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中国大陆科学钻探工程主孔石榴石单辉橄榄岩的岩石化学研究

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岩石学报 2007年第12期23卷 3116-3136页

作者：李天福杨经绥国土资源部大陆动力学实验室中国地质科学院地质研究所北京100037

中国大陆科学钻探工程主孔石榴石橄榄岩产出于603.20～683.53m之间,主要为石榴石单辉橄榄岩,内部还见有巨晶状角闪石岩(曾经是岩脉)和榴辉岩与橄榄岩之间厘米级的方辉辉石岩.石榴石橄榄岩多数含有钛斜硅镁石.从其内部所夹的榴辉岩条带可... 详细信息

中国大陆科学钻探工程主孔石榴石橄榄岩产出于603.20～683.53m之间,主要为石榴石单辉橄榄岩,内部还见有巨晶状角闪石岩(曾经是岩脉)和榴辉岩与橄榄岩之间厘米级的方辉辉石岩.石榴石橄榄岩多数含有钛斜硅镁石.从其内部所夹的榴辉岩条带可知,橄榄岩发生过褶皱等构造变形作用.其围岩和内部夹层榴辉岩中的锆石中舍柯石英的事实可能表明岩体经历过超高压变质作用.石榴石橄榄岩的主要造岩矿物橄榄石的Fo端员低(0.82～0.86)、全岩岩石化学的低Mg#值(77.26～85.07)和高易熔元素以及低于典型阿尔卑斯型橄榄岩的(Mg+Ni)/(Fe+Mn)比值,意味着该石榴石橄榄岩体的原岩为岩浆固结成因.石榴石橄榄岩的稀土元素总量低,配分型式有LREE富集型((La/Lu)N比值为9～16.6)、LREE适度富集型((La/Lu)N比值为1.47～8.22)和LREE亏损型或平坦型((La/Lu)N比值为0.62、1.19～1.92)三种,并构成从亏损或平坦型到富集型的韵律,反映了结晶分异的特点.微量元素蛛网图上,石榴单辉橄榄岩微量元素的丰度总体上低于N-MOBB的丰度.Cu、Ni和MgO的判别图表明,石榴石橄榄岩的原岩岩浆的固结成岩时期主要为镁铁质矿物的分离结晶作用而硫化物不是重要的矿物相.Ti和P的剧烈变化表明了有磁铁矿和磷灰石的堆积作用.微量元素判别图表明岩体受到了明显的地壳物质混染作用.铂族元素丰度总量低,其丰度分布型式图表明原岩岩浆的部分熔融程度高,而且元素的判别图表明岩浆具有S不饱和特点.硫化物残留在地幔中而使得岩浆中PGE相对Cu、Ni亏损,在Ni-PGE-Cu图上呈总体上的凹形分布.同属PPGE的Pt比Pd所显示的更高的相容性也表明了岩浆中S的不饱和特点.而Ir的负异常可能说明原始岩浆在侵入前的分离结晶作用其间发生了Ir的结晶析出,或者是在地幔部分熔融时Ir残留在地幔残留体中.因此,主孔石榴石橄榄岩的原始岩浆是上地幔适当部分熔融程度的产物((Pd/Ir)N≥1),可能在源区有硫化物的残余而造成了PGE相对Cu、Ni亏损而在Ni-PGE-Cu图上呈总体上的凹形分布.后S不饱和的岩浆经历分离结晶作用而造成了Pt相时于Pd亏损的特点.

关键词：石榴石橄榄岩地球化学主量元素微量元素铂族元素中国大陆科学钻探工程

中国大陆科学钻探工程主孔2000～3000米正、副片麻岩的地球化学性质及其成因机制

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岩石学报 2005年第2期21卷 305-324页

作者：刘福来许志琴杨经绥张泽明薛怀民孟繁聪李天福陈世忠中国地质科学院地质研究所国土资源部大陆动力学开放实验室北京100037

中国大陆科学钻探工程主孔(CCSD-MH)2000.0-3000.0米深度范围内出露的岩心以正、副片麻岩为主,夹有薄层榴辉岩和斜长角闪岩等。地球化学研究结果表明,主孔20000.0-3000.0米之间的正片麻岩SiO2含量普遍偏高,为73.26%～78.17%之间,平均值7... 详细信息

中国大陆科学钻探工程主孔(CCSD-MH)2000.0-3000.0米深度范围内出露的岩心以正、副片麻岩为主,夹有薄层榴辉岩和斜长角闪岩等。地球化学研究结果表明,主孔20000.0-3000.0米之间的正片麻岩SiO2含量普遍偏高,为73.26%～78.17%之间,平均值76.40%;Al2O3含量为11.30%-13.66%。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO含量则明显偏低,其中Fe2O3总量为0.39%-1.71%,FeO=0.20%-1.49%,MgO=0.01%-0.06%。CaO含量为0.19-1.41%,Na2O和K2O含量分别为3.38%-5.35%和1.31%-4.87%。正片麻岩的稀土元素和微量元素配分模式可分为三种类型。第一类表现出较强的轻、重稀土元素分馏,具有中等的负Eu异常,Eu/Eu*=0.39-0.64;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图表现出强烈富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Th)的特点,显示明显的正Ba异常,Ba/Ba*=1.09-2.34,高场强元素Ti、Nb和Ta呈明显的负异常。第二类正片麻岩具有明显的负Eu异常,Eu/Eu*=0.39-0.41,稀土元素配分曲线具有明显右倾斜的特点,轻稀土元素明显富集,而重稀土元素明显亏损;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图与第一类正片麻岩比较相似,但却具有中等的负Ba异常,Ba/Ba*=0.57-0.67。第三类正片麻岩主要为含磁铁矿二长花岗质片麻岩,稀土元素球粒陨石标准化曲线呈“V”字型特点,具有异常强烈的负Eu异常,Eu/Eu*普遍低于0.11;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图显示出强烈富集大离子亲石元素(K、Rb、Th)的特点,具有异常强烈的负Ba异常,Ba/Ba*=0.03-0.21。2000.0-3000.O米深度范围内的正片麻岩具有多成因的特点,部分正片麻岩具有A型花岗岩的地球化学特征,反映它们有可能形成于板内的构造环境;而另一部分的原岩则可能形成于陆缘火山弧的构造环境。主孔2000.0-31000.0米深度范围内副片麻岩SiO2含量明显低于正片麻岩,Al2O3、Fe2O3+FeO、MgO和CaO含量则明显偏高,而Na2O和K2O含量则与正片麻岩大体相当。其中SiO2含量为64.21%-74.12%;Al2O3含量为13.06%-15.38%,Fe2O3+FeO含量为1.61%-4.92%;CaO含量为1.10%～3.27%,Na2O和K2O含量分别为3.68%-5.39%和2.46%-5.85%。副片麻岩稀土元素配分模式和洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图与正片麻岩也存在明显差异。其中稀土元素配分模式表现出一定程度的轻、重稀土元素分馏,大多数样品具负Eu异常,Eu/Eu*=0.56-0.93之间,但远不及正片麻岩的明显;洋脊玄武岩(MORB)标准化蛛网图则显示出富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Th)的特点,具有异常明显的正Ba异常,且变化范围较大,Ba/Ba*=1.02-4.83之间,高场强元素如Ti、Nb和Ta呈现负异常的特点。副片麻岩的原岩可能是形成于被动大陆边缘的一套典型的沉积岩或变沉积岩。SHRIMPU-Pb定年结果表明,主孔副片麻岩锆石微区记录了十分复杂的年代学信息。继承性碎屑锆石核部的年龄(206Pb/238U的年龄)为313-659Ma,表明原岩继承性碎屑锆石来源的复杂性,以及部分碎屑锆石在超高压变质过程中发生不完全重结晶,导致年龄变新;在含柯石英锆石微区记录的超高压变质年龄(206Pb/238U的年龄)为220-236Ma,加权平均值为227±5Ma;而锆石晶体边部所记录的退变质年龄(206Pb/238U的年龄)为209-219Ma,加权平均值为214±6Ma,上述含柯石英锆石微区和锆石边部的SHRIMPU-Pb定年结果分别与主孔CCSD-MH中的正片麻岩锆石微区获得的超高压变质年龄(227±2Ma)和角闪岩相退变质年龄(209±3Ma)十分接近,这进一步证明了中国大陆科学钻探工程主孔中的正、副片麻岩的原岩曾一起发生深俯冲,并经历了新三叠纪的超高压变质作用。

关键词：正、副片麻岩地球化学性质成因机制超高压 SHRIMP U—Pb定年中国大陆科学钻探工程

中国大陆科学钻探工程主孔0～2000米斜长片麻岩的地球化学性质及成因研究

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岩石学报 2005年第2期21卷 355-368页

作者：薛怀民刘福来中国地质科学院地质研究所北京100037

在苏鲁-大别山造山带内,黑云斜长片麻岩习惯被称为副片麻岩,它也是中国大陆科学钻探工程主孔岩芯中一种重要岩石类型,不仅构成了孔深738-1113m之间斜长片麻岩岩性段的主体,在其它岩性段也有少量以“夹层”的形式产出。其中除少数斜长片... 详细信息

在苏鲁-大别山造山带内,黑云斜长片麻岩习惯被称为副片麻岩,它也是中国大陆科学钻探工程主孔岩芯中一种重要岩石类型,不仅构成了孔深738-1113m之间斜长片麻岩岩性段的主体,在其它岩性段也有少量以“夹层”的形式产出。其中除少数斜长片麻岩可能是由榴辉岩经斜长角闪岩退变而来或由含泥质的沉积岩变质而来外,绝大多数斜长片麻岩的地球化学特征与现残存的扬子地台北缘晚元古代双峰式火山岩的酸性端元非常相似,指示它们的原岩可能类似于这些酸性火山碎屑岩-凝灰岩。斜长片麻岩中不同元素之间的相关性差别很大,这主要与超高压变质及随后的退变质过程中元素间活性的差异有关。其中SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、CaO、Cr、Ni、V、Co、Fe、Mn、Cu、Zn、Sc等与MgO具明显相关性,它们与MgO一样属不活泼元素。重稀土元素及Y也属于不活泼元素。而K2O、Pb、Rb、Ba、U、Th等大离子亲石元素与MgO之间没有任何相关性,这些元素属活泼元素。Na2O、Sr、Nb、Ta、Zr、Hf等则介于两类之间,可视为准不活泼元素。LREE虽然有一定的活性,但即使是超高压变质作用,也没有从根本上改变稀土元素的分配模式,仍可有效地应用于对原岩性质的恢复。对比研究表明,斜长片麻岩与花岗片麻岩在地球化学性质上存在着明显的差异,其中前者的MgO、TiO2、CaO以及过渡元素的含量明显偏高,尤以低的K2O/Na2O和Rb/Sr比而明显不同于花岗片麻岩。此外,与花岗片麻岩强烈的负Eu异常(δEu=0.21-0.26)和Ba负异常不同,斜长片麻岩中Eu负异常的程度相对较弱(8Eu大于0.5),且总体表现为Ba正异常。绝大多数“副片麻岩”和花岗片麻岩(>90%)可以根据全岩的地球化学特征加以有效区分。

关键词：斜长片麻岩副片麻岩地球化学原岩中国大陆科学钻探工程

中国大陆科学钻探工程主孔斜长角闪岩中锆石的SHRIMP U-Pb定年及其地质意义

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地质通报 2008年第5期27卷 589-598页

作者：叶建国刘福来中国地质科学院地质研究所北京100037

矿物包裹体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和SHRIMP U-Pb定年综合研究结果表明,中国大陆科学钻探主孔斜长角闪岩(样品G12)中的锆石可划分为2种类型:第一类颗粒粗大,含有大量矿物包裹体和杂质;第二类颗粒细小,含有少量矿物包裹体且十分... 详细信息

矿物包裹体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和SHRIMP U-Pb定年综合研究结果表明,中国大陆科学钻探主孔斜长角闪岩(样品G12)中的锆石可划分为2种类型:第一类颗粒粗大,含有大量矿物包裹体和杂质;第二类颗粒细小,含有少量矿物包裹体且十分干净。第一类锆石具有明显的双层结构,核部阴极发光图像显示典型的岩浆结晶环带.相应的矿物包裹体为单斜辉石(Cpx)+斜长石(P1)+磷灰石(Ap)±石英(Qtz),表明其寄主岩石的原岩为基性岩浆岩;边部阴极发光图像十分均匀,保存柯石英(Coe)+石榴子石(Grt)+绿辉石(Omp)+多硅白云母(Phe)+磷灰石(Ap)等标志性超高压包裹体矿物组合,记录的变质温压条件为T=732～839℃、p=3.0～4.0GPa,表明该类变质增生锆石微区形成于超高压变质阶段。第二类锆石阴极发光图像十分均匀,发光性明显增强,保存角闪石(Amp)+斜长石(P1)等标志性角闪岩相包裹体矿物组合,记录的变质温压条件为T=612～698℃、p=0.76～1.05GPa,表明该类锆石形成于后期角闪岩相退变质阶段。SHRIMP U-Pb定年结果显示,继承性岩浆结晶锆石核部记录的^(206)Pb/^(238)U的年龄为685～650Ma,表明其原岩形成于新元古代;含柯石英等超高压矿物包裹体的边部记录的^(206)Pb/^(238)U年龄为243～225Ma,表明超高压变质时代应归属于晚三叠世。第二类含低压包裹体矿物的锆石微区记录的^(206)Pb/^(238)U年龄为219～210Ma,应代表后期角闪岩相退变质作用的时代。上述研究结果表明,苏鲁地体斜长角闪岩的原岩在晚三叠世深俯冲至上地幔100～120km的地幔深处并经历了超高压变质作用,约15 Ma之后,这些超高压岩石抬升到约25 km的中部地壳,并经历了后期角闪岩相退变质作用的改造,相应的折返速率为0.57 cm/y。

关键词：锆石矿物包裹体 SHRIMP U-Pb定年斜长角闪岩中国大陆科学钻探工程

中国大陆科学钻探工程主孔地下流体特征及与地震活动的关系初步研究

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地震 2005年第1期25卷 15-21页

作者：孙青李圣强罗立强国家地质实验测试中心北京100037 中国地震局地震预测研究所北京100036

收集了中国大陆科学钻探主孔工程(CCSD)主孔中117-2045 m深度地下流体某些组分(He、Ar、CO2、CH4)的浓度资料和2001年7月1日至2002年4月30日时间段内钻孔周围500 km范围内震级ML≥1.0地震目录资料,对其流体资料进行日均值处理、差分分... 详细信息

收集了中国大陆科学钻探主孔工程(CCSD)主孔中117-2045 m深度地下流体某些组分(He、Ar、CO2、CH4)的浓度资料和2001年7月1日至2002年4月30日时间段内钻孔周围500 km范围内震级ML≥1.0地震目录资料,对其流体资料进行日均值处理、差分分析和最大相关系数处理。由日均值浓度看出地震前后He、Ar、CO2、CH4浓度存在明显异常;最大相关系数分析表明,CH4和CO2组分两者相关性好,最大相关系数平均值为0.95,均方差为0.08,说明两者可能具有相同的来源。CH4和CO2浓度日均值最大相关系数在地震前后出现明显的异常波动。主孔中的地下流体特征及与周围地震活动的对应关系揭示大陆科学钻探主孔中的地下流体异常与区内地震活动可能存在一定关系。

关键词：地下流体异常中国大陆科学钻探工程地震活动日均值地震目录 CCSD 震级均方差钻孔资料

中国大陆科学钻探工程主孔100～2000m岩心自然伽马测量及其地质意义

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中国地质 2005年第2期32卷 239-248页

作者：陈世忠杨经绥张泽明刘福来李天福邱海峻牛一雄王文先徐海军中国地质科学院地质研究所国土资源部大陆动力学重点实验室中国大陆科学钻探工程中心现场江苏东海222300 中国地质调查局南京地质矿产研究所江苏南京210016 中国地质大学湖北武汉430074

中国大陆科学钻探工程使用石油大学研制的岩心地面伽马测量仪对主孔2000m岩心进行了连续测量,并记录峰、谷的伽马值及其对应的岩性、构造和矿化等特征。通过系统测量,建立了主孔2000m自然伽马值剖面,发现榴辉岩具有较低的伽马值,并从榴... 详细信息

中国大陆科学钻探工程使用石油大学研制的岩心地面伽马测量仪对主孔2000m岩心进行了连续测量,并记录峰、谷的伽马值及其对应的岩性、构造和矿化等特征。通过系统测量,建立了主孔2000m自然伽马值剖面,发现榴辉岩具有较低的伽马值,并从榴辉岩→角闪岩→花岗片麻岩,伽马值逐渐增大。伽马值与变质岩的岩性具有明显的对应关系。并从放射性元素U、Th和K含量的角度来看岩石中放射性元素的变化规律,探讨这些元素变化的成因,指出变质基(中)性岩原岩反映的岩浆岩成因,不同于变质泥质沉积岩;岩石高Th/U比值与岩石曾经经历了近地表环境有关。主孔深变质岩自然伽马测量的系统研究对主孔岩心深度归位、探讨岩石成因和区域岩石圈热状态和大地构造演化具有重要的作用。

关键词：中国大陆科学钻探工程自然伽马测量变质岩 Th/U 岩心样品

中国大陆科学钻探工程主孔100～2000m放射性产热元素的垂向分布特征及其成因

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中国地质 2005年第2期32卷 230-238页

作者：曾令森刘福来张泽明杨经绥许志琴中国地质科学院地质研究所国土资源部大陆动力学重点实验室北京100037

地球内部放射性产热元素U、Th及K(HPE)含量如何随深度的变化而变化是固体地球科学中的一个重要参数,在限定地壳的热和流变学结构、地球化学、岩石和构造模型中起关键性的作用。对HPE深部分布的认识主要来自于对大型花岗岩岩基的研究及... 详细信息

地球内部放射性产热元素U、Th及K(HPE)含量如何随深度的变化而变化是固体地球科学中的一个重要参数,在限定地壳的热和流变学结构、地球化学、岩石和构造模型中起关键性的作用。对HPE深部分布的认识主要来自于对大型花岗岩岩基的研究及对地表热流值和产热率之间关系的模拟,对高压-超高压变质地体的HPE随深度的分布缺乏认识。在苏鲁超高压变质带中实施的中国大陆科学钻探工程届时将提供超过5km的岩心,为确定苏鲁超高压带的HPE结构提供了最好的机会。对CCSD的100～2000m岩心的732块样品详细的放射性产热元素含量的测试及现今产热率计算的初步结果表明:(1)花岗质片麻岩具有最高的产热率,平均为1665×10-11W/kg;(2)副片麻岩(变沉积岩)具有中等的产热率,为994×10-11W/kg;(3)金红石榴辉岩及石榴石橄榄岩具有最低的产热率,为17×10-11～20×10-11W/kg;(4)放射性产热元素的浓度及相应的产热率随岩性的变化而变化,呈现阶梯状的分布特征。产热率随深度的变化特征表明CCSD主孔中的HPE三明治结构。该结构可能代表着高压-超高压变质地体中的典型HPE结构,比大型花岗岩岩基的HPE结构更复杂,与传统的HPE指数衰减分布模式不吻合。CCSD主孔中所揭示的三明治式HPE结构是大陆被动陆缘中的基性及超基性岩。

关键词：产热元素产热率苏鲁超高压变质带中国大陆科学钻探工程流变学结构

中国大陆科学钻探工程主孔3000~3500m花岗质片麻岩地球化学性质及其成因机制

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地质学报 2006年第12期80卷 1855-1870页

作者：周开富刘福来许志琴李天福杨经绥薛怀民叶建国中国地质科学院地质研究所大陆动力学实验室北京100037

中国大陆科学钻探工程主孔(CCSD-MH)3000~3500m深度范围内的岩心揭示的主要岩石类型以正、副片麻岩为主,夹少量的榴辉岩、片岩及斜长角闪岩等。正片麻岩可进一步划分为钾长花岗质片麻岩和二长花岗质片麻岩。地球化学研究表明,花岗质片... 详细信息

中国大陆科学钻探工程主孔(CCSD-MH)3000~3500m深度范围内的岩心揭示的主要岩石类型以正、副片麻岩为主,夹少量的榴辉岩、片岩及斜长角闪岩等。正片麻岩可进一步划分为钾长花岗质片麻岩和二长花岗质片麻岩。地球化学研究表明,花岗质片麻岩的SiO2含量普遍高,为73.56%~79.01%,Al2O3含量为10.49%~13.75%;TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO的含量明显偏低,其中Fe2O3为0.26%~2.56%,FeO为0.09%~1.13%,MgO为0.01%~0.63%;岩石明显富含Na2O、K2O,强烈贫钙,Na2O+K2O的含量为6.20%~9.15%,K2O的含量为1.26%~5.67%,CaO的含量为0.08%~1.59%。花岗质片麻岩在洋脊玄武岩标准化蛛网图上都表现出强烈富集大离子亲石元素(K、Rb、Th)的特点,高场强元素Ti、Ta和Nb表现为明显的负异常,而Hf和Zr则为明显正异常。3000~3500m花岗质片麻岩的原岩具A型花岗岩的特征,形成于大陆裂谷环境,记录了Rodinia超大陆裂解时苏鲁地区的花岗岩浆事件,表明新元古代晚期扬子板块北缘的构造属性为大陆裂谷环境。

关键词：花岗质片麻岩地球化学性质成因机制中国大陆科学钻探工程

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中国大陆科学钻探工程的历史考察

自然辩证法通讯 2019年第8期41卷 71-80页

作者：罗飞王大洲中国科学院大学人文学院

全面梳理了中国大陆科学钻探工程的历史过程,重点考察了工程的预研究、选址和建设历程,分析了围绕工程开展的技术创新和组织管理创新,以及中国大陆科学钻探工程对我国地质学、钻探技术以及地球深部探测的推动作用。最后,从工程预研、团... 详细信息

全面梳理了中国大陆科学钻探工程的历史过程,重点考察了工程的预研究、选址和建设历程,分析了围绕工程开展的技术创新和组织管理创新,以及中国大陆科学钻探工程对我国地质学、钻探技术以及地球深部探测的推动作用。最后,从工程预研、团队建设、管理机制、国际合作、自主创新、知识提炼等方面总结了中国大陆科学钻探工程的成功经验。

关键词：中国大陆科学钻探工程科学钻探历史