大陆板块俯冲和折返的同位素地球动力学

大别 -苏鲁造山带是扬子大陆板块与华北大陆板块之间在三叠纪时期俯冲 -碰撞所形成的超高压变质带。对该带超高压变质岩的稳定同位素研究发现 ,不仅含柯石英榴辉岩出现局部氧同位素负异常 (δ18O =- 10‰ ) ,而且区域上存在氧同位素分布的不均一性 (δ18O =- 10‰～+10‰ )。前者要求榴辉岩原岩在变质前经历过大气降水热液蚀变 ,说明俯冲板块具有大陆地壳特点 ;后者反映扬子板块具有快速俯冲变质的特征 ,否则将达到同位素均一化。榴辉岩氧同位素负异常的保存显示 ,这些超高压变质岩与地幔之间没有发生显著的化学相互作用。因此 ,载有榴辉岩原岩的板块俯冲到 2 0 0多公里深的地幔内部时 ,超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短(<10Ma) ,致使它们与地幔之间的氧同位素交换没有达到再平衡。榴辉岩中不同矿物对氧同位素测温不仅给出了相互一致的结果 (6 5 0～ 75 0℃ ) ,而且这些温度与阳离子交换温度计的结果 (6 0 0～80 0℃ )相一致。因此 ,在榴辉岩相变质温度下共生矿物之间的氧同位素平衡已被“冻结” ,岩石冷却过程中的氧同位素交换再平衡没有发生 ,从而证明超高压榴辉岩在变质作用后经历了快速降压/冷却过程 ,对应于板块的快速抬升。这些结果首次从地球化学角度证明了大陆板块俯冲—超高压变质—折     

大陆俯冲带流体活动:超高压变质岩矿物水含量和稳定同位素制约

对超高压变质岩中含水矿物和名义上无水矿物的地球化学研究,极大地深化了我们对大陆碰撞带地壳俯冲和折返过程中流体体制的认识。就流体体制和化学地球动力学来说,有关研究在大别-苏鲁造山带进行的最为详细,因此已经成为研究大陆俯冲带变质的典型地区。本文以大别-苏鲁造山带为对象,从矿物水含量的角度,结合稳定同位素论述了大陆俯冲带流体活动。超高压变质岩中名义上无水矿物含有大量的水,以结构羟基和分子水形式存在。名义上无水矿物中结构羟基和分子水出溶与含水矿物分解共同构成了折返过程中退变质流体的主要来源。名义上无水矿物所释放的水以富集轻的氢氧同位素为特征,而含水矿物分解则提供了富集D的流体来源。折返过程中,名义上无水矿物降压脱水存在亏损D的分子水的优先丢失和不同形式水之间的相互转化。不同岩性的水含量差异导致了它们在折返过程中不同的流体活动行为。大陆板块俯冲和折返过程中,在不同矿物、不同岩性以及板片不同部位之间存在水的再分配;板片的一部分作为富水流体的源,而另一部分可能作为汇。     

大陆俯冲过程中的流体

含水矿物矿物稳定性的实验研究和超高压岩石的同位素地球化学研究表明 ,大陆地壳在俯冲过程中 ,随着变质程度的升高和部分含水矿物的相继分解 ,会有流体释放出来。当俯冲深度接近5 0km ,俯冲陆壳岩石中大量低级变质含水矿物 (如绿泥石、绿帘石、阳起石 )会脱水并从俯冲陆壳逸出形成流体流。这一流体流可溶解带走俯冲陆壳内已从云母类矿物逸出的放射成因Ar及部分U、Pb ,并导致w(U) /w(Pb)升高。这一阶段逸出的流体有可能交代、水化仰冲壳楔 ,为其发生部分熔融形成同碰撞花岗岩或加速山根下地壳的榴辉岩化创造条件。在俯冲深度为 5 0～ 10 0km ,变镁铁质岩石中的角闪石相继分解并释放出H2 O。由于变镁铁质岩石在陆壳中所占比例较少 ,因此 ,这一阶段释放的水不能形成大规模的流体流 ,因而不能使体系内的过剩Ar大量散失 ,但足以形成局部循环 ,加速变镁铁质岩石及其互层或邻近围岩的榴辉岩化变质反应。在俯冲深度 >10 0km的超高压变质阶段 ,仅有少量的含水矿物分解 ,而多硅白云母仍保持稳定。这时俯冲陆壳内只可能有少量粒间水存在 ,从而导致俯冲陆壳与周围软流圈地幔不能发生充分的相互作用。     

大陆碰撞过程中的流体活动:来自大别山低温超高压花岗片麻岩的地球化学制约

俯冲带流体活动对认识超高压变质作用、同俯冲、同折返岩浆作用有着十分重要的意义.由于大陆地壳的流体含量远低于大洋地壳,与大陆地壳深俯冲和折返过程有关的流体活动受到原岩性质和变质速率的双重制约.     

大别山双河超高压变质岩的稳定同位素研究

大别山双河地区片麻岩的δ18O值与共生榴辉岩同步变化，为（-4.7—+10.3）‰，这些片麻岩的18O亏损与榴辉岩一样是在遭受超高压变质作用之前原岩与大气降水交换的结果。榴辉岩及其围岩片麻岩在板块俯冲、超高压变质和岩片折返过程中可能为一个构造上的整体，两者为“原地”接触关系。     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。     

地幔流体的稳定同位素地球化学综述

总结了２０年来国内外学者对地幔流体研究的成果和认识。主要包括地幔流体的性质和组成;地幔流体中同位素的含量、组成和赋存形式;同位素分馏和地幔脱气等作用对地幔组分的影响等。在不同地区和不同构造环境条件的地幔流体中,各种组分含量和同位素组成变化可经很大,从一个侧面指示地幔组分的不均一性,反映了不同地幔物质的形式历程不同或来自不同的地幔源区。此外,还讨论了目前存在的几个疑点。     

奥林匹克坝热液流体的来源：流体包裹体和稳定同位素的初步研究

根据包裹体和稳定同位素对奥林匹克坝热液流体的温度，成分和来源进行了研究，早期的磁铁矿、黄铁矿和菱铁矿组合是在近４００℃条件下，从高δ＾１８Ｏ含量５的流体中沉淀出来，相反，赤铁矿及含矿角砾岩则是在较低的温度条件，以低δ＾１８Ｏ含量在流体中形成。     

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。     

攀西大陆槽稀土矿床深源成矿流体的稳定同位素证据

通过对大陆槽矿床的成矿流体稳定同位素研究表明,矿体石英中流体包裹体的δD、δ18O和δ13C值分别为-87‰、+6.0‰和-8.4‰,矿石(氟碳铈矿)的δ13C为-8.0‰,矿体萤石中流体包裹体的δD和δ18O分别为-99‰和-11.6‰.研究表明,矿床的成矿流体应为少量大气降水混合的深源成矿流体,流体包体中和矿石中的碳则可能源自较深的壳幔混熔源区.     

陆相次火山岩型铜银矿床稳定同位素地球化学研究

中国陆相次火山岩型铜银矿床分布广泛,银矿与酸性岩有关,铜矿与次英安玢岩有关.形成时代为燕山早、晚期.石英的δ18O值在+7.9‰~+16.3‰之间,δ18OH2O值在-3.0‰~+8.1‰之间,δD在-55‰~-106‰之间.硫化物的δ34S值在-9.8‰~+9.6‰之间,硫化物的硫同位素富集顺序为δ34SPy>δ34SSp>δ34SGn>δ34SPo,硫化物矿物对平衡温度在160~400℃,大多数溶液的硫同位素平均组成(δ34SΣS)为+2‰~+5‰,个别为+20‰.     

Upper Limit for Rheological Strength of Crust in Continental Subduction Zone： Constraints Imposed by Laboratory Experiments

The transitional pressure of quartz-coesite under the differential stress and highly-strained conditions is far from the pressure of the stable field under the static pressure. Therefore, the effect of the differential stress should be considered when the depth of petrogenesis is estimated about ultrahigh pressure metamorphic (UHPM) rocks. The rheological strength of typical ultrahigh pressure rocks in continental subduction zone was derived from the results of the laboratory experiments. The results indicate the following three points. (1) The rheological strength of gabbro, similar to that of eclogite, is smaller than that of clinopyroxenite on the same condition. (2) The calculated strength of rocks (gabbro, eclogite and clinopyroxenite) related to UHPM decreases by nearly one order of magnitude with the temperature rising by 100 ℃ in the range between 600 and 900 ℃. The calculated strength is far greater than the faulting strength of rocks at 600 ℃, and is in several hundred to more than one thousand mega-pascals at 700-800 ℃, which suggests that those rocks are located in the brittle deformation region at 600 ℃, but are in the semi-brittle to plastic deformation region at 700-800 ℃. Obviously, the 700 ℃ is a brittle-plastic transition boundary. (3) The calculated rheological strength in the localized deformation zone on a higher strain rate condition (1.6×10-12 s-l) is 2-5 times more than that in the distributed deformation zone on a lower strain rate condition (1.6×10-14 s-1). The average rheological stress (1 600 MPa) at the strain rate of 10-12 s-1 stands for the ultimate differential stress of UHPM rocks in the semi-brittle flow field, and the average rheological stress (550-950 MPa) at the strain rate of l0-14 -10-13 s-l stands for the ultimate differential stress of UHPM rocks in the plastic flow field, suggesting that the depth for the formation of UHPM rocks is more than 20-60 km below the depth estimated under static pressure condition due to the effect of the differential stress.     

Niobium-tantalum Fractionation During Slab Subduction:Implications for the Formation of Continental Crust

Compared with the oceanic crust, knowledge about the formation of the continental crust (CC) is relatively poor. Although melting of subducted slabs in the early history of the Earth has been considered as the major way that shaped the chemical characteristics of the CC by most geologists, as the CC shares many characteristics with modern adakites, some geologists argued that Archean TTG was formed in the same way as modern arcs rather than slab melting, whereas others proposed that melting at the bottom of the thickened oceanic crust was more important. Recently,the debate is mainly focused on the unique subchondritic Nb/Ta value of the CC, and particularly, how Nb and Ta fractionated from each other and consequently how, in detail, the CC was built.     

柴北缘阿日特克山斑岩型铜钼矿床流体包裹体、稳定同位素特征及其地质意义

阿日特克山铜钼矿床位于柴北缘中北段,为近年来新发现的隐伏斑岩型矿床,矿体产出于海西晚期—印支期花岗闪长（斑）岩和古元古代达肯大坂岩群接触部位。为探讨该矿床成矿流体特征和成矿机制,本文对矿床野外地质特征、流体包裹体及稳定同位素组成进行了系统的研究。根据不同类型矿脉之间的相互关系,可将热液成矿期次划分为成矿早期石英阶段、成矿期辉钼矿-多金属硫化物-石英阶段和成矿晚期石英-方解石阶段。流体包裹体岩相学研究表明,阿日特克山铜钼矿床流体包裹体以Ⅰ型（富液相L+V两相水溶液包裹体）、Ⅱ型（富气相L+V两相水溶液包裹体）和Ⅲ型（含子矿物三相水溶液包裹体）为主。显微测温及包裹体拉曼光谱分析结果显示,成矿流体体系为中高温、中低盐度、中高密度的NaCl-H₂O体系,至成矿晚期,流体性质变化为低温、低盐度、高密度流体,矿床形成深度为0.40~4.00 km。氢氧同位素分析测试结果显示,δD_V-SMOW值为-92.9‰~-78.4‰,δ¹⁸O_H2O值为-7.4‰~2.0‰,表明成矿流体以混合流体为主,随着成矿流体的演化,有更多的大气降水不断混入。矿石中金属硫化物δ³⁴S值处于9.4‰~11.7‰之间,平均值为10.2‰,表现出明显的地层硫特征,为岩浆热液与围岩地层相互作用所致。综上认为,阿日特克山铜钼矿床为矽卡岩型-斑岩型矿床,形成于海西晚期—印支期俯冲碰撞构造环境,混合成矿流体强烈的不混溶作用为斑岩型铜钼矿床形成的主要机制。     

青藏高原中部水蒸发过程中的氧稳定同位素变化

作为青藏高原稳定同位素水文循环的一个重部分,１９９８年夏首次在青藏高原中部的那曲和安多两地同时进行了水蒸发过程中氧稳定同位素变化观测研究,模拟和实验结果都显示出大气相对湿度对水蒸发过程中氧稳定同位素变化的显著影响,模拟结果不显示剩余水中δ＾１８Ｏ与剩余水比率呈指数关系,但实验分析结果表明,蒸发过程中剩余水中δ＾１８Ｏ与剩余水比率更接近于线性关系,这种关系可以定量地表示出来,从理论上与实验中都可以计     

河南瓦房铅锌矿床地质、流体包裹体和稳定同位素特征

河南瓦房铅锌矿床位于华北克拉通南缘熊耳山—外方山矿集区,矿体赋存于熊耳群鸡蛋坪组上段(Chj3)的地层中,矿石矿物有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和少量黄铜矿、赤铁矿、褐铁矿。该矿床热液成矿过程划分为3个阶段:石英-黄铁矿阶段(早阶段),石英-多金属阶段(中阶段),石英-碳酸盐脉阶段(晚阶段)。矿石中石英和方解石中捕获的原生包裹体类型有NaCl-H2O型两相、NaCl-CO2-H2O型三相和纯气相。气液两相包裹体3个阶段均一温度范围分别为150~260、150~230和110~160℃,3个阶段盐度(w(NaCl))平均值分别为12.22%、8.55%和6.29%。中阶段方解石的δ13 CVPDB平均值为-7.34‰,δ18 OSMOM平均值为15.56‰;晚阶段方解石的δ13 CVPDB平均值为-3.05‰,δ18 OSMOW平均值为2.21‰。早阶段硫化物的δ34S值为2.747‰~7.737‰,中阶段硫化物的δ34S值为-11.187‰~7.286‰。认为早中阶段成矿流体为变质流体,与中生代扬子克拉通和华北克拉通发生陆陆碰撞诱发中—新元古代时期的俯冲板片变质脱水有关,成矿晚阶段流体有大气降水的混入。硫同位素表明硫来源于中—新元古代的沉积地层,是海相硫酸盐的还原产物,在晚阶段,由于大气降水的混入导致δ34S出现负值。瓦房铅锌矿床地质特征、成矿流体特征与造山型矿床相似,因此,瓦房铅锌矿床属于造山型铅锌矿床。     

样品前处理过程中多环芳烃的稳定碳同位素分馏

利用多环芳烃标准样品连续和穿插进样相结合的方式,检验了气相色谱-燃烧-同位素比质谱仪(GC-C-IRMS)测定多环芳烃单体碳同位素比值(δ13C)的稳定性和准确性,观察了测定过程中色谱柱的分离效果。结果表明,出峰面积和分离程度是影响化合物δ13C平行性的主要原因。通过多次实验,分析了样品前处理过程中多环芳烃各个化合物稳定碳同位素的分馏情况,包括凝胶渗透色谱(GPC)和硅胶柱等净化过程,以及旋转蒸发和氮气吹扫等浓缩过程。实验表明,各前处理过程中样品内多环芳烃的稳定碳同位素分馏均不明显,其中硅胶柱净化过程相比GPC过程对样品中多环芳烃的δ13C影响较大,但总体上仍未超过未处理标样δ13C值的2倍标准偏差范围。旋转蒸发和氮吹过程对样品中多环芳烃的δ13C影响程度相当,都位于未处理标样δ13C值1倍标准偏差以内的水平。