中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩中金红石微量元素地球化学特征

本文利用电子探针分析了中国大陆科学钻探工程主孔各种类型榴辉岩中金红石的Nb、Cr和Zr含量。Zack等(2002)的金红石Nb-Cr图解表明榴辉岩的原岩均为镁铁质岩,但不同类型榴辉岩具有不同的地球化学特征,即:1金红石榴辉岩、石英榴辉岩、角闪岩和钛铁矿榴辉岩中金红石的Nb和Cr含量大致相同,主孔中上述榴辉岩中金红石的Nb、Cr含量与区域上小焦金红石矿区金红石榴辉岩中金红石的Nb、Cr含量基本相同。总体来讲,区域和主孔榴辉岩中金红石以低Nb为特征,反映它们的原岩为镁铁质岩石。2蓝晶石多硅白云母榴辉岩中金红石具最高的Nb和Cr含量,其Nb和Cr均值分别为720×10-6和712×10-6,多硅白云母榴辉岩中金红石比金红石榴辉岩、石英榴辉岩、角闪岩和钛铁矿榴辉岩中金红石富集Cr。利用Zack等(2004)提出的金红石地质温度计,计算得出金红石榴辉岩的金红石形成温度介于608~746℃,石英榴辉岩的金红石温度介于629~680℃,钛铁矿榴辉岩金红石的形成温度介于629~704℃,蓝晶石多硅白云母榴辉岩的金红石形成温度为600℃,角闪岩的金红石形成温度为629℃。一种可能的解释是,榴辉岩在折返过程中退变质作用明显,流体活动强烈,导致金红石中Zr扩散丢失,金红石中Zr含量不同程度地受到角闪岩相退变质过程中再平衡作用的影响,致使计算的温度偏低。     

CCSD主孔揭示的东海超高压榴辉岩中的金红石：微量元素地球化学及其成矿意义

金红石是榴辉岩中的主要含钛副矿物。中国大陆科学钻探工程主孔100-2000m岩心样品中,金红石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和蓝晶石榴辉岩中都程度不等地含有金红石。金红石既可以与其它矿物一起包裹在主要变质矿物中,也可以呈粒间矿物,但在榴辉岩经受角闪岩相退变质作用过程中,金红石亦会退变为榍石。本文利用电子探针除了分析了金红石的主要元素外,还仔细测量了Nb、Cr、Zr含量。结果显示,Nb平均含量为147ppm,最高含量为670ppm,Cr的平均含量为614ppm,最高含量为3630ppm,低Nb特征(<1000ppm)显示榴辉岩原岩为镁铁质岩石;此外,三类榴辉岩也具有不同的金红石Nb、Cr地球化学特征,即金红石榴辉岩中的金红石表现为低Cr(<500ppm)、Nb变化大(0-670ppm)的特征,多硅白云母榴辉岩中的金红石以中等Cr含量(500-1200ppm)、Nb变化较大(0-480ppm)为特征,而蓝晶石榴辉岩中的金红石显著富Cr(2000-3630ppm),而Nb则非常贫乏(<140ppm)。在总共289个金红石Zr含量数据中,大部分Zr含量分布在150-240ppm之间,均值约为200ppm;利用Zacketal.(2004)提出的金红石温度计,计算得到金红石的形成温度介于690℃和7870℃之间。研究结果表明,金红石的微量元素分析是研究榴辉岩原岩特征及其钛成矿作用的实用方法之一。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中重晶石的发现及其意义

在中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中发现了重晶石。重晶石以包裹体形式保存在石榴子石中,多为浑圆状,表面积平均约250μm2。通过电子探针测试,重晶石中SrO含量大多超过20%,为锶重晶石,其化学分子式为(Ba0.4836~0.6180Sr0.3787~0.4722Ca0.0064~0.0889)S0.9688~0.9963O4。同时还发现榴辉岩中的石榴子石有柯石英假象,温压条件计算表明该榴辉岩的峰期温压条件为696~730℃,2.9~3.2GPa。电子探针成分测定包裹这些重晶石的石榴子石为峰期变质矿物,这进一步说明重晶石也经历过超高压变质。重晶石通常形成于强氧化和高盐度流体作用的条件下,本文的研究表明超高压变质过程中至少出现了一定范围内的强氧化环境和高盐度流体作用,但其地球动力学意义有待进一步研究。     

中国大陆科学钻探主孔100～2000米超高压变质岩中的钛矿化

中国大陆科学钻探工程100～2000m的岩心、矿心的观察、编录揭示主要有经济价值的舍钛相是金红石．其次是钛磁铁矿。主要含矿岩石是普通金红石榴辉岩和石英金红石榴辉岩,其次有多硅白云母金红石榴辉岩,蓝晶石金红石榴辉岩,金红石黑云绿帘纤闪石岩(退变的石榴辉石岩)和金红石-含钒钛磁铁矿榴辉岩。划分了四个矿化层位。金红石在矿层中的含量一般为2％～5％(体积),多高达8％～10％。金红石的TiO2含量在95％(重量)以上,多产于石英榴辉岩、多硅白云母榴辉岩中。钛磁铁矿的TiO2含量在49％～55％(重量),钛磁铁矿多见于黄铁矿-金红石-钛磁铁矿榴辉岩(546～608m岩性段)中,含钛磁铁矿5％～25％,石榴单辉橄榄岩(608～683m岩性段),含钛磁铁矿达5％～10％和第三含矿层中局部黑云绿帘角闪岩夹层内,舍钛磁铁矿可达6％。30个榴辉岩和超铁镁质岩中8种主要造岩矿物148个点的电子探针分析结果揭示：榴辉岩可分为壳源和幔源两大类,钛磁铁矿富含V、Ni、Cr说明来自幔源,大部分金红石则来自壳源榴辉岩,它们的原岩是曾经居留地表的基性火成岩,在深俯冲的过程中经超高压变质成为含柯石英的榴辉岩。岩石薄片中金红石和柯石英的假像共存于同一石榴石或绿辉石晶粒中,也见金红石粒内有“柯石英”假象,这清楚说明金红石结晶于超高压的峰期变质阶段,在后继的变质地体隆升过程中,钛磁铁矿和金红石都有退变质成为钛铁矿和榍石的种种岩石记录,因此,退变质作用势必导致钛矿品位的降低。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中石榴石和绿辉石原位激光探针分析及其成岩成矿指示意义

本文以中国大陆科学钻探主孔0～2000m岩芯中的榴辉岩为对象,运用EMPA和LA-ICP-MS技术,系统测定了榴辉岩中石榴石和绿辉石的主量与微量元素组成,并据此讨论了它们的成岩成矿意义.研究结果表明,CCSD主孔榴辉岩中石榴石富重稀土和Sc、Y、Co,而绿辉石则富中稀土和Pb、Sr、V,石榴石和绿辉石的高场强元素(特别是Nb、Ta)含量均很低.石榴石存在不同程度的Ce负异常,指示榴辉岩的形成过程中卷入有地表氧化条件下形成的风化沉积物.石榴石具有低的Zr/Y比值,绿辉石普遍具有高的Sr含量,这些特征说明榴辉岩(特别是高钛榴辉岩)的原岩可能为遭受过壳源物质混染与交代的富集地幔部分熔融的产物.高钛与低钛榴辉岩中石榴石和绿辉石在主量及微量元素组成上存在一定差别,总体而言,高钛榴辉岩中石榴石具高的MgO含量和较高的MgO/TFeO比值,以及较高的稀土和Sc含量,而绿辉石则相对富TFeO、MnO,并具有较高的Sr、Zr、Hf含量.高钛榴辉岩中石榴石和绿辉石常出现不同程度的Eu正异常,Cr含量均显著低于低钛榴辉岩.综合分析表明,高钛榴辉岩的原岩最可能为富斜长石的辉长质侵入岩,原岩组成的差异应是导致二类榴辉岩中石榴石和绿辉石矿物化学组成存在差异的主要原因.     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩的岩石学研究

中国大陆科学钻探工程5000m主孔位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔0～2000m主要由榴辉岩、片麻岩、石榴石橄榄岩和少量片岩和石英岩组成。累积厚度达1000多米的榴辉岩具有不同的矿物组成、不同的矿物含量和不同的全岩化学成分,可划分成富Si的石英榴辉岩、富Ti的金红石榴辉岩、富Al的多硅白云母和蓝晶石榴辉岩、富Mg的双矿物榴辉岩和具有正常玄武岩成分的普通榴辉岩。榴辉岩的原岩包括基性层状侵入岩和变质表壳岩。榴辉岩全岩成分对石榴石和绿辉石中某些化学组分的含量有明显控制,而且直接影响到变质条件估算的准确性。扩散成分环带的广泛发育表明超高压矿物在早期退变质过程中发生了成分再平衡。这一事实以及具有成分生长环带石榴石变斑晶的存在,为榴辉岩形成在更高温度(>940℃)和更高压力(>4.5GPa)条件下提供了有力的证据。     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩原岩研究及其成因指示

榴辉岩是造山带中最为常见的高级变质岩石,无论是自身还是其原岩均蕴含着丰富的地球动力学信息。以中国大陆科学钻探工程主孔0～2000m范围内揭露的榴辉岩为对象,按其与围岩接触关系,划分为与片麻岩类共生的榴辉岩、与超基性岩毗邻的榴辉岩以及与超基性岩共生的榴辉岩3种类型。据此对比分析了此3类榴辉岩的地球化学组成的差异,提出了这些岩石的原岩可能是由单一岩浆房岩浆经堆晶及分离结晶作用演化而来的基性—超基性杂岩体,物质来源主要为富集地幔物质的部分熔融,其构造环境应位于洋壳对大陆俯冲的消减带,但并非岛弧环境,应是弧后拉张岩浆作用的产物。     

CCSD主孔超高压榴辉岩金红石中的矿物包裹体研究

金红石是榴辉岩中的主要含钛副矿物。中国大陆科学钻探工程（CCSD）主孔100～2000m岩心样品中，金红石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和蓝晶石榴辉岩中都程度不等地含有金红石。金红石既可以与其他矿物一起被石榴石、绿辉石等主要变质矿物包裹，也可以包裹其他矿物。本文利用电子探针技术，对CCSD所揭示的超高压榴辉岩的金红石中的矿物包裹体进行了鉴定和分析。结果显示，绿辉石、富铪锆石、高铝榍石、韭闪石和红闪石、斜黝帘石等矿物包裹体形成于榴辉岩相进变质至峰期变质阶段；随着超高压变质带快速折返，榴辉岩经受强烈的退变质作用，包括金红石、绿辉石在内的多种矿物都经受了退变质作用，与金红石共生的钛铁矿完全或者部分退变成含铁金红石和钛铁晶石。在退变的金红石中，还发现了透辉石＋斜长石后成合晶、低铝榍石、镁绿闪石等退变质矿物组合。     

中国大陆科学钻5 158 m主孔超高压变质岩中的钛矿化

在对位于苏北榴辉岩分布区的中国大陆科学钻探工程（CCSD）5 158 m主孔岩心进行编录、岩矿鉴定及测试的过程可揭示主要有经济价值的含钛相是金红石，其次是钛磁铁矿。主要含矿岩石是：普遍金红石化榴辉岩、石英金红石榴辉岩、金红石含钒钛磁铁矿榴辉岩，其次有多硅白云母金红石榴辉岩、篮晶石金红石榴辉岩、金红石黑云绿帘纤闪石岩（退变榴辉岩）。根据不同的矿化程度和岩性组合，大致分为3大岩性段：（1）0~2 038 m为主孔各类榴辉岩主要产出深度，钛矿化最好、厚度也最大；（2）2 038~3 597 m为主孔弱钛矿化，分布零散，厚度较薄，含10层矿化（视厚度5~24 m不等）的退变-强退变的榴辉岩，主要围岩是榍石-钛铁矿-钛磁铁矿-黑云角闪长英质片麻岩，含白钛矿钛磁铁矿二长片麻岩，构造糜棱岩化或碎裂-角砾岩带发育，其中常见大小不等、晶簇状生长的石英方解石脉体和晶洞； （3）3 597 m~终孔主要为糜棱岩化强弱不同的含钛磁铁矿黑云角闪长英质片麻岩和糜棱岩化角闪黑云二长片麻岩夹角闪-黑云片岩，无榴辉岩，也无钛矿化。但在3 577~4 012 m发现了大量富含稀土矿物的脉体。主孔岩石类型主要有6种： 榴辉岩类，榴辉岩质片麻岩，石榴单辉橄榄岩，二长片麻岩和长英质片麻岩，纤闪石化辉石岩，碎裂岩和糜棱岩类。含钛相矿物有金红石，钛铁矿，榍石，钛斜硅镁石，白钛矿及少量锐钛矿，板钛矿。     

中国大陆科学钻主孔超高压变质岩中钛的矿化作用

在对位于苏北榴辉岩分布区的中国大陆科学钻探工程5158m主孔岩芯进行编录、岩矿鉴定及测试的过程中,对主孔岩芯的钛矿化进行了研究。主要有经济价值的含钛相是金红石,其次是钛磁铁矿。主要含矿岩石是普通金红石榴辉岩,石英金红石榴辉岩,金红石/钛铁矿石榴辉石岩,其次有多硅白云母金红石榴辉岩,蓝晶石金红石榴辉岩,金红石黑云绿帘纤闪石岩(退变石榴辉石岩)。根据不同的矿化程度和岩性组合,将整个主孔大致分为三大岩性段： ① 0～2038m：为主孔各类榴辉岩主要产出、钛矿化最好、厚度最大的地段; ② 2038～3597m：为主孔钛矿化贫化、分布零散、厚度较薄的岩性段,含13层矿化视厚度4～37m不等的退变～强退变的榴辉岩,主要围岩是榍石钛铁矿钛磁铁矿黑云角闪长英质片麻岩以及含白钛矿钛磁铁矿二长片麻岩,构造糜棱岩化或碎裂～角砾岩带发育,其中常见大小不等、晶簇状生长的石英方解石脉体和晶洞; ③ 3597m～终孔：主要为糜棱岩化强弱不同的含钛磁铁矿黑云角闪长英质片麻岩和糜棱岩化角闪黑云二长片麻岩夹角闪黑云片岩,无榴辉岩。但在3577～5150m发现了大量富含稀土矿物的脉体。主孔岩石类型主要有6种： 榴辉岩类,榴辉岩质片麻岩,石榴单辉橄榄岩,二长片麻岩和长英质片麻岩,纤闪石化辉石岩,碎裂岩和糜棱岩类。含钛矿物有金红石,钛铁矿,榍石,钛斜硅镁石,白钛矿及少量锐钛矿,板钛矿。矿石类型可分为13类。文章阐述了含钛相矿物学、金红石化学成分及微量元素特征以及金红石的成矿地球化学特征;讨论了超高压变质成矿及钛物质来源于罗迪尼亚超大陆形成后的新元古代裂解事件中的地幔柱的成矿模式。     

中国大陆科学钻探主孔超高压榴辉岩中绿辉石结构水研究

本文利用傅立叶（Fourier）变换红外光谱技术对CCSD主孔100～3100米深度范围榴辉岩中的绿辉石结构水含量进行了原位分析。结果表明,所有绿辉石都舍有一定的以OH形式存在的结构水,其含量范围为45～784ppm,平均为235ppm。不同榴辉岩绿辉石之间的结构水含量差别较大,而且呈现出明显的空间分布不均一性。相关性分析显示,绿辉石的结构水含量与全岩的Mgo、TFeO、Al2O3,含量成正相关,与NaO成反相关,与绿辉石的NaO、TFeO含量成负相关,与榴辉岩的峰期变质条件无关;与其它类型榴辉岩相比,多硅白云母榴辉岩中绿辉石的结构水含量较高,平均为339ppm。由此推测,超高压榴辉岩绿辉石中所残留的结构水含量很可能与其峰期结构水含量、矿物化学成分和岩石矿物组成有关。     

中国大陆科学钻探工程主孔及周边地区花岗质片麻岩的地球化学性质和超高压变质作用标志的识别

花岗质片麻岩是中国大陆科学钻探工程主孔0-2000m深度范围内出露的主要岩石类型之一,集中分布于1113.14-1596.22m之间,而在0-1113.14m和1596.22-2000m深度范围内主要以“夹层”形式赋存于副片麻岩和(退变)榴辉岩中,夹层的厚度为0.54-5.82m左右。花岗质片麻岩累计厚度430.98m,占2000m岩心的21.55％左右。地球化学研究结果表明,主孔中花岗质片麻岩SiO2含量普遍偏高,为71.55％-77.18％之间,Al2O3含量为11.54％-13.57％。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO含量则明显偏低,其中Fe2O3 FeO总量为1.05％-2.94％,MgO=0.06％-0.59％。CaO含量为0.30％-2.65％。Na2O和K2O含量变化相对较大,分别为0.29％-4.06％和2.90％-6.67％之间,且大多数样品K2O含量高于Na2O含量。稀土元素配分模式具有右倾式的特点,轻稀土相对富集,而重稀土相对亏损,具有强烈的负Eu异常,Eu/Eu=0.21-0.26之间。在标准化蛛网图上,则显示Ta、Nb、P和Ti的明显亏损以及中等-强烈的负Ba异常,Ba/Ba=0.25-O.64之间,平均值为0.45左右。上述主元素、稀土元素和微量元素特征与中国大陆科学钻探预先导孔CCSD-PP1岩心以及东海及其邻区地表露头的花岗质片麻岩的化学成分十分相似,具有A型花岗岩的地球化学特征。采用激光拉曼技术,配备阴极发光测试,确认中国大陆科学钻     

中国大陆科学钻探主孔0～2000米流体剖面及流体地球化学研究

地下深部流体的来源与演化的研究已成为国际地球化学领域的探索前沿和研究热点之一,中国大陆科学钻探(CCSD)为开展深部流体地球化学研究提供了珍贵的样品,构建了探索地下流体的研究平台。中给出了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔He、Ar、N2、O2、H2、CH4、CO2流体地球化学剖面。CCSD主孔CH4浓度的变化与H2浓度的升降没有显相关性;CO2浓度的变化与钻井条件下的氧含量无显相关性;CO2浓度与CH4浓度的关系有三种情况：CO2浓度与CH4浓度不相关、CO2浓度与CH4浓度负相关、或CO2浓度与CH4浓度正相关;氦浓度的增加与CO2和CH4浓度的上升呈现一定的正相关。大气中N2、O2、Ar浓度太高,掩盖了井中N2、O2、Ar气体组分浓度变化,通常情况下N2、O2、Ar浓度变化难以作为深源气体的判据。CCSD流体与KTB流体中氧．氮关系基本一致,氧、氮线性相关(r=0.97),表明这两种气体主要来源于大气。KTB中的CH4与乙烷、N2表现出非常强的线性关系,而在CCSD流体中CH4与乙烷、N2之间不存在线性相关性。两个地区间的流体成因、围岩相互作用机理等方面可能有所不同。在CCSD主孔中,目前已发现存在大量的CO2,及少量CO、CH4、C2H6、C3H8、C4H10和He、N2等气体。已确定300～2000米主孔出现多处来自于地下的气体异常,包括甲烷和C2～C4等烃类气体,一氧化碳与二氧化碳,稀有气体氦。根据流体各组分间相关性研究,可以判定异常中氧主要来源于大气,N2、Ar和CO2有一部分源于大气,一部分来源于地下。在流体显异常时,甲烷等烃类气体、氦、一氧化碳和绝大部分CO2来源于地下。出现显地下流体异常处,在岩石中存在裂隙、晶洞、破裂面、断层;它们作为流体迁移通道或存储空间,可能是流体存在的必要条件。某些CO2和He气异常与碳酸盐和铀矿石等围岩密切相关。     

中国大陆科学钻探主孔揭示的大陆地壳生热模型

本文对大陆科学钻探主孔149块岩心样品进行了系统的岩石放射性生热元素U、Th和K的含量测试,同时结合该井浅部井段前人的实测数据,揭示了上地壳5km生热率的垂向分布。结果显示,以1650m为界,上下两段生热率均随深度呈增加趋势,与正常地壳生热率特征不同,显示出超高压变质带独特的生热率垂向变化特征。结合地壳的岩性分布,建立了苏鲁超高压变质带地壳的生热模型。该模型中,地壳厚32km,其中上地壳0-10km,由超高压变质岩片组成,按岩性又详细分为8层,生热率变化在0．49～1．73μWm^-3。中地壳10～20km,由片麻岩组成,生热率为生热率1．51μWm^-3。下地壳20～32km为麻粒岩,生热率0．31μWm^-3。整个地壳热流约31mW／m^2,其中上地壳12mW／m^2。上地壳厚度和热流分别占整个地壳的31％和39％。与华北和下扬子地壳生热模型相比,上地壳热流整个地壳热流的比例最低。这表明,苏鲁超高压变质带,作为中朝与扬子板块俯冲-碰撞的产物,其地壳生率垂向分布与正常大陆地壳（华北、下扬子）相比,具有显著的不同。     

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．