超高压变质流体的组成与演化：中国大陆科学钻探工程主孔岩心的流体包裹体研究

中国大陆科学钻探工程主孔位于大别-苏鲁超高压变质带东段的江苏东海县,孔深为5100m,其上部2050m钻遇的岩石主要为榴辉岩,其次是正、副片麻岩、石榴橄榄(辉石)岩以及少量片岩和石英岩。它们经历了超高压变质作用和随后的角闪岩相退变质作用。通过对上述各种岩石的详细流体包体观察和RAMAN光谱分析,发现了五种不同成分的流体包裹体:(1)中-低盐度水溶液包裹体(Ⅰ型),呈原生的孤立和小群存在于榴辉岩和片麻岩锆石的岩浆核和超高压变质边缘,或存在于绿辉石、黝帘石和被绿辉石包裹的方解石和石英中,偶尔呈出溶包裹体产于磷灰石中,而主要沿绿辉石、石榴石、蓝晶石、黝帘石和石英等矿物的穿颗粒裂隙分布;也呈孤立和小群产于切穿榴辉岩的方解石脉和片麻岩重结晶石榴石和绿帘石中;(2)CO2(±CH4)-H2O包裹体(Ⅱ型),存在于锆石的岩浆核和变质边缘,或沿石英裂隙分布;(3)含石盐±SiO2±CaCO3的复杂盐水包裹体(Ⅲ型),呈原生流体包裹体产在榴辉岩的绿辉石中,与石英出溶棒一起平行于绿辉石的C轴分布,或产在石榴辉石岩透辉石的晶内裂隙中;(4)富CO2包裹体(Ⅳ型),在榴辉岩的石英中随机分布;(5)单气相包裹体(Ⅴ型),沿各种矿物穿颗粒裂隙分布。流体包裹体产状及其与捕获时代关系表明,Ⅰ型和Ⅱ型包裹体可以出现在超高压变质岩原岩、峰期变质和退变质各阶段。Ⅲ型包裹体出现在超高压变质岩的早期减压退变质阶段。而Ⅳ型和Ⅴ型包裹体主要形成于角闪岩相及更晚的退变质阶段。本研究的主要认识是:(1)低盐度H2O和CO2流体在进变质、超高压变质和退变质作用各阶段均有存在,这表明在整个超高压变质演化过程中流体具有继承性。(2)超高压变质岩原岩和角闪岩相退变质岩中存在较丰富的流体包裹体,但在超高压峰期捕获的流体包裹体却很少见,这表明丰富的原岩流体或在超高压进变质过程中被排出岩石体系,或进入含水超高压矿物和结合进名义无水矿物。(3)复杂成分原生流体包裹体的发现证明在超高压变质峰期后的早期减压退变质阶段存在一种高盐度似熔体流体,名义上的无水矿物在超高压条件下可以保存相当量的流体,并在退变质过程中分离出来,产生流体-岩石相互作用。(4)角闪岩阶段的流体包裹体具有各种不同的化学组成,且在局部富集,推测可能有部分外部加入的流体。(5)流体包裹体类型、丰度和成分在不同岩石类型中和不同钻孔深度都存在明显差异,表明超高压变质作用过程中没有大规模的透入性流体活动。(6)根据超高压变质峰期包裹体等容线得到的压力值大大低于根据矿物温压计获得的近峰期变质压力,这表明包裹体的密度在捕获后发生了改变。这些改变是由于流体渗漏、部分爆裂和流体-岩石相互作用所引起。     

高压-超高压变质岩石中不同成因的石榴石

石榴石是高压-超高压变质岩石中最重要的变质矿物之一,是研究俯冲带深部变质和熔融过程的理想研究对象.通过对俯冲带内不同条件下形成的石榴石进行详细研究,确定了岩浆成因、变质成因和转熔成因石榴石.岩浆石榴石是岩浆熔体在冷却过程中结晶形成,成分主要为锰铝榴石-铁铝榴石,通常含有石英、长石、磷灰石等晶体包裹体.变质石榴石是在亚固相条件下通过变质反应形成,包裹体为参与变质反应的矿物组合;进变质生长的石榴石通常显示核部到边部锰铝榴石降低的特征.转熔石榴石是在超固相条件下通过转熔反应形成,通常含有晶体包裹体,其中既有从转熔熔体结晶的矿物包裹体,也有转熔反应残留的矿物包裹体.对超高压变质岩石中转熔石榴石的识别,可以为深俯冲陆壳岩石的部分熔融提供重要的岩石学证据,是大陆俯冲带部分熔融研究的重要进展之一.      

地壳深熔条件下的转熔矿物研究进展

地壳深熔作用有两种形式,即流体相缺乏的脱水熔融和流体相存在的加水熔融。由于地壳岩石中水含量的差异(岩石中含水矿物的丰度和外来水的加入量),岩石发生不同形式的部分熔融所需要的温度和压力条件有很大差异。转熔矿物是岩石发生不一致熔融的产物,在形成过程中携带了地壳深熔源区物质和熔体的大量信息,是追溯高温变质岩石经历深熔作用的最可靠依据。它们与高级变质岩中残留的变质矿物和岩浆或熔体中结晶的岩浆矿物具有明显不同的来源,分别代表了岩石曾经历的不同演化历史。通过对不同成因的矿物进行矿物结构、包裹体、主量元素、微量元素和同位素以及共生矿物组合等多方面的综合考察,可以有效识别出高级变质岩中的转熔矿物、变质残余矿物和岩浆矿物。准确识别高温-超高温变质岩以及花岗岩中不同成因的矿物相,是研究高温变质作用的前提条件,对研究混合岩和S型花岗岩的成因都起着非常重要的作用。     

西峡-内乡地区秦岭岩群变质独居石和锆石的U-Pb定年

西峡-内乡地区位于北秦岭造山带东部, 出露黑云斜长片麻岩、变质砂岩、石英片岩、石墨大理岩、石榴角闪岩等变质岩石。激光拉曼测试表明,变质岩锆石与独居石包裹体中, 未发现高压-超高压变质特征矿物。值得注意的是,显微岩相研究也未见到多期变质作用的证据。对变质独居石和变质锆石进行的LA-ICP-MS U-Pb定年表明, 副变质岩记录的变质高峰期时代为414~405Ma, 石榴角闪岩记录的变质高峰期时代为401~379Ma, 属晚志留世-中泥盆世。区内岩石普遍经历了角闪岩相变质作用, 变质高峰期P-T条件为660~710℃/0.53~1.02GPa, 属于中压变质相系。不同变质岩的变质高峰期压力条件差异明显, 说明这些岩石俯冲深度不同, 在折返阶段才以构造岩片的形式混杂在一起。各种变质岩中退变质矿物组合普遍不发育, 暗示抬升速率较快。     

江苏东海预先导孔（CCSD-PPl）超高压岩石变质流体及其演化

中国大陆科学钻探工程预先导1孔(CCSD-PPH1)位于大别—苏鲁超高压变质带东段的江苏东海县,孔深为432 m,其岩心为一套变质表壳岩、花岗质片麻岩和镁铁-超镁铁质侵入岩。它们经历了超高压变质作用和随后的角闪岩相退变质作用。这些岩石中存在四类流体包裹体:①中高盐度CaCl_2-NaCl-H_2O包裹体(Ⅰ型),宿主为榴辉岩中的石榴子石、绿辉石和蓝晶石石英岩中的蓝晶石,可能代表了峰期变质流体;②H2O-CO_2(±N_2)-NaCl±固体的包裹体(Ⅱ型),宿主为榴辉岩中的石英和蓝晶石石英岩中的蓝晶石,可能为超高压岩石折返和退变质期间带入岩石的流体;③中—低盐度水溶液包裹体(Ⅲ型),产于蓝晶石石英岩、榴辉岩和片麻岩中。蓝晶石石英岩中的包裹体是部分继承了俯冲阶段变沉积岩脱水-脱挥发分流体;榴辉岩和片麻岩中的中-低盐度水溶液包裹体主要是角闪岩相退变质期间或更晚期捕获的;④中-低密度的富CO_2包裹体(Ⅳ型),沿蓝晶石石英岩石英中的(切)穿颗粒裂隙分布。根据包裹体显微测温数据,从Ⅰ型包裹体的等容线得到的压力值大大低于根据矿物温压计获得的压力。这表明大多数Ⅰ型包裹体的组成和密度在捕获后均发生了不同程度改变。这些变化包括渗漏、部分爆裂和流体-岩石相互作用等。流体包裹体研究也表明本区超高压变质作用峰期流     

苏北青龙山超高压变质榴辉岩流体包裹体特征与流体演化

根据青龙山超高压变质榴辉岩中流体包裹体的化学成分、矿物中的分布特征将岩石中的流体包裹体分为五类,即富N2包裹体、高盐度(22.4-略大于23.2wt%NaCl)的NaCl CaCl2 H2O体系流体包裹体、中高盐度(12.6-16.0wt%NaCl)的含Mg2 或Fe2 的NaCl H2O体系流体包裹体、中等盐度(6.4-10.5wt%NaCl)水溶液包裹体和低盐度(3.3-0.2wt%NaCl)的水溶液包裹体。富N2包裹体形成于超高压变质峰期阶段,高盐度的流体包裹体形成于超高压变质岩折返早期固体出溶体出溶阶段,中高盐度的流体包裹体形成于高压变质重结晶作用阶段,中等盐度的流体包裹体形成于角闪岩相变质重结晶作用阶段,低盐度的流体包裹体形成于折返晚期的绿片岩退变质作用阶段。超高压变质峰期阶段和折返早期的高盐度流体和中高盐度的流体主要来自继承原岩中的流体(如含NH4 矿物分解或片麻岩原岩中的有机质分解,名义上无水矿物中羧基水的出溶),晚期角闪岩相退变质阶段的中等盐度的流体除名义上无水矿物中羟基水的出溶外还有外来流体的加入,绿片岩相退变质作用阶段的流体主要为外来流体。     

高压超高压变质作用中的流体

文章强调了高压和超高压变质岩中流体包裹体的研究意义，重点论述了几个问题：（１）高压和超高压变质岩中流体包裹体的成分以含Ｎ２量高为特点，在大别山含柯石英榴辉岩中找到的高压榴辉岩阶段捕获的原生包裹体，其中气相组分含ＣＯ（摩尔分数）为１４％，表明流体来源于深部。原生流体包裹体的保存，要求在ｐ－Ｔ区间内的抬升轨迹与等容线近于平行。（２）在大别山高压和超高压榴辉岩中首次确认熔融包裹体的存在，由硅酸盐玻相和以ＣＯ２为主要成分的气相组成，并发现熔融包裹体中的玻相成分与主矿物相近。（３）高压和超高压变质期间的局部流体迁移可由榴辉岩中流体包裹体和矿物同位素成分（Ｈ－Ｃ－Ｏ）来显示。（４）高压和超高压变质中流体－熔体－岩石（矿物）相互作用是一个非常复杂的过程，并证实在榴辉岩相ｐ－Ｔ条件下岩石的部分熔融。（５）变质流体的成分与变质级之间存在着相关关系。     

超高压变质矿物中的多相固体包裹体研究进展

大陆碰撞过程中熔/流体的组成和演化是研究大陆深俯冲动力学的重要内容,而超高压岩石记录了大陆俯冲和折返过程中的熔/流体-岩石相互作用,因而是研究大陆碰撞过程中熔/流体组成和演化的天然实验室。大陆俯冲带高压/超高压变质矿物中多相固体包裹体作为熔/流体活动的直接记录,为我们提供了揭示超高压变质过程中熔/流体演化的重要制约。近年来,围绕超高压岩石中多相固体包裹体的形成时间、演化过程及其所反映的俯冲带超高压变质熔/流体的组成和性质,进行了大量的研究工作。超高压岩石中多相固体包裹体的发现,为理解峰期超高压变质流体的组成和演化提供了重要制约,同时也为研究俯冲板片-地幔楔界面的熔/流体交代作用提供了新的途径。本文从多相固体包裹体形成机制、结构形态特征、矿物化学成分及其地质地球化学意义等方面,对于超高压变质岩中多相固体包裹体的研究现状和存在的问题进行系统地总结和探讨,以期促进多相固体包裹体的岩石学和地球化学研究。     

鄂北高压榴辉岩相变质带的变质、变形和流体演化

大别高压超高压变质带从南到北可分成四个带,它们是绿帘蓝片岩带、高压榴辉岩带(南带)、超高压榴辉岩带和高压榴辉岩带(北带).高压榴辉岩相变质带以蓝闪石榴辉岩为代表,并出现多硅白云母、绿帘石、石英、金红石和锆石等变质矿物. 石榴石中含有前榴辉岩相变质形成的矿物包体,并具典型的进变质成分环带.高压榴辉岩中保存了其进、退变质作用全过程中的岩石学和构造信息,即在挤压体制下,表壳岩石经绿帘角闪岩相到榴辉岩相进变质作用和强烈韧性变形;在继续挤压逆冲机制下高压变质岩的大幅度折返,从壳幔边界上升到地壳中、浅层次,并发生绿帘角闪相退变质作用和多期韧性变形;在伸展体制下经滑脱、断块升降、差异抬升高压变质岩块体暴露到地表,并发生绿片岩相退变质作用和韧-脆性变形.高压变质作用过程中存在广泛的流体-岩石相互作用, 气液包裹体和高压含水矿物的稳定产出,是最有力的证据.流体的成分、含量、迁移形式控制着变质反应,是影响高压变质岩形成与保存的热力学和动力学条件.     

(哈萨克斯坦北部)科克切塔夫地块超高压变质岩石中稀土元素和痕量元素的变异

本文报导了科克切塔夫地块Zerendin岩系变质岩中的同位素地球化学数据。这些岩石的部分石榴石中含有金刚石包裹体以及其它指示超高压变质作用的矿物,其变质条件与上地幔P-T参数一致,即P>4.0GPa,T>900～1000℃。含金刚石岩石(DBR)的成分明显不同于其它地壳岩石以及Zerendin岩系中不含金刚石的岩石。DBR具有不同的La_N/Yb_N比值(0.1～5.4)及均一的REE配分,而不含金刚     

喜马拉雅超高压变质作用

喜马拉雅超高压变质带主要由表壳岩石组成,其中的长英质变质岩已经全部退变质,只在基性的榴辉岩中保留有某些超高压变质矿物.这些超高压变质矿物在锆石、石榴石及其他一些化学和机械性质稳定的矿物中以微米级的包裹体形式产出.到目前为止,已经在Tso Morari结晶穹隆和上Kaghan谷高喜马拉雅结晶岩中发现了超高压指示矿物柯石英和多晶石英假像.这2个地区同属一个超高压变质带,具有相似的构造背景、岩石组成及变质年龄.Kaghan谷超高压变质岩形成条件为700～770°C和2.7～3.2 GPa,相当于90～110 km 的上地幔深度,形成年龄为(46.2±0.7) Ma.Tso Morari结晶穹隆中超高压变质岩的形成条件约为750°C和3.9 GPa,形成年龄为(48±1) Ma.上述超高压变质带在其折返过程中普遍经历了强烈的水化和角闪岩相退变质作用.研究表明,印度大陆地壳俯冲的垂向速率为1.1～1.4 cm/a,水平速率为4.5 cm/a,俯冲到约100 km深度时的平均俯冲角度为14～19°.     

新发现 新观点

变质岩中发现金刚石据N·V·索波列夫等报导,近年在苏联北哈萨克斯坦的科克切塔夫地块含镏辉岩的变质岩区,于一些变质的石镏石、辉石和锆石颗粒中见到了同源的微金刚石包裹体,并对该变质杂岩中镏辉岩的矿物成分作了研究。     

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。     

高级变质作用与金矿床形成关系探讨(以内蒙古乌拉山金矿床为例)

内蒙古乌拉山金矿床产在上太古界乌拉山群高级变质岩系中.高级变质作用并没有引起岩石中金丰度的降低.相反,由于地幔的排气而注入部分金.金可以类质同象、显微包裹体等形式进入矿物以及呈弥漫状态在岩石中被保存下来.金主要初步富集在与高级变质作用相伴生的超深层高温韧性剪切变质变形带中.     

喜马拉雅造山带片麻岩中石榴子石的多期生长

石榴子石是高级变质作用的重要矿物之一,能够保留成分环带和不同变质阶段的矿物或流体包裹体,为示踪寄主岩石经历的变质演化历史提供重要信息。本文对采自雅拉香波片麻岩穹窿内高级变质岩中石榴子石进行了详细的包裹体成分、主量元素环带和微量元素特征的研究,揭示出石榴子石黑云母片麻岩至少记录了五期岩浆或变质热事件。第Ⅰ期石榴子石为来源于源区的岩浆型石榴子石。第Ⅱ期、第Ⅲ期和第Ⅳ期石榴子石为变质型石榴子石,但不同期次变质作用的温压条件和生长介质、矿物组合不同。第Ⅴ期石榴子石为转熔型石榴子石,是黑云母脱水熔融形成,记录了喜马拉雅造山过程早期加厚地壳条件下的深熔作用。喜马拉雅造山带变质岩中石榴子石具有复杂的成因机制和演化历史,在应用石榴子石进行变质作用研究时,需要仔细甄别,否则会得到错误的结论。     

高压-超高压变质岩石中石榴石的环带和成因

在俯冲带变质过程中,石榴石是高压-超高压变质榴辉岩和片麻岩的常见变质矿物。由于石榴石具有难熔和流体中的低溶解能力的特点,通常可以很好地保存下来,并且能够保留复杂的化学成分环带,以及不同类型的矿物或流体包裹体,为解释石榴石寄主岩石经历的变质演化历史提供了重要信息。石榴子石的主微量元素成分受控于很多因素,如全岩成分、变质的温压条件、控制石榴子石形成的相关变质反应、与石榴子石共生的矿物种类和成分等。因此,在利用石榴石探讨超高压变质的演化历史时,对石榴石进行系统的主要元素、微量元素、氧同位素以及矿物包裹体分析,以及相互间的成因关系。同时,对石榴石中的锆石或独居石包裹体并进行原位U-Pb定年和微量元素分析,可以为变质石榴石的形成时代提供直接的时间制约。深入研究超高压变质岩中石榴石的生长阶段,不仅可以为含石榴石寄主岩石的变质过程提供岩石学和地球化学证据,而且对于理解石榴石的形成机制、生长规律及其变质化学动力学过程具有重要的科学意义。     

变质流体研究的意义和途径

变质流体作为变质岩石的重要组成部分,以流体包裹体的形式被圈闭在矿物中。它是变质作用过程峰期变质阶段矿物结晶时而封存的与矿物处于平衡状态的流体相。流体包裹体是矿物结晶时流体环境的唯一真实和客观的记录。是唯一能够获得的变质过程流体性质和物化条件的实际样品。流体包裹体的观察和认识随着岩石学研究的进展早已开     

庐山星子群变质流体的包裹体研究

庐山星子群沉积变质岩中发育平行区域片理的石英脉和长英质脉体,这些脉体的石英晶体内富含原生的流体包裹体,包括低盐度的含液体ＣＯ２包裹体、液体包裹体、纯ＣＯ２包裹体和高盐度含子矿物包裹体。它们与中生代伟晶岩脉体中包裹体在均一温度、盐度和ＣＯ２密度等方面的明显差异和变质脉体中含液体ＣＯ２包裹体的等容线位置,表明变质脉体石英中的流体包裹体是在变质作用期间被捕获的部分变质流体,进一步证实了脉体是与变质作用同     

渤中凹陷19--6区太古界潜山变质岩岩石类型及鉴别特征

渤中凹陷19—6区域现有钻井揭示,研究区太古界潜山变质岩岩石类型主要有区域变质岩和动力变质岩2类,常见的7种岩性为变质花岗闪长岩、变质二长花岗岩、花岗闪长质片麻岩、碎裂变质花岗闪长岩、碎裂变质二长花岗岩、长英质碎斑岩和花岗闪长质初糜棱岩。笔者从岩石矿物成分及组合、结构构造等方面详细描述了这7种变质岩及其鉴别特征,在此基础上研究几种变质岩与裂缝之间的关系,结果表明其中的变质二长花岗岩与花岗闪长质片麻岩裂缝密度相差 2倍,研究显示不同岩石矿物成分尤其是暗色矿物的含量与岩石产生裂缝能力有关。     

黑金刚石可能是早期陨石冲击地壳岩石形成的金刚石集合体

黑金刚石(Carbcnado)是不规则的金刚石多晶集合体,产于砂矿和低级变质岩中.其特征为细粒.碳同位素比值低,含多种地壳物质的包裹体(硅酸盐、磷酸盐、氧化物),缺乏与上地幔金刚石伴生的特征性矿物.我们认为:所有这些特征以及黑金刚石中六方金刚石的存在,均可能是含有机碳或含石墨派生物的地壳岩石(包括太古代和元古代的岩石)经冲击变质作用的结果.