中国大陆科学钻探100～2000m超高压变质岩普通Pb同位素地球化学初步研究——俯冲陆壳内脱耦的证据

本文首次对中国大陆科学钻探工程100～2000m榴辉岩中的绿辉石和片麻岩中的长石进行了普通Pb同位素研究。钻孔上部岩段(0-800m)样品放射成因Pb同位素含量比较高且变化幅度较小(206Pb／204Pb=16．81-17．29,207Pb／204Pb= 15．37-15．45,208Pb／204Pb=37．20-37．66),说明其原岩的U／Pb和Th／Pb或者初始Pb同位素比值比较高。钻孔中部岩段(800～1600m)发育有韧性剪切带,相应的Pb同位素比值开始降低且有起伏(206Pb／204Pb=16．26—16．72,207Pb／204Pb=15．27 -15．38,208Pb／204Pb=36．73-37．40)。钻孔下部岩段(800-1600m)样品放射成因Pb同位素含量低但变化幅度较小(206Pb／204Pb=16．05-16．46,207Pb／204Pb=15．22～15．29,208Pb／204Pb=36．68-37．48),说明其原岩的U／Pb和Th/Pb或者初始Pb同位素比值比较低。实测数据同模拟数据对比表明,钻孔上、下两岩段样品普通Pb同位素不同一方面是由于继承了原岩初始Pb同位素不同,另一方面是由它们的μ值不同所致。结合氧同位素研究,本文认为800m以上和1600m以下分属上地壳和中地壳,前者是从俯冲大陆岩石圈解耦的上地壳,在大陆岩石圈俯冲过程中,上部岩片同俯冲的大陆岩石圈发生挤离,率先沿着这一个挤离面逆冲折返至浅部。下岩片是随后从俯冲岩石圈解耦的中地壳岩片,并折返至浅部下伏在先期折返的上部岩片之下。考虑到中部岩段(800-1600m)既发育有韧性剪切带又具有异常低18O峰值(Xiao et al,2006),挤离面是在地壳内部晚元古代的断裂带及冷水活动通道基础上发育起来的。

中国大陆科学钻探工程主孔(734～933m)榴辉岩和片麻岩元素及Sr-Nd同位素地球化学研究

对中国大陆科学钻探工程主孔两段榴辉岩与片麻岩互层的岩芯样品(Ⅰ:734.21-737.16m和Ⅱ:929.67-932.86m)分别进行了主要元素和微量元素以及Sr-Nd同位素分析。结果表明:(1)榴辉岩具有较大的成分变化范围(SiO2含量为46.8%-59.8%),表现出平坦或轻稀土(LREE)富集的分布模式和大离子亲石元素(LILE)富集或亏损以及Nb、Ta负异常特征。部分榴辉岩样品具有明显低的活动性元素(Rb、Ba和K)含量,指示了板块俯冲过程中的脱水变质效应;(2)两段岩芯中的片麻岩具有明显不同的主量和微量元素组成,其中第Ⅰ段具有相对较低的SiO2含量(61.3%～66.2%)和高的重稀土(HREE)含量,而第Ⅱ段具有明显偏高的SiO2含量(73.8%～74.1%)和低的HREE含量。但两段均表现出LREE富集和Eu负异常以及LILE富集和高场强元素(Nb、Ta、Ti)负异常特征;(3)榴辉岩和第Ⅰ段岩芯中的片麻岩具有相近的且偏高的εNd(750Ma)值(-3.6-+0.5),而第Ⅱ段岩芯中的片麻岩具有明显偏低的εNd(750Ma)值(-8.7)。部分片麻岩样品表现出较高的87Sr/86Sr比值(0.7070)和非常低的Rb/Sr比值(0.008),指示岩石Rb-Sr同位素体系受到了变质扰动。非活动性元素如Zr、Hf、Nb、Ta、Ti、Y、REE和Ti在脱水变质过程中没有受到明显扰动,因此可用于恢复榴辉岩和片麻岩的原岩性质及其形成的大地构造背景。根据分析样品的元素和Nd同位素特点,推测榴辉岩原岩具有板内玄武岩性质,第Ⅰ段岩芯中的片麻岩原岩为玄武质岩浆上升过程中同化地壳物质形成的中性岩,而第Ⅱ段岩芯中的片麻岩原岩为地壳物质重熔形成的酸性岩。因此,深钻榴辉岩和片麻岩原岩为新元古代华南陆块北缘裂谷构造带双峰式岩浆活动的产物,在岩浆侵位过程中经历了高温大气降水热液蚀变。

大陆碰撞和超高压变质的化学地球动力学：来自中国大陆科学钻探的结果

利用中国大陆科学钻探工程连续取样的优势,对主孔200～4000m超高压变质岩进行了系统的地球化学研究,结果对大陆俯冲带变质的化学地球动力学提供了新的制约。目前取得的主要成果如下:(1)建立了200～4000m深度的超高压矿物氧同位素变化剖面,发现^(18)O亏损深度达3300m。结合大别-苏鲁造山带地表露头岩石达30000km^2的^(18)O亏损,表明扬子陆块北缘曾发生三维空间巨量物质(～100000km^3)的^(18)O亏损;(2)钻孔超高压变质岩的原岩形成于新元古代中期(～780Ma),属于双重双峰式岩浆活动的产物;原岩既有中元古代晚期新生地壳,也有古元古代中期古老地壳。这种双重双峰式岩浆活动出现在弧-陆碰撞带基础上发育的裂谷构造带,是对Rodinia超大陆开始裂解的响应;(3)高压榴辉岩相重结晶作用发生在216±3Ma,高压榴辉岩相重结晶作用持续的时间为1.9～9.3Myr或更短;(4)不同岩性接触带的矿物O同位素、H同位素、全水含量以及羟基含量的研究表明,退变质流体在同位素组成上是内部缓冲的,且退变质流体主要来自于名义上无水矿物中结构羟基和分子水的出溶。定量计算表明,这些出溶的结构羟基和分子水能为角闪岩相退变质作用提供足够的流体来源;(5)在不同岩性接触带,稳定同位素、水含量及岩相学上出现同步变化,表明不同岩性接触带可能是流体活动最剧烈的地方。对于远离榴辉岩-片麻岩接触带的榴辉岩,退变质流体主要来自榴辉岩内部名义上无水矿物中结构羟基和分子水的出溶。对于靠近接触带的榴辉岩,则可能主要受来自比榴辉岩更富水的片麻岩中矿物的脱水作用。根据相邻样品之间的距离、岩相学和δ^(18)O值,可以确定出不同岩性和相同岩性之间氧同位素不均一性的尺度为20到50cm,对应于大陆碰撞过程中流体活动的最大尺度;(6)对两个连续岩芯段的主量和微量元素剖面研究表明,在大陆俯冲带变质过程中,大离子亲石元素(LILE)和轻稀土(LREE)具有较高的活动性,而高场强元素(HFSE)和重稀土(HREE)是不活动的。这些元素的活动可能是由折返过程中大陆地壳的部分熔融导致的,因此指示了超临界流体的出现。折返过程中大陆地壳的这种部分熔融作用导致了不同板片组分之间的质量迁移,但是这种有效的迁移只发生在很小的尺度范围内,在岩相学接触带和裂隙带的局部开放系统中。

中国煤中硒的环境地球化学

硒是煤中易挥发元素之一。伴随煤炭的开采、利用,煤中硒可能进入环境并引起环境质量的变化,影响生态环境和人体健康。本文在全面综合国内外研究文献的基础上,分析了中国煤中硒在不同省份、不同成煤时代中的含量及分布规律,总结了硒在煤中的赋存状态、形成机理和影响因素,概括了煤在燃烧和淋溶过程中硒的迁移转化及其环境影响,指出中国煤中硒的含量在不同煤田、不同成煤时代及不同变质程度的煤中,含量差别较大,全国平均值约为5.60 mg/kg。

近十年我国在地球内部物质高压物性实验研究方面的主要进展

近十年中国主要地学科研院所都将高温高压实验研究领域作为重点发展学科方向,加大人才引进力度,促进了地学领域高压物理实验研究的快速发展。本文借《高压物理学报》创刊30周年之际,对最近十年由中国科学家主导的、与地球科学联系紧密的相关高压物理研究成果进行了总结和梳理,所涉及的研究方向主要有:下地幔的有关相变、下地幔矿物中铁的自旋态转变、地核物性、岩石电性测量、矿物电性测量、矿物状态方程、高压谱学、高压扩散、高压超声、硅酸盐熔体物理性质、地质流体等。总体来说,过去十年是中国地学高压物理研究飞速发展的十年,研究成果的数量、重要性和显示度都有较大突破,在国际上占有重要地位。这种快速发展势头仅仅是开始,未来十年将是中国地学高压物理研究发展过程中的关键十年,需要各位同仁共同砥砺前行。

汉诺坝玄武岩Re-Os同位素地球化学--Re的挥发性丢失和壳-幔相互作用的证据

本文报道了采自汉诺坝玄武岩区周坝和白龙硐剖面以及白布洛张20井等地29个玄武岩样品的Re、Os含量和^(187)Os/^(188)Os比值。Os含量为11×10^(-12)～314×10^(-12),Re含量为40×10^(-12)～238×10^(-12),Re和Os含量有正相关趋势。碱性玄武岩(AK)的Re、Os含量高于拉斑玄武岩(TH)和过渡玄武岩(TR),玄武岩Os含量变化与分离结晶作用有关,玄武岩的低Re含量与地面喷发的火山岩浆脱气过程中Re的挥发性丢失作用有关。玄武岩的^(187)Os/^(188)Os比值为0.14735～0.61136,AK的^(187)Os/^(188)Os比值比TH和TR低且变化小。玄武岩的^(187)Os/^(188)Os比值与Os含量有负相关性。随着Os含量降低到小于75×10^(-12),^(187)Os/^(188)Os比值迅速升高,反映了地壳混染在TH和TR成因中的贡献。在以往的研究中没有观察到类似的地壳混染作用,说明了Re-Os同位素体系在示踪壳源物质上的优势。一些Os含量较高的TH的^(187)Os/^(188)Os比值表明其地幔源区既非亏损的又非经交代富集的SCLM,可能是混入了地壳俯冲物质的"Marble cake"型地幔。总之,汉诺坝玄武岩的Re-Os同位素地球化学研究支持了以往研究的主要成果,两类玄武岩地球化学差异性和异源成因论;分离结晶和部分熔融过程在玄武岩成因中的重要作用;碱性玄武岩的成因与地幔柱的关系等。同时揭示了一些新的现象:汉诺坝玄武岩形成中存在少量的地壳混染作用;地面喷发的火山熔岩在脱气过程中Re的挥发性丢失;拉斑玄武岩的源区更有可能为"Marble cake"型地幔。

济南和邹平辉长岩的Pb-Sr-Nd同位素特征和岩浆源区中下地壳物质贡献

对鲁西晚中生代济南和邹平辉长岩的Pb-Sr-Nd同位素和元素组成的研究,给出(87Sr/86Sr)i=0.7041～0.7056,εNd(t)=-6.0～-13.0,(Pb/204Pb)i=16.545～16.998,(207Pb/204Pb)i=15.242～15.350,(208Pb/204Pb)i=36.488～36.944(除206SD792表现出高放射成因Pb外)。由于辉长岩的堆晶性质,其微量元素组成不能用于指示其物质来源。与EMⅠ型大洋和大陆玄武岩对比,表明济南和邹平辉长岩的源区具有与EMⅠ地幔端元一致的同位素特征,但在Pb同位素图解上有明显的下地壳物质的贡献。下地壳物质的参与可能与拆沉有关。

大别造山带早白垩世基性岩的同位素特征及下地壳物质对岩浆源区的贡献

大别造山带中生代岩浆岩的物质来源和成因机制,是大陆碰撞造山带研究的热点和前沿问题之一。本文通过对北大别椒子岩和沙村岩体的早白垩世基性岩进行全岩的主量、微量元素特别是 Pb-Sr-Nd 同位素研究,探讨了北大别基性岩的岩浆源区性质及下地壳的贡献。椒子岩基性岩的(^(87)Sr/^(86)Sr)_i 的范围为0.7072～0.7075,ε_(Nd)(t)范围为-10.4～11.9;椒子岩和沙村基性岩的(^(206)Pb/^(204)Pb)_i 为16.464～17.394,(^(207)Pb/^(204)Pb)_i 为15.349～15.453,(^(208)Pb/^(204)Pb)_i为37.338～37.976。这样的同位素组成显示岩浆源区中下地壳物质的贡献显著;尤其 Pb 同位素特征表明下地壳贡献来自大别造山带自身的下地壳。下地壳物质的参与可能与拆沉有关。

中国煤中汞的含量、分布与赋存状态研究

在测试分析中国皖北矿区6个煤矿81个煤样品中汞含量的基础上,结合国内外文献资料中报道的1 712个中国煤样品中汞的数据,对中国煤中汞的含量、分布、赋存状态及燃煤引起的汞的环境污染进行了分析和探讨。通过研究得出:中国煤中汞的平均含量为0.20 mg/kg,高于世界煤中汞的平均值(0.10 mg/kg),接近美国煤中汞的平均值(0.17 mg/kg);由于沉积环境及成煤过程中各种地质因素的综合影响,汞在中国不同地区、不同成煤时代以及不同变质程度煤中的含量差异较大;高硫煤中的汞与硫化物关系密切,主要赋存在黄铁矿中;硫化物结合态和有机结合态是低硫煤中汞的主要存在形态;岩浆活动对煤中汞的含量分布与赋存状态有明显影响;煤中汞的赋存状态与煤中汞的释放、毒性有着重要的关系,中国巨大的煤炭消耗量,已引起大量的汞排放,控制燃煤过程中汞的排放是今后环境保护的重要内容之一。

大陆下地壳和岩石圈地幔含水性的差异--山东莒南玄武岩中深源包体的初步观察

对产于莒南晚中生代玄武岩中的镁铁质麻粒岩和橄榄岩包体矿物进行了傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析。结果显示,麻粒岩矿物和全岩中水含量分别为：单斜辉石300×10-6~1 180×10-6,斜方辉石80×10-6~169×10-6,斜长石717×10-6~1 239×10-6,全岩525×10-6~855×10-6;橄榄岩矿物和全岩中水含量分别为：单斜辉石466×10-6~746×10-6,斜方辉石187×10-6~304×10-6,橄榄石6×10-6~15×10-6,全岩81×10-6~245×10-6。从单矿物看,麻粒岩和橄榄岩之间水含量的差距不是很明显,但麻粒岩的全岩水含量明显高于橄榄岩,表明大陆深部岩石圈的水含量在垂向上具有不均一性。

大陆下地壳和岩石圈地幔中的水:基于捕虏体的红外光谱分析

根据对华北克拉通汉诺坝和女山两个捕虏体产地的麻粒岩和橄榄岩的FTIR实验测定,分析讨论了大陆深部岩石圈内水含量和分布上的一些显著特点.结果表明,大陆下地壳和岩石圈内矿物的水含量无论在横向还是垂向分布上都是明显不均一的,造成这些不均一性的机制可能复杂多样.

浊点萃取技术在环境样品痕量元素分析中的应用研究进展

浊点萃取法是近年来发展起来的一种绿色环保的样品前处理技术.本文详细介绍了浊点萃取方法的原理,对国内外近5年来(2008年—至今)利用浊点萃取与几种常见的原子光谱分析仪器以及与电感耦合等离子体质谱仪联用技术,在环境样品中痕量元素分离和富集以及形态分析中的应用研究进展进行了评述.同时对浊点萃取技术目前的最新发展方向、尚存在的问题以及发展前景进行了逐一探讨.

大陆俯冲带超高压变质岩部分熔融与壳幔相互作用研究进展

自20世纪80年代在大陆地壳岩石中发现柯石英和金刚石等超高压变质矿物以来,大陆深俯冲和超高压变质作用就成为了固体地球科学研究的前沿和热点领域之一。经过三十余年的研究,已经在大陆地壳的俯冲深度、深俯冲岩石变质P-T-t轨迹、俯冲地壳岩石的折返机制、深俯冲岩石的原岩性质、大陆碰撞过程中的熔/流体活动与元素活动性、俯冲隧道内部不同类型壳幔相互作用、碰撞后岩浆岩的成因、大陆碰撞造山带成矿作用等方面取得了许多重要成果。本文重点对大陆俯冲带超高压岩石部分熔融和不同类型壳幔相互作用近十年来的研究进展进行回顾和总结,并对存在的相关科学问题和未来的研究方向进行了展望。深俯冲大陆地壳的部分熔融主要出现在两个阶段:折返的初期阶段和碰撞后阶段,前者产生了碱性熔体,后者产生了钙碱性熔体。大陆俯冲带壳幔相互作用有两种类型,涉及地幔楔与两种俯冲带流体的交代反应:一是来自深俯冲陆壳的变质脱水/熔融,二是来自先前俯冲古洋壳的变质脱水/熔融。

扬子克拉通早太古代地壳物质的锆石同位素证据

是否存在早太古代地壳是比较不同陆块早期演化历史的重要基础。自3．8Ga的碎屑锆石在华北板块被发现后，关于扬子板块是否也存在早太古代的地壳物质成为众人争论的热点之一。长期以来，通常认为华北克拉通广泛出露太古代岩石，而扬子克拉通的基底主要形成于元古代，只在局部地区记录了少量太古代信息。然而，对崆岭混合岩的锆石U-Pb定年和Hf同位素分析结果，表明扬子克拉通曾经存在大于等于3500Ma的地壳物质。

安徽女山幔源橄榄岩捕虏体Re-Os同位素地球化学

Re-Os同位素体系可以为研究大陆岩石圈地幔形成和演化提供重要制约.女山12个地幔橄榄岩全岩样品测得Re含量为19×10^-12～306×10^-12, Os含量为0.81×10-9～2.42×10^-9, 187^Os/188^Os比值为0.114 90～0.131 02, 187^Re/188^Os比值为0.037～1.517. 两个石榴子石-尖晶石二辉橄榄岩的Os同位素组成与原始上地幔（PUM）的现代值0.129 6相似, 其余的尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩, 和角闪石、金云母-尖晶石二辉橄榄岩等的Os同位素组成都低于PUM现代值, Os同位素模式年龄为早元古代.实性和隐性地幔交代作用对女山幔源橄榄岩捕虏体的Os同位素组成没有明显影响. 橄榄岩捕虏体代表的女山地区岩石圈地幔是元古代岩石圈地幔经过减薄作用后的残留部分. 橄榄岩中Re-Os体系扰动是近期事件.

PGE的地球化学性质及其分配系数的实验研究进展

随着现代化仪器的发展和分析方法的改进,对PGE的分析技术已经取得突破。PGE已经成为岩石学、矿床学和地球化学的一个重要研究领域。本文系统综述了PGE和Au元素的分配系数实验的研究进展,区分和总结了适用于岩浆硫化物矿床的实验数据。根据此实验数据发现仅用硫化物液相不混熔模型难以解释岩浆硫化物矿床的高PGE_Au含量,提出应该增加考虑岩浆后期的熔体或流体活动对PGE_Au元素的再富集过程。同时介绍一些关于PGE数据处理的常用方法及其应用。

地幔的Ba同位素地球化学

钡(Ba)是大离子亲石碱土金属元素,也是流体活动元素。Ba在地幔熔融过程中高度不相容,因此在地壳中含量远高于地幔。Ba同位素在低温环境和流体作用下可发生显著的分馏,而在高温基性和中性岩浆过程中分馏有限。因此,近年来Ba同位素得到了越来越多的关注,成为示踪地壳物质俯冲再循环的新工具,特别有助于鉴别流体和沉积物对地幔的影响。准确获取上地幔Ba同位素组成是开展应用研究的前提,目前关于地幔Ba同位素组成的研究很少,还存在很大的争议。本文对Ba同位素分析方法、分馏机理和重要地质储库的组成进行了总结。本文重点讨论了幔源岩浆岩的Ba同位素变化,以及岩浆岩和变质岩中的Ba同位素分馏行为及潜在应用,并对当前存在的问题及未来的研究方向进行了展望。

大别-苏鲁造山带橄榄岩记录的碰撞造山过程中地幔楔的地壳交代作用

地壳交代作用是洋壳俯冲带板片-地幔界面的普遍现象,由于地幔楔样品的缺乏,其识别存在困难。而碰撞造山带广泛出露的地幔楔来源的造山带橄榄岩则是理想的研究对象。本文对大别-苏鲁造山带橄榄岩的已有研究成果进行了系统总结。这些成果表明这些橄榄岩在大洋俯冲向大陆碰撞转换的不同阶段经历了多期地壳来源流体的交代作用。地壳交代作用不仅改变了地幔楔橄榄岩的地球化学成分,而且导致了交代矿物的生长以及超镁铁质交代体的形成。这些交代体或作为同碰撞和碰撞后镁铁质火成岩的地幔源区,或将地壳组分传输到深部地幔,或释放流体交代大陆俯冲隧道中的俯冲陆壳。本文对地壳交代作用研究中存在的重要问题和解决思路提出了建议。

VMS矿床的后期改造对中国阿尔泰山原生VMS矿床的影响

作为Cu-Pb-Zn资源的主要提供者之一,火山成因块状硫化物矿床(VMS矿床)具重要经济价值。该类矿床经火山喷流沉积形成,并常遭后期改造,主要包括变形作用、变质作用和再活化作用。中国阿尔泰山拥有丰富的VMS矿床,成矿大致经历了早—中泥盆世火山喷流沉积期和二叠—三叠纪变形变质改造期,使原生VMS矿床的矿物结构、矿石构造、矿体形态、矿床空间结构等矿床地质特征变得复杂。重视后期改造对区内原生VMS矿床的影响,对理解VMS矿床形成演化和指导区内找矿勘查具重要意义。

利用钒同位素来确定月球形成物质的比例

经典碰撞模型是目前解释月球形成过程的最广为接受的假说,其要求一个约火星大小的撞击体Theia与吸积最后阶段的原始地球相撞,且月球主要来自撞击体Theia。然而关于撞击体对于月球质量贡献的百分比仍缺乏精确的制约。该研究采用地幔橄榄岩和科马提岩的高精度测量数据,用于重新评估硅酸盐全地球(BSE)的V同位素组成,相比之前的研究,新的数据表明δ^(51)V_(BSE)=-0.91‰±0.02‰(2SE,n=18)。将其重新代入到地月双组分混合模型中,考虑了一个包含撞击前(原地球、Theia)和撞击后(地球、月球、逸出物质)成分的系统,得出现今月球中Theia的质量分数的最佳估计为M_(Theia)=0.8*M_(Mars)时的73%到M_(Theia)=0.45*M_(Earth)时的83%。这与先前的研究相比,降低了对Theia在月球形成中的贡献度约5%。这一结果为经典碰撞模型提供了更可靠的参数,有助于深化对月球形成过程的理解。