山东邹平王家庄铜(钼)矿床蚀变围岩中含云母流体包裹体的成因及其意义

王家庄铜(钼)矿床位于鲁西邹平火山岩盆地。矿床围岩,即王家庄复合岩体,主要由闪长岩、二长岩和石英二长(闪长)岩等组成。从岩体周边向内到矿体,依次出现钾蚀变带、钾硅化蚀变带和强钾硅化蚀变带。矿床主要有两种类型矿石:深部蚀变石英二长(闪长)岩中的早期浸染状矿石和浅部角砾岩化石英二长(闪长)岩中的块状硫化物石英脉矿石。矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、砷黝铜矿和辉钼矿等。流体包裹体研究表明,除了证实有前人确定的富液相包裹体、富气相包裹体和含石盐的高盐度包裹体外,还在钾硅化蚀变-矿化围岩中发现含云母的流体包裹体。它们多随机或成群分布于石英晶核和生长环带中。岩相学、拉曼光谱和电子探针分析表明,含云母的流体包裹体主要由水液相+气相+白云母(黑云母)组成,其相比例随石英晶体不同或是相对稳定,或是有很大变化。显微测温表明,含云母的流体包裹体中水溶液的冰点和均一温度有很大变化,而主要集中在-5～10℃和310～360℃。热液金刚石压腔(HDAC)加热实验显示,含云母流体包裹体的均一温度可高达773～790℃,由此估算的均一压力高达275～380MPa,将大大超过地质推断的合理范围。对含云母流体包裹体的成因机制进行了讨论。认为它们不属于熔融包裹体范畴,而是钾硅化蚀变阶段捕获的原生流体包裹体,是从中酸性岩浆结晶作用晚期分离出来的富K-Al-Si组分、挥发分、盐类和成矿金属元素的含水流体中非均匀捕获的产物。伴随裂隙开放和压力温度迅速降低,导致大量白云母(少量黑云母和硅酸盐等)从富K-Al-Si组分的含水流体中结晶出来,沉淀在正在结晶的石英核部或生长表面坑穴,随后与石英周围的流体介质一起被捕获,成为含云母流体包裹体。含云母流体包裹体属于岩浆作用晚期自交代作用产物,它们与含石盐包裹体的共存反映了这两种矿物在岩浆-热液中达到饱和并沉淀出来,对于流体流动和成矿作用具有重要意义,并有助于我们对王家庄铜(钼)矿床成矿流体的性质和岩浆-热液演化过程有深入了解。     

极端条件下的变质作用:范畴与标志

近年来的变质地质学研究,揭示变质作用并不都是发生在地壳的常规温度压力范围之内。相当多的变质作用是在异于常规的地质条件下发生的,它们可称为极端条件下的变质作用,包括超高压变质作用、超高温变质作用、混合岩化作用、很低级变质作用以及冲击变质作用等。超高压变质是指变质压力大于2.5GPa,变质温压梯度10℃/km条件下的变质作用;超高温变质是指变质温度超过900℃以上的变质作用;混合岩化作用是指长英质岩石在温度、压力及流体的作用下,从固态转变为液态,即岩石部分熔融的过程;很低级变质作用是指岩石从成岩作用向变质作用的转变过程;而冲击变质作用是指地球以外的天体陨击地球表面时,由于瞬时高温、动态高压作用下的一切变质过程。这些类型的变质作用,变质条件特殊,对于深入研究变质作用的地球动力学意义,有着不可替代的作用。文中简要论述这几类变质作用的范畴与标志,评述其国内外的研究进展及进一步的发展方向。     

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。     

大别—苏鲁区UHP变质岩构造学及流变学演化

在大别—苏鲁区的30个关键位置,对UHP/HP变质岩进行详细构造解析、大比例尺(1∶10000)制图并在区域尺度上进行观察和对比,以便揭示它们的构造几何学、变形条件和流变学演化。初步的研究结果指出,广泛出露的UHP/HP榴辉岩相岩石形成一个巨大的UHP/HP变质带,提供了一个观察中朝与扬子克拉通之间三叠纪大陆深俯冲-碰撞带过程的窗口。观察的显微构造及组构指出,UHP/HP变质带内岩石变形机制,无论是在榴辉岩相阶段还是在榴辉岩相后阶段,都是以塑性流变为主,其力学行为和组构特征都受组成矿物的强度、强度差等流变学特征,以及变形物理环境如压力、温度、应变速率、差异应力和流体含量等的制约。在俯冲/碰撞带内的变形分解作用于岩石圈不同层次及不同的构造阶段都曾发生,而且,在不同尺度上,应变局部化形成具高应变的剪切带网络,且一般显示典型的布丁-基质或碎斑-基质构造及流变学型式。根据构造、岩石、变质作用及地质年代学资料,借助于岩石圈流变学基本原理,提出一个大别—苏鲁区UHP/HP变质岩石流变学演化的工作模式,它涉及早期扬子与中朝克拉通间三叠纪(~250~230Ma)大陆深俯冲/碰撞、UHP/HP变质岩形成,相继深埋岩石的多期折返。特别强调UHP/HP岩石向地壳表层的折返,主要是构造过程,地面侵蚀作用是次要的。     

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。     

论高温麻粒岩与高压麻粒岩流体体制的差异

自从在挪威南部麻粒岩中首次发现原生富CO2流体包裹体以后的三十多年里,发现麻粒岩和紫苏花岗岩中普遍含有富CO2流体包裹体.由此改变了麻粒岩是通过脱挥发分作用形成的"干"岩石的传统观念,提出了碳变质成因模式和脱水-部分熔融成因模式.     

地球物质科学研究的新进展--第13届V.M.Goldschmidt国际地球化学会议一瞥

第13届V.M.Goldschmidt国际地球化学会议(简称Goldschmidt 2003)于2003年9月7～12日在日本仓敷(Kurashiki)召开.会议内容反映了当前地球物质科学研究的前沿,从地球的圈层到行星宇宙、从生命的起源到岩浆和变质作用地球化学、从宏观到纳米物质举凡地球科学的重大课题均有涉及;从会议的内容看出:①学科间的融合是地球物质科学研究的主流方向;②对行星和陨石等天体物质的研究是当前地球物质科学研究的一大亮点;③矿物的晶内扩散是了解变质过程中物质迁移规律的新手段;④生命的起源和早期地球演化仍是当前地球科学讨论的热门课题;⑤非传统稳定同位素已得到了广泛的应用.从学科发展的历史角度看,地球物质科学的新生长点存在于学科本身,学科间的融合交叉是学科得以发展的原动力.     

“大陆构造及成矿作用研究现状”笔谈会

在探索地球岩石圈构造及其演化中,人们认识到必须把注意力集中于大陆构造.因为现代海洋年龄仅两亿年,大陆岩石圈则全面系统地保留了四十六亿年来岩石圈的变形构造和演化过程,所以大陆及其边缘被列为80年代国际岩石圈计划的主要研究课题.我国夹持在西伯利亚板块、印度板块和太平洋板块之间.在几大板块的相互作用中,中国大陆展现了一幅丰富多彩、复杂纷繁的构造图景.为了探索我国东部大陆构造及其形成演化的规律,开拓找矿远景,今秋将在中国地质大学(武汉)召开“中国东部大陆构造及成矿作用讨论会”.本刊约请几位专家对大陆构造中的几个问题抒发己见,供关心大陆构造及成矿作用研究现状的同志们参考.今后我们还将采用这种笔谈形式对地质领域的重大课题进行讨论交流.     

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.