磷灰石微区原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素定年

利用激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS),建立了磷灰石微区原位 U-Pb同位素定年新方法,本文给出了这一新方法的分析流程,报道了利用这一新方法对5个磷灰石样品的分析结果,并应用同位素稀释-热电离质谱法(ID-TIMS)对一些样品定年结果进行了验证.磷灰石工作标样 SDG 的U-Pb 同位素年龄:(1596±15) Ma (MSWD=1.5, n=7, LA-MC-ICP-MS),(1602±13) Ma (MSWD=0.578, n=5, ID-TIMS);某铁矿石中磷灰石的 LA-MC-ICP-MS U-Pb 同位素年龄:(125±14) Ma (MSWD=0.68, n=25),(124.2±3.5) Ma (MSWD=1.5, n=37);新疆阿尔金地区片麻岩中磷灰石的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素年龄:(250.8±3.9) Ma (MSWD=8.6, n=26),(245.4±2.9) Ma (MSWD=2.1, n=39).     

CCSD主孔榴辉岩中磷灰石的矿物化学特征及对榴辉岩中F、Cl、Sr等元素地球化学行为的影响

为探讨榴辉岩中磷灰石的矿物化学特征及榴辉岩中某些相关元素的地球化学行为,对中国大陆科学钻探(CCSD)主孔500~540m深度的榴辉岩样品进行了岩石化学及磷灰石的矿物化学分析。这些榴辉岩具有不同的矿物组成和化学成分,并可据此分为上下两段,上段500~530m为正常榴辉岩,下段530~540m为高Ti榴辉岩和高Ti-Fe榴辉岩,其原岩可能为类似于辉长质和苦橄质的基性—超基性岩石。其中的磷灰石成分没有明显差别,均为氟—磷灰石,其富F贫Cl的特征可能是造成榴辉岩中高盐度流体包裹体和全岩高F低Cl的主要原因。磷灰石普遍含有一定的Sr、S、Fe元素,多数还含有Cu、Pb、Zn等元素。榴辉岩中P2O5含量与其F、Cl、Sr、S元素的相关程度表明,磷灰石是榴辉岩中F元素的最主要储存库,也是Sr元素的重要储存库之一,而对于Cl元素则只是部分控制,与S元素则没有相关性。榴辉岩中F、Sr及Cl元素的地球化学行为主要受控于磷灰石,因此,在榴辉岩从进变质—退变质过程中,这些元素的活动性直接受控于磷灰石的稳定性。     

CCSD主孔100-1100m榴辉岩中单矿物的原位微区微量元素地球化学研究

本文通过对CCSD主孔100～1100m范围内榴辉岩中单矿物的LA-ICP-MS分析，探讨了榴辉岩中单矿物之间的微量元素分配，发现超高压变质作用中石榴石和绿辉石之间Ti和C0的分配显著受Mg控制（如DCo^Grt/Omp=3．43DMg^Grt/Omp-0．34），而REE、Sr和Y的分配则受Ca分配所控制。绿辉石中REE、Pb和Th的含量则明显受超高压副矿物磷灰石的出现与否所控制。结合岩石学特征，对角闪石和绿辉石中微量元素的研究表明角闪石主要是绿辉石退变质的产物。但退变质矿物的微量元素组成不仅受原矿物控制，而且受退变质矿物组合类型影响。绿帘石的出现会显著降低共生角闪石中LREE和Sr的含量，而多硅白云母的分解则会增加角闪石中的Rb、Ba含量。另外，退变质过程中的流体活动也会影响退变质矿物中的LREE、Sr和Pb等。结合REE在榴辉岩各主要矿物间分配系数随温度、压力的变化，我们推测部分石榴石边部MREE的富集特征可能反映榴辉岩在折返过程中经历了短时增温作用，这可能是引起苏鲁地区榴辉岩相向麻粒岩相转变叠加现象以及超高压岩石经历部分熔融作用的重要原因。此外，榴辉岩中金红石Nb和Ta组成的高度不均一性为金红石形成于超高压变质阶段富Ti磁铁矿相变作用的成因机制提供了佐证。     

苏鲁榴辉岩中磷灰石的矿物学和微量元素地球化学

磷灰石是榴辉岩中最常见的副矿物之一,见证了高压-超高压变质岩从原岩形成、俯冲和折返所伴随的物理化学过程。为进一步揭示苏鲁超高压榴辉岩经历的物理和化学过程,我们对取自中国大陆科学钻探工程（CCSD）主孔岩心和苏北地表露头榴辉岩中的磷灰石进行了详细的岩相学分析和LA-ICP-MS原位微量元素分析。分析结果表明,在苏鲁榴辉岩中,磷灰石绝大多数是在超高压变质作用阶段重结晶生长的。未受退变质影响的磷灰石富含LREE和Sr元素,退变质作用促使磷灰石中活动性较强的LREE和Sr明显降低而HREE含量略微升高,并产生负Eu异常。磷灰石边部HREE的升高可能与折返过程中的升温作用和石榴子石分解有关,Eu负异常的产生可能还与退变质过程中发生了氧逸度f^O2的降低有关;结合前人对磷灰石中“出溶”现象的研究,提出榴辉岩磷灰石中的独居石“出溶体”很可能是磷灰石与富含NaCl和硅酸盐的退变质流体发生交代反应所致,磷灰石中硫化物“出溶体”的形成除了氧逸度降低的原因外,可能也与折返过程中发生的短期升温作用有关。超高压变质岩从进变质-峰期→早期退变质→角闪岩相退变质阶段,变质流体可能经历了氧化→还原→氧化状态的复杂变化。     

花岗岩类岩石成因的磷灰石微区地球化学和同位素示踪

花岗岩类岩石是大陆地壳最重要的组成部分,通常伴生金属矿产,其成因研究可用来探索大陆地壳的形成、演化及动力学机制,并指导矿产资源的勘探。花岗岩类岩石是由岩浆经过结晶分异、地壳混染和岩浆混合等复杂演化过程形成的,且其母岩浆通常来源于不同的岩浆源区。如何准确示踪岩浆源区性质和精细刻画岩浆演化、岩石成岩过程是花岗岩成因研究的关键。磷灰石作为花岗岩类岩石中常见的副矿物,其结晶历史时间长——贯穿整个岩浆演化阶段,且富含F、Cl等挥发分和Sr、REE等微量元素,其化学特征和同位素组成在示踪花岗岩岩浆源区和成岩过程方面有独特的优势。随着微区分析技术的发展,磷灰石的微区地球化学成分记录了寄主岩浆的成分及其变化过程,可从微观角度揭示花岗岩的成因。本文结合前人研究成果及作者近年来的相关工作,系统综述磷灰石微区地球化学研究的进展,探讨如何在岩相学观察的基础上利用磷灰石的结晶过程、微区成分环带和微区同位素组成示踪岩浆源区、岩浆演化和成岩过程,以期为探索花岗岩精细成岩过程提供有效示踪方法。

     

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。     

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。     

湖南铜山岭花岗闪长岩中榍石微区原位Nd同位素和微量元素组成及其岩石成因的指示意义

与热液矿床形成有关的花岗质岩石普遍遭受热液蚀变,且全岩成分仅代表均一化某一时间点的信息,采用全岩成分分析难以有效地揭示花岗质岩石的形成与演化。花岗质岩石中副矿物稳定不容易蚀变,近年原位测试技术的快速发展和日趋成熟,可以准确获取副矿物原位元素和同位素组成,通过副矿物元素和同位素组成可以有效地揭示岩浆来源和演化信息,显著提高了岩浆作用过程的空间分辨率,成为探讨岩石成因的新手段。本文以湘南与铜铅锌多金属成矿密切相关的铜山岭岩体为研究对象,利用电子探针(EPMA)、激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)和激光剥蚀多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)等原位测试技术,对花岗闪长岩和暗色包体两类岩石样品中的副矿物榍石开展了原位元素和Nd同位素分析。结果表明：所有榍石中Al+Fe与Ti具有明显的负相关关系且稀土元素含量较高,稀土元素与Al和Fe一起主要通过(Al, Fe³⁺)+REE=Ti⁴⁺+O^2-方式替换榍石的Ti位和Ca位而进入晶格。球粒陨石标准化稀土配分模式上,大部分榍石显示Eu正异常。榍石中微量元素对Zr/Hf、...     

LA-MC-ICP-MS独居石微区原位U-Pb同位素年龄测定

独居石富含U、Th,同时具有较低的初始普通Pb含量,是U-Pb和Th-Pb同位素定年的理想对象.由于普遍存在于多种岩石中,独居石的U-Th-Pb定年具有广阔的应用前景.本文报道利用193 nm ArF准分子激光剥蚀系统和NEPUNE多接收器电感耦合等离子体质谱仪,对独居石进行微区原位U-Pb同位素年龄测定的新方法.运用这一新方法对独居石样品AL01、BL02和CL03进行微区原位U-Pb同位素年龄测定,获得AL01和BL02号样品的206Pb/238U年龄加权平均值分别为(288.3±1.1) Ma (n=19)和(446.8±2.3) Ma (n=41);CL03号样品的U-Pb等时线年龄为(396.8±8.8) Ma (n=55),取得了令人满意的结果.     

CCSD岩芯中部分石英脉的氦、氩同位素初步研究

对中国大陆科学钻探(CCSD)1700m-2300m岩芯中部分超高压变质岩中的石英脉进行了氦、氩同位素组成的初步研究,结果显示石英脉的3He／4He比值为0．37×10-6-0．98×10-6,40Ar／36Ar为498-3260,4He／40Ar为0．17-2．12, 3He／36Ar为0．81×10-4-39．38×10-4。分析结果与前人对大别-苏鲁的榴辉岩全岩和单矿物的氦、氩同位素分析结果相一致,在He-Ar相关图解上均位于地壳和地幔氦、氩同位素组成的过渡部位,表明石英脉的成矿流体中不仅有壳源稀有气体,还有幔源稀有气体。石英脉是榴辉岩的早期退变质脉,它不仅可以继承围岩超高压变质岩的氢氧稳定同位素特征,还可以继承并保存围岩的稀有气体同位素特征。     

中国大陆科学深钻主孔中FeCrNi合金球粒的发现

在中国大陆科学深钻主孔中发现了2粒FeCrNi合金球粒,粒径约200μm,其中w(Fe)=71.07%~73.68%,w(Cr)=14.55%~16.79%,w(Ni)=9.91%~11.47%,总和为98.2%~99.65%,分子式为Fe0.74Cr0.16Ni0.10。球粒内均含氧化物包体,由Cr、Mn、Al、Si、Fe、Ti和O组成。X射线衍射分析表明,FeCrNi球粒为多晶,具立方晶系的晶体结构,空间群为Fm3m,晶胞参数为a=0.3603nm,Z=4,密度为7.828g/cm3。球粒经抛光后呈银灰色,金属光泽,平均莫氏硬度为4.026,主波长S546反射率为56%。球粒可能是FeCrNi合金组成的金属熔融液滴冷却的产物。     

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.     

东海超高压榴辉岩中绿帘石、褐帘石、磷灰石和钍石集合体的电子探针成分和化学定年研究

中国大陆超深钻(CCSD)主孔从100米到3000米切穿含柯石英榴辉岩,为系统研究大陆深俯冲过程中含稀土元素副矿物提供了机会。本文报道了该钻孔榴辉岩存在发现的绿帘石、褐帘石、磷灰石和钍石复合颗粒。它们以同心环带结构为特征,从边部向中心依次为绿帘石、褐帘石和磷灰石;钍石既可包裹再磷灰石中,也可见于褐帘石中。电子探针分析显示,褐帘石不仅含有较高的轻稀土元素(LREE2O3=23．36wt％),而且可含有2．6wt％ThO2。根据绿帘石和褐帘石的电子探针高分辨U、Th、Pb成分计算得到绿帘石边部的形成年龄为738±88Ma,该年龄与大别-苏鲁地体榴辉岩的元古代源岩的年龄相当,因此,绿帘石可能为残留相。相反,褐帘石的年龄为220±41Ma,与大别-苏鲁超高压变质年龄相近。因此,褐帘石与磷灰石和钍石一起应该为超高压变质事件的产物。根据绿帘石、褐帘石及其共生的磷灰石和钍石的结构、成分特征和化学定年结果,我们推测绿帘石与可能已完全消耗的独居石很可能为变质副矿物组合的先驱矿物。独居石-绿帘石复合颗粒在榴辉岩相高压／超高压变质过程中反应形成磷灰石+钍石+褐帘石组合。     

大陆深俯冲过程中的流体-岩石相互作用——中国大陆科学钻探主孔氧同位素剖面

中国大陆科学钻探工程主孔深5158m,位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔钻进了一个超高压变质岩片,其主要榴辉岩、片麻岩、超基性岩和少量石英和片岩组成。基于连续样品的详细氧同位素分析可得出下列认识：（1）各种变质矿物的氧同位素成分具有很大的变化,其中石榴石为-7．4～＋6．2‰,绿辉石为-5．2～＋6．5‰。白云母为-4．4- ＋7．1‰,斜长石为-3．1～＋7．6‰,钾长石为4．8～8．3‰,石英为-2．8- ＋9．6‰。（2）整个钻孔剖面的氧同位素成分是连续和逐渐的变化的,而且与岩石类型无关,氧同位素亏损岩石产出的最大深度为3320m。这个深度之下的岩石均具有正常变质岩的氧同位素值。（3）氧同位素明显亏损的变质岩大多出现在正、副片麻岩及其与榴辉岩的互层带。（4）榴辉岩矿物大多具有平衡的氧同位素分异,大多数高压和低压石英脉体具有与它们的围岩类似的氧同位素成分。（5）利用石英．石榴石氧同位素温度计,所获得的榴辉岩变质温度为598～909℃,片麻岩的变质温度为550～786℃。基于这些事实,并结合氧同位素亏损变质岩在地表和浅钻孔中的广泛分布,可以得出以下重要结论：（1）在苏鲁造山带,有大量的表壳岩石与巨量的寒冷气候下的大气降水发生过交换作用,这为新元古代全球冰期的存在提供了重要证据。（2）许多呈厚层产出的花岗质片麻岩具有正常变质岩的氧同位素成分,并缺少超高压变质作用证据。（3）在大陆深俯冲和折返过程中,只存在通道式的水-岩相作用和非常有限的流体活动,与高压退变质有关的流体是原地形成的。（4）新元古代Rodinia超大陆裂解环境下形成的双峰式岩浆活动为大气降水与表壳岩之间的热液蚀变提供了热源。     

CCSD主孔100-2950m榴辉岩类和片麻岩类叶理及微断层产状特征

CCSD主孔100~2950m榴辉岩、退变榴辉岩类岩石叶理倾角明显较片麻岩类岩石叶理倾角陡,前者总体倾角55°左右,后者28°左右,局部可见片麻岩类叶理切割榴辉岩类叶理,因此两者叶理可能形成于不同时期;两类岩石之间现部分为韧性剪切带接触关系,韧性剪切带形成于苏鲁地体折返主期自SEE向NWW的韧性剪切作用。榴辉岩、退变榴辉岩类岩石叶理产状对发育于该类岩石内的微断层产状有一定控制作用,而片麻岩类岩石叶理产状对发育于该类岩石内的微断层产状控制作用相对较弱。孔区脆性变形主要反映白垩纪以来SEE-NWW向伸展构造应力场的变形特征,主孔100~1620m倾伏向以SEE向占绝对优势的微正滑断层擦痕即为该期变形的产物。     

CCSD主孔微破裂脉次生包裹体的均一温度

CCSD主孔中发育有十分丰富的脆性变形现象,按其充填特征大致可划分有石英和方解石充填的微破裂、有矿物薄膜的微破裂和既无矿物充填、又无矿物簿膜的微破裂等3大类.石英微破裂脉和方解石微破裂脉次生包裹体的均一温度分别为110℃～215℃和90℃～190℃,表明前者的形成要早于后者,按现代地热梯度23.4℃/km估算,两者的形成深度分别为4.7～9.2km和3.8～8.1km,9.2km大致可作为宏观上岩石圈发生脆性变形的最大深度或岩石圈由韧性变形域向脆性变形域过渡的界线.片麻岩、榴辉岩和超基性岩微破裂脉的次生包裹体均一温度显示三者由韧性变形域向脆性变形域过渡的深度是不一致的,依次为9.2km、8.5km和8.1km,反映主孔主要岩石类型的脆性变形行为存在有一定差异.根据微破裂的充填物特征和相互切割关系,大致可确定主孔中脆性破裂的形成深度和先后关系石英微破裂脉,形成最早,深度为4.7～9.2km,方解石微破裂脉的形成深度为3.8～8.1km,8.1km以上开始出现有矿物薄膜的微破裂,既无矿物充填、又无矿物簿膜的微破裂则是地壳深度3.8km以上的主要脆性变形构造类型.可见,微破裂次生包裹体的均一温度或许可作为宏观上建立CCSD主孔脆性变形构造剖面的重要依据之一.     

西藏松多榴辉岩的矿物原位微量元素地球化学研究

对松多榴辉岩中单矿物进行的LA-ICP-MS原位微区微量元素分析研究结果表明,石榴石主要富集中、重稀土元素和Y,同时具有高丰度的Sc、V、Cr和Co等元素;绿辉石中的微量元素以中稀土元素、Sr、Sc、V、Cr、Co、Ni和Ti为主,含有一定量的Zr、Hf等。石榴石、绿辉石、角闪石和绿帘石中均显示轻稀土元素亏损的特点,表明在退变质过程中没有发生明显的富轻稀土元素的外来流体交代作用,因而其微量元素矿物地球化学的某些特点不同于苏鲁地区的榴辉岩。石榴石变斑晶中某些元素(如Ti、Zr)的分带性暗示了榴辉岩在紧随峰期变质之后的折返过程中发生了降压增温过程。榴辉岩主要变质矿物中微量元素的分配显然受到矿物主量元素的分配所控制,如MgO在石榴石和绿辉石之间的分配对Ni、Co、Ti分配的控制以及CaO的分配对Sr、Y、REE分配的控制等。退变质过程中矿物的形成或分解以及物理化学条件的改变都可以引起矿物间微量元素的重新分配。由绿辉石退变质而形成的角闪石,较之原先的绿辉石,其微量元素配分曲线总体特征会发生变化,但元素总体丰度相近,某些元素特点相似,又反映了绿辉石和角闪石之间的成生联系。金红石是Ti、Nb、Ta、Zr、Hf的主要赋存矿物,而与之共生的绿帘石所表现出来的高场强元素的亏损特征表明了金红石的存在所带来的影响。