高压—超高压变质流体的一种重要载体:名义上的无水矿物

本文运用显微傅立叶变换红外光谱技术对3个大别山榴辉岩中的石榴子石和绿辉石进行了观察,发现它们都含有结构水,以OH^-的形式赋存。结果表明,这些名义上的无水矿物可能是陆壳俯冲过程中将水携带进地球深部的重要载体;这些矿物中的结构水是变质流体的组成部分之一;即使在超高压阶段,变质系统也并不是“干”的。

深部地球中水的分布和循环

深部地球中的主要物相(橄榄石、辉石、石榴石等及其高压相变产物)是理想化学式中不含H的“名义上无水矿物”,以缺陷形式存在于它们结构中的OH/H2O(统称为结构水)的发现是近二十年来地球科学领域最重要的进展之一。从天然样品的观察和高温高压实验结果来看,深部地球矿物中普遍含有结构水,其总量可能远远超过了水圈。水在深部地球不同层圈中的分布可能具有时间上和空间上的不均一性。在板块俯冲过程中,即使温压条件超过了含水矿物的稳定范围,名义上的无水矿物(如石榴石、辉石等)也可以携带大量的水(质量分数至少数百10-6)进入深部地球,构成了壳幔之间水循环的重要途径。

女山和盘石山橄榄岩包体中的水:红外光谱研究

运用傅立叶变换红外光谱技术对来自安徽女山新生代碧玄岩中的 6个和江苏盘石山新生代玄武岩中的 3个名义上“干”橄榄岩包体中的矿物进行了观察。结果显示 :单斜辉石和斜方辉石普遍含有微量的结构水 ,以 OH- 的形式赋存 ;除 1个女山包体外 ,其余的橄榄石均未探测到结构水 ;女山 1个石榴石橄榄岩中的石榴石未能探测到结构水。单斜辉石中结构水含量 >斜方辉石 >>橄榄石 (石榴石 )。结合文献中的资料来看 ,岩石圈地幔中水的分布可能既具有大尺度不均一性 ,又具有小尺度不均一性 ,可能并不具有明显的垂向分带。

汉诺坝幔源单斜辉石巨晶氢同位素组成的离子探针分析:微尺度不均一性

运用离子探针技术测定了河北汉诺坝新生代玄武岩中 3个单斜辉石巨晶的氢同位素组成 ,结果显示同一颗粒内部表现出微尺度的不均一性 ,2 mm范围内 δD的变化达到 6 0‰。δD和氢含量之间不存在同步的变化 ,巨晶内部的化学成分均一 ,因此我们认为巨晶的氢同位素不均一性继承自母岩浆。母岩浆的氢同位素变化可能是去气过程中气相与熔体之间的分馏引起的。单斜辉石巨晶形成后很短的时间内即被寄主岩浆带至地表并经历了快速淬火。

湖南宁远早侏罗世玄武岩中橄榄岩包体的含水性和元素地球化学特征

运用电子探针(EMP)和激光熔蚀等离子体质谱(LA-ICPMS)对湖南宁远早侏罗世玄武岩中的橄榄岩包体矿物进行了主要元素和微量元素的系统分析,结果表明这些橄榄岩是经历了小程度部分熔融的原始地幔残留,并经历了后期交代作用的影响,硅酸盐熔体可能是重要的交代介质。运用显微傅立叶变换红外光谱技术(Micro-FTIR)对宁远橄榄岩中的单斜辉石和斜方辉石进行了详细的观察,结果显示两种辉石均含有以OH缺陷形式存在的结构水,其含量(H2O的质量分数,下同)分别为147×10-6～461×10-6和40×10-6～126×10-6。根据矿物百分含量计算的全岩水含量为34×10-6～108×10-6,除1个样品外,其余样品的水含量均>50×10-6。结合文献中的资料看来,由橄榄岩包体所代表的宁远中生代岩石圈地幔的含水量要明显高于华北克拉通新生代岩石圈地幔的含水量(多<30×10-6)。宁远中生代岩石圈地幔和华北新生代岩石圈地幔之间的差异反映的可能是中国东部岩石圈地幔含水性的时代演化,即伴随着岩石圈减薄的进行,上涌软流圈的热烘烤使得岩石圈地幔的水含量不断降低。

大别山北部黄土岭片麻岩的锆石U-Pb年龄和氧同位素组成:古老的原岩和多阶段历史

利用阴极发光和离子探针技术,对大别山北部黄土岭片麻岩的锆石进行了内部结构、U-Pb年龄和氧同位素组成的系统分析。黄土岭片麻岩的锆石具有核-幔-边三层结构,核部是原岩的岩浆锆石,形成时代为～2800Ma;幔部是变质重结晶的产物,变质作用的时代为～2000Ma;边部则是在～110Ma从部分熔融体里结晶出来的增生锆石,是受大别山燕山期构造-岩浆事件影响的反映。黄土岭片麻岩和麻粒岩中～2800Ma和～2000Ma的年龄,以及麻粒岩中约3400Ma的残留锆石年龄均可以与扬子崆岭群变质岩对比。由此可以推断,北大别在构造属性上属于扬子板块,扬子与华北板块的缝合线应在北大别以北。锆石的核-幔-边具有不同的氧同位素组成,氧同位素数据表明黄土岭片麻岩的原岩是S型花岗岩,在～2000Ma和～110Ma的事件中都有外来物质(流体或熔体)的加入。

碱性玄武岩中长石巨晶的结构水:红外光谱和核磁共振谱研究

运用傅立叶变换红外光谱技术 (FTIR,红外区和近红外区 )和质子魔角旋转核磁共振技术 (1 H MAS NMR)对来自安徽女山、江苏盘石山和河北汉诺坝新生代碱性玄武岩中的 4个歪长石巨晶进行了观察 ,结果显示 ,这些巨晶含有结构水 ,主要以 H2 O的形式存在 ,其中 3个样品的结构水含量 (H2 O)分别为 40 5μg/ g,915μg/ g和 36 5μg/ g。这些数据和文献中已有的资料表明 。

汉诺坝幔源单斜辉石巨晶中的结构水:红外光谱观察

本文利用傅立叶变换红外光谱技术对产自河北汉诺坝新生代玄武岩中的4个单斜辉石巨晶进行了微量结构水的观察．确定3SOOcm‘左右和3620cm－‘左右两组峰为结构OH吸收峰，其中3500cm(-1)‘左右是主要特征吸收峰。单斜辉石巨晶自源区被携带至地表的过程中未经历明显的红扩散丢失。结合文献中的资料可以认为，上地幔中水的分布可能是不均一的。

大陆玄武岩原始水含量的测定及其对源区组分的制约

理解大陆板内玄武岩的源区组成和成因是认识地幔动力学过程和化学不均一性的重要途径。由于不同地幔端员具有不同的水含量及水与其它不相容元素的比值(如H2O/Ce),原始水含量的测定对于认识玄武岩的源区组成将会提供新的信息。玄武岩玻璃和斑晶中的熔体包裹体是获得海洋玄武岩原始水含量的主要样品,但是不适合于大陆玄武岩,因为大陆玄武岩玻璃由于强烈的去气作用不能反映真实水含量,而大陆玄武岩斑晶中的熔体包裹体少而小,不易获得足量、准确的数据。本文介绍一种最近发展起来的推断大陆玄武岩原始水含量的方法,即利用红外光谱测定玄武岩中单斜辉石斑晶的水含量,然后结合水在单斜辉石与玄武质熔体中的分配系数来反演与斑晶平衡的熔体水含量,进而估计原始玄武质岩浆的水含量。文中详细叙述了方法的适用性、误差的估计以及具体的操作流程,并通过东北双辽和华北太行山新生代玄武岩的研究实例,展示了玄武岩水含量对于源区组成的有力制约。

名义上无水的地幔矿物中结构水的研究进展

介绍了研究名义上无水地幔矿物中的结构水的科学意义，综述了近年来该领域的一些主要研究进展。包括 ７ 个方面：①结构水赋存状态的确定；②结构水含量的测定；③氢的结合方式；④氢在结构中的位置；⑤氢的稳定性；⑥氢的溶解度；⑦氢同位素组成。指出了存在的问题以及今后的研究方向。

大别山碰撞后火山岩的锆石U-Pb年龄和氧同位素组成

利用阴极发光技术 (CL)观察了大别山碰撞后玄武岩和安山岩的锆石内部结构 ,并通过离子探针技术 (SIMS)测定了其U Pb年龄和氧同位素组成。玄武岩中锆石都是直接从玄武质岩浆中结晶的岩浆锆石 ,其年龄为 130± 2Ma(1σ) ;安山岩中有两种锆石 ,绝大多数是直接从安山质岩浆中结晶出来的岩浆锆石 ,年龄为 133± 3Ma(1σ) ,少数是残留的原岩锆石 ,其年龄有两组 :76 8～80 5Ma和 182 7～ 1873Ma。玄武岩和安山岩的岩浆锆石年龄表明 ,大别山碰撞后火山岩的主体应形成于 130Ma左右 ,属早白垩世。结合文献资料来看 ,大别山碰撞后火山岩和侵入岩无论是化学组成、微量元素配分、Sr Nd同位素比值还是年龄 ,都是基本一致的 ,说明火山岩和侵入岩的源区以及成因可能是相同的。玄武岩和安山岩的岩浆结晶年龄一致 ,暗示着它们之间的可能的成因联系。玄武岩锆石相对于正常地幔亏损18O(δ18O =(4 .1± 0 .6 )‰ ) ,说明其岩浆源区可能含有一定数量的俯冲板块断离后进入该区地幔的大别山榴辉岩原岩组分。安山岩中残留的原岩锆石既有扬子板块的年龄信息 ,又有华北板块的年龄信息 。

超高压变质作用不同阶段的流体变化:碧溪岭榴辉岩的氢、硼同位素分析

大别山碧溪岭榴辉岩中有三种含水矿物:多硅白云母、角闪石和黑云母,它们分别是超高压(UHP)阶段(即柯石英榴辉岩相阶段)或者石英榴辉岩相阶段、退变质后成合晶阶段和角闪岩相退变质阶段的产物,本文利用离子探针技术对它们进行了氢同位素和硼同位素的分析。三种矿物内部的同位素组成都是均一的,多硅白云母的δD为-105‰±9‰,δ^(11)B为-25.9‰±2.0‰;角闪石的δD为-100‰±9‰,δ^(11)B为-24.4‰±0.9‰;黑云母的δD为-65‰±4‰,δ^(11)B为-19.3‰±1.3‰。多硅白云母和角闪石的氢-硼同位素组成在误差范围内是相同的,而和黑云母则有明显的差别,这表明,从UHP阶段或者石英榴辉岩相阶段到随后的后成合晶阶段,变质流体是内部缓冲的,而在角闪岩相变质阶段,则有了外来流体的加入,这个流体是相对富集D和^(11)B的。碧溪岭榴辉岩矿物相对于其地壳原岩表现出低δ^(11)B的特征,说明俯冲过程中板块经历了强烈的脱硼。

女山单斜辉石巨晶的硼同位素组成:不均一性的发现及其意义

利用离子探针技术测定了一组安徽女山新生代玄武岩中单斜辉石巨晶的硼同位素组成.硼同位素比值非常不均一:δ^(11)B为+7.4％0～-28.6‰,既表现在不同样品之间,也表现在同一样品的内部.巨晶的硼同位素组成既没有记录暴露地表后的后期蚀变影响,也没有记录被携带上升过程中与寄主玄武岩浆和/或围岩的相互更应.不均一性继承自巨晶的地幔源区,其源区曾经经历过流体的交代作用.交代流体来自于初始硼同位素不均一并且经历不同程度脱水(脱硼)的海洋板块.结合氧同位素和Sr-Nd同位素来看,对交代流体的主要贡献可能来自于蚀变洋壳而不是海洋沉积物.

岩浆过程中影响矿物稀土元素质量分数的因素──来自女山幔源单斜辉石巨晶的启示

运用电子微探针（ＥＭＰ）和二次离子质谱（ＳＩＭＳ）对安徽女山新生代碧玄岩中的１３个单斜辉石巨晶进行了主要元素和稀土元素的分析，１３件样品表现出稀土总量与Ｎａ质量分数的正相关。根据这些数据，结合文献中的资料，我们认为不同种矿物间稀土质量分数的差异是由晶体化学性质决定的；而同种矿物在一个相对简单的地球化学过程中，它们之间的稀土质量分数变化受地球化学过程发生的程度和周围环境的控制。

大陆深俯冲过程中的水:"名义上无水矿物(NAMs)"的信息

对大别山典型产地榴辉岩中石榴子石和绿辉石的傅立叶变换红外光谱(FTIR)观察表明,石榴子石和绿辉石中都含育一定量的结构水,以OH-形式赋存。石榴子石中的水含量(H2O,wt)多为(200-1000)×10-6,可高达2200×10-6;绿辉石中的水含量相对高一些,多在500×10-6以上,最高可达3000×10-6;UHP榴辉岩的全岩水含量可高达10000×10-6。绿辉石的δD值为-67‰--110‰。矿物中的水含量和δD值都存在小尺度(同一样品不同颗粒间以及不同样品之间)的不均一性,这不仅表明超高压变质过程中自由流体的活动范围是有限的,而且说明板块的俯冲和折返都是十分快速的。"名义上无水矿物(NAMs)"的结构水含量和分布特征不仅可以示踪大陆深俯冲过程中流体的演化,还可以提供有意义的深俯冲过程的动力学信息。

广东麒麟绿钙闪石巨晶的地球化学特征

本文对罕见的幔源绿钙闪石巨晶进行了综合的地球化学分析。主要元素、稀土微量元素和Sr、Nd同位素的特征表明:绿钙闪石巨晶是碱性玄武岩浆在地幔条件下的结晶产物;相对于寄主玄武岩,绿钙闪石巨晶均属捕虏晶;它们与共存的橄榄岩包体无成因联系,其形成可能与共存的黑色包体有关。

地幔中的水与重大地质现象和过程

地球地幔中的矿物都只是名义上的无水矿物,它们的结构缺陷里包含的水含量(表示为H_2O的质量分数)虽然都只是在ppm量级上,但是能够显著影响矿物(以至于岩石系统)的物理和化学性质。因此,地幔中的水在某种程度上决定着许多重大地质现象的出现和重大地质过程的发生。研究水与重大地质现象和过程之间的联系将成为今后发展地球科学理论的新生长点。

岩石圈中水分布的时空不均一性:来自汉诺坝和女山深源岩石的信息

岩石圈中水的分布是研究地球不同层圈中水的含量、分布和演化的重要组成部分.岩石圈的主要组成矿物(橄榄石、辉石、长石)都是名义上的无水矿物,但是这些矿物中都含有以缺陷形式存在的OH/H2O,构成了岩石圈中最重要的水库.……

变质岩中锆石U-Pb计时问题评述——兼论大别造山带锆石定年

锆石是 U- Pb计时的首选对象 ,对于地质历史复杂的变质岩地区 ,如大别碰撞造山带的年代学研究 ,具有不可替代的重要性。变质岩中锆石经历了 Pb的扩散丢失作用 ;晶格损伤导致的蜕晶化作用 ;增生 -混合作用和重结晶作用。这些过程对锆石计时的准确性和有效性带来不同程度的影响。为了使测定的年龄有确定的地质意义 ,在进行锆石 U - Pb定年前 ,必需对锆石进行成因矿物学和矿物内部结构研究 ,特别是阴极荧光和背散射电子成像研究 ,通过内部结构特征确定锆石成因过程。在化学 U- Pb法定年时注意普通铅校正和 2 0 4Pb测定值对年龄的影响 ,尽量选择单一成因锆石。特别强调在大别造山带年代学研究中引入锆石微区离子探针定年技术。