的地球化学性质及其成因机制

中国大陆科学钻探工程主孔(CCSD-MH)2000.0-3000.0米深度范围内出露的岩心以正、副片麻岩为主,夹有薄层榴辉岩和斜长角闪岩等。地球化学研究结果表明,主孔20000.0-3000.0米之间的正片麻岩SiO2含量普遍偏高,为73.26%～78.17%之间,平均值76.40%;Al2O3含量为11.30%-13.66%。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO含量则明显偏低,其中Fe2O3总量为0.39%-1.71%,FeO=0.20%-1.49%,MgO=0.01%-0.06%。CaO含量为0.19-1.41%,Na2O和K2O含量分别为3.38%-5.35%和1.31%-4.87%。正片麻岩的稀土元素和微量元素配分模式可分为三种类型。第一类表现出较强的轻、重稀土元素分馏,具有中等的负Eu异常,Eu/Eu*=0.39-0.64;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图表现出强烈富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Th)的特点,显示明显的正Ba异常,Ba/Ba*=1.09-2.34,高场强元素Ti、Nb和Ta呈明显的负异常。第二类正片麻岩具有明显的负Eu异常,Eu/Eu*=0.39-0.41,稀土元素配分曲线具有明显右倾斜的特点,轻稀土元素明显富集,而重稀土元素明显亏损;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图与第一类正片麻岩比较相似,但却具有中等的负Ba异常,Ba/Ba*=0.57-0.67。第三类正片麻岩主要为含磁铁矿二长花岗质片麻岩,稀土元素球粒陨石标准化曲线呈“V”字型特点,具有异常强烈的负Eu异常,Eu/Eu*普遍低于0.11;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图显示出强烈富集大离子亲石元素(K、Rb、Th)的特点,具有异常强烈的负Ba异常,Ba/Ba*=0.03-0.21。2000.0-3000.O米深度范围内的正片麻岩具有多成因的特点,部分正片麻岩具有A型花岗岩的地球化学特征,反映它们有可能形成于板内的构造环境;而另一部分的原岩则可能形成于陆缘火山弧的构造环境。主孔2000.0-31000.0米深度范围内副片麻岩SiO2含量明显低于正片麻岩,Al2O3、Fe2O3 FeO、MgO和CaO含量则明显偏高,而Na2O和K2O含量则与正片麻岩大体相当。其中SiO2含量为64.21%-74.12%;Al2O3含量为13.06%-15.38%,Fe2O3 FeO含量为1.61%-4.92%;CaO含量为1.10%～3.27%,Na2O和K2O含量分别为3.68%-5.39%和2.46%-5.85%。副片麻岩稀土元素配分模式和洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图与正片麻岩也存在明显差异。其中稀土元素配分模式表现出一定程度的轻、重稀土元素分馏,大多数样品具负Eu异常,Eu/Eu*=0.56-0.93之间,但远不及正片麻岩的明显;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图则显示出富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Th)的特点,具有异常明显的正Ba异常,且变化范围较大,Ba/Ba*=1.02-4.83之间,高场强元素如Ti、Nb和Ta呈现负异常的特点。副片麻岩的原岩可能是形成于被动大陆边缘的一套典型的沉积岩或变沉积岩。SHRIMPU-Pb定年结果表明,主孔副片麻岩锆石微区记录了十分复杂的年代学信息。继承性碎屑锆石核部的年龄(206Pb/238U的年龄)为313-659Ma,表明原岩继承性碎屑锆石来源的复杂性,以及部分碎屑锆石在超高压变质过程中发生不完全重结晶,导致年龄变新;在含柯石英锆石微区记录的超高压变质年龄(206Pb/238U的年龄)为220-236Ma,加权平均值为227±5Ma;而锆石晶体边部所记录的退变质年龄(206Pb/238U的年龄)为209-219Ma,加权平均值为214±6Ma,上述含柯石英锆石微区和锆石边部的SHRIMPU-Pb定年结果分别与主孔CCSD-MH中的正片麻岩锆石微区获得的超高压变质年龄(227±2Ma)和角闪岩相退变质年龄(209±3Ma)十分接近,这进一步证明了中国大陆科学钻探工程主孔中的正、副片麻岩的原岩曾一起发生深俯冲,并经历了新三叠纪的超高压变质作用。