Mineral Phase Transformation and Water Fluid Evolution of Khondalite Series in the Border Area of Shanxi and Inner Mongolia, China

１．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｕｐｔｏｎｏｗ,ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｇｅｏｌｏｇｉｓｔｓｐｕｔｅｍｐｈａｓｉｓｏｎｔｈｅｆｌｕｉｄｇｅｏｌｏｇｙｏｆｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｒｏｃｋｓｂｅｃａｕｓｅｆｌｕｉｄｇｅｏｌｏｇｙｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｗａｙｔｏａｎｉｎｄｅｐｔｈｓｔｕｄｙｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｆｌｕｉｄｓａｎｄｒｏｃｋｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ,ａｍｏｎｇｍａｎｙｍｅｔｈｏｄｓｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｆｌｕｉｄｓ,ｔｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｍａｉｎｍｅｔ…     

北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体

北苏鲁莒南—岚山头—日照—桃行—仰口—荣成—威海一带榴辉岩的围岩经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压矿物组合已完全被后期退变矿物组合所取代。锆石微区阴极发光图像和矿物包体激光拉曼测试研究结果表明,132件不同类型岩石(包括榴辉岩、斜长角闪岩、正片麻岩、副片麻岩、大理岩、蓝晶石英岩、云母片岩和钙镁硅酸盐类变质岩等)锆石中,普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体。此外,在南苏鲁东海及其邻区的地表露头和一系列钻孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的超高压矿物包体。该项研究成果表明,在苏鲁地体由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的陆壳岩石(约320km×20km×5km)曾发生过巨量物质深俯冲—超高压变质的壮观地质事件。     

内蒙古大青山地区孔兹岩系中钙硅酸盐岩的组成和地球化学特征

在内蒙古大青山地区的孔兹岩系中,透辉片麻岩岩组以钙硅酸盐岩为特征的岩石组合作为一个独立的岩石地层单元产于榴云片麻岩岩组之上、大理岩岩组之下。该岩组由透辉片麻岩（DG）和透辉长石变粒岩（DFG）、长石透辉变粒岩（FDG）、透辉石岩（DD）、透辉大理岩（DM）组成,普遍以富含透辉石、榍石、方柱石和磷灰石为特征。富Ca、Sr、Na,贫Cr、Ni、Co、Sc的特征显示该岩组中有化学沉积物的存在。并且,从DM—DD—FDG—DFG和DG表现的CaO与SiO₂负相关、Al₂O₃与SiO₂正相关反映了岩石中碎屑组分增加、化学沉积减少的趋势。常量元素、微量元素和稀土元素的分布特征说明是一套由富铁白云质泥岩-钙质泥岩、钙质杂砂岩夹泥质灰岩、泥灰岩-含钙质长石砂岩组成的沉积建造,形成于干旱气候、潮间带或泻湖、陆源碎屑供给不足的环境中。消除化学沉积的影响后,该岩组的地球化学特征尤其是稀土元素与区内的榴云片麻岩十分相似,反映它们有共同的源区。它与榴云片麻岩岩组、大理岩岩组一起构成碎屑沉积－碎屑沉积加化学沉积－化学沉积组成的沉积旋回,类似于华北克拉通内中元古代长城系的沉积特征,因而支持孔兹岩系形成于克拉通内沉积盆地的观点。     

内蒙集宁地区孔兹岩系中大理岩的形成时代——长英质片麻岩中LA-ICP-MS锆石U-Pb测年的证据

研究区位于华北克拉通西部孔兹岩带东段的集宁一带,区内的孔兹岩系由下部的榴云片麻岩组合和上部的大理岩组合组成。在大理岩组合的底部发现了数层与薄层大理岩互层的长英质片麻岩,岩相学、锆石特征和原岩恢复指示该长英质片麻岩原岩为长石砂岩。对长英质片麻岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析,在70个锆石颗粒中获取了72组锆石数据。其中:碎屑锆石数据中年龄最小的为(2 091±20)Ma,可以代表长英质片麻岩原岩沉积时代的下限;19组集中在1.8～1.9Ga的变质锆石207Pb/206Pb表面年龄的加权平均值为(1 852±15)Ma(MSWD=0.7),该年龄值可以代表长英质片麻岩原岩沉积时代的上限。结合前人研究成果可以认为:集宁地区孔兹岩系中大理岩形成于(2 091±20)～(1 852±15)Ma的古元古代,并在(1 852±15)Ma遭受了区域变质作用,同时也进一步说明大理岩为孔兹岩系的重要组成部分;横贯西部陆块的孔兹岩带中,孔兹岩系原岩的源区曾存在大规模的花岗质岩浆活动,但是带内各个部位有着不尽相同的物源区;孔兹岩系不是由附近太古宙岩石提供碎屑物质的原地沉积,而是古元古代晚期构造作用叠置与附近太古宙岩石产在一起的外来构造岩片。     

冀西北石榴角闪二辉麻粒岩早期高压变质矿物组合的确定及其形成的温压条件——来自锆石中矿物包裹体的信息

采用激光拉曼、阴极发光和电子探针技术,确认冀西北石榴角闪二辉麻粒岩锆石中保存早期高压变质包体矿物组合:石榴石(Grt)+单斜辉石(Cpx)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)+金红石(Rt)、单斜辉石(Cpx)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)和石榴石(Grt)+单斜辉石(Cpx)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)。其中少量锆石具有继承性锆石的核,而多数锆石则形成于高压麻粒岩相变质阶段。利用TWQ方法限定石榴角闪二辉麻粒岩锆石中所保存的高压包体矿物组合的变质温度条件为750～820℃,压力为1.07～1.40 GPa。该项研究成果对于如何识别高压麻粒岩以及深入研究其成因机制均具有重要的科学意义。     

内蒙古黄土窑孔兹岩系的锆石与金红石年龄研究

内蒙古黄土窑及其毗邻地区孔兹岩系已有一些１８００￣１９００Ｍａ的锆石Ｕ－Ｐｂ年龄数据,但因孔兹岩是高级变质的沉积岩,其锆石Ｕ－Ｐｂ年龄往往代表峰期变质年龄而不是原岩沉积年龄,因此孔兹岩系属太古宙还是古元古代长期未决。内蒙古黄土窑是晋蒙孔兹岩系的经典产地之一,对其锆石和金红石研究和年龄测试,得到孔兹岩系的碎屑锆石年龄为２３１０Ｍａ,变质成因锆石年龄为１８７３Ｍａ,金红石代表的冷却年龄为１７９３Ｍａ。     

苏鲁地体超高压和非超高压花岗质片麻岩的判别标志——来自锆石中矿物包裹体的证据

中国大陆科学钻探工程预先导孔CCSD－PP1中存在两类不同性质的花岗质片麻岩，它们的岩相学性质，地球化学特征，锆石中的包体矿物组合和分布规律以及阴极发光图像均存在明显的判别，其中第一类花岗质片麻岩中的锆石呈完好的自形晶，不含任何超高压矿物包体，自晶体中心至边缘均具有典型的岩浆结晶生长环带，表明该类花岗质片麻岩未经历超高压变质作用，第二类花岗质征麻岩中的锆石呈半自形晶一它形晶，晶体核部保存典型的岩浆结晶生长环带，且无超高压矿物包体，具有继承性锆石的特点，而在晶体的过渡带及其与边缘的交界部位，普遍存在以柯石英粉 包体矿物，表明第二类花岗质片麻岩曾经历了超高压变质作用，且锆石在此变质过程进一步结晶生长，形成新的生长环带，该项成果对于深入探讨苏鲁超高压变质带的俯冲－折返机制及其与岩浆作用的相互关系以及对中国大陆科学钻探工程的选址和实施有着重要的科学意义。     

隐藏在苏鲁地体斜长角闪岩锆石中超高压变质作用的信息

运用激光拉曼和阴极发光技术，配备电子探针测试，发现苏鲁地体地表露头和中国大陆科学钻探工程预先导孔CCSD-PP1和CCSD-PP2斜长角闪岩锆石中均保存以柯石英为代表的典型超高压矿物组合：柯石英 石榴石 绿辉石 金红石；柯石英 石榴石 绿辉石；柯石英 石榴石 绿辉石 多硅白云母 金红石 磷灰石；柯石英 绿辉石 金红石；柯石英 菱镁矿。该类矿物包体组合与苏鲁地体超高压榴辉岩的峰期矿物组合十分相似，表明斜长角闪岩可能是由超高压变质的榴辉岩在构造抬升过程中退变质而成。     

内蒙古维拉斯托矿床花岗岩类SHRIMP年代学及Hf同位素研究

维拉斯托铜多金属矿床地处中亚造山带和大兴安岭造山带的叠加复合部位,该矿床花岗岩类锆石SHRIMP U-Pb测年结果显示为(298.0±2.5)Ma、(308.3±4.2)Ma、(313.9±3.4)Ma和(320.5±4.1)Ma,表明该矿区花岗岩类的成岩时代为晚石炭世。岩石地球化学特征表明它们为岩浆弧活动的产物。除花岗闪长岩样品锆石的εHf(t)为-4.1～+4.08外,其他3件黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩、石英闪长岩样品锆石ε_Hf(t)为正值,为+0.4～+9.9,锆石Hf模式年龄的峰值与古亚洲洋发育的时间较为一致,暗示矿区花岗岩类源区物质主要为俯冲的古亚洲洋壳以及少量前寒武纪地壳。矿区花岗岩类系统研究为探讨晚古生代兴蒙造山带的演化过程提供了基础资料,为该铜多金属矿床的成因研究提供了新的证据。     

内蒙古大青山地区枣儿沟角度不整合的发现与美岱召岩群的建立——孔兹岩系之上的古元古代浅变质地层

内蒙古大青山地区是华北克拉通北缘西段以孔兹岩系发育为特征的早前寒武纪变质杂岩发育地区之一。区内,除大面积出露的孔兹岩系之外,还残存有一套由各种石英岩、变粒岩组成的浅变质碎屑沉积地层,前人将其划归乌拉山岩群第四岩组或高角闪岩相孔兹岩系。笔者通过详细的地质填图,发现这套浅变质地层以角度不整合覆盖在孔兹岩系之上,应是孔兹岩系经历了下地壳麻粒岩相变质变形并隆升到地表之后沉积的,形成时代为古元古代,并把这套浅变质地层定名为美岱召岩群。     

内蒙古白音诺铅锌矿床中硅锰灰石的研究

1983年笔者对内蒙巴林左旗白音诺铅锌矿床进行物质成分研究时,在我国首次发现了硅锰灰石。该矿物呈柱状和粒状,粒径0.05—0.1毫米。颜色为茶绿色—黑绿色,透明—半透明。 玻璃光泽,性脆,摩氏硬度6左右。比重3.35。光学性质:高正突起,具有明显的多色性:Np—绿色,Nm—棕黄色,Ng—黄绿色。c∧Np=31°—47°,负延长,(+)2V=68°,Ng=1.745,Nm=1.727,Np=1.715。三斜晶系,空间群:P1,a_o=7.482,b_o=11.591,c_o=6.694;α=91°73′,β=93°58′,γ=104°55′。本区硅锰灰石沿锰铁次透辉石裂隙分布,可能为热液期形成的。     

晋蒙交界孔兹岩系熔体参与变质反应的结构特征及其动力学意义

晋蒙交界孔兹岩系变质反应结构与矿物相转变机制研究结果表明,在麻粒岩相变质及其与之相伴随的重熔作用过程中,存在一类特殊的有熔体参与的变质反应,即未熔矿物与熔体之间的反应。结合天然块状岩石高温高压实验,确定研究区孔兹岩系熔体参与变质反应如下：①２Ｇｔ＋（９ＳｉＯ２＋４Ａｌ２Ｏ３）熔体＝３Ｃｒｄ;②Ｇｔ＋（２ＳｉＯ２＋２Ａｌ２Ｏ３）熔体＝Ｓｐ＋Ｃｒｄ;③２Ｇｔ＋（３ＳｉＯ２）熔体＝２Ｏｐｘ＋Ｃｒｄ;④１４Ｇｔ＋（２５ＳｉＯ２＋４Ｈ２Ｏ）熔体＝４Ｃｕｍ＋７Ｃｒｄ。这类熔体参与变质反应不仅受控于温压条件,而且与寄主岩石脱水熔融、长英质矿物部分熔融存在密切成因关系。该项理论与实验研究对于深化变质反应理论、探讨孔兹岩系矿物相转变成因机制及其动力学过程有着重要的意义。     

内蒙古固阳县乌拉山(岩)群混合岩作用的机制及演化

内蒙古固阳一带广泛出露了一套太古宙乌拉山 (岩 )群的高角闪岩相—麻粒岩相的岩石。通过区域地质调查及重点地段的研究 ,确定其在区域变质作用中总体处于高角闪岩相 ,但也存在局部高温高压 (麻粒岩相 )的地段。根据脉体特征及相互关系 ,划分出第一期以富钠 (脉体为英云闪长岩、奥长花岗岩 )为特征和第二期以富钾 (脉体为钾长花岗岩 )为主的两期混合岩化作用。确定第一期为前构造期的混合岩化作用 ,是区域变质作用的延续与发展 ;第二期为同构造期的混合岩化作用 ,随着乌拉山旋回构造运动的加强而加强、构造运动的结束而结束     

内蒙古,河北高级变质岩中锆石的成因矿物学研究

本文对内蒙古上、下集宁群、河北桑干群紫苏花岗岩及麻粒岩中的锆石进行了形态、环带及成分分布的研究，发现这些岩石中存在岩浆成因和变质成因的锆石，论述了这两种锆石的成因矿物学特征，并对这些岩石的成因进行了探讨。     

内蒙古白乃庙石英脉群流体包裹体特征及其金的勘查意义

研究区位于内蒙古白乃庙—谷那乌素铜金成矿带,地质填图发现:白乃庙铜金矿床西侧徐尼乌苏组中发育一套石英脉群,产状与白乃庙矿区金矿化石英脉相似。其矿物组合可分为黄铁矿-石英早阶段(M1)和石英-方解石晚阶段(M2)。M1阶段捕获的流体包裹体中,含子晶三相包裹体均一温度为256~320℃,盐度为31.4%~39.8%NaCl eqv;两相水溶液包裹体的均一温度为210~260℃时,盐度为17.1%~22.8%NaCl eqv,气相富集CH4,CO2次之,含H2S、H2O及少量C6H6、N2,温度为170~210℃时,气相富集H2O或CO2,CH4次之,含N2,盐度与前者相似,但存在低盐度流体端员;纯气体包裹体成分为纯CH4或者CO2和CH4。M2阶段捕获两相水溶液包裹体,均一温度为90~160℃,盐度为15.82%~21.1%NaCl eqv,并与低盐度流体混合。石英脉群的流体可以看作中低温中低盐度含H2S、N2、C6H6的CH4-CO2-H2O-NaCl体系。对比金矿床成矿流体、白乃庙铜金矿床流体特征并结合化学分析,表明石英脉群具有金矿化的潜力。     

内蒙古东乌旗沙麦钨矿床成矿机制：来自流体包裹体及稳定同位素的证据

内蒙古东乌旗沙麦钨矿床位于中亚巨型缝合带的最东段,矿床内广泛发育云英岩化,钨矿体主要受NW向断裂构造控制,呈黑钨矿-石英脉状产出在燕山期沙麦岩体（岩性主要为黑云母二长花岗岩）和泥盆系围岩地层（岩性主要为角岩化砂岩、砂砾岩）中。成矿阶段从早到晚分别为：石英-黄玉阶段（Ⅰ）、云英岩-黑钨矿阶段（Ⅱ）和晚期硅化阶段（Ⅲ）。本文对矿床流体包裹体及C-H-O-S同位素进行了研究,结果显示：矿床中普遍发育CO2-H2O包裹体及水溶液气液两相流体包裹体。从成矿早期至成矿晚期,矿床流体中富CO2包裹体逐渐减少,CO2含量逐渐降低。成矿早期可见熔体包裹体与流体包裹体共存的现象,属低盐度、富CO2的岩浆来源流体。矿床成矿作用从早到晚,流体包裹体均一温度分别为279~341℃、196~286℃、103~201℃;流体盐度分别为(1.6~9.1)%NaCleq、(3.0~11.1)%NaCleq、(0.9~4.7)%NaCleq。激光拉曼光谱分析结果显示,流体中的气相主要是CO2,部分含有H2O和CH4。成矿流体从早期中高温、中盐度流体向晚期低温、低盐度流体演化,属NaCl-H2O-CO2±CH4热液体系。矿床稳定同位素研究表明,沙麦钨矿床的成矿流体主要来源于岩浆水,并在成矿晚期混入了大气水。矿床硫的来源与早白垩世岩浆-热液系统或深部幔源岩浆相关,并混入了部分地层硫。综合分析认为,沙麦钨矿为一岩浆期后热液型钨矿床。燕山期侵入体从深部携带成矿物质,经历了岩浆分异和流-熔体相互作用等过程,形成区内岩浆-热液成矿系统。流体的不混溶是导致含钨络合物分解乃至最后沉淀成矿的主要原因。     

苏鲁超高压变质带中非超高压花岗质片麻岩的准确识别:来自锆石微区矿物包体及SHRIMP U-Pb定年的证据

通过隐藏在锆石微区矿物包体激光拉曼的系统鉴定和阴极发光图像特征的详细研究,配合相应的锆石微区SHRIMP U-Pb定年测试,发现苏鲁地体超高压变质带中确实存在非超高压变质的花岗质片麻岩。该类岩石中的锆石晶体自核部到边部所保存的矿物包体以不含超高压矿物为特征,相应的阴极发光图像具有典型岩浆结晶锆石的核部和幔部,以及变质的再生边的特点。其中岩浆结晶锆石微区记录的~(238)U-~(206)Pb年龄为404～748Ma,表明原岩中部分锆石可能经历了Pb丢失,也不排除后期热事件因素的影响,原岩的形成年龄应大于748 Ma;而锆石的再生边所记录的~(238)U-~(206)Pb。年龄为204～214 Ma,与研究区经历超高压变质的副片麻岩和花岗质片麻岩锆石微区所记录的苏鲁地体快速折返过程中角闪岩相退变质年龄(~(238)U-~(206)Pb年龄的平均值为211±4 Ma,刘福来等,2003a)十分相似。上述特征表明,苏鲁地体超高压变质带中的部分花岗质片麻岩在超高压变质事件之前就已经形成,但并未“参与”深俯冲—超高压的变质演化过程,而是在苏鲁地体快速折返的角闪岩相退变质过程中与超高压岩片“拼贴”在一起。该项成果不仅为正确识别非超高压变质岩石提供了一个新的研究方法,而且对进一步深入探讨苏鲁地体超高压和非超高压岩片的“拼贴”机制有着重     

内蒙古大青山地区石榴混合花岗质岩石地球化学特征及成因

内蒙古大青山地区太古宙孔兹岩系在发生麻粒岩相变质作用的同时,榴云片麻岩岩组中的石榴黑云片麻岩在近水平剪切构造变形过程中发生部分熔融,形成了石榴混合花岗质岩石。现有证据表明,它们形成于新太古代晚期,在矿物组成、地球化学特征上,大体继承了石榴黑云片麻岩,而它们的结构和地球化学特征尤其是REE分布型式的变异又反映了其部分熔融和演化。尽管该石榴混合花岗质岩体规模小,但在矿物组成、结构和地球化学特征上显示出明显的不均一性,形成了高K2O低Na2O、CaO,稀土元素总量低,具正Eu异常和低K2O高Na2O、CaO,稀土元素总量高,具负Eu异常的两类石榴混合花岗质岩石。综合研究发现,这两类石榴混合花岗质岩石的形成与部分熔融及随后的流动过程中熔体与残留体的逐渐分离有关,前者残留体、残留矿物相极少,富长英质;而后者残留体和残留矿物相对较多,因而富镁铁质,并且控制REE行为的矿物相如石榴石和独居石、磷灰石、锆石等相对富集,从而造成了两类石榴混合花岗质岩石稀土元素分布型式的差异,与桑干地区成因相似、成熟度较高的古元古代花岗岩具有较大差别。     

内蒙古中部大青山—乌拉山地区孔兹岩系的变质地层结构及动力学意义

通过对内蒙古大青山—乌拉山地区高级变质杂岩的研究发现,区内孔兹岩系先后遭受到近水平顺层滑脱变形、穹-褶构造和近东西向陡倾叶理带的改造。由于近水平顺层滑脱变形,这些变质地层发生“岩层缺失、隔层相触”,在空间上表现为近水平的长轴近东西向的扁豆体堆叠而成的变质地层结构,而后期近东西向陡倾叶理带的叠加,又使得这些变质地层在空间上以不规则条带状、不规则团块状或透镜状形式出露,各变质地层单位之间及与其他变质岩系之间显现出“犬牙交错、参差产出”的特征,从而显示出十分复杂的变质地层结构。可以确定,区内孔兹岩系至少经历了2个造山旋回,近水平顺层滑脱变形构造及对应的变质地层结构是早期造山旋回后期阶段的产物,而近东西向陡倾叶理带及相应的变质地层结构则属于后期造山旋回。     

内蒙大青山地区黑云母花岗岩SHRIMP U-Pb定年及其构造意义

大青山黑云母花岗岩主要由钾长石（45%）、斜长石（15%~25%）、石英（25%）、黑云母（5%~10%）组成。主元素SiO₂含量69.48%~72.40%,K₂O+ Na₂O含量7.74%~9.58%,K₂O＞Na₂O,A/CNK为1.0~1.17,具过铝质-强过铝质花岗岩特征;稀土元素分馏较强,REE配分型式具中等负Eu异常;微量元素在原始地幔（PM）标准化蛛网图上显示Rb、Th、K、Nd相对富集,Nb、Sr、Ti相对亏损,岩石地球化学特征与碰撞花岗岩类似。本文对大青山地区料木山黑云母花岗岩进行高精度锆石SHRIMP U-Pb定年研究,其形成时间为2430±19Ma,可能代表鄂尔多斯陆块与阴山微陆块碰撞造山岩浆热事件年龄。区域上埃达克质岩、赞歧岩、Colcepet花岗岩同位素年龄均为2470~2330Ma, 预示着这一地区在古元古代早期可能已经出现与板块消减相关的陆-陆碰撞造山带。古元古代花岗岩的岩石地球化学和同位素年代学特征表明乌拉山-大青山麻粒岩相带是一条古元古代造山带。