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地壳深熔过程中锆石的Zr同位素分馏

中国科学:地球科学 2024年

作者：朱二林夏琼霞李赵雅陈仁旭 James VANORMAN 中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学技术大学岩石圈演化与环境演变全国重点实验室行星探索与前瞻性技术前沿科学中心 Department of Earth Environmental and Planetary Sciences Case Western Reserve University

锆（Zr）作为高场强元素之一,由于有限的Zr同位素数据库,地质演化过程中的Zr同位素行为仍然存在许多疑问.岩浆体系中Zr同位素常用于示踪岩浆分异过程,而对于地壳深熔过程中Zr同位素分异与锆石结晶过程之间的关系仍有待研究.本研究对采... 详细信息

锆（Zr）作为高场强元素之一,由于有限的Zr同位素数据库,地质演化过程中的Zr同位素行为仍然存在许多疑问.岩浆体系中Zr同位素常用于示踪岩浆分异过程,而对于地壳深熔过程中Zr同位素分异与锆石结晶过程之间的关系仍有待研究.本研究对采自南拉萨和北大别两个高温变质地体的混合岩进行了锆石原位Zr同位素分析,结果显示出较大的同位素分馏, δ94/90ZrIPGP值(标记为δ94Zr)变化范围分别为-0.30‰～+0.81‰和-0.58‰～+0.49‰.在这些锆石中,除岩浆源区的残留锆石外,发现有两类新生锆石.根据寄主岩石的类型、锆石的微量元素含量和Zr同位素值,新生锆石可以分为两类:第一类是主要赋存于原位浅色体中的转熔锆石,具有最高的铌（Nb）-钽（Ta）-铪（Hf）-铀（U）含量,其δ94Zr值变化范围较大,并显著高于残留锆石δ94Zr值;第二类是主要赋存于异位浅色脉体中的深熔锆石,具有较高的Nb-Ta-Hf-U含量,其δ94Zr值与残留锆石相似.数值模拟计算表明,新生锆石的Zr同位素组成变化较大,主要是部分熔融过程中锆石和非锆石相的差异分解所释放的Zr同位素不同而导致的.转熔锆石的Zr主要来自于原位深熔熔体中含锆矿物相的分解（非锆石效应）,而深熔锆石的Zr主要来自于演化熔体中残留锆石的溶解（锆石效应）.混合岩中显著的Zr同位素分馏很好地反映了部分熔融过程中深熔熔体生成-迁移-聚集-结晶的动力学过程.因此, Zr同位素可以作为区分地壳深熔过程中转熔锆石和深熔锆石的有力工具.

关键词： Zr同位素锆石效应非锆石效应混合岩地壳深熔作用

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深熔成因伟晶岩初始岩浆中稀有金属富集特征

地质学报 2024年第5期98卷 1507-1526页

作者：周晋捷吕正航刘堃唐勇张辉中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压实验室贵州贵阳550081 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

本文以新疆阿尔泰切木尔切克地区的混合岩和伟晶岩为例,开展区内混合岩、伟晶岩与周围的变沉积岩(二云母片岩)的野外地质、全岩地球化学以及云母类矿物化学组成研究,目的在于揭示深熔作用形成的熔体中稀有金属富集特征。研究结果显示,... 详细信息

本文以新疆阿尔泰切木尔切克地区的混合岩和伟晶岩为例,开展区内混合岩、伟晶岩与周围的变沉积岩(二云母片岩)的野外地质、全岩地球化学以及云母类矿物化学组成研究,目的在于揭示深熔作用形成的熔体中稀有金属富集特征。研究结果显示,阿尔泰切木尔切克地区的伟晶岩与混合岩中浅色体有相似的矿物组合和主要化学组成,且伟晶岩与暗色体呈互补的微量元素组成,表明切木尔切克伟晶岩为变沉积岩深熔成因。从二云母片岩到混合岩中浅色体和伟晶岩,白云母中Li、Be、Nb、Ta、Rb、Cs显示增加趋势,表明深熔作用形成浅色体及其汇聚成伟晶岩脉过程中可促进稀有金属的富集,尤其是Be和Ta,富集程度达3倍以上。低温条件下白云母脱水熔融,导致黑云母作为残留相,明显制约Li、Rb、Cs等稀有金属在熔体中的富集,但对Be的影响非常有限。结合阿尔泰伟晶岩广泛的Be成矿作用,推断阿尔泰伟晶岩很可能是深熔成因的。

关键词：稀有金属深熔作用伟晶岩混合岩阿尔泰

滇西那邦地区地壳变质深熔过程及其构造意义:来自渐新世混合岩年代学和地球化学约束

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大地构造与成矿学 2023年第3期47卷 661-680页

作者：任敏马莉燕李双彭头平刘希军张学娇丁伟蔡永丰董晓颖顾昭阳桂林理工大学地球科学学院广西隐伏金属矿产勘查重点实验室广西桂林541006 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广东广州510640 中国石化华北油气分公司采气一厂陕西榆林719000

滇西腾冲地块西侧的那邦地区作为东喜马拉雅造山带的重要组成部分和藏南冈底斯带的南延,不仅记录了印度‒欧亚大陆碰撞过程的重要信息,也记录了高原岩石圈向南挤出的详细过程。近年来的研究显示,该区部分原划分为早前寒武基底的高黎贡群... 详细信息

滇西腾冲地块西侧的那邦地区作为东喜马拉雅造山带的重要组成部分和藏南冈底斯带的南延,不仅记录了印度‒欧亚大陆碰撞过程的重要信息,也记录了高原岩石圈向南挤出的详细过程。近年来的研究显示,该区部分原划分为早前寒武基底的高黎贡群形成于新生代,并经历过多期次的变质深熔作用,但关于变质深熔过程和变质机制并未引起足够重视。本文对滇西那邦地区新生代混合岩开展了年代学和地球化学特征分析。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄显示,混合岩重结晶锆石年龄为29 Ma。根据岩石地球化学特征,暗色混合岩基体可以分为两类:第一类暗色体,富铝低钙,富集LREE,亏损HREE,其ε_(Nd)(t)值为-4.31和-4.69,显示岛弧岩石的地球化学特征,与盈江始新世变基性岩地球化学特征相似,暗示其源区为受到俯冲板片流体改造的富集岩石圈地幔;第二类暗色体,富集LILE和HREE,而低轻稀土和亏损高场强元素,ε_(Nd)(t)值为-11.35,指示其源区为更古老的基性堆晶下地壳,结合始新世锆石具有低HREE特征,表明该暗色体原岩经历过加厚下地壳水平的石榴石角闪岩相的变质作用。浅色体为花岗闪长岩,具有低钾准铝质特征,富集HREE,亏损高场强元素,全岩(^(87)Sr/^(86)Sr)i值(0.7124)高,ε_(Nd)(t)值(-13.71)低,表明来源于与其共生的暗色体原岩的深熔,并有少量沉积物熔体的混染。综合区域构造‒岩浆‒变质作用的研究结果表明,腾冲地块在始新世早期~41 Ma经历过一次重要地壳加厚事件,随后发生了涉及地幔岩石圈水平的向南挤出和伸展。而40~20 Ma期间则发生以挤压为主的仅地壳层次的向南挤出和减薄,并引发了一系列中下地壳变质深熔作用。腾冲地块那邦地区的混合岩代表的是始新世‒渐新世早期变质深熔作用的产物。

关键词：渐新世混合岩锆石U-Pb定年变质深熔岩石圈挤出

不同围压下混合岩轴向压缩过程能量及损伤分析

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工程爆破 2023年第2期29卷 33-41页

作者：袁新华河南建筑职业技术学院建筑工程系郑州450000

为探究混合岩在不同围压下破坏过程中的能量演化特征和损伤演化规律,利用伺服试验机对混合岩进行了轴向压缩试验。结果表明,混合岩不同破坏阶段的弹性应变能、耗散能的变化情况不同,屈服强度之前,能量基本以弹性应变能为主,耗散能几乎... 详细信息

为探究混合岩在不同围压下破坏过程中的能量演化特征和损伤演化规律,利用伺服试验机对混合岩进行了轴向压缩试验。结果表明,混合岩不同破坏阶段的弹性应变能、耗散能的变化情况不同,屈服强度之前,能量基本以弹性应变能为主,耗散能几乎为0,屈服强度之后,弹性应变能减小后保持稳定,耗散能急剧增加。基于试样弹性应变能与总吸收能之比的定量指标将试破坏的过程分为3个阶段,依此为裂隙稳定扩展阶段、裂隙加速扩展阶段和裂隙贯通阶段。将混合岩的损伤演化过程分为4个阶段,分别为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段、损伤加速发展阶段和残余损伤阶段。

关键词：混合岩轴向压缩变形破坏能量机制损伤演化

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藏南亚东混合岩的成因及地质意义

沉积与特提斯地质 2022年第2期42卷 279-287页

作者：苟正彬刘函李俊张士贞赵晓东王生伟中国地质调查局成都地质调查中心四川成都610081

高喜马拉雅结晶岩系中广泛发育规模不等、形态各异的混合岩,是研究地壳部分熔融作用的天然实验室。尽管观察表明,藏南许多混合岩与淡色花岗岩具有一定的时空联系,但混合岩与淡色花岗岩是否具有成因联系还存在较大的争议。本文对藏南亚... 详细信息

高喜马拉雅结晶岩系中广泛发育规模不等、形态各异的混合岩,是研究地壳部分熔融作用的天然实验室。尽管观察表明,藏南许多混合岩与淡色花岗岩具有一定的时空联系,但混合岩与淡色花岗岩是否具有成因联系还存在较大的争议。本文对藏南亚东地区的混合岩中进行了野外地质、岩相学、岩石地球化学和年代学等研究。研究结果表明,亚东混合岩主要是部分熔融作用的产物,具有(近)原地熔融的特征,熔融方式以白云母和黑云母脱水熔融为主,并叠加了分离结晶作用。亚东混合岩与淡色花岗岩在成因上具有紧密联系。相关认识为建立造山带构造演化模型提供新的信息。

关键词：混合岩淡色花岗岩部分熔融成因联系高喜马拉雅结晶岩系

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混合岩研究及地球动力学意义

地学前缘 2014年第1期21卷 21-31页

作者：王水炯李曙光中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 Earth and Space Sciences University of Washington SeattleWA 98195USA 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026

混合岩化作用(陆壳深熔)是大陆地壳演化的一个重要过程,可以在不同区域岩石圈演化和相伴构造热事件背景下发生。混合岩化温度往往可以维持在岩石固相线之上达30Ma,且整个深熔过程中岩石通常由初期的半深熔向高度深熔演化。这些特点使得... 详细信息

混合岩化作用(陆壳深熔)是大陆地壳演化的一个重要过程,可以在不同区域岩石圈演化和相伴构造热事件背景下发生。混合岩化温度往往可以维持在岩石固相线之上达30Ma,且整个深熔过程中岩石通常由初期的半深熔向高度深熔演化。这些特点使得混合岩中深熔锆石的Th/U比值随年龄越年轻而逐渐变大,并且警示混合岩锆石U-Pb年龄往往给出混合岩化的持续时间而不是单一时间点。深熔过程中,不同深熔反应类型对深熔熔体的地球化学特征影响较大,富水熔融可以降低斜长石在源区的稳定域,因此可能导致富水熔融形成的深熔熔体具有高Sr/Y和低Y的特征,从而提示在利用单一高Sr/Y和低Y特征来判别岩石是否具有高压成因需格外小心。此外,深熔过程中熔体提取速率可能大于矿物溶解速率和同位素扩散速率,因此可能发生不平衡熔融导致不同反应类型形成的熔体具有不同的初始同位素比值。熔体产生之后,由于混合岩地体具有缓慢的冷却速率,熔体有充分时间发生矿物结晶分离,残余熔体则在构造应力的作用下,被抽离源区,上升侵位至上部地壳。因此,混合岩地体中保留的大量浅色脉体只有少部分记录初始深熔熔体地球化学特征,绝大部分代表熔体结晶分离过程中的早期结晶产物,其地球化学特征与侵入浅部地壳的深熔花岗岩呈互补关系。陆壳深熔可以大大降低岩石的流变学性质。因此,造山带深熔物质在重力和高原-盆地压力差作用下,可能发生垂向和侧向挤出。下地壳流是深熔物质侧向挤出的重要形式,以混合岩以及相关淡色花岗岩的地球化学性质入手,为识别古老造山带的地壳流提供了一个新的思路。最后,文章以华北克拉通新太古代25亿年混合岩事件和大别—苏鲁造山带中生代混合岩为例,对中国东部混合岩研究进行了展望。

关键词：混合岩深熔大别—苏鲁蚌埠地壳流

中天山地块南缘两类混合岩的成因及其地质意义

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岩石学报 2019年第10期35卷 3233-3261页

作者：王信水江拓高俊高强李继磊张喜中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源院重点实验室北京100029 地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学地球科学学院武汉430074 中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室武汉430205 中国地质环境监测院北京100081 中国五矿集团北京100010

中天山地块是位于中亚造山带西南缘的西天山造山带的重要组成块体,其基底演化和构造亲缘性对恢复西天山的增生造山方式和大地构造格局具有重要意义。混合岩在中天山地块的高级变质地体中广泛分布,是揭示中天山地块基底演化和构造属性的... 详细信息

中天山地块是位于中亚造山带西南缘的西天山造山带的重要组成块体,其基底演化和构造亲缘性对恢复西天山的增生造山方式和大地构造格局具有重要意义。混合岩在中天山地块的高级变质地体中广泛分布,是揭示中天山地块基底演化和构造属性的窗口。本文通过开展锆石U-Pb年代学和Hf同位素及岩石地球化学研究,确定了中天山地块南缘乌瓦门杂岩的两类条带状混合岩的原岩性质和形成时代以及混合岩化作用时代和成因机制。第一类条带状混合岩的原岩为中基性岩屑砂岩,混合岩化时代为~1. 8Ga,是在同期角闪岩相变质过程中通过变质分异形成的。第二类条带状混合岩的古成体包括黑云角闪斜长片麻岩和黑云斜长角闪片麻岩,原岩均形成于~2. 5Ga,并叠加~1. 8Ga角闪岩相变质作用,是洋陆俯冲背景下由俯冲洋壳或岩石圈地幔部分熔融形成。侵入古成体的变基性岩墙形成于~1. 72Ga,具有Fe-Ti玄武岩的地球化学特征,起源于后碰撞伸展背景下的软流圈地幔。该类混合岩的浅色体同时穿插古成体和变基性岩墙,呈现突变的野外接触关系,与区域内约787~785Ma混合岩化同期,即混合岩化作用是外来岩浆注入的结果,可能是造山带垮塌引发地壳深熔作用的产物。乌瓦门杂岩记录的~2. 5Ga岩浆活动、~1. 8Ga变质作用和~790Ma混合岩化作用可以和塔里木北缘进行对比,暗示中天山地块是一个具有确切新太古代-古元古代结晶基底的微陆块,并且和塔里木克拉通存在构造亲缘性。

关键词：混合岩中天山地块天山造山带中亚造山带

深俯冲陆壳部分熔融初始熔体的厘定:来自苏鲁超高压地体混合岩中浅色体证据

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岩石学报 2018年第3期34卷 547-566页

作者：高名迪续海金章军锋陈辉中国地质大学地球科学学院全球构造中心

深俯冲陆壳物质部分熔融产生的熔体,实验岩石学方面已有广泛报道,而天然初始熔体的组分却难以厘定。对此,本文从苏鲁超高压地体荣成混合岩中识别出了深俯冲花岗质陆壳部分熔融产生的天然初始熔体组成。野外露头显示,混合岩中主要矿物组... 详细信息

深俯冲陆壳物质部分熔融产生的熔体,实验岩石学方面已有广泛报道,而天然初始熔体的组分却难以厘定。对此,本文从苏鲁超高压地体荣成混合岩中识别出了深俯冲花岗质陆壳部分熔融产生的天然初始熔体组成。野外露头显示,混合岩中主要矿物组成为钾长石+斜长石+石英的浅色熔体呈不连续的条带状与残余体互层产出,指示了原位或近源区的部分熔融特征。混合岩浅色体锆石CL图像呈明显的核-边结构,继承核部为扬子板块来源的岩浆锆石,形成时代为721±24Ma;新生边部CL图像具震荡环带结构,微量元素上REE呈明显左倾,具有Eu的负异常及Ce的正异常,低的Hf/Y和Th/U比值,具深熔锆石特征,指示形成于花岗质陆壳物质的部分熔融。边部U-Pb谐和年龄为225.9±2Ma,略晚于苏鲁超高压地体超高压峰期变质年龄,表明初始熔融发生在超高压地体折返早期。浅色熔体的全岩地球化学特征表明,主量元素上具有高SiO_2、K_2O及Na_2O含量,低的Fe_2O_3~T、MgO及CaO含量,A/CNK=1.02~1.04,呈弱过铝质亚碱性花岗岩的特征,这与实验岩石学中富硅陆壳物质部分熔融产生的熔体组分极为相近;微量元素上富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、Pb等),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,REE呈较为平坦的配分模式,具弱的Eu负异常并亏损Sr。本文通过上述对天然样品研究,厘定了深俯冲花岗质陆壳部分熔融及其初始熔体的组成,为理解大陆俯冲带壳幔相互作用提供了关键依据。

关键词：大陆俯冲带部分熔融初始熔体苏鲁超高压地体混合岩

滇西点苍山杂岩中混合岩的地质年代学分析及其区域构造内涵

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岩石学报 2008年第3期24卷 413-420页

作者：刘俊来王安建曹淑云邹运鑫唐渊陈越中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质科学院矿产资源战略研究中心北京100037

位于红河-哀牢山断裂带北延的点苍山杂岩由中部深变质杂岩、西侧中生界浅变质-未变质的火山-沉积岩系和东部叠加退变质岩带组成。中部深变质杂岩包括类片麻岩-长英质岩类、云母片岩、大理岩类和角闪质岩石。岩石普遍遭受角闪岩相变质作... 详细信息

位于红河-哀牢山断裂带北延的点苍山杂岩由中部深变质杂岩、西侧中生界浅变质-未变质的火山-沉积岩系和东部叠加退变质岩带组成。中部深变质杂岩包括类片麻岩-长英质岩类、云母片岩、大理岩类和角闪质岩石。岩石普遍遭受角闪岩相变质作用和混合岩化作用的改造,形成条带状、条纹状、条痕状和角砾状等具有不同构造特点的混合岩。混合岩中有两种不同的脉体物质(花岗质岩脉),它们含有具不同特点的锆石颗粒,即由混合岩化作用改造形成的低 Th/U 比值锆石颗粒和由岩浆结晶作用形成的高 Th/U 比值锆石颗粒。对于锆石颗粒采用 SHRIMP U-Pb 测年,揭示出二者具有相近的年龄值,分别为842.5±9.9Ma与833±9Ma。它们的存在揭示出从混合岩化作用向岩浆作用的转变。混合岩的变形作用、变质作用特点分析,尤其是对于花岗质脉体的锆石年代学研究揭示出,点苍山深变质杂岩与扬子地块基底具有显著的相似性。结合扬子地块新元古代整体构造.岩浆活动性规律,揭示出由板块俯冲与消减引起,早于新元古代 Rodinia 裂解时期地幔柱上涌事件。

关键词：点苍山混合岩新元古代 SHRIMP年龄