CCSD HP-UHP变质岩中石英脉微量元素和稀土元素地球化学

利用等离子质谱(ICP-MS)测定了CCSD HP-UHP变质岩中石英脉及东海水晶的微量元素和稀土元素组成,结果显示其中微量元素总体含量很低,Bb/Sr、Nb/Ta和Zr/Hf变化很大,说明Rb和Sr、Nb和Ta、Zr和Hf之间发生了不同程度的分异,但变质岩未曾发生过广泛强烈的水岩反应.部分样品中Rb和Cs含量特别低,显示CCSD中部分石英脉可能曾经历过超高压变质过程.CCSD石英脉和东海水晶均具有LREE富集而HREE明显亏损的特征,显示其来源主要为壳源.CCSD石英脉中正负Ce异常同时出现,显示板块俯冲前,超高压变质岩的原岩曾在地表较氧化的环境下经历过强烈的风化作用.对比研究显示,CCSD不同围岩中石英脉、地表石英脉和东海水晶的微量元素N-MORB标准化模式和BEE球粒陨石标准化配分曲线,与其各自围岩具有一定的对应相似关系,表明大多数石英脉(水晶)来自于围岩,同时显示板块俯冲和折返所释放的流体活动范围较小,没有发生大规模的迁移.     

CCSD中HP-UHP岩石稀有气体同位素地球化学及其对板块折返过程的示踪意义

利用高真空气相质谱系统测定了CCSD中HP-UHP变质岩中主要造岩矿物流体包裹体的稀有气体同位素组成,得出其3He/4He为(0.004~0.775)×10-6,相应R/Ra为0.003~0.553,40Ar/36Ar变化较大,为316.2~11358.8,高于大气40Ar/36Ar(295.5);20Ne/22Ne和21Ne/22Ne分别为9.47~12.4和0.026~0.051,而134Xe/132Xe和136Xe/132Xe分别为0.376~0.484和0.324~0.416,均高于其相应大气值。CCSD中HP-UHP岩石主要造岩矿物的He-Ar、Xe和Ne等同位素组成清楚显示其中流体包裹体主要由地壳变质流体和少量大气饱和水组成,而深源地幔流体组分很低,其中He主要来自地壳,Ar主要由壳源放射性成因40Ar*和少量(平均32.6%)大气Ar混合组成,少量Ne和Xe可能来自地幔。CCSD中HP-UHP岩石具有F40Ar相似文献   

CCSD(0～5158m)HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体研究

本文对中国大陆科学钻探(CCSD)0～5158m HP-UHP变质岩石英脉中流体包裹体进行了研究,通过冷热台与拉曼光谱测定发现其中含有4种流体包裹体(Ⅰ型)盐水溶液包裹体,并进一步分为高盐度盐水溶液包裹体(Ⅰa型)、中高盐度盐水溶液包襄体(Ⅰb型)、中等盐度盐水溶液包裹体(Ⅰc型)和低盐度盐水溶液包裹体;(Ⅱ型)N2-CH4纯气相包襄体;(Ⅲ型)含方解石子矿物的流体包裹体;(Ⅳ型)CO2-NaCl-H2O包裹体及纯CO2包裹体.其中Ⅲ和Ⅳ型流体包裹体是CCSD石英脉中首次发现.Ⅰa、Ⅰb型流体包裹体主要以原生的形式赋存在榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中,它们主要是被捕获于折返早期高压变质重结晶阶段;Ⅰc和Ⅰd两类包裹体则主要以次生的形式赋存于榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中.说明它们是在超高压变质岩折返过程的较晚阶段捕获的.以原生形式出现的含方解石子晶及CO2包裹体,指示部分石英脉及其围岩可能经历过超高压变质作用甚至麻粒岩相阶段.CCSD中的石英脉可能主要形成于折返早期高压变质重结晶阶段,其中的HP-UHP岩石在板决折返及其以后退变质过程中释放出的变质流体活动范围有限,没有经历大规模的流动或迁移.     

CCSD HP-UHP变质岩中石英脉和东海水晶流体包裹体惰性气体同位素组成及其成因指示意义

中国大陆科学钻探（CCSD）岩心中存在大量石英脉和长英质脉体，关于其成因目前存在板块折返过程中的减压和流体释放以及后期流体穿插等不同成因观点。本文利用高真空气相质谱系统分析了CCSD石英脉和东海水晶流体包裹体中惰性气体同位素组成，其He-Ar、Xe和Ne同位素体系均清楚显示它们主要由地壳变质流体和大气饱和水组成，而基本不含深源地幔流体。在CCSD900～1500m深度的石英脉流体包裹体出现^40Ar／^36Ar和δ^18O同步下降，且与前人对CCSD中HP-UHP岩石的矿物原位δ^18O测定结果变化趋势相似，说明该段原岩在板块俯冲前曾与大气降水发生较为充分的水／岩反应，石英脉继承了围岩的同位素组成特征。流体包裹体惰性气体同位素组成显示CCSD中石英脉和东海水晶可能具有相似的成因，它们均主要形成于HP-UHP岩石在板块折返到地壳中的压力降低和流体释放过程。CCSD HP-UHP岩石及其石英脉中基本不合地幔流体的原因在于本区印支期快速的俯冲和折返过程，被俯冲地壳物质无法与地幔进行充分的同位素交换。此外，退变质作用及其伴生的地壳流体也进一步减弱了HP-UHP岩石中的地幔流体信息。     

CCSD HP-UHP变质岩石英脉和东海水晶中有机包裹体的发现及其意义

荧光显微镜下观察、激光拉曼和显微红外测试,首次在CCSDHP-UHP变质岩石英脉和东海水晶中发现了含有沥青和烃类的有机包裹体,进一步证实大别-苏鲁超高压变质带曾经历了快速的俯冲与折返过程,俯冲板块沉积物中的有机质未能充分地演化和成熟。俯冲板块在进变质过程中强烈脱水,释放出含烃流体,并被在板块抬升及其伴随的减压重结晶和退变质过程中形成的石英脉和水晶体所俘获。     

中国大陆科学钻探（CCSD）HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体δD-δ^18O同位素组成及其意义

流体包裹体δD-δ^18O同位素测定显示CCSD石英脉具有较稳定的氢同位素（8D=-97‰～-69‰）和相对较低且变化较大的氧同位素组成，其矿物δ^18O为-1．9‰-9．6‰，相应流体的δ^18O为-11．66‰～0．93‰，说明其变质岩围岩在板块俯冲前曾在地表与大气降水发生过程度不同的水／岩反应，而石英脉继承了其各自寄主变质岩的δ^18O组成；在CCSD纵向上，石英脉的δ^18O同位素组成出现“∑”型变化，分别在900m～1500m和2700m出现极低值，而在1770m和4000m出现高正值，说明CCSD变质岩原岩在俯冲前与大气降水间的水／岩反应受到局部侵入的岩浆岩带来的高温和构造空间的控制；CCSD中石英脉δ^18O在纵向上的变化基本同步于其寄主围岩变质矿物的δ^18O组成变化，说明石英脉与其他变质矿物一样．也经历了HP，甚至UHP变质，但其主体应形成于板块折返过程中HP-UHP岩石的减压重结晶及退变质；CCSD石英脉、东海地表石英脉或水晶矿的δD-δ^18O同位素值分布的不均一性，说明HP-UHIP岩石在板块折返及其后退变质中释放出的流体活动范围有限，没有经历大规模的流动或迁移。东海水晶的流体包裹体δD-δ^18O组成与CCSD石英脉相似，显示它们的成因基本一致，主要形成于晚三叠世板块折返过程。     

CCSD超高压变质金红石U-Pb定年及其约束意义

本文尝试性地对来自中国大陆科学钻探(CCSD)主孔及地表的超高压(UHP)变质榴辉岩中的金红石进行了U-Pb定年研究,初步获得了211±22Ma的等时线年龄,这是苏北地区榴辉岩型金红石矿床的第一个直接的年龄结果,结合前人在大别山地区获得的首个准确的金红石U-Pb年龄218Ma及金红石U-Pb体系大约500℃的封闭温度分析,该年龄代表的是UHP变质峰值期后板块折返过程的冷却年龄,峰值期形成的金红石在此时发生了变质重结晶作用.此年龄对整个苏鲁UHP变质地体的俯冲-折返历史及本地区榴辉岩型金红石矿床的形成过程都有重要的约束意义.     

中国大陆科学钻探（CCSD）榴辉岩磷灰石脉体中铁的氧化物、重晶石和独居石出溶物的发现及其意义

CCSD主孔榴辉岩等UHP岩石中存在团块状到不规则脉体状的磷灰石集合体，它们多与石英脉共生，显微镜下观察发现这些磷灰石脉体存在大量出溶物，电子探针和激光拉曼光谱仪联合测定显示磷灰石主要为氟磷灰石，其中出溶物主要有四类：A．不规则状的磁铁矿和赤铁矿的连生体；B．针状赤铁矿；C．板状到菱型的独居石；D．针状锶重晶石。A类出溶物的延长方向平行于磷灰石的C轴，长度介于10～50μm；B类主要沿磷灰石的C轴方向排列，宽仅为0．5～2μm，多数在1．5μm左右，长度变化较大，为6～50μm；C类独居石出溶体宽约6～10μm，多为6μm，长约50～75μm；D类锶重晶石主要与B类赤铁矿出溶物共生，宽多1．5μm左右，长约60～70μm。其中A，B和D类出溶物是在磷灰石中首次发现。四类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。CCSDUHP岩石中氟磷灰石脉体的存在及其铁氧化物、磷酸盐和硫酸盐出溶体的发现，显示UHP岩石在折返的过程中，快速减压曾造成矿物的分解和大量出溶体的形成，伴随脱水和SiO2等硅酸盐熔体的出溶，还存在少量的磷酸盐熔体，同时可能曾经有铁氧化物的熔浆的加入。磷灰石中铁氧化物等出溶物的出溶是在氧逸度较高的环境下进行的．     

中国大陆科学钻探（CCSD）高压超高压变质岩中石英脉流体包裹体初步研究

初步的岩相学和冷热台显微测温表明，CCSDHP—UHP岩石中石英脉和后期碳酸盐脉中含有3种流体包裹体：盐水溶液(NaCl-H2O)包裹体(Ⅰ类)、NaCl-CaCl2-H20(Ⅱ类)和N2-CH4纯气相(Ⅲ类)包裹体，其中Ⅰ类盐水溶液包裹体可进一步分为中高盐度盐水溶液包裹体(Ia)、中等盐度盐水溶液包裹体(Ib)和低盐度盐水溶液包裹体(Ic)，而Ⅲ类为CCSD中首次发现：Ia、Ib和Ⅱ型流体包裹体主要以原生或假次生形式赋存在榴辉岩的石英脉或石英颗粒中，在角闪岩相的片麻岩及其石英脉中均未观察到，显示它们可能主要被捕获于榴辉岩的减压重结晶或退变质阶段，而Ic型包裹体分布广泛，表明其主体可能是在超高压变质岩折返过程的最晚阶段捕获的；N2-CH4纯气相包裹体均为原生包裹体，主要呈孤立和小群状与Ia和Ib类包裹体分布于榴辉岩中条带状石英脉中，可能主要是在高压-超高压榴辉岩相变质条件下被捕获的；CCSD榴辉岩中石英脉的主体形成于板块折返有关的减压重结晶和退变质，而片麻岩中石英脉则主要来源于角闪岩相及其后期退变质作用；榴辉岩和片麻岩中石英脉流体包裹体的组成和地球化学特征存在明显区别，但它们各自相似于其寄主岩石中的石英颗粒中包裹体，说明CCSD中HP—UHP岩石在板块折返过程中释放出的变质流体没有经过大规模的迁移。     

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。     

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。     

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。     

Deep root of a continent-continent collision belt: Evidence from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole in the Sulu ultrahigh-pressure (HP-UHP) metamorphic terrane, China

The Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole, which reached a depth of 5158 m in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic terrane, provides a new window into the deep root of a continent-continent collision belt, and the tectonic processes by which supracrustal material is recycled into the mantle by subduction and then uplifted to the surface. Major research themes of the CCSD project were to: (1) determine the three-dimensional composition, structure and geophysical character of the deep root of this orogenic belt; (2) investigate the nature and timing of the UHP metamorphism; (3) investigate the processes of crust-mantle interaction involved in the formation and exhumation of the UHP rocks; (4) study the process of fluid circulation and mineralization during subduction and exhumation; (5) study the rheological properties of the various rocks during subduction and exhumation; (6) develop and refine dynamic models for deep subduction and exhumation of crustal rocks, and (7) establish a long-term, natural laboratory for the study of present-day crustal dynamics (e.g., stress, strain, fluid activity). The CCSD has developed precise oriented profiles of the main borehole in terms of lithology, geochemistry, oxygen isotopes, zircon SHRIMP U-Pb ages, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages, deformation, rheology, mineralization, physical properties of the rocks, petrophysical logs, seismic reflections and underground fluids. The present paper summarizes the integrated research results of this project, especially the new findings concerning the deep root of a continent-continent collision.     

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。