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。     

金红石U-Pb同位素定年技术研究

本文系统阐述了金红石U-Pb同位素定年的同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)和激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS)两种方法,讨论了这两种方法的优点和局限性.利用LA-MC-ICP-MS验证了山西代县洪塘金红石矿区金红石的U-Pb同位素年龄的均一性;利用ID-TIMS对洪塘矿区金红石进行了U-Pb同位素精确定年,获得207pb/206 Ph表面年龄加权平均值:1806±2 Ma(MSWD=2.3,n=6),不一致线的上交点年龄:1808±7 Ma(MSWD=0.20,n=6);并对金红石ID-TIMS U-Pb同位素测年和LA-MC ICP MS U-Pb同位素测年结果进行了对比研究.利用高精度的ID-TIMS U-Pb同位素测年和LA-MC-ICP-MS U-Ph同位素测年方法均有望获得准确可靠的金红石形成年龄.     

拉萨地块东南缘晚白垩世高温变质作用及其地质意义:来自石英出溶金红石的证据和锆石U-Pb定年

文中对拉萨地块东南缘林芝杂岩中的含榴斜长角闪岩进行了详细的岩相学研究和锆石U-Pb定年。岩相学观察表明,含榴斜长角闪岩经历了峰期麻粒岩相变质和角闪岩相退变质作用。峰期麻粒岩相矿物组合为石榴子石+高Ti角闪石+紫苏辉石+斜长石+石英+金红石,其中的石榴子石、石英和角闪石中含有大量金红石出溶体,说明这些矿物的初始成分具有高Ti含量。角闪岩相退变质矿物组合为低Ti角闪石+斜长石+斜黝帘石+石英+金红石。利用Ti在石英中的含量(TitaniQ)温度计计算得到峰期麻粒岩相变质温度为803～924℃,后期角闪岩相退变质温度为555～732℃。样品中的锆石具有明显的核边结构,核部为典型岩浆型锆石,具有高的Th/U值,强烈富集HREE,明显的正Ce异常和负Eu异常,206Pb/238U年龄为(89.3±0.6)Ma,代表含榴斜长角闪岩原岩结晶年龄。锆石边部呈无环带结构,同核部相比,具有低的Th/U值,低的M-HREE和弱的Eu负异常,为变质峰期生长的锆石,206Pb/238U年龄为(81.1±0.8)Ma,代表麻粒岩相峰期变质年龄。我们认为约81Ma高温麻粒岩相变质作用可能与洋中脊俯冲造成的板片窗导致的软流圈上涌有关。     

CCSD超高压变质岩中金红石结构水（OH^-）的傅里叶变换红外光谱测定及其地球动力学意义

名义上无水矿物(NAMs)的结构水研究是认识超高压变质作用(UHPM)过程中流体活动规律的重要手段,并对板块汇聚边缘大陆动力学及水的深部地球循环有重要意义。本文采用傅立叶变换红外光谱(非偏振光)研究了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔岩心及其周围地表榴辉岩中副矿物—金红石中的结构水。所有测试样品都在3285 cm~(-1)和3295 cm~(-1)附近产生尖锐的吸收峰,证实“水”以结构羟基(OH~-)的形式赋存于金红石晶格之中。采用最新标定的摩尔吸收系数[38000 L/(mol·cm~2)]计算表明,金红石结构水含量在324×10~(-6)～523×10~(-6)范围内,远较前人有关金红石结构水含量的计算结果为低。同时,结构水分布不均一性在不同样品之间和颗粒内部都有明显表现,指示超高压变质过程中有限的流体活动和快速的板块俯冲—折返过程。     

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。     

中国大陆科学钻探主孔高钛与低钛榴辉岩地球化学特征对比及其对金红石成矿的指示意义

榴辉岩型金红石矿床是我国原生金红石矿床的最重要类型。本文以中国大陆科学钻探主孔0～2000m范围内揭露的榴辉岩为对象,通过对榴辉岩中TiO2与其它元素协变关系的全面分析,同时结合我国原生榴辉岩型金红石矿床TiO2的平均品位,将榴辉岩区分为高钛榴辉岩（TiO2〉2％）和低钛榴辉岩（TiO2〈2％）,并据此系统对比了二类榴辉岩地球化学组成的差异。研究结果表明,高钛榴辉岩相对贫硅、贫钾、富铁,Al2O3／TiO2比值和全碱（K2O＋Na2O）含量总体偏低,Cs、Rb、Ba等大离子亲石元素和Zr、Hf等高场强元素不同程度亏损,而放射性元素Th、U则相对富集,并总体具有较低的轻重稀土比值。榴辉岩型金红石矿床的形成主要受原岩因素制约,原岩的源区组成、产出环境、起源深度、部分熔融程度和随后的结晶分异过程对Ti的初始富集均具重要影响,富钛基性原岩是榴辉岩型金红石矿床形成的物质基础,高压区域变质作用是这类矿床形成的必要条件。     

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   

俯冲-碰撞和高压、超高压变质带中的金红石研究进展

金红石是高级变质岩和热液矿床中广为展布的一种矿物。目前,金红石在俯冲—碰撞和高压—超高压变质带中研究包括以下4个方面：①金红石在俯冲—碰撞带中的作用;②金红石同质多象变体;③金红石的U Pb定年;④金红石对源区的示踪。第一方面的研究一直是最近10余年来研究的主题之一,而后3个方面的研究尚处于起步阶段,上述研究对认识俯冲—碰撞过程中埃达克岩的成因和特征,对超高压大陆深俯冲深度及形成岩石温压条件的限定,对重塑超高压或高级变质地体峰期变质事例年龄,对赋存金红石岩石的源区示踪具有重要的意义。     

CCSD HP-UHP变质岩中磷灰石稀土元素(REE)地球化学及其示踪意义

磷灰石是一种能在UHP变质峰期稳定存在并富含稀土元素(BEE)的常见副矿物,其BEE组成变化可以对变质过程进行地球化学示踪.本文利用激光剥蚀等离子光谱仪(LA-ICP-MS)对中国大陆科学钻探(CCSD)钻井中及其附近出露的不同变质程度的HP-UHP变质岩(榴辉岩、角闪(片)岩和片麻岩)中的磷灰石进行了REE组成原位测定,结果显示不同围岩中磷灰石的BEE组成特征及其相关系数变化很大,其球粒陨石标准化配分曲线可以分为3大类Ⅰ.轻稀土(LBEE)富集型,其REE总量(∑REE)很高,可达n×1000×10-6;Ⅱ.中稀土(MREE)富集型,其(La/Sm)N＜1,Eu异常变化较大;Ⅲ.重稀土(HREE)富集型,其配分曲线呈明显的左倾形式,∑BEE总量很低,仅为9.228×10-6,且具明显的Eu负异常.磷灰石颗粒原位分析显示从边部到中心∑LREE有逐渐升高的趋势,表明了在俯冲折返的过程发生过短时增温作用,并极有可能发生过部分熔融.部分熔融过程中磷灰石中的LREE将与其它大离子半径元素一起优先释放.     

中国大陆科学钻探100-2000m超高压变质岩普通Pb同位素地球化学初步研究——俯冲陆壳内脱耦的证据

本文首次对中国大陆科学钻探工程100～2000m榴辉岩中的绿辉石和片麻岩中的长石进行了普通Pb同位素研究。钻孔上部岩段（0-800m）样品放射成因Pb同位素含量比较高且变化幅度较小（^206Pb／^204Pb=16．81-17．29,^207Pb／^204Pb=15．37-15．45,^208Pb／^204Pb=37．20-37．66）,说明其原岩的U／Pb和Th／Pb或者初始Pb同位素比值比较高。钻孔中部岩段（800-1600m）发育有韧性剪切带,相应的Pb同位素比值开始降低且有起伏（^206Pb／^204Pb=16．26-16．72,^207Pb／^204Pb=15．27～15．38,^208Pb／^204Pb=36．73～37．40）、钻孔下部岩段（800～1600m）样品放射成因Ph同位素含量低但变化幅度较小（^206Pb／^204Pb=16.05～16．46,^207Pb／^204Pb：15．22～15.29,^208Pb／^204Pb=36．68～37．48）,说明其原岩的U／Pb和Th／Pb或者初始Ph同位素比值比较低。实测数据同模拟数据对比表明,钻孔上、下两岩段样品普通Ph同位素不同一方面是由于继承了原岩初始Pb同位素不同,另一方面是由它们的μ值不同所致。结合氧同位素研究,本文认为800m以上和1600m以下分属上地壳和中地壳．前者是从俯冲大陆岩石圈解耦的上地壳,在大陆岩石圈俯冲过程中,上部岩片同俯冲的大陆岩石圈发生挤离,率先沿着这一个挤离面逆冲折返至浅部。下岩片是随后从俯冲岩石圈解耦的中地壳岩片,并折返至浅部下伏在先期折返的上部岩片之下。考虑到中部岩段（800～1600m）既发育有韧性剪切带又具有异常低^18O峰值（Xiao et al．,2006）,挤离面是在地壳内部晚元古代的断裂带及冷水活动通道基础上发育起来的。     

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 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。     

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。     

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.     

韧性剪切带中片麻岩和超高压榴辉岩变形特征及其与地震波速各向异性的关系：来自中国大陆科学钻探（CCSD）680～1200米岩心的证据

中国大陆科学钻探(CCSD)680-1200米区段发育了多个韧性剪切带,带中主要岩石类型包括片麻岩和超高压榴辉岩。片麻岩中的变形石英、面理化榴辉岩中的拉长石榴石和绿辉石的应变轴比都表现为X>Y>Z,Flinn系数分别为0.11-0.27、0.22-0.23和0.23-0.24。随着糜棱岩化作用的增强,变形石英的C轴组构由Z轴极密逐渐向Y轴极密和叶理面上的大圆环带转变。在常温常压下测试了样品的波速,计算出片麻岩Vp和Vs的各向异性分别为30.17％-60.97％和11.52％-35.79％,榴辉岩Vp和Vs的各向异性分别为0.17％-11.19％和2.41％-6.70％。影响各向异性的主要因素有岩石的结构构造、矿物的晶格优选方位(LPO)、形态优选方位(SPO)和定向微裂隙。随着糜棱岩化作用的增强,岩石的P波各向异性逐 渐升高。变形岩石中的黑云母、石英、绿辉石的LPO和SPO是地震波各向异性的主要控制因素。饱水后的片麻岩样品的P波各向异性明显低于干燥片麻岩样品。在东海钻井中的强反射带主要是由于不同岩层之间的波阻抗差异而造成的,榴辉岩/强退变榴辉岩和黑云斜长片麻岩之间的接触界面会产生较强的地震深反射。此外,与LPO相关的地震波各向异性会增强地震波的反射,所以韧性剪切带中的糜棱岩化片麻岩可能是地震反射的良好载体。韧性剪切带中岩石弹性波速度的强各向