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。     

中国大陆科学钻探工程主孔734～933m岩芯矿物的氧同位素和羟基含量研究

中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海县毛北村。本文主要研究深度分别为734.21m～737.16m(Ⅰ)和929.67m～932.86m(Ⅱ)两段榴辉岩与片麻岩互层的主孔岩芯，利用激光氟化法和Fourier变换红外光谱技术分别进行矿物的氧同位素组成和结构羟基含量分析。氧同位素分析表明，两段岩芯的榴辉岩中石榴石的δ^18O分别为 1.0‰～ 3.8‰和-4.1‰～-3、3‰，两段岩芯的片麻岩中石榴石的δ^18O均低达-4‰。表明片麻岩和榴辉岩的原岩均在经历超高压变质作用之前一同遭受过古大气降水的高温热液蚀变作用。在第1段岩芯的榴辉岩和片麻岩接触界线附近发现氧同位素交换前锋，指示板块折返过程中靠近片麻岩的榴辉岩与主要来自片麻岩的退变质流体发生流体-岩石交换，且其退变质程度主要受流体的迁移距离控制。红外光谱分析研究表明，所有石榴石都含有以OH形式存在的结构水，其含量的变化范围很大，为50～776ppm；绿辉石中OH含量范围为321～1636ppm；石英中含有以3596cm^-1为特征峰的结构水，但是含量很少。将剖面氧同位素和结构羟基含量的分析结果相结合，我们发现石榴石和绿辉石等矿物的氧同位素组成随着深度的变化与对应矿物的OH含量具有一定的相关性。这证明板块折返过程中的高压退变质作用及其伴生的局部流体活动可能是造成超高压变质矿物之间氧同位素不平衡的主要原因，并且氧同位素不平衡的程度主要受退变质作用发生时的局部水/岩比控制。因此，在深俯冲板块折返过程中，名义上无水矿物中结构水的出溶可以是退变质流体的重要来源。     

西天山高压脉及主岩的氧同位素研究——古俯冲带深部流体及俯冲特征的启示

位于中国南天山的西天山高压变质带代表了伊犁-中天山与塔里木两个板块间古生代南天山洋的古俯冲混杂岩带.高压变质带内广泛发育高压脉.为探讨古俯冲深部流体来源及运移特点及板块俯冲特征,对高压脉和主岩的全岩及主要的高压变质矿物的氧同位素进行了分析.高压脉的δ18O值变化于+8.28‰与+10.70‰之间,多数在+9.50‰±1范围内.基性变质岩的主岩与高压脉具相似的氧同位素组成,变化于+9.25‰～+10.10‰之间.高压脉和主岩的全岩δ18O值变化不大.高压脉与相邻主岩间、同一高压脉中间与边部间氧同位素组成的变化没有明显的规律,一般变化不大,对于大多数脉-主岩对,变化小于1‰.与全岩完全不同的是,单矿物氧同位素组成显示出很大的变化范围,石英、石榴石、绿辉石的δ18O值分别为+11.40‰～+15.20‰,+3.59‰～+11.60‰和+8.30‰～+13.05‰,多硅白云母和蓝闪石δ18O的变化较小,分别为+10.00‰～+11.10‰和+9.26‰～+9.94‰.榴辉质岩石中高压变质矿物间氧同位素分馏广泛不平衡.全岩氧同位素组成特征表明,俯冲带深部流体主体来自邻近主岩,外来流体对氧同位素贡献有限.单矿物氧同位素广泛不平衡特征可能指示古俯冲带俯冲板片的快速俯冲和折返以及部分外来流体的参与.     

大陆深俯冲过程中的流体-岩石相互作用——中国大陆科学钻探主孔氧同位素剖面

中国大陆科学钻探工程主孔深5158m，位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔钻进了一个超高压变质岩片，其主要榴辉岩、片麻岩、超基性岩和少量石英和片岩组成。基于连续样品的详细氧同位素分析可得出下列认识：（1）各种变质矿物的氧同位素成分具有很大的变化，其中石榴石为-7．4～＋6．2‰，绿辉石为-5．2～＋6．5‰。白云母为-4．4- ＋7．1‰，斜长石为-3．1～＋7．6‰，钾长石为4．8～8．3‰，石英为-2．8- ＋9．6‰。（2）整个钻孔剖面的氧同位素成分是连续和逐渐的变化的，而且与岩石类型无关，氧同位素亏损岩石产出的最大深度为3320m。这个深度之下的岩石均具有正常变质岩的氧同位素值。（3）氧同位素明显亏损的变质岩大多出现在正、副片麻岩及其与榴辉岩的互层带。（4）榴辉岩矿物大多具有平衡的氧同位素分异，大多数高压和低压石英脉体具有与它们的围岩类似的氧同位素成分。（5）利用石英．石榴石氧同位素温度计，所获得的榴辉岩变质温度为598～909℃，片麻岩的变质温度为550～786℃。基于这些事实，并结合氧同位素亏损变质岩在地表和浅钻孔中的广泛分布，可以得出以下重要结论：（1）在苏鲁造山带，有大量的表壳岩石与巨量的寒冷气候下的大气降水发生过交换作用，这为新元古代全球冰期的存在提供了重要证据。（2）许多呈厚层产出的花岗质片麻岩具有正常变质岩的氧同位素成分，并缺少超高压变质作用证据。（3）在大陆深俯冲和折返过程中，只存在通道式的水-岩相作用和非常有限的流体活动，与高压退变质有关的流体是原地形成的。（4）新元古代Rodinia超大陆裂解环境下形成的双峰式岩浆活动为大气降水与表壳岩之间的热液蚀变提供了热源。     

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。     

蛇绿岩型金刚石的特征

蛇绿岩型金刚石产在蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,不同于产在大陆克拉通的金伯利岩型金刚石,也不同于产在板块俯冲带中的超高压变质型金刚石和陨石撞击成因的金刚石。蛇绿岩型金刚石的主要特征是粒度普遍较小,多数在200~500μm之间,C同位素显示极低的δ13CVPDB值(-28‰~-18‰),金刚石中包裹体以含富Mn的矿物为特征,金刚石产在蛇绿岩大洋地幔橄榄岩中,其构造背景为板块缝合带。金伯利岩型金刚石粒度可达厘米级,是大颗粒宝石级金刚石的主要来源,其C同位素显示轻微低的δ13CVPDB值(-10‰~-5‰),包裹体矿物多为富Mg的矿物组合,金刚石产在克拉通和大陆岩石圈构造背景。超高压变质带中的金刚石颗粒十分细小,由数微米至100μm,C同位素为中等低的δ13CVPDB值(-15‰~-7‰),金刚石通常与碳酸岩和地壳成因矿物伴生,含有金刚石的超高压变质岩石形成的构造背景为板块深俯冲边界。形成于陨石撞击的金刚石产出和研究均较少,金刚石通常也是微米级,产出在陨石撞击形成的变质岩中,伴生矿物的成分与与撞击变质的原岩有关。以上四类金刚石无论野外和室内区分显著,由此,可以将蛇绿岩型金刚石归为地球上一种新的金刚石产出类型。     

西准噶尔达拉布特地幔橄榄岩弧前成因的矿物地球化学和氧同位素证据

达拉布特蛇绿岩位于中亚造山带西南缘,是古亚洲洋的扩张、俯冲、消减和闭合过程的产物,保留了洋盆形成及构造演化信息。前人对达拉布特蛇绿岩的形成大地构造背景始终未取得统一的认识。为探讨蛇绿岩所代表的构造演化过程,笔者以达拉布特蛇绿岩中的地幔橄榄岩为研究对象,通过详细的矿物地球化学及其氧同位素研究,对达拉布特地幔橄榄岩成因及构造背景提出新的制约。达拉布特方辉橄榄岩中橄榄石Ni/Co值为21~22,Ni/Mn值为3.0~7.8具有部分熔融残余的特征,此外,橄榄石中不相容元素相对于正常地幔橄榄石亏损,表明方辉橄榄岩为部分熔融的残余组分。方辉橄榄岩中尖晶石Cr# 为47~52、TiO2含量0.01%~0.04%,橄榄石Fo为90.34%~90.98%指示方辉橄榄岩经历>20%的部分熔融。方辉橄榄岩中橄榄石δ18 Oolivine值+5.1~+6.2‰、单斜辉石δ18Ocpx值+5.6~+6.9‰,其变化范围较大且整体高于正常地幔中橄榄石和单斜辉石的δ18 O值,矿物间氧同位素分馏系数Δ18OOpx—olivine平均-0.3‰,Δ18OOpx—cpx平均-0.7‰,显著区别于正常地幔中平衡的氧同位素分馏系数,具有明显的交代作用特征。结合方辉橄榄岩橄榄石中亏损的微量元素特征,认为方辉橄榄岩可能受到流体交代作用的影响,俯冲壳源物质脱水形成的高δ18O流体交代地幔橄榄岩导致了矿物与矿物间不平衡的氧同位素特征。通过尖晶石与单斜辉石成分判别,尖晶石与单斜辉石的主量元素具有介于弧前与深海地幔之间的过渡型特征,与俯冲初始阶段形成的地幔橄榄岩相似。综合矿物地球化学与氧同位素特征,笔者认为达拉布特地幔橄榄岩为形成于弧前初始俯冲环境。板块俯冲导致弧前扩张形成新洋壳,上涌的软流圈MORB like熔体与俯冲壳源物质熔融形成熔/流体与地幔橄榄岩相互作用,形成达拉布特地幔橄榄岩。     

西准噶尔达拉布特地幔橄榄岩弧前成因的矿物地球化学和氧同位素证据

达拉布特蛇绿岩位于中亚造山带西南缘,是古亚洲洋的扩张、俯冲、消减和闭合过程的产物,保留了洋盆形成及构造演化信息。前人对达拉布特蛇绿岩的形成大地构造背景始终未取得统一的认识。为探讨蛇绿岩所代表的构造演化过程,笔者以达拉布特蛇绿岩中的地幔橄榄岩为研究对象,通过详细的矿物地球化学及其氧同位素研究,对达拉布特地幔橄榄岩成因及构造背景提出新的制约。达拉布特方辉橄榄岩中橄榄石Ni/Co值为21~22,Ni/Mn值为3.0~7.8具有部分熔融残余的特征,此外,橄榄石中不相容元素相对于正常地幔橄榄石亏损,表明方辉橄榄岩为部分熔融的残余组分。方辉橄榄岩中尖晶石Cr# 为47~52、TiO2含量0.01%~0.04%,橄榄石Fo为90.34%~90.98%指示方辉橄榄岩经历>20%的部分熔融。方辉橄榄岩中橄榄石δ18 Oolivine值+5.1~+6.2‰、单斜辉石δ18Ocpx值+5.6~+6.9‰,其变化范围较大且整体高于正常地幔中橄榄石和单斜辉石的δ18 O值,矿物间氧同位素分馏系数Δ18OOpx—olivine平均-0.3‰,Δ18OOpx—cpx平均-0.7‰,显著区别于正常地幔中平衡的氧同位素分馏系数,具有明显的交代作用特征。结合方辉橄榄岩橄榄石中亏损的微量元素特征,认为方辉橄榄岩可能受到流体交代作用的影响,俯冲壳源物质脱水形成的高δ18O流体交代地幔橄榄岩导致了矿物与矿物间不平衡的氧同位素特征。通过尖晶石与单斜辉石成分判别,尖晶石与单斜辉石的主量元素具有介于弧前与深海地幔之间的过渡型特征,与俯冲初始阶段形成的地幔橄榄岩相似。综合矿物地球化学与氧同位素特征,笔者认为达拉布特地幔橄榄岩为形成于弧前初始俯冲环境。板块俯冲导致弧前扩张形成新洋壳,上涌的软流圈MORB like熔体与俯冲壳源物质熔融形成熔/流体与地幔橄榄岩相互作用,形成达拉布特地幔橄榄岩。     

苏鲁地体胡家林和梭罗树三叠纪变质超基性岩U-Pb、Lu-Hf和O同位素地球化学研究

胡家林超基性岩单矿物氧同位素组成基本上接近正常地幔值（石榴石4.7‰~5.4‰)。梭罗树超基性岩及其共生榴辉岩具有氧同位素正异常（超基性岩中石榴石9.8‰~10.4‰;榴辉岩中石榴石9.0‰~12.1‰)，指示超基性岩和榴辉岩原岩可能在板块俯冲之前，在浅层或地表环境中经历过蛇绿岩套顶部相似的低温热液蚀变。胡家林超基性岩样品中的变质锆石年龄227.2±2.4 Ma，可能代表俯冲板块经峰期超高压变质后，折返初期从金刚石榴辉岩相降压至柯石英榴辉岩相过程中流体活动和错石结晶的年龄。梭罗树超基性岩样品中变质锆石的一组变质年龄240.4±2.4 Ma代表了板块俯冲至超高压峰期变质之前流体活动过程中锆石的结晶年龄，而另一组变质年龄217.1±3.3 Ma代表了板块折返过程中高压榴辉岩相重结晶条件下的锆石结晶年龄。从变质锆石到重结晶锆石，其Th/U和176Lu/177Hf呈现出相似的变化趋势，可能指示了变质作用对锆石中的U-Th-Pb同位素体系和Lu-Hf同位素体系产生相似的地球化学效应。梭罗树超基性岩可能来源于俯冲地壳内部的“残留地幔”。胡家林超基性岩重结晶锆石中继承的放射成因铅或者来源于俯冲地壳与仰冲盘底部石榴辉石岩相地幔发生的壳幔相互作用而导致碎屑锆石的重结晶；或者来源于超基性岩岩浆在板块俯冲前，通过底侵作用上升侵位与地壳物质发生混染形成岩浆锆石，这种岩浆错石在超高压变质过程中经历了重结晶。     

胶东地块西部变质岩锆石U-Pb定年和氧同位素研究

对胶东地块西部变质岩作了系统的锆石U-Pb定年和矿物氧同位素分析,结果对这些变质岩的原岩性质和变质时代提供了制约。研究得到:(2)2个TTG片麻岩的原岩谐和年龄分别为2692±14Ma和2691±12Ma,部分锆石记录了1.7Ga～1.8Ga左右的变质事件。岩浆锆石δ~(18)O值为5.11～5.55‰,指示TTG岩浆在成因上与幔源岩石关系密切;(2)呈透镜状包体分布于TTG片麻岩中的斜长角闪岩全岩δ~(18)O估计值总体在6.0～6.5‰之间,表明斜长角闪岩原岩同样具幔源性质,其原岩初始氧同位素组成总体未受后期变质作用改造,但局部有低δ~(18)O值(3.6‰)斜长角闪岩分布,指示胶东地块西部同样存在δ~(18)O亏损事件;(3)粉子山群长英质副片麻岩具有较高的氧同位素组成,全岩δ~(18)O估计值在12.3～14.5‰之间,锆石δ~(18)O值高达9.92‰,指示其源区物质为高δ~(18)O值表壳岩。粉子山群斜长角闪岩全岩δ~(18)O估计值在5.5‰左右,表明其原岩具有幔源性质,原岩初始氧同位素组成也未受后期变质作用的明显改造;(4)粉子山群混合岩化变质作用时间为1748±22Ma,斜长角闪质混合岩中变质新生锆石δ~(18)O值为6.07‰,长英质混合岩中变质新生锆石δ~(18)O值为6.88～7.67‰,指示在混合岩化变质作用过程中有外部高δ~(18)O值流体加入,引起混合岩氧同位素组成不同程度地升高;(5)粉子山群中橄榄大理岩岩浆核锆石U-Pb不一致线上、下交点年龄分别为769±48Ma和215±34Ma,分别代表岩浆锆石结晶年龄和变质年龄,说明胶东地块西部同样存在新元古代岩浆活动,并遭受到三叠纪变质作用;(6)分布于TTG片麻岩中的基性麻粒岩原岩年龄为2379±54Ma,麻粒岩相变质作用时间为1794±41Ma,与混合岩化变质作用时间基本一致。麻粒岩相变质锆石δ~(18)O值为4.75‰,氧同位素研究表明基性麻粒岩原岩具幔源性质,其原岩氧同位素组成未受到后期变质作用改造。胶东地块西部新元古代岩浆活动、印支期变质时代和~(18)O亏损事件的产出指示,胶东地块西部有可能属于扬子板块,对应于扬子板块北缘新元古代裂谷岩浆侵位时裂谷肩部的北翼古老围岩。在印支期陆壳俯冲过程中,整个胶东地块西部可能并没有俯冲到地幔深度。     

胶南桃行超高压变质岩的氧同位素地球化学及其年代学制约

对苏鲁超高压变质带内诸城桃行地区榴辉岩及其花岗片麻岩围岩进行了单矿物氧同位素组成分析和锆石U-Pb定年。氧同位素组成显示出不均一亏损~(18)O的特征。石英-石榴石等高温矿物对的氧同位素温度为600～950℃,指示它们在榴辉岩相变质条件下达到并保存了氧同位素平衡。而部分石英-长石和白云母-金红石等矿物对的氧同位素温度为350～570℃,指示它们在峰期变质之后的角闪岩相退变质过程中达到并保存了同位素退化交换再平衡。锆石氧同位素组成低达-1.3‰～4.2‰,对这种低δ~(18)O值进行锆石U-Pb定年,分别得到762～834Ma的原岩年龄和202～249Ma的变质年龄。因此,桃行低δ~(18)O值锆石形成于新元古代(700～800Ma)的低δ~(18)O值岩浆。这种低δ~(18)O值岩浆是由于变质岩原岩经历新元古代高温大气降水热液蚀变后再部分熔融所形成。对于在角闪岩相退变质之后保存了封闭体系的花岗片麻岩样品(石英-长石矿物对温度为355～405℃),石榴石在榴辉岩相变质温度下达到并保存了氧同位素平衡(石英-石榴石矿物对温度为685℃),指示石榴石中Sm-Nd体系在同样的变质务件下也达到了平衡。因此,花岗片麻岩中石榴石-斜长石-全岩的Sm-Nd等时线年龄215±11Ma与锆石变质边的三叠纪年龄(202～249Ma)一样,代表了榴辉岩相峰期变质后的冷却年龄。而花岗片麻岩中石英-钾长石和石英-斜长石矿物对处于氧同位素不平衡状态,同时钾长石和斜长石相对于样品中其它矿物异常亏损~(18)O,指示在角闪岩相退变质之后体系曾经开放,岩石受到低~(18)O流体在低温和中温下(200～400℃)的热液蚀变。这种奈件下矿物氧同位素的退化交换是由表面反应机制控制,与Nd的扩散机制不同,因此氧同位素平衡无法制约Sm-Nd矿物等时线的有效性。     

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     

大陆俯冲隧道板片-地幔楔界面反向流体交代作用:西阿尔卑斯造山带超高压变质白片岩的地球化学证据

前人对深俯冲板片释放熔/流体交代地幔楔形成弧岩浆源区的过程和机制已得到充分认识,然而对地幔楔岩石能否脱水交代深俯冲地壳并不清楚.在对欧洲西阿尔卑斯造山带Dora-Maira地体白片岩的地球化学研究中,首次发现地幔楔交代岩能够脱水反向交代深俯冲地壳岩石,从而极大影响俯冲地壳的地球化学组成.结合白片岩和围岩的全岩地球化学特征以及锆石学结果,查明了白片岩的原岩为S型花岗岩,澄清了关于Dora-Maira白片岩原岩属性的长期争议.在此基础上,发现白片岩中变质锆石相对残留岩浆锆石δ18O值显著降低,指示原岩形成后受到低δ18O变质流体的交代作用.白片岩具有高温岩石中最高的δ26Mg值达0.75‰,显著高于围岩变花岗岩,指示交代流体具有重Mg同位素组成.基于地球主要岩石储库的Mg同位素组成,推测交代流体来自俯冲隧道中富滑石地幔楔蛇纹岩在弧下深度的脱水分解,而这些地幔楔蛇纹岩是新特提斯洋壳在弧前深度变质脱水产生的流体与地幔楔浅部橄榄岩反应形成.这些结果不仅提供了利用Mg-O同位素示踪俯冲隧道中流体来源的新思路,也提供了地幔楔蛇纹岩来源流体反向交代深俯冲地壳岩石的首个典型实例.这种反向交代不仅极大改变了深俯冲地壳的地球化学组成,而且对弧岩浆岩重Mg同位素成因具有重要意义.      

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.      

苏鲁超高压变质带岗上石榴石橄榄岩岩体：中国大陆科学钻探卫星孔（CCSD-PP3钻孔）初步研究

大陆科学钻探在江苏岗上超镁铁岩体上打了一个卫星孔(CCSD-PP3),孔深705m,穿透428m厚超镁铁岩体,其下主要为不同类型片麻岩及少量榴辉岩。该岩体产在苏鲁超高压变质带中,面积1370×700m,上覆约10m厚第四纪盖层。岩心柱可以粗分为4段,370m上部超镁铁岩,50m片麻岩夹榴辉岩,60m下部超镁铁岩,225m片麻岩类。榴辉岩夹在片麻岩中,片麻岩有正、副之分。榴辉岩石榴石中发现柯石英假象,表明岩石经历超高压变质作用。超镁铁岩主要岩性为纯橄岩和含石榴石纯橄岩,含石榴石纯橄岩出现3层,总厚度仅90m,与不舍石榴石的纯橄岩无截然界线。岩相学研究观测到石榴石中保留橄榄石、单斜辉石和尖晶石等超高压变质之前的矿物组合,以及退变质矿物替代石榴石的现象。岩石化学成分总体变化小,SiO242.17-44.79,平均43.78;MgO46.35-48.98,平均47.42,Mg#值(=Mg/(Mg Fe)×100)为91.89-92.75,平均92.4,属于高Mg型;Al2O3和CaO丰度低,分别为0.66-0.27,平均0.43,和0,01-0.35,平均0.13;REE总量较原始地幔亏损,但LREE相对HREE富集。结合矿物组合特征,说明这套岩石属亏损型,但可能经历了流体热液的改造;纯橄岩和含石榴石纯橄岩成分的一致型,说明后者是前者经变质改造形成。SHRIMPU-Pb定年测得含石榴石纯榄岩中锆石存在两组年龄,超高压变质阶段新形成的锆石时代为240±2.7Ma,核部残留岩浆锆石给出726±56Mao前者与区域上超高压变质年龄十分吻合,后者与大别-苏鲁区域上新元古代大规模花岗质岩浆侵位时代。岗上超镁铁岩体可能记录了早期侵位到地壳,在陆陆俯冲碰撞阶段被俯冲岩片带入到柯石英形成深度,以及随岩片折返到地表的整个历史。     

中国东部橄榄岩包体和榴辉岩中CO_2流体包裹体的碳同位素组成

应用阶段加热技术 ,对中国东部新生代玄武岩中的橄榄岩包体和大别造山带超高压榴辉岩进行了包裹体 CO2 的碳同位素组成测定。结果表明 ,橄榄岩的δ1 3C值变化较大 ,从 - 2 2 .8‰到 0 .7‰ ,明显不同于前人报道的低δ1 3C值 (- 2 8‰～- 2 0‰ )特征 ,指示中国东部地幔流体中 CO2 的碳同位素组成是不均一的 ,反映了地壳有机碳与原生地幔碳的混合特征。大别造山带榴辉岩的 δ1 3C变化从 - 18.5‰到 4 .6‰ ,同样明显不同于前人报道的低 δ1 3C值 (- 30‰～ - 2 0‰ )特征。榴辉岩的低δ1 3C值指示了板块俯冲前其玄武岩原岩受到地表含有机碳流体蚀变后的碳同位素特点 ,而较高的δ1 3C值反映了板块折返过程中榴辉岩受淋滤大理岩的富 CO2 流体叠加的退变质效应。橄榄岩包体和超高压榴辉岩的轻碳同位素共同特点反映了板块俯冲引起的壳—幔物质相互作用和碳同位素地球化学再循环 ,指示中国东部岩石圈地幔含有丰富的地壳有机碳组分     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。     

南苏鲁造山带根部的物质组成及变质作用

在南苏鲁地区，大陆造山带根部主要由5种不同化学成分的岩石类型组成，分别以石榴石橄榄岩、榴辉岩、片麻岩、石英岩和大理岩为代表。它们的原岩是古老的花岗质侵入岩、表壳岩和基性一超基性侵入岩，并一起经历了超高压变质作用。正变质的花岗质片麻岩是超高压变质带的主要组成部分，构成了花岗质和奥长花岗质岩石组合，不同于典型的TTG岩系。变质火山岩具有双峰式火山岩地球化学特征，很可能形成于大陆裂谷环境。除幔源石榴石橄榄岩以外，其他各种岩石都具有可变的、但均低于正常变质岩的氧同位素值，表明其原岩曾在地壳浅部发生了不同程度的水—岩交换作用，并在整个超高压变质过程中保持其米级尺度的不均匀性。新的温、压计算结果表明，石榴石橄榄岩的形成条件可能是1100—1200℃和6．5—8．0GPa，地热梯度等于或小于5℃／km，即以前认为变质作用不可能达到的“禁区”。     

大陆俯冲隧道壳幔相互作用:来自苏鲁造山带橄榄岩的锆石学证据

大陆碰撞造山带石榴橄榄岩作为超高压变质地体的重要组成部分之一,记录了大陆俯冲带之上地幔楔的组成和演化、壳-幔相互作用、流体-岩石相互作用及俯冲带化学地球动力学等重要信息。我们在锆石岩相学研究的基础上,对苏鲁造山带腾家橄榄岩及其寄主片麻岩不同锆石区域进行了U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素联合原位分析。滕家橄榄岩呈块状产于超高压花岗质片麻岩中,主要矿物组成为橄榄石+斜方辉石+尖晶石+铬铁矿+角闪石+蛇纹石±绿泥石±白云石±锆石。锆石具有明显的核-(幔)-边结构。残留岩浆锆石具有振荡环带或模糊的振荡环带,主要为新元古代U-Pb年龄,同时含有少量中、古元古代的U-Pb年龄。它们具有高的Th/U比值(0.1)和陡峭的MREE-HREE配分,包含石英、磷灰石和斜长石包裹体。残留岩浆锆石的U-Pb年龄、微量元素和Hf-O同位素组成与大别-苏鲁造山带超高压变质岩的原岩锆石相似。因此,这些残留岩浆锆石可能是被来自深俯冲大陆地壳脱水产生的交代流体物理搬运到橄榄岩之中。相反,交代生长锆石具有弱分带或无分带,U-Pb年龄为(220±2)~(231±4)Ma,略低于大别—苏鲁造山带超高压变质作用时间。它们具有相对低的Th/U比值(0.1)、HREE含量、陡的MREE-HREE配分、负的Eu异常和低的δ18O值(-11.3%~0.9‰),包含石英和磷灰石包裹体。因此,这些锆石在深俯冲大陆地壳折返初期从交代流体中新生长。不论残留岩浆锆石还是交代生长锆石,其微量元素和Hf-O同位素组成都与寄主片麻岩明显不同,可见,交代流体不是直接来自寄主片麻岩,而是深俯冲大陆地壳的脱水流体。交代流体亦造成显性交代,形成角闪石、蛇纹石和绿泥石等交代成因矿物。总之,滕家橄榄岩经历了来自深俯冲大陆地壳在折返初期变质脱水形成的富水流体的交代作用。在大陆俯冲隧道的板块-地幔界面,这些地壳来源的流体不仅携带Zr和Si等化学组分,而且把深俯冲地壳来源的微小锆石颗粒迁移进入橄榄岩。因此,造山带橄榄岩通过化学迁移(溶解元素)和物理迁移(微小矿物颗粒)等机制记录了大陆俯冲带的壳幔相互作用。流体-橄榄岩反应是大陆俯冲带壳幔相互作用的基本机制。     

大别山中生代中酸性岩浆岩锆石U-Pb定年、元素和氧同位素地球化学研究

对大别山中生代主簿源、天柱山和团岭中酸性岩浆岩进行了锆石U-Pb定年、全岩主量和微量元素分析以及全岩和单矿物的氧同位素分析。结果表明,这些富钾的中酸性侵入岩表现出明显的轻稀土富集和高场强元素(Nb、P和Ti)负异常,与围岩片麻岩之间具有类似的微量元素分布特征和初始Sr-Nd-Ph同位素组成。锆石U-Pb年龄指示了早白垩世(121～131Ma)的岩浆结晶年龄。通过CL照相和SHRIMP定年在某些锆石颗粒中发现了老的继承核,年龄分别为742～815Ma和222Ma。这些新元古代和三叠纪核年龄分别与大别-苏鲁造山带超高压变火成岩原岩年龄和超高压变质年龄一致。尽管石英和锆石具有较小的δ~(18)O值变化范围(石英:6.30‰～8.66‰,锆石:4.14‰～6.11‰),全岩和其它单矿物氧同位素比值变化较大(全岩:0.07‰～7.13‰,钾长石:0.55‰～7.40‰,斜长石:-4.88‰～6.96‰),大多数锆石具有与正常地幔锆石(5.3±0.3‰)一致的δ~(18)O值。大多数样品的石英-锆石之间保存了氧同位素平衡分馏,而其它矿物(如,钾长石、斜长石、黑云母和角闪石)与锆石之间则大多表现出明显的氧同位素不平衡分馏,指示它们受到了岩浆期后亚固相水-岩相互作用的扰动。元素和同位素特征表明,大别山中生代中性岩起源于加厚基性下地壳的脱水部分熔融,在岩浆侵位过程中伴随有结晶分异作用;而花岗岩则起源于与北大别TTG正片麻岩具有相似化学组成的中性地壳的部分熔融。因此,大别山中生代中酸性岩岩浆源区是三叠纪扬子陆块俯冲产生的加厚地壳,形成机制可能与早白垩世地幔超柱事件热扰动所引起的部分熔融有关。