大别-苏鲁造山带大理岩碳氧同位素地球化学研究

大别-苏鲁造山带的大理岩分布非常广泛,在三叠纪的陆-陆碰撞中,经受了不同程度的变质作用。本文对分布在大别地区北淮阳、苏家河、桐柏、宿松和苏鲁地区张八岭、五莲和坪上等地区的浅变质大理岩进行了碳氧同位素分析。结果发现,除了张八岭大理岩δ~(13)C值出现明显正异常(1‰～8‰)外,其他地区大理岩的δ~(13)C值均处于0±2‰(PDB)范围之内。所有地区大理岩的δ~(18)O值都有不同程度的降低,最低的δ~(18)O值达到4.5‰(SMOW)。与前人对大别-苏鲁超高压大理岩碳氧同位素研究结果相对比,我们发现大理岩δ~(13)C值分布与岩石是否经过超高压没有联系,而主要反映了其原岩沉积的时代和环境,并且其特征可以与发生在新元古代的冰川事件相关联。区域性的δ~(18)O值降低则说明,大部分岩石都经过了流体交换,并且流体的主要成分是水,含碳很少或者不舍碳,因此流体的来源是大气降水,可能与新元古代冰川溶融有关。     

大别-苏鲁造山带榴辉岩的碳同位素地球化学研究

应用EA-MS连线技术，对大别山东部和苏鲁地体南部超高压变质榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳的含量和同位素分析。结果得到，榴辉岩全岩的81^13C值变化较大(-30．7‰至 2．5‰)。而所含磷灰石中结构碳酸根的8^13C值变化较小并显著亏损”C(-28．1‰至-20．8700)。部分榴辉岩具有高的全岩8^13C值，指示其形成后受到过含CO2，流体的退化蚀变。低的磷灰石8^13C值指示，榴辉岩中含有地表有机碳，因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表，在超高压变质阶段存在以亏损”13C为特征的含C02。流体。     

变质锆石拉曼光谱研究--以大别造山带为例

对大别山的道士冲辉石岩、双河榴辉岩和碧溪岭石榴橄缆岩的锆石进行了激光拉曼探针，阴极发光（CL）观察和U、Th等微量元素的微区分析及U－Pb同位素测定，发现锆石拉曼光谱波数和半高宽都能指示其蜕晶化程度，但对于高度蜕晶化锆石，波数已经不再完全适用，而只能通过其特征谱峰半高宽来确定。碧溪岭石榴橄榄岩锆石微区微量元素和拉曼探针分析发现，半高宽和Th/U比正相关，这是由岩浆锆石在变质过程中不同程度的固态重结晶作用造成的，其可能曾经遭受过约220Ma的热事件扰动。双河榴辉岩锆石则可能遭受了流体参与下的变质重结晶作用的影响。锆石重结晶作用是变质岩中锆石年龄和化学组成变化的主要原因。     

浅变质岩在示踪大别—苏鲁造山带大陆板块俯冲与折返过程中的意义

中国大别-苏鲁造山带为大陆板块俯冲形成的碰撞造山带,该带北缘和内部产有原岩时代为新元古代-晚古生代的浅变质岩。这些浅变质岩对应于扬子板块北缘前寒武变质基底和扬子板块北缘古生代大陆架沉积物,形成过程于印支期扬子板块向北俯冲过程中的刮削作用密切相关,与大洋板块俯冲过程中刮削形成的加积楔具有类似的动力学过程。对大别-苏鲁造山带浅变质岩的深入研究,不仅有助于揭示大陆板块俯冲过程中高压-超高压岩石形成与折返过程,而且确定了扬子板块与华北板块之间的缝合线位置位于大别造山带北淮阳带的北部和苏鲁造山带的五莲-蓬莱群的北侧。     

大别-苏鲁造山带榴辉岩及其中磷灰石的碳同位素地球化学

应用EA MS连线技术 ,对大别山东部和苏鲁地体南部超高压变质榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳的含量和同位素分析。结果得到 ,榴辉岩全岩的δ1 3 C值变化较大 (- 30 .7‰～ +2 .5‰ ) ,而所含磷灰石中结构碳酸根的δ1 3 C值变化较小并显著亏损1 3 C(- 2 8.1‰～ - 2 0 .8‰ )。部分榴辉岩具有高的全岩δ1 3 C值 ,指示其形成后受到过含CO2 流体的退化蚀变。低的磷灰石δ1 3 C值指示 ,榴辉岩中含有地表有机碳 ,因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表 ,在超高压变质阶段存在以亏损1 3 C为特征的含CO2 流体。     

桐柏-大别造山带高压变质单元岩石Pb同位素组成

铅同位素组成对于研究构造分区与演化、块体相互作用以及识别地壳中不同块体的上、下层次关系等具有重要意义.桐柏-大别造山带高压变质单元岩石的全岩Pb同位素组成研究表明, 在该造山带不同区段, 高压变质岩系二云钠长片麻岩与榴辉岩具有相似的Pb同位素组成, 表现为上部地壳高放射成因的Pb同位素组成特征, 其中Pb同位素组成为: 206Pb/204Pb=17.599~18.310, 207Pb/204Pb=15.318~15.615, 208Pb/204Pb=37.968~39.143.大别和桐柏地区高压变质岩系Pb同位素组成的一致性进一步证明了大别地区与桐柏地区的高压变质岩系是可以相连的, 它们应属于同一构造单元.高压变质岩系Pb同位素比值总体高于超高压变质岩系, 验证了桐柏-大别造山带扬子俯冲陆壳从下部岩系到上部岩系Pb同位素比值呈规律增长这一Pb同位素化学特征.侵入于高压变质岩系中的面理化(含榴)花岗岩, 其Pb同位素组成与高压变质岩系相比相对较低, 而与超高压变质岩系及其中的面理化(含榴)花岗岩相似, 为: 206Pb/204Pb=17.128~17.434, 207Pb/204Pb=15.313~15.422, 208Pb/204Pb=37.631~38.122.这表明高压变质岩系和超高压变质岩系中的面理化(含榴)花岗岩具有相同的岩浆来源.结合面理化(含榴)花岗岩具有A型花岗岩的地球化学特征分析, 它们的岩浆物质可能来自超高压变质岩折返至中下地壳的减压退变和部分熔融.      

华北地台和秦岭—大别—苏鲁造山带的中生代花岗岩与深部地球动力学过程

近年来的研究证实 ,华北地台和大别—苏鲁造山带的中生代花岗岩与同时代的镁铁质超镁铁质岩有类似的Sr、Nd同位素特点 ,许多花岗岩和火山岩还具有类似埃达克岩的地球化学性质。在此基础上 ,根据现已积累的大量Sr、Nd同位素资料 ,从整个华北地台岩石圈的角度论证了中生代岩石圈地幔富集的性质、富集地幔发生的时代及其形成机制 ,进而探讨了岩浆活动的动力学机制 ,指出本区岩石圈富集地幔的形成是在Pangea超大陆裂解时岩石圈大规模拆沉减薄 ,被拆沉的太古宙古老地壳重循环进入地幔改变了地幔成分所致 ,说明超大陆裂解、岩石圈大规模拆沉减薄和富集地幔形成之间有密切的成因联系 ,超大陆裂解伴随着大陆地壳生长和消亡 (重循环 )的大体平衡。结合全球地震层析资料 ,进一步探讨了由俯冲大洋残片转化的下地壳同古老克拉通地壳物质在花岗岩源区中的重要意义。     

桐柏—大别造山带随县群变质变形作用研究

中新元古代随县群分布于秦岭－大别造山带南部，是一套形成于大陆裂谷环境中的砂页岩－流纹英安质火山碎屑岩建造，并在拉张环境中受到了辉长辉绿岩墙侵入，从新元玳末开始经历了多期变质和变形作用改造，记录了华北与扬子两大陆块及其造山作用的复杂演化历史，以现代变质地质学理论为指导，结合岩石学与构造学，宏观与微观研究，确立了随县群的地质事件序列，其主要有３个变形和变质演化阶段，晋宁期伸展滑脱固态流变，低绿片岩相变     

大别—苏鲁地区超高压变质榴辉岩的氦同位素地球化学研究

大别—苏鲁地区榴辉岩的~3He/~4He比值大部分位于0.056～0.67 Ra之间,在~3He-~4He图上位于陆壳氦与地幔氦的混合部位。碧溪岭榴辉岩的~3He/~4He比值相对较高,为5.6Ra,具幔源岩石的特点。榴辉岩的~3He含量变化较小,大部分位于1.04×10~(-12)～4.94×10~(-12)cm~3STP/g的范围之内,~4He含量变化相对较大,0.28×10~(-6)～30.47×10~(-6)cm~3STP/g;~3He/~4He值较高的样品,~4He含量相对较低;~3He/~4He值较低的样品,~4He含量相对较高。这表明榴辉岩中放射性成因~4He的积累对其~3He/~4He值有重要的影响;榴辉岩形成时的初始~3He/~4He比值较测量值应更高一些,可能更接近地幔氦的分布范围;榴辉     

大别—苏鲁造山带超高压—高压变质岩原位成因的构造证据

大别—苏鲁造山带超高压—高压变质岩的原位或外来成因是长期以来争论不休的问题。研究证明,现今所见的在大别—苏鲁造山带超高压和高压单元中所保留的榴辉岩和其他超高压和高压变质岩石仅占5％～10％,它们不是构造     

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明，苏鲁-大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高，且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别；而莫霍面下凹程度不如大别地区，地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动，与大别地区相比，有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表；然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明，苏鲁-大别地段的造山、演化过程中，在构造运动基本相似的背景下，存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用，有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是，郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NXV—SE向扩张应力场的影响。其中，中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。     

造山带岩石圈化学结构平面图的编制——以秦岭—大别造山带为例

国内外岩石圈化学组成的编图研究还处于探索阶段。笔者从岩石圈化学结构的思路出发 ,提出了编图的 3个地球化学指标 (铅同位素组成、T2DM 和同位素年代学 )和表示方法。以秦岭—大别造山带为例 ,同位素组成图可以反映构造分区和地壳生长历史 ,对造山过程和深部壳幔相互作用也有明确的显示 ;结合地质年代学的资料 ,化学结构平面图具有反映时空演化四维信息的能力。     

秦岭—大别造山带区域地壳Sm-Nd同位素组成及其意义

对秦岭—大别造山带大量Nd同位素资料进行统计,获得了该地区陆壳基底和区域花岗岩类的147Sm/144Nd平均值,分别为0.136和0.108。基于区域资料获得的二阶段亏损地幔模式年龄(T2DM)比用147Sm/144Nd=0.118做参数的计算结果要普遍偏老,两种结果的差异随着模式年龄的偏老明显偏大。本研究获得的该区域地壳147Sm/144Nd组成特征与元素丰度资料之间存在较大差异,结合稀土元素综合对比,表明前人获得的该区域元素丰度资料偏酸性。     

造山带岩石圈化学结构平面图的编制——以秦岭—大别造山带为例

国内外岩石圈化学组成的编图研究还处于探索阶段。笔者从岩石圈化学结构的思路出发 ,提出了编图的 3个地球化学指标 (铅同位素组成、T2DM 和同位素年代学 )和表示方法。以秦岭—大别造山带为例 ,同位素组成图可以反映构造分区和地壳生长历史 ,对造山过程和深部壳幔相互作用也有明确的显示 ;结合地质年代学的资料 ,化学结构平面图具有反映时空演化四维信息的能力。     

大别——苏鲁 造山带石榴石橄揽岩——地幔过渡带的信使

近来,在人们对造山带含柯石英或金刚石榴辉岩如何能从≥90km的深度抬升至地壳浅部进行研究,还未取得一致意见的时候,又有证据显示,这些“超高压”岩石的形成压力实际上还不止2.7~4.0GPa(90~     

俯冲带蛇纹岩变质脱水过程中的Mg、Fe同位素分馏行为:进展与展望

蛇纹岩在俯冲带地球化学循环中发挥着重要作用.蛇纹岩是俯冲带中极富Mg和Fe的矿物,其变质脱水释放的流体含有显著量的Mg和Fe,对俯冲带中Mg、Fe元素的循环及其同位素的分馏行为起着重要作用.蛇纹岩脱水过程中的Mg、Fe同位素分馏特征与不同温度、压力条件下蛇纹岩体系的矿物组合、释放流体的氧化还原状态、流体中Mg、Fe的价态和种型等密切相关.本文在总结俯冲带蛇纹岩的产出特征、稳定性和主要脱水反应的基础上,系统评述了俯冲带蛇纹岩在变质脱水过程中Mg、Fe同位素分馏行为的研究现状和存在的关键科学问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

俯冲大陆熔融:大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩锆石U-Pb年龄和地球化学证据

板块俯冲物质再循环的岩浆岩表现形式,是化学地球动力学研究的核心问题.在海底扩张和板块构造学说发展过程中诞生的化学地球动力学,在研究大洋地质的许多基本问题中已经取得了巨大成功.     

大别-苏鲁造山带橄榄岩记录的碰撞造山过程中地幔楔的地壳交代作用

地壳交代作用是洋壳俯冲带板片-地幔界面的普遍现象,由于地幔楔样品的缺乏,其识别存在困难。而碰撞造山带广泛出露的地幔楔来源的造山带橄榄岩则是理想的研究对象。本文对大别-苏鲁造山带橄榄岩的已有研究成果进行了系统总结。这些成果表明这些橄榄岩在大洋俯冲向大陆碰撞转换的不同阶段经历了多期地壳来源流体的交代作用。地壳交代作用不仅改变了地幔楔橄榄岩的地球化学成分,而且导致了交代矿物的生长以及超镁铁质交代体的形成。这些交代体或作为同碰撞和碰撞后镁铁质火成岩的地幔源区,或将地壳组分传输到深部地幔,或释放流体交代大陆俯冲隧道中的俯冲陆壳。本文对地壳交代作用研究中存在的重要问题和解决思路提出了建议。     

大陆俯冲带的深部流体及变质化学地球动力学——以苏鲁超高压变质带为例

通过苏鲁超高压变质带的岩石学、矿物化学、地球化学和年代学研究,在大陆俯冲带深部流体与变质化学地球动力学方面取得了重要的创新性成果。研究证明大陆俯冲带的深部流体是高氧逸度、富硅酸盐的超临界流体,揭示出超高压变质极端条件下的流体－矿物(岩石)相互作用可以导致不活动元素发生溶解和迁移,可以导致金红石的Nb/Ta之间发生强烈的分异,提出俯冲到地幔深处的超高压榴辉岩是地球内部“隐藏”的超球粒陨石Nb/Ta比值的物质源区,与低球粒陨石Nb/Ta比值的物质源区大陆地壳和亏损地幔在化学成分上形成互补。