大陆碰撞和超高压变质的化学地球动力学:来自中国大陆科学钻探的结果

利用中国大陆科学钻探工程连续取样的优势,对主孔200～4000m超高压变质岩进行了系统的地球化学研究.结果对大陆俯冲带变质的化学地球动力学提供了新的制约.目前取得的主要成果如下(1)建立了200～4000m深度的超高压矿物氧同位素变化剖面,发现18O亏损深度达3300m.结合大别-苏鲁造山带地表露头岩石达30000km2的18O亏损,表明扬子陆块北缘曾发生三维空间巨量物质(～100000km3)的18O亏损;(2)钻孔超高压变质岩的原岩形成于新元古代中期(～780Ma),属于双重双峰式岩浆活动的产物;原岩既有中元古代晚期新生地壳,也有古元古代中期古老地壳.这种双重双峰式岩浆活动出现在弧-陆碰撞带基础上发育的裂谷构造带,是对Rodinia超大陆开始裂解的响应;(3)高压榴辉岩相重结晶作用发生在216±3Ma,高压榴辉岩相重结晶作用持续的时间为1.9～9.3Myr或更短;(4)不同岩性接触带的矿物O同位素、H同位素、全水含量以及羟基含量的研究表明,退变质流体在同位素组成上是内部缓冲的,且退变质流体主要来自于名义上无水矿物中结构羟基和分子水的出溶.定量计算表明,这些出溶的结构羟基和分子水能为角闪岩相退变质作用提供足够的流体来源;(5)在不同岩性接触带,稳定同住素、水含量及岩相学上出现同步变化,表明不同岩性接触带可能是流体活动最剧烈的地方.对于远离榴辉岩-片麻岩接触带的榴辉岩,退变质流体主要来自榴辉岩内部名义上无水矿物中结构羟基和分子水的出溶.对于靠近接触带的榴辉岩,则可能主要受来自比榴辉岩更富水的片麻岩中矿物的脱水作用.根据相邻样品之间的距离、岩相学和δ18O值,可以确定出不同岩性和相同岩性之间氧同位素不均一性的尺度为20到50cm,对应于大陆碰撞过程中流体活动的最大尺度;(6)对两个连续岩芯段的主量和微量元素剖面研究表明,在大陆俯冲带变质过程中,大离子亲石元素(LILE)和轻稀土(LREE)具有较高的活动性,而高场强元素(HFSE)和重稀土(HREE)是不活动的.这些元素的活动可能是由折返过程中大陆地壳的部分熔融导致的,因此指示了超临界流体的出现.折返过程中大陆地壳的这种部分熔融作用导致了不同板片组分之间的质量迁移,但是这种有效的迁移只发生在很小的尺度范围内,在岩相学接触带和裂隙带的局部开放系统中.     

中国大陆科学钻探工程项目进展综述

阐明了中国大陆科学钻探工程的意义与目标，论述了工程建设的主要内容和项目的组织管理，介绍了项目的进展情况。     

中国大陆科学钻探工程主孔石榴石单辉橄榄岩的岩石化学研究

中国大陆科学钻探工程主孔石榴石橄榄岩产出于603.20～683.53m之间,主要为石榴石单辉橄榄岩,内部还见有巨晶状角闪石岩(曾经是岩脉)和榴辉岩与橄榄岩之间厘米级的方辉辉石岩.石榴石橄榄岩多数含有钛斜硅镁石.从其内部所夹的榴辉岩条带可知,橄榄岩发生过褶皱等构造变形作用.其围岩和内部夹层榴辉岩中的锆石中舍柯石英的事实可能表明岩体经历过超高压变质作用.石榴石橄榄岩的主要造岩矿物橄榄石的Fo端员低(0.82～0.86)、全岩岩石化学的低Mg#值(77.26～85.07)和高易熔元素以及低于典型阿尔卑斯型橄榄岩的(Mg Ni)/(Fe Mn)比值,意味着该石榴石橄榄岩体的原岩为岩浆固结成因.石榴石橄榄岩的稀土元素总量低,配分型式有LREE富集型((La/Lu)N比值为9～16.6)、LREE适度富集型((La/Lu)N比值为1.47～8.22)和LREE亏损型或平坦型((La/Lu)N比值为0.62、1.19～1.92)三种,并构成从亏损或平坦型到富集型的韵律,反映了结晶分异的特点.微量元素蛛网图上,石榴单辉橄榄岩微量元素的丰度总体上低于N-MOBB的丰度.Cu、Ni和MgO的判别图表明,石榴石橄榄岩的原岩岩浆的固结成岩时期主要为镁铁质矿物的分离结晶作用而硫化物不是重要的矿物相.Ti和P的剧烈变化表明了有磁铁矿和磷灰石的堆积作用.微量元素判别图表明岩体受到了明显的地壳物质混染作用.铂族元素丰度总量低,其丰度分布型式图表明原岩岩浆的部分熔融程度高,而且元素的判别图表明岩浆具有S不饱和特点.硫化物残留在地幔中而使得岩浆中PGE相对Cu、Ni亏损,在Ni-PGE-Cu图上呈总体上的凹形分布.同属PPGE的Pt比Pd所显示的更高的相容性也表明了岩浆中S的不饱和特点.而Ir的负异常可能说明原始岩浆在侵入前的分离结晶作用其间发生了Ir的结晶析出,或者是在地幔部分熔融时Ir残留在地幔残留体中.因此,主孔石榴石橄榄岩的原始岩浆是上地幔适当部分熔融程度的产物((Pd/Ir)N≥1),可能在源区有硫化物的残余而造成了PGE相对Cu、Ni亏损而在Ni-PGE-Cu图上呈总体上的凹形分布.后S不饱和的岩浆经历分离结晶作用而造成了Pt相时于Pd亏损的特点.     

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。     

中国大陆科学钻探(CCSD)主孔岩芯榴辉岩中的重晶石副矿物研究

中国大陆科学钻探主孔岩芯190～320m榴辉岩中的富锶重晶石作为副矿物存在于超高压变质和退变质阶段,其中大部分的重晶石发现于绿辉石的退变质后成合晶中。具有不同Sr含量的重晶石在榴辉岩中至少具有3种产出状态,形成于3个变质阶段:Ⅰ超高压榴辉岩相阶段,存于石榴石包裹体中,SrSO4含量约在45mol%;Ⅱ早期退变质阶段,存于后成合晶(单斜辉石+钠长石)中,SrSO4含量变化范围很大,在0mol%～21mol%之间;Ⅲ晚期角闪岩相阶段,作为黄铁矿的氧化边存在,SrSO4占2mol%～5mol%。重晶石的形成与流体作用相关,富锶重晶石能反映原赋存流体的Sr/Ba值比较高。重晶石与其伴生矿物尤其硫化物的结构关系对岩体的相对氧化还原环境具有重要指示意义。本文通过榴辉岩中重晶石副矿物学研究,确定了榴辉岩曾经历超高压变质阶段的氧化环境、早期退变质阶段的还原环境和角闪岩相阶段的氧化环境。     

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.      

中国大陆科学钻探主孔中磷灰石的磁黄铁矿出溶结构

在中国大陆科学钻探主孔中部的榴辉岩样品B1021R642P40a、B1039R646P47a、B1046R648P4c和B1053R649P74k中,我们发现了磷灰石的磁黄铁矿出溶结构.磷灰石是该榴辉岩的主要副矿物,其自形程度较高,与石榴石共生.样品中几乎所有磷灰石均发育出溶结构,至少存在两组相互垂直的出溶棒.出溶棒形状规则,一样宽(＜1μm),但长度变化大(5～50μm).利用高分辨能谱仪测定表明,出溶棒主要由Fe和S两种元素组成.由于还不能准确地确定其Fe/S比值,初步确定其为磁黄铁矿(Fe1-xS).磷灰石由于含大量稀土元素和挥发性组分如OH、F、Cl和S,它的深循环因此可能对地球的水、硫以及其它挥发性组分的全球平衡具有重要影响.     

我国大陆科学钻探工程实施概况及其取心钻进技术体系

科学钻探是为包括构造运动、气候变迁、火山喷发、地震机理、陨星撞击等基础地学研究领域,提取地球深部信息、建立地下长期观测网络的科学工程。开展科学钻探,不仅将促进我国地学基础理论研究走向国际前沿,实现从地质大国向地质强国的转变,还具有拉动我国钻探工程整体进步,提高其技术、学术水平和国际地位的工程技术意义。在通过科学钻探获取的地下信息中,岩心是直接反映地球演变历史的实物资料,也是最为地质学家所重视的研究资料。我国自2001年启动大陆科学钻探工程以来,素以全过程连续钻取岩心和对岩心的高质量要求著称于世。本文概略介绍了我国已成功实施的4项大陆科学钻探工程,着重介绍了在工程中形成的,具有我国自主知识产权的科学钻探取心钻进技术体系：井底动力取心钻进系统、大口径长回次钻程取心钻进系统、极复杂地层原状取心钻进系统,以及各类岩心的无损出管方法,介绍了各钻进系统在工程应用中取得的主要成果。     

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（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。     

中国大陆科学钻探工程卫星孔 CCSDPP6 钻孔橄榄岩岩石学研究

中国大陆科学钻探工程卫星孔PP6钻孔位于苏鲁超高压变质带的山东荣成滕家集马草夼橄榄岩体中。该橄榄岩出露于元古代花岗闪长片麻岩中,面积为300m×130m。地表岩石风化强烈,钻孔内岩石新鲜,劈理发育。孔深196m,橄榄岩厚度约110m,下部为花岗闪长片麻岩。橄榄岩主体呈块状构造,边缘呈条带状构造,靠近片麻岩的橄榄岩蛇纹石化强烈。除了10cm厚的岩脉原岩为岩浆分异的产物外,岩石主元素、微量和稀土元素地球化学显示,原岩为极亏损的地幔方辉橄榄岩。岩石主要矿物组成为橄榄石(85%~95%) 斜方辉石(3%~5%) 角闪石(3%~5%) 尖晶石(约0.5%) 镍硫化物(<0.1%),个别部位含有石榴石、单斜辉石和白云石。根据矿物的结构和成分,大体分为三个期次的组合。早期残余地幔矿物组合,由镁橄榄石、富铝顽火辉石、铬尖晶石和透辉石组成,具残余斑状结构,常含有包体,为高温低压组合;超高压变质期矿物组合,由镁橄榄石、镁铝榴石(Pyr=62~66)、低铝顽火辉石、铬尖晶石组成,具细粒变晶结构,无包体,变质温压为840~940°C、3.0~4.1GPa;麻粒岩相─角闪岩相变质期矿物组合,包括韭闪石、镁铝尖晶石、铬尖晶石、白云石、透闪石、蛇纹石,变质温度和压力为650~780℃、<1.8GPa。马草夼橄榄岩作为地幔楔,在印支期发生了超高压变质作用,并在折返过程中叠加了麻粒岩相-角闪岩相的变质作用。     

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。     

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。     

岩石中微生物学研究的分子生物学技术——中国大陆科学钻探（CCSD）微生物研究

本文介绍了中国大陆科学钻探（CCSD）微生物学研究中所建立起来的分子生物学技术,即环境基因组DNA提取、16SrDNA分析、Real-timePCR技术和磷脂酸分析技术。另外探索了防污染的手段以及监测方法,并介绍了我们以这种方法对CCSD的微生物学研究所得到的一些初步结果。     

Metamorphic garnet pyroxenite from the 540-600 m main borehole of the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) project

Compared to other mafic and ultramafic rocks from the CCSD main borehole as well as from the outcrops, rocks from the 540-600 m section is extraordinary in terms of its geophysical as well as geochemical properties. It consists of > 70% hematite-ilmenite garnet pyroxenite (HI-GPX) and < 30% intercalated rutile garnet pyroxenite (R-GPX). Whole-rock geochemical data show that HI-GPXs have: (1) relatively high V with an average of 606 ppm, but lower Nb and Ta; (2) highest TFeO, Fe₂O₃/FeO ratio, and highly variable but strong positive Eu anomalies with Eu/Eu? up to 2.9; (3) anomalously high V/Sc ratios ranging from 8.39 to 43.23, average 15.03; and (4) high amounts of hematite-ilmenite solid solutions with a very fine intergrowth structure down to nanometer scale. V/Sc ratios in the CCSD garnet pyroxenites are correlated negatively with MgO, but positively with Fe₂O₃/FeO ratios. Both suites of pyroxenites have similar rare earth elements and high field strength elements geochemistry. These features demonstrate that these pyroxenites were formed from metamorphism of high-Fe and/or -Ti gabbroic cumulates. This can account not only for low high field strength elements (HFSE) and rare earth elements (REE) but also low Nb/Ta and Zr/Hf ratios in these rocks. Seemingly negative correlation between Nb/Ta and Zr/Hf in the CCSD metabasites, not significantly affected by UHP metamorphism, is also consistent with the silicate differentiation trend in a basaltic magma chamber.     

Wellbore breakouts of the main borehole of Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) and determination of the present tectonic stress state

The Sulu-Dabie high-pressure (HP)-ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt as the product of subduction-collision between the northern China plate and Yangtze plate underwent a process of formation and evolution from deep subduction→exhumation→extension→slow uplift. The study of its modern tectonic stress field has great significance for a complete understanding of the process of formation and evolution of the HP-UHP metamorphic belt, especially the exhumation and uplift of the belt. Wellbore breakouts are the most visual tectonic phenomenon which can characterize the modern stress action in the main borehole of Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD). Ultrasonic borehole televiewer reflection wave data show that wellbore breakouts began to occur at 1216 m depth of the main borehole. A total of 143 borehole televiewer images were collected from 1216 to 5118 m depth (hole completion depth). After data processing and statistics, the average azimuth of the long dimension of the wellbore breakout obtained was 319.5° ± 3.5°, indicating that the average azimuth of the maximum horizontal principal stress causing wellbore breakout initiation was 49.5° ± 3.5°. The maximum and minimum horizontal principal stress values at 52 depths in the interval of 1269 to 5047 m were estimated using the elements of wellbore shapes (wellbore depth and width), combined with the cohesive strength and internal frictional angle of the rock obtained by rock mechanical tests on samples, and the static load stresses at corresponding depths were calculated according to the rock density logging data. The results indicate that: the maximum and minimum horizontal principal stresses are 41.4 and 25.3 MPa at 1269 m depth respectively and 164.7 and 122 MPa at 5047 m depth respectively; the maximum vertical stress is 141.3 MPa at 5047 m depth with a density of 2.8 g/cm³; the in-situ stresses increase nearly linearly with depth. The magnitudes and directions of the three principal stresses reflect that the regional stress field around the CCSD main borehole is mainly in a strike-slip state, which is consistent with the basic features of the regional stress field determined using other methods.     

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.     

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。     

中国大陆科学深钻主孔岩屑中含钠和锌的尖晶石的发现

一种含钠和锌的尖晶石矿物产于中国大陆科学深钻主孔超镁铁岩中,以出溶的方式存在于钛铁矿和磁铁矿中,长5-60μm,宽2-3μm,化学组成（wB％）为MgO17．143％-22．337％,Al2O3 63．646％～66．492％,FeO9．784％～13．924％,ZnO 1．649％-6．386wt％．Na2O 0．029％～0．219wt％。Na2O与ZnO在尖晶石中的含量呈正相关关系。经同步辐射测得其为尖晶石单晶,空间群为Fm3m,晶胞参数为a=0．83781am。根据尖晶石与钛铁矿、石榴石（pyr=56-58mol％）共生和石榴石退变为顽火辉石和镁绿泥石的特点,表明该尖晶石来自超镁铁岩,它们一起经历了至少为角闪岩相的变质作用。广泛的混溶间断现象及其所造成的出溶结构出现在氧化物中,表现为Mt-Usp、Mt-Spl及Mt-Ilm之间的交生。根据前人有关Mt-Usp和Ilm-Gk-Hem固溶体系的实验。表明主孔岩石的氧逸度相对较低,形成温度应在720℃以上。这些早期在岩浆分离结晶过程中形成的铁钛氧化物出溶体,在后来的超高压变质作用下可能发生再次固溶和因降温减压造成的出溶。