大陆板块俯冲和折返的同位素地球动力学

大别 -苏鲁造山带是扬子大陆板块与华北大陆板块之间在三叠纪时期俯冲 -碰撞所形成的超高压变质带。对该带超高压变质岩的稳定同位素研究发现 ,不仅含柯石英榴辉岩出现局部氧同位素负异常 (δ18O =- 10‰ ) ,而且区域上存在氧同位素分布的不均一性 (δ18O =- 10‰～+10‰ )。前者要求榴辉岩原岩在变质前经历过大气降水热液蚀变 ,说明俯冲板块具有大陆地壳特点 ;后者反映扬子板块具有快速俯冲变质的特征 ,否则将达到同位素均一化。榴辉岩氧同位素负异常的保存显示 ,这些超高压变质岩与地幔之间没有发生显著的化学相互作用。因此 ,载有榴辉岩原岩的板块俯冲到 2 0 0多公里深的地幔内部时 ,超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短(<10Ma) ,致使它们与地幔之间的氧同位素交换没有达到再平衡。榴辉岩中不同矿物对氧同位素测温不仅给出了相互一致的结果 (6 5 0～ 75 0℃ ) ,而且这些温度与阳离子交换温度计的结果 (6 0 0～80 0℃ )相一致。因此 ,在榴辉岩相变质温度下共生矿物之间的氧同位素平衡已被“冻结” ,岩石冷却过程中的氧同位素交换再平衡没有发生 ,从而证明超高压榴辉岩在变质作用后经历了快速降压/冷却过程 ,对应于板块的快速抬升。这些结果首次从地球化学角度证明了大陆板块俯冲—超高压变质—折     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

威海地区超高压变质花岗岩成因：锆石U-Pb定年和氧同位素研究

在苏鲁超高压变质带东北段威海地区皂埠镇发现锆石δ18O值低至-7.8‰左右的变质花岗岩，对这些低δ18O值变质花岗岩进行了锆石SHRIMP法U-Pb定年和系统的激光氟化法矿物氧同位素分析，结果对低δ18O值锆石成因和变质花岗岩的原岩性质提供了制约。研究得到：①这些低δ18O值锆石以新元古代岩浆锆石为主，但部分岩浆锆石在印支期超高压变质作用过程中发生了不同程度的重结晶作用。δ18O值为-7.08‰的岩浆核锆石U-Pb定年得到的变质花岗岩原岩谐和年龄和不一致线上交点年龄分别为760±49 Me和751±27 Ma，变质谐和年龄和不一致线下交点年龄分别为232±4 Ma和241±33 Ma，指示其原岩为新元古代花岗岩并经历了印支期变质作用；②锆石δ18O值在局部范围内变化于-7.76‰~5.40‰之间，低δ18O值岩浆锆石表明它们是从新元古代低δ18O值岩浆中直接结晶形成，锆石δ18O值的局部变化表明其原岩岩浆的氧同位素组成具有不均一性，指示δ18O值岩浆源区物质曾经在地表与极度亏损18O的大气降水发生过不同程度的高温水岩反应。威海皂埠镇地区和东海青龙山地区的花岗片麻岩在原岩时代、变质时代和氧同位素组成等方面基本相同，指示其应具有相同的原岩性质，并经历了相同的变质作用和水岩相互作用过程。因此，极度亏损δ18O的新元古代双峰式基性-酸性岩浆岩可能分布于整个大别-苏鲁造山带。     

硅酸盐矿物氧同位素组成的激光分析

对于红外激光系统和紫外激光系统 ,由于它们加热样品的反应机理完全不同 ,决定了它们在稳定同位素地球化学分析中的不同使用范围。根据对CO2 激光系统分析地球化学样品的实践 ,发现对结果产生干扰的因素有 :(1)石英的粒径效应 ;(2 )微量样品接收电压过低 ;(3)分子筛的吸附能力 ;(4 )系统中的吸附水 ;(5 ) 14 N19F+ 对δ17O值的影响。由于石英的粒径效应而导致细粒石英 (粒径<2 5 0 μm)的δ18O值偏低 ,可以采用不聚焦激光的快速加热法来解决。由于样品量太少而决定了样品气体接收电压过低 ,导致δ18O值出现系统偏高或偏低 ,可以利用校正曲线对结果进行校正。分子筛吸附性能的下降会产生氧同位素的分馏 ,因此确定分子筛的使用寿命非常重要。系统中的吸附水利用氟化物试剂预氟化来去除 ,重要的是应避免在预氟化的过程中产生大量的HF腐蚀激光系统的BaF2 窗口玻璃并与部分矿物样品发生反应。     

威海地区超高压变质花岗片麻岩锆石U-Pb定年和氧同位素研究

在苏鲁超高压变质带东北端山东威海地区皂埠镇发现锆石δ18O值低至-7.8‰左右的花岗片麻岩, 与前人在苏鲁超高压变质带西南端江苏东海青龙山地区发现的锆石δ18O值为-7‰~-9‰左右的花岗片麻岩一致.对这些低δ18O值花岗片麻岩进行了锆石SHRIMP法UPb定年和系统的激光氟化法矿物氧同位素分析, 结果对低δ18O值锆石成因和花岗片麻岩的原岩性质提供了制约.研究得到: (1) 这些低δ18O值锆石以新元古代岩浆锆石为主, 但部分岩浆锆石在印支期超高压变质作用过程中发生了不同程度的重结晶作用.δ18O值为-7.08‰的岩浆核锆石UPb定年得到的花岗片麻岩原岩谐和年龄和不一致线上交点年龄分别为(760±49) Ma和(751±27) Ma, 变质谐和年龄和不一致线下交点年龄分别为(232±4) Ma和(241±33) Ma, 指示其原岩为新元古代花岗岩并经历了印支期变质作用; (2) 锆石δ18O值在局部范围内变化于-7.76‰~5.40‰之间, 低δ18O值岩浆锆石表明它们是从新元古代低δ18O值岩浆中直接结晶形成, 锆石δ18O值的局部变化表明其原岩岩浆的氧同位素组成具有不均一性, 指示低δ18O值岩浆源区物质曾经在地表与极度亏损18O的大气降水发生过不同程度的高温水岩反应; (3) 低δ18O值花岗片麻岩在印支期板块俯冲和折返过程中基本没有与外部发生显著的氧同位素交换, 在退变质作用过程中花岗片麻岩内部缓冲流体对原岩岩浆锆石的δ18O值影响不大.威海皂埠镇地区和东海青龙山地区的花岗片麻岩在原岩时代、变质时代和氧同位素组成等方面基本相同, 指示它们应具有相同的原岩性质, 并经历了相同的变质作用和水岩相互作用过程.因此, 极度亏损18O的新元古代双峰式基性-酸性岩浆岩可能分布于整个大别-苏鲁造山带.      

大别山榴辉岩氢氧同位素组成及其地球动力学意义

碧溪岭榴辉岩石至少经历了５个阶段的变质作用，矿物对氧同位素地质测温结果与通过岩石学方法计算的温度吻合得非常好，表明碧溪岭榴辉岩体中大部分同位素体系接近或达到平衡，且退变质作用未明显破坏这种平衡，榴辉岩全岩δ＾１８Ｏ为３‰～５‰指示其母岩玄武岩曾与地表水在变质作用之前发生过一定程度的交换作用。     

岩石中碳同位素比值的EA—MS测定及其地球化学应用

将元素分析仪与气体质谱仪连接起来,能够进行硅酸盐岩石微量碳的含量和同位素比值测定。本文介绍了笔者建立这－ＥＡ－ＭＳ连续技术对天然岩石样品方法中全碳的含量和同位素组成,结果发现这些岩石普遍含有较高的轻碳。     

大别山榴辉岩氢氧同位素组成及其地球动力学意义

对大别山东部超高压榴辉岩氧同位素研究表明,这些榴辉岩的δ~(18)O值分布表现出显著不均一性,从低达一2.6‰变化至十7.0‰.榴辉岩中各矿物之间的氧同位素分馏达到并保持了平衡,表明岩石在遭受超高压变质作用之前与亏损~(18)O的流体进行过相互作用.含羟基矿物的δD值为一 5l‰～一83‰,指示参与的流体是古大气降水,它与榴辉岩原岩(某种玄武质岩石)发生过显著的氧同位素交换.超高压变质榴辉岩中大气降水同位素信息的保存表明,这种榴辉告的原岩曾经出露于大陆地壳表面,并且当包含榴辉岩原岩的板块俯冲至地幔深度时,地壳与地幔之间的物质交换非常有限,因此滞留时间非常短暂(<20 Ma).不同矿物对的氧同位素平衡温度基本一致,反映出这种超高压变质榴辉告在地幔深度下形成之后,经历了一个快速的冷却和上升过程.     

大别-苏鲁造山带大理岩中榴辉岩包体的锆石U-Pb年龄及其地质意义

大别-苏鲁造山带大理岩中榴辉岩包体的锆石有两种类型，为变质增生锆石和变质重结晶的残留碎屑锆石。变质增生锆石和完全变质重结晶锆石都具有较低的U、Th含量和Th/U比值，且给出两组变质年龄，分别为240.9±4.8~25.1±3.1 Ma和223.7±4.2~226.0±3.9 Ma。年龄为240.9±4.8~245.1±3.1 Ma的变质锆石的生长对应于板块俯冲过程中高压榴辉岩相变质作用期间的流体活动，而223.7±4.2~226.0±3.9 Ma的变质锆石的生长可能对应了板块折返早期的流体活动。这些年龄同样可以很好地用来限定其寄主大理岩的变质演化历史。     

大别-苏鲁造山带榴辉岩的碳同位素地球化学研究

应用EA-MS连线技术，对大别山东部和苏鲁地体南部超高压变质榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳的含量和同位素分析。结果得到，榴辉岩全岩的81^13C值变化较大(-30．7‰至 2．5‰)。而所含磷灰石中结构碳酸根的8^13C值变化较小并显著亏损”C(-28．1‰至-20．8700)。部分榴辉岩具有高的全岩8^13C值，指示其形成后受到过含CO2，流体的退化蚀变。低的磷灰石8^13C值指示，榴辉岩中含有地表有机碳，因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表，在超高压变质阶段存在以亏损”13C为特征的含C02。流体。