从微体化石看西太平洋暖池的形成与演化

通过对南海大洋钻探ODP第184航次的ODP1143站和ODP1146站以及中德合作"太阳号"95航次的南沙海区17957-2柱状样中微体化石进行定量分析,提取了近18MaB.P.以来南海上部海水垂向结构的变化.结果发现11.5～10.6MaB.P.之间和3.6～3.3MaB.P.以来南海温跃层深度的南北梯度明显增大,指示了西太平洋暖池雏形的开始和现代暖池的最终形成,且分别对应于印度尼西亚海道和巴拿马地峡的关闭.此后,南沙海区的温跃层深度自约0.9MaB.P.逐渐变浅,至约0.15MaB.P.又再变深,反映了西太平洋暖池的减弱和再次加强.因而,晚新生代西太平洋暖池的形成和演化呈现阶段性.     

中国大陆科学钻探主孔自然放射性测井及其解释

为了认识江苏东海超高压变质带上地壳岩石自然放射性的垂向分布特征, 榴辉岩退变质程度对放射性元素浓度的影响, 以及放射性产热率对地温梯度的影响, 利用中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔100~5000m自然放射性测井(自然伽马和自然伽马能谱) 资料统计了CCSD主孔各类岩石的自然放射性强度和铀、钍、钾元素的浓度, 计算出产热率曲线.自然伽马, 铀、钍、钾浓度和产热率从蛇纹岩到榴辉岩、角闪岩、副片麻岩、正片麻岩依次增大.随着榴辉岩退变质程度的增强, 其铀、钍、钾元素的浓度值逐渐增大.CCSD主孔自然放射性的垂向分布特征主要受岩性控制, 自然放射性随深度增加有增强趋势.产热率与自然伽马测井值之间有很好的线性关系, 在高放射性岩层的上部, 地温梯度会出现较强扰动和低值异常.      

Tracing the protolith, UHP metamorphism, and exhumation ages of orthogneiss from the SW Sulu terrane (eastern China): SHRIMP U–Pb dating of mineral inclusion-bearing zircons

Orthogneisses are the major country rocks hosting eclogites in the Sulu UHP terrane, eastern China. All of the analyzed orthogneiss cores from the main drilling hole of the Chinese Continental Scientific Drilling Project (CCSD-MH) have similar major and trace element compositions and a granite protolith. These rocks have relatively high LREE/HREE ratios, strong negative Eu anomalies (Eu/Eu*=0.20–0.39), and negative Ba anomalies (Ba/Ba*=0.25–0.64). Coesite and coesite-bearing UHP mineral assemblages are common inclusions in zircons separated from orthogneiss, paragneiss, amphibolite, and (retrograded) eclogite of the CCSD-MH. This suggests that the eclogite, together with its country rocks, experienced in situ ultrahigh-pressure (UHP) metamorphism. Laser Raman spectroscopy and cathodoluminescence (CL) images show that zircons from the orthogneisses are zoned and that they have distinct mineral inclusions in the different zones. Most zircons retain early magmatic cores with abundant low-pressure mineral inclusions, which are mantled with metamorphic zircon-containing inclusions of coesite and other UHP minerals. The outermost rims on these grains contain low-pressure mineral inclusions, such as quartz and albite. SHRIMP U–Pb dating of the zoned zircons gives three discrete and meaningful groups of ages: Proterozoic ages for the protolith, 227±2 Ma for the coesite-bearing mantles, and 209±3 Ma for the amphibolite facies retrograde rims. The widespread occurrence of UHP mineral inclusions in zircons from the Sulu metamorphic belt dated at about 227 Ma suggests that voluminous continental crust experienced late Triassic subduction to depths of at least 120 km and perhaps more than 200 km. Eighteen million years later, the terrane was rapidly exhumed to midcrustal levels, and the UHP rocks were overprinted by amphibolite facies metamorphism. The exhumation rate deduced from the zircon age data and previously obtained metamorphic P–T data is estimated to be 5.6–11.0 km/Ma. Such rapid exhumation of the Sulu UHP terrane may be due to the buoyancy forces produced by subduction of low-density continental material into the deep mantle.     

四川龙门山安县-灌县断裂带的特征——以汶川地震断裂带科学钻探3号孔（WFSD-3）岩心为例

汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）是由科技部、国土资源部和中国地震局联合组织实施的汶川地震断裂带科学钻探研究项目,计划在同震地表破裂带（龙门山映秀-北川断裂和安县-灌县断裂）的上盘布置5口科学群钻：WFSD-1、WFSD-2、WFSD-3、WFSD-3P和WFSD-4,其中WFSD-3和WFSD-3P位于龙门山前山断裂安县-灌县断裂的上盘。以WFSD-3钻孔岩心为研究对象,进行详细的岩石学、构造学、野外编录等研究。WFSD-3钻孔岩心中的断裂岩主要由断层角砾岩、碎裂岩和断层泥组成,未见假玄武玻璃。钻孔中存在26条规模不等的断裂带,断裂密度显示FZ634、FZ1215和FZ1250为主要断裂带,而FZ1250可能为2008年汶川地震的主滑移带。安县-灌县断裂在地表和WFSD-3P、WFSD-3钻孔岩心中的断层倾角分别约为60°、46°和38°,显示安县-灌县断裂倾角从地表至深部逐渐变缓,为一铲式逆冲断层。     

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。     

Deep root of a continent-continent collision belt: Evidence from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole in the Sulu ultrahigh-pressure (HP-UHP) metamorphic terrane, China

The Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole, which reached a depth of 5158 m in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic terrane, provides a new window into the deep root of a continent-continent collision belt, and the tectonic processes by which supracrustal material is recycled into the mantle by subduction and then uplifted to the surface. Major research themes of the CCSD project were to: (1) determine the three-dimensional composition, structure and geophysical character of the deep root of this orogenic belt; (2) investigate the nature and timing of the UHP metamorphism; (3) investigate the processes of crust-mantle interaction involved in the formation and exhumation of the UHP rocks; (4) study the process of fluid circulation and mineralization during subduction and exhumation; (5) study the rheological properties of the various rocks during subduction and exhumation; (6) develop and refine dynamic models for deep subduction and exhumation of crustal rocks, and (7) establish a long-term, natural laboratory for the study of present-day crustal dynamics (e.g., stress, strain, fluid activity). The CCSD has developed precise oriented profiles of the main borehole in terms of lithology, geochemistry, oxygen isotopes, zircon SHRIMP U-Pb ages, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages, deformation, rheology, mineralization, physical properties of the rocks, petrophysical logs, seismic reflections and underground fluids. The present paper summarizes the integrated research results of this project, especially the new findings concerning the deep root of a continent-continent collision.     

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。     

苏鲁超高压变质带的岩浆型超镁铁原岩：来自中国大陆科学钻探主孔的亏损氧同位素证据

苏鲁超高压变质带有大量的超镁铁岩体，对这些岩体的成因的研究一直是一个热点。为了鉴别这个地区有无在俯冲进变质前经历过地壳浅部地质过程的超镁铁岩，本文利用BrF5气氛中用CO2红外激光熔样和质谱测试分析方法对中国大陆科学钻探工程主孔内603．20-683．53m深度的三个石榴单辉橄榄岩样品的单矿物橄榄石、石榴石、单斜辉石的氧同位素进行了分析。橄榄石的δ^18O值为＋3．31‰＋3．82‰；石榴石的为＋4．03‰＋4．10‰；单斜辉石的δ^18O值误差较大，平均值为＋2．10‰。这些矿物的氧同位素组成总地低于典型的地幔值。研究表明，岩石单矿物低δ^18O值是侵入到地壳浅部的超镁铁岩体与寒冷大气降水热液之间的氧同位素交换反应所造成，之后发生了与地壳围岩一齐的俯冲、超高压变质、折返退变质等过程。这是苏鲁地区首次发现的低δ^18O值的岩浆侵入型超镁铁岩体，具有重要的大陆动力学意义，从超镁铁岩方面证明了苏鲁地体可能是大别地体的东延部分。     

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。