V／Sc在CCSD主孔榴辉岩中的系统关系：一种可透视变质作用并指示基性岩浆作用的地球化学工具

和Fe一样，V和Sc都是过渡族金属元素，它们在地幔部分熔融和岩浆分异中的地球化学行为是近年来行星地质和岩石地球化学的研究热点之一。通过分析V和Sc在部分熔融和岩浆分异过程中的地球化学行为，发现V／Sc是可以透视岩浆成岩后所经历的变质、交代或流体作用的新的地球化学工具。本文通过系统分析中国大陆科学钻探工程主孔100～600米榴辉岩，尤其是540～600米钛铁矿一赤铁矿榴辉岩的V／Sc比值的变化特征，来进一步限定榴辉岩原岩可能的成岩过程。在CCSD主孔岩心中，和100～540m榴辉岩相比，540～600m段榴辉岩表现出以下十分特别的地球化学特征：（1）相当高的V，但十分低的Nb和Ta；（2）较高的TFeO，Fe2O3／FeO比值，高度变化且较高的Eu正异常（Eu／Eu^＋高达2.9）；（3）异常高的V／Sc比值（8．39～43．23，平均15．07），V／Sc比值和MgO之间呈负相关关系，但和Fe2O3／FeO之间呈正相关关系；（4）近乎正相同步变化的V和Fe2O3/、／FeO，但反相变化的V和Eu／Eu^＋。这些地球化学特征反映了原岩形成过程中，高度动态的斜长石分离结晶作用与岩浆氧逸度之间的负耦合关系，即在原始基性岩浆中，斜长石的分离结晶作用导致岩浆氧逸度升高，诱发钛磁铁矿和斜长石及单斜辉石的同步分离结晶作用，优先猎取大量的V和Fe，Sc主要分布在单斜辉石，导致所成堆晶的V和Fe含量升高及高度变化且增高的V／Sc比值，同时MgO，SiO2相对降低。这种过程导致上述的V和Fe2O3／FeO之间近乎同相变化关系．但反相变化的V和Eu／Eu^＋。CCSD主孔100～600m榴辉岩的V／Sc和MgO系统关系实际上透视了上述的过程，即除橄榄石堆晶作用外，含钛铁矿物相的分离结晶作用对形成的堆晶及相应岩浆的V、Sc和V／Sc比值的强烈控制作用。CCSD及区域地质所揭示的南北长约2000m，宽约500m的反S型、层序较完整的基性-超基性杂岩体所经历的岩浆过程有可能代表着大别-苏鲁超高压带中榴辉岩原岩经历了类似的过程。通过对较大规模榴辉岩及其伴生的超基性岩的V、Sc和V／Sc系统关系的系统研究可能进一步揭示更多类似的基性-超基性杂岩体，为厘定大别-苏鲁超高压带的碰撞前的物理和化学状态提供更好的限定。     

大陆动力学的过去、现在和未来——理论与应用

近十年来大陆岩石圈流变学、板块下的构造和整个地幔运动、现代大陆变形动力学、大陆深俯冲动力学、"中下地壳的隧道流"、复合造山带和复合造山动力学、盆-山耦合与大陆增生、地幔物质和地幔动力学以及全球大陆科学钻探整合计划等大陆动力学研究的重要进展,表明大陆动力学是继"板块构造"之后固体地球科学发展的新的起点,建立大陆动力学新的理论体系以及为资源、能源、环境和预防地震灾害的人类需求服务,是大陆动力学发展的未来.     

大陆碰撞造山带的流体成分与演化:东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群高压麻粒岩的流体包裹体研究

位于喜马拉雅东构造结的南迦巴瓦岩群经历了高压麻粒岩相、中压麻粒岩相和角闪岩相三期变质作用.在高压麻粒岩中含有复杂的流体包裹体类型,按照捕获先后顺序有:H2O-CO2±CH4包裹体(Ⅰ型);CO2±CH4±N2包裹体(Ⅱ型);高盐度多相包裹体(Ш型);中.低盐度H2O包裹体(Ⅳ型)和极低密度气体包裹体或"空"包裹体(Ⅴ型).在基性麻粒岩中,被石榴石包裹石英中孤立分布的H2O-CO2 4-CH4包裹体,以及部分沿石榴石晶内裂隙分布的H2-CO2±CH4和H2O包裹体轨迹未穿过围绕石榴石的辉石 斜长石后成合晶冠状体,表明它们有可能是在麻粒岩相变质阶段捕获的.然而,所有流体包裹体的等容线均从麻粒岩相变质峰期P-T区间下方通过,说明麻粒岩相变质峰期捕获的包裹体均受到了不同程度的改造,包括部分爆裂、渗漏和流体-矿物相互作用等.现存的富CO2流体包裹体均具有较低密度,并且往往含有明显数量CH4和N2组分,不可能是麻粒岩相变质峰期捕获的包裹体.根据富CO2包裹体与具有不同相比的H2-CO2包裹体共存推测,大部分CO2包裹体是通过H2O-CO2包裹体中H2O的选择性泄漏而形成的.Ⅲ型高盐度盐水包裹体很可能是角闪岩相退变质过程中捕获的,因其等容线与退变质轨迹近于平行,这些包裹体很可能保存了其在角闪岩相阶段捕获时的原生物理化学特征.沿矿物颗粒裂隙分布的大量Ⅳ型和Ⅴ型包裹体,应该是角闪岩相或更晚期形成的次生包裹体,代表了浅成(近地表)环境的循环流体.与世界许多地区麻粒岩相岩石普遍舍高密度纯CO2流体包裹体不同,南迦巴瓦岩群高压麻粒岩以富含H2O-CO4±CH4和H2O包裹体为特征,这可能与高压麻粒岩与高温麻粒岩产出于不同的构造环境和经历的退变质轨迹有关.     

冈底斯岩浆弧东段沉积岩的晚白垩世变质作用及其构造意义

位于青藏高原南部的冈底斯岩浆弧形成于中生代新特提斯洋俯冲过程中,并在印度与欧亚大陆碰撞过程中叠加了新生代岩浆作用和变质作用。冈底斯岩浆弧东段出露的中、新生代变质岩是研究其深部组成与形成演化的理想窗口。本文对冈底斯东段米林田兴村地区的变沉积岩,即石榴夕线黑云片岩、含石榴钙硅酸盐岩、黑云斜长片麻岩和大理岩进行了岩石学和锆石U-Pb年代学研究。研究结果表明,石榴夕线黑云片岩由夕线石、黑云母、石榴石、斜长石、钾长石、石英和钛铁矿组成,经历了中压麻粒岩相变质作用,变质条件为810~820℃和6.4~7.8kbar。锆石年代学研究表明,石榴夕线黑云片岩、含石榴钙硅酸盐岩和大理岩经历了87~83Ma的变质作用。本文和现有研究表明,冈底斯弧东段林芝和米林地区的高压麻粒岩相变质岩分布区代表该岩浆弧的下地壳,而包括本文研究点在内的中压麻粒岩相到角闪岩相变质岩分布区为其中地壳组成部分。本文认为晚白垩世大体积幔源岩浆的注入和随后的新特提斯大洋岩石圈平俯冲,导致了冈底斯岩浆弧地壳的生长、加厚和底冲,使上地壳的沉积岩和岩浆岩运移到中-下地壳,并经历了高温变质与部分熔融,形成了分布在上地壳的花岗岩。这表明岩浆弧的新生地壳在晚白垩世新特提斯洋俯冲过程中发生了再造。以长英质岩石为主的表壳岩进入深地壳很可能是岩浆弧中-下地壳由基性转变成中性成分的重要方式。     

金红石榴辉岩——一个可能的超球粒陨石Nb/Ta储库

Nb,Ta的硅酸盐地球质量不平衡问题争论由来已久,备受关注。近年来研究发现,含金红石的榴辉岩Nb/Ta往往高于球粒陨石值(Nb/Ta=17.5),暗示其可能是平衡地球Nb亏损的独立储库。而洋壳玄武岩部分熔融实验表明Ta比Nb更倾向进入金红石晶格,这意味着作为俯冲洋壳部分熔融残留相的榴辉岩Nb/Ta不可能高于原岩。为了解释地质观察和实验结果之间的矛盾,系统分析了中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔、先导孔及附近地表榴辉岩的矿物微量元素。结果发现:榴辉岩中的Nb,Ta主要存在于金红石之中,其他矿物中含量极少;Nb,Ta之间存在着强烈分异(Nb/Ta=5.3～96.2),并总体上具有超球粒陨石的特征;韭闪石和多硅白云母的Nb/Ta平均分别为48.6,21.8,显示了很强的Nb,Ta分异能力;其他矿物如石榴石、绿辉石、绿帘石、磷灰石等的Nb、Ta含量及Nb/Ta都很低,对Nb-Ta分异不造成影响。认为导致Nb-Ta分异的不是金红石,而应出现在洋壳俯冲过程中金红石相出现之前的脱水和部分熔融阶段。富含Ti的角闪石(韭闪石)和白云母可能对Nb-Ta分异起到了决定性的作用。等金红石相出现之后,由于其对Nb,Ta的绝对控制作用,此前阶段的分异结果便被固定在金红石中而继承下来。因此,含金红石的榴辉岩常常表现出超球粒陨石Nb/Ta的特征,与金红石不能有效地分异Na,Ta的实验结果之间并不矛盾。在不均匀的上地幔中含金红石的榴辉岩是可能的超球粒陨石Nb/Ta储库之一。     

环境地球化学模型的应用与发展

环境地球化学模拟是环境科学、地球化学等学科交叉的一个重要领域。这里在总结形态与饱和度模型、表面吸附模型、反应途径模型、逆向模型、复合反应溶质运移模型以及动力学模型原理的基础上,对包含上述模型的各种地球化学模拟软件进行了优缺点比对。总结了各模型在当前环境地化研究领域的重要应用课题,这将为从事相关领域的研究提供一些相对较新、较综合的信息,最后还针对环境地球化学模型的不足进行了相关探讨,对地球化学模型的发展趋势进行了预测。     

冈底斯岩浆弧东段变泥质岩的逆时针P-T-t轨迹与构造机制

青藏高原南部冈底斯岩浆弧东段出露的中-高级变质岩代表岩浆弧的中-下地壳,是研究岩浆弧深部组成与形成演化的理想载体。本文对冈底斯弧东段布久地区的变泥质岩,即石榴石夕线石云母片岩进行了岩石学、相平衡模拟和地质年代学研究。岩石学和相平衡模拟表明,片岩由黑云母、白云母、石榴石、夕线石、斜长石、石英及少量的钛铁矿、金红石组成,含或不含蓝晶石,经历了早期的低压麻粒岩相变质与部分熔融,变质温压条件为～7kbar和～770℃,中期的高压麻粒岩相变质与深熔作用,变质温压条件为～10. 5kbar和～775℃,以及晚期的角闪岩相退变质与熔体结晶作用,退变质温压条件为～7. 5kbar和～705℃,具有逆时针型的变质作用P-T-t轨迹。本文和现有年代学研究表明,片岩的早期的低压麻粒岩相变质与部分熔融发生在～70Ma,后续高压麻粒岩相变质与深熔发生在50～45Ma,晚期角闪岩相退变质与熔体结晶开始于45Ma,持续到25Ma。大体积幔源岩浆底侵导致的地壳加热与加厚,以及大陆碰撞导致的地壳缩短与加厚是冈底斯弧表壳岩在晚中生代至早新生代被埋藏到下地壳,经历长期持续高温、高压变质与部分熔融的构造机制,而加厚岩石圈地幔在渐新世的拆沉导致了岩浆弧加厚下地壳的折返。     

俯冲带部分熔融

俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。     

青藏高原南部拉萨地体的变质作用与动力学

拉萨地体位于欧亚板块的最南缘,它在新生代与印度大陆的碰撞形成了青藏高原和喜马拉雅造山带。因此,拉萨地体是揭示青藏高原形成与演化历史的关键之一。拉萨地体中的中、高级变质岩以前被认为是拉萨地体的前寒武纪变质基底。但新近的研究表明,拉萨地体经历了多期和不同类型的变质作用,包括在洋壳俯冲构造体制下发生的新元古代和晚古生代高压变质作用,在陆-陆碰撞环境下发生的早古生代和早中生代中压型变质作用,在洋中脊俯冲过程中发生的晚白垩纪高温/中压变质作用,以及在大陆俯冲带上盘加厚大陆地壳深部发生的两期新生代中压型变质作用。这些变质作用和伴生的岩浆作用表明,拉萨地体经历了从新元古代至新生代的复杂演化过程。(1)北拉萨地体的结晶基底包括新元古代的洋壳岩石,它们很可能是在Rodinia超大陆裂解过程中形成的莫桑比克洋的残余。(2)随着莫桑比克洋的俯冲和东、西冈瓦纳大陆的汇聚,拉萨地体洋壳基底经历了晚新元古代的(～650Ma)的高压变质作用和早古代的(～485Ma)中压型变质作用。这很可能表明北拉萨地体起源于东非造山带的北端。(3)在古特提斯洋向冈瓦纳大陆北缘的俯冲过程中,拉萨地体和羌塘地体经历了中古生代的(～360Ma)岩浆作用。(4)古特提斯洋盆的闭合和南、北拉萨地体的碰撞,导致了晚二叠纪(～260Ma)高压变质带和三叠纪(～220Ma)中压变质带的形成。(5)在新特提斯洋中脊向北的俯冲过程中,拉萨地体经历了晚白垩纪(～90Ma)安第斯型造山作用,形成了高温/中压型变质带和高温的紫苏花岗岩。(6)在早新生代(55～45Ma),印度与欧亚板块的碰撞,导致拉萨地体地壳加厚,形成了中压角闪岩相变质作用和同碰撞岩浆作用。(7)在晚始新世(40～30Ma),随着大陆的继续汇聚,南拉萨地体经历了另一期角闪岩相至麻粒岩相变质作用和深熔作用。拉萨地体的构造演化过程是研究汇聚板块边缘变质作用与动力学的最佳实例。     

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。