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北秦岭松树沟榴闪岩变质演化:石榴石矿物学和锆石年代学制约

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地球科学 2024年第8期49卷 2714-2735页

作者：林少伟张强强高晓英郑永飞中国科学院壳幔物质与环境重点实验室中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心安徽合肥230026

北秦岭造山带早古生代的构造格局和变质演化过程长期以来存在较大争议,是地学界比较关注的问题之一.尽管前人对松树沟变质岩进行了大量的同位素年代学研究工作,但是峰期榴辉岩相变质时间的限定仍然存在较大争议.基于此,以松树沟榴闪岩... 详细信息

北秦岭造山带早古生代的构造格局和变质演化过程长期以来存在较大争议,是地学界比较关注的问题之一.尽管前人对松树沟变质岩进行了大量的同位素年代学研究工作,但是峰期榴辉岩相变质时间的限定仍然存在较大争议.基于此,以松树沟榴闪岩为研究对象,进行系统的石榴石矿物学和锆石年代学研究.根据岩相学显微结构、矿物包裹体和矿物地球化学成分研究,在榴闪岩中识别出进变质(522~611℃/1.4~3.0 kbar)、峰期(742~749℃/>3.0 GPa)以及退变质(726~764℃/7.3~8.3 kbar)3期变质矿物组合.锆石年代学研究识别出3组年龄:G1为残留锆石核部,具有典型岩浆振荡环带,富集HREE,明显的Eu负异常,具有746±16 Ma到720±7 Ma的锆石206Pb/238U年龄,表明榴闪岩的原岩结晶时代为新元古代时期;G2锆石无环带或保留较弱的切割原岩锆石的振荡环带,具有陡峭的HREE配分型式,明显变化的Eu异常,属于变质重结晶锆石,具有从492±15 Ma到547±17 Ma较大变化范围的206Pb/238U值.G3锆石主要靶上位于锆石边部以位于石榴石边部与其平衡共存的原位锆石为主,具有云雾状或冷杉叶状CL特征,206Pb/238U年龄范围为491~480 Ma(加权平均年龄为488±10 Ma),富集MREE,亏损HREE,低Th/U比值(0.01~0.04),微弱的Eu异常,表明其形成于榴辉岩相变质阶段,代表峰期变质年龄.此外,我们在榴闪岩中代表石榴石峰期的边部发现包裹大量呈定向的棒状出溶体Rt+Ap+Qz,可能表明该岩石曾经历过超高压变质作用.松树沟榴闪岩原岩是来源于Rodinia超大陆在新元古代裂解出来的北秦岭微陆块,于寒武纪开始深俯冲并在488 Ma达到峰期榴辉岩相,而后发生折返并经历角闪岩相退变质作用.

关键词：榴闪岩多期次变质石榴石锆石北秦岭造山带俯冲带地球化学

金属稳定同位素示踪关键金属的运移和超常富集

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地质学报 2024年第5期98卷 1550-1572页

作者：胡霞邓庚辛陈栩琦盛佳儒黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心安徽合肥230026

关键金属矿产对于国家经济和安全意义重大,然而其富集机制仍然存在争议,即受控于岩浆的结晶分异作用还是热液流体作用。传统的地球化学手段只能间接制约成矿物质的来源,难以区分分离结晶和岩浆热液作用对成矿的影响,而Rb、Ba、Sr、U等... 详细信息

关键金属矿产对于国家经济和安全意义重大,然而其富集机制仍然存在争议,即受控于岩浆的结晶分异作用还是热液流体作用。传统的地球化学手段只能间接制约成矿物质的来源,难以区分分离结晶和岩浆热液作用对成矿的影响,而Rb、Ba、Sr、U等流体活动金属的同位素体系则对这两种机制具有不同的响应。笔者分别对喜马拉雅和华南地区的富关键金属花岗岩进行了Rb和Ba同位素研究,结果表明,当矿物结晶时,残留熔体中Ba同位素变重,Rb同位素不变;而当岩浆热液作用时,花岗岩中Ba同位素变轻,Rb同位素变重。此外,深部岩浆出溶的热液流体对亲流体易迁移的关键金属元素的富集具有重要贡献。上述研究表明,金属稳定同位素(尤其是流体活动金属的同位素)对于示踪岩浆-热液作用和成矿流体来源具有非常好的效果。

关键词：金属稳定同位素关键金属超常富集岩浆-热液作用同位素示踪

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大陆碰撞带深熔变质与花岗岩成因

地球科学 2024年第1期49卷 1-28页

作者：郑永飞陈仁旭高彭中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越研究中心安徽合肥230026

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所,也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题,同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大... 详细信息

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所,也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题,同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大陆碰撞过程的不同阶段,其动力体制会从挤压变成拉张,地温梯度会由低变高,从而形成时空分布不同、矿物组合各异的变质岩和岩浆岩.在大陆碰撞和俯冲的挤压阶段,变质温压比值较低,只有硬碰撞引起的地壳加厚产生的高压麻粒岩相变质作用以及深俯冲导致的超高压变质作用,不会发生深熔变质作用.在大陆深俯冲结束之际,板块界面动力体制由挤压变为拉张,受到超高压变质的地壳会以岩片状沿俯冲隧道发生逆冲折返.在大陆碰撞后阶段,一旦碰撞带岩石圈地幔发生减薄,软流圈地幔上涌导致主动张裂,上覆地壳就会在高的地温梯度下发生巴肯型深熔变质作用,从而形成大量的花岗岩.因此,地壳深熔变质和花岗质岩浆的发育程度与岩石圈厚度的变化密切相关.虽然幔源镁铁质岩浆结晶分异作用是大洋俯冲带之上花岗岩形成的常见方式,但是地壳部分熔融才是大陆碰撞带花岗岩浆作用的典型方式.地壳岩石性质是形成不同类型花岗岩的关键,I型和S型花岗岩分别主要来自于变火成岩和变沉积岩的部分熔融,而A型花岗岩则起源于堆晶或残留体的部分熔融.脱水熔融和水化熔融是产生花岗岩浆的两种基本物理化学机制,二者可在同一区域内发生,构成脱水-水化耦合的部分熔融机制.大陆碰撞带作为古板块缝合带,也是构造薄弱带,易于发育大陆主动张裂,这是在碰撞后阶段深部陆壳脱水-水化耦合熔融直至浅部陆壳部分熔融的主要构造机制,结果形成花岗岩-混合岩-麻粒岩高温岩石组合.一般来说,超大陆聚合阶段与碰撞挤压背景下的变质作用相关,而超大陆裂解与主动张裂拉张体制下的变质作用相关.虽然大陆张裂未必都能成功,但是其中夭折张裂在业已汇聚板块边缘最为常见.因此,夭折大陆张裂与陆内深熔变质作用和花岗岩浆作用之间的关系最为密切,这也是正确认识超大陆聚合之后到裂解之前陆内地质过程与构造演化之间关系的关键.

关键词：大陆碰撞深熔变质花岗岩浆大陆张裂陆内造山化学地球动力学汇聚板块边缘

大别山晓天—磨子潭断裂附近退变榴辉岩的厘定及其时代和大地构造意义

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地质论评 2024年第S1期70卷 5-6页

作者：刘琦刘贻灿杨阳中国科学院壳幔物质与环境重点实验室中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026

研究区位于大别造山带晓天—磨子潭断裂附近(图1)。晓天—磨子潭断裂是北大别杂岩带和北淮阳带之间的边界断裂,部分研究者认为该断裂带为华北板块和扬子板块之间的缝合线以及大别山超高压变质岩折返的重要边界(Faure et al.,1999;徐树桐... 详细信息

研究区位于大别造山带晓天—磨子潭断裂附近(图1)。晓天—磨子潭断裂是北大别杂岩带和北淮阳带之间的边界断裂,部分研究者认为该断裂带为华北板块和扬子板块之间的缝合线以及大别山超高压变质岩折返的重要边界(Faure et al.,1999;徐树桐等,2002),但对此仍存在较大争议。

关键词：榴辉岩超高压变质相平衡模拟地壳俯冲—折返大别山

大地幔楔的两个深部碳循环圈:差异及宜居效应

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地学前缘 2024年第1期31卷 15-27页

作者：李曙光汪洋刘盛遨中国地质大学(北京)地质过程与成矿国家重点实验室北京100083 中国科学技术大学中国科学院壳幔物质与环境重点实验室安徽合肥230026

本文总结评述了西太平洋板块深俯冲及在东亚地幔过渡带滞留和与之相关的晚白垩世和新生代东亚板内玄武岩共同构成的大地幔楔板内深部碳循环圈存在的证据;探讨了大地幔楔板内碳循环圈与岛弧系统碳循环圈在地幔碳酸盐化交代介质、碳酸盐... 详细信息

本文总结评述了西太平洋板块深俯冲及在东亚地幔过渡带滞留和与之相关的晚白垩世和新生代东亚板内玄武岩共同构成的大地幔楔板内深部碳循环圈存在的证据;探讨了大地幔楔板内碳循环圈与岛弧系统碳循环圈在地幔碳酸盐化交代介质、碳酸盐种属、氧化还原反应及碳酸盐化地幔部分熔融发生机制等方面的差异和对显生宙大气氧含量保持稳定及温室效应周期性变化的影响;并指出了定量估计深俯冲碳酸盐歧化反应还原成金刚石而留在地幔过渡带和通过板内玄武质火山返还大气的碳各自所占有比例应是未来需研究的重要课题。

关键词：岛弧碳循环圈板内碳循环圈大地幔楔宜居气候

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新元古代氧化事件驱动海洋Ba循环变化

高校地质学报 2024年第3期30卷 288-296页

作者：卫炜隋佩珊陈婷婷黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中国科学技术大学中国科学院比较行星学卓越研究中心合肥230026

新元古代晚期出现大气和海洋氧气含量显著升高的现象,即新元古代氧化事件(NOE)。该事件可能促使了后生动物的出现与辐射以及复杂生态系统的建立。海洋中的氧化过程可改变海水的化学组成,如Fe、C、S的价态和种型,而海水中Ba的生物地球化... 详细信息

新元古代晚期出现大气和海洋氧气含量显著升高的现象,即新元古代氧化事件(NOE)。该事件可能促使了后生动物的出现与辐射以及复杂生态系统的建立。海洋中的氧化过程可改变海水的化学组成,如Fe、C、S的价态和种型,而海水中Ba的生物地球化学循环则主要受S的种型及浓度的控制,特别是硫酸根浓度。文章介绍了NOE如何改变海洋Ba循环:(1)NOE之前,海水硫酸根浓度极低,Ba循环处于保守状态;(2)NOE期间,海水硫酸根浓度升高,处于重晶石过饱和状态,导致沉积物中过剩Ba的富集以及层状重晶石的形成;(3)NOE之后,海洋重晶石过饱和状态一直持续到古生代末期,而中生代以后海洋硫酸根充足,Ba循环主要受控于生产力,呈现非保守性。此外,文章还指出,Ba同位素在重建新元古代晚期海洋Ba浓度,继而反演海水硫酸根浓度(即氧化程度)研究中均具有独特的优势。

关键词：海洋氧化 O-Fe-C-S-Ba循环保守元素 Ba同位素早期生命

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针对低银样品的高精度银同位素分析方法

矿物岩石地球化学通报 2024年第5期 1078-1080页

作者：方远文秋玉肖子聪于慧敏黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境重点实验室中国科学院比较行星学卓越创新中心

银（Ag）是元素周期表中第五周期ⅠB族元素，曾作为货币在全球范围内广泛使用，因此其流通记录可以揭示人类历史文明的演化进程（Desaulty et al.,2011;Desaulty and Albarede,2013）。在部分熔融过程中，Ag和Cu展现出相似的化学性质，...

银（Ag）是元素周期表中第五周期ⅠB族元素，曾作为货币在全球范围内广泛使用，因此其流通记录可以揭示人类历史文明的演化进程（Desaulty et al.,2011;Desaulty and Albarede,2013）。在部分熔融过程中，Ag和Cu展现出相似的化学性质，但二者对S的结合能力却有所不同，这使得Ag/Cu值成为地壳演化过程的一个重要指标（Chen et al.,2020）。

关键词：

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太古宙地质与板块构造:观察与解释

中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 1-30页

作者：郑永飞中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中国科学院比较行星学卓越研究中心合肥230026

建立于20世纪60年代的板块构造理论,在一开始就能够成功解释显生宙时期发生的许多地质现象、过程和事件,但是在解释大陆内部和前寒武纪时期地质记录时受到了不同程度的挑战.就板块构造与大陆地质之间的关系来说,由于将陆内构造与陆缘构... 详细信息

建立于20世纪60年代的板块构造理论,在一开始就能够成功解释显生宙时期发生的许多地质现象、过程和事件,但是在解释大陆内部和前寒武纪时期地质记录时受到了不同程度的挑战.就板块构造与大陆地质之间的关系来说,由于将陆内构造与陆缘构造之间在结构和成分上的继承和发展关系割裂开来,结果导致传统板块构造模型不适用于前寒武纪地质,特别是不能解释太古宙克拉通基本地质特征的假象.然而,这些假象并不意味着,太古宙大陆地壳不是起源于板块构造体制,而是起源于所谓的前板块构造体制.目前所提出的前板块构造过程都是在停滞层盖构造体制下的垂向运动,不仅包括像重力凹沉、地幔柱和热管构造这样的内生过程,而且包括像流星撞击这样的外生过程.这些垂向过程不仅在太古宙引起了活动层盖构造的起始,而且在显生宙时期依然活跃,都是不同深度条件下地幔极向对流的结果,并非某一时期所特有.一旦将20世纪传统的板块构造运动学理论升级为21世纪整合的板块构造运动学-动力学理论,系统深入地检查物质和能量在板块边缘的垂向传输,即可发现板块构造能够解释太古宙克拉通地壳的岩石组合、构造样式和变质演化等常见特征.通过认识和理解汇聚板块边缘的结构和组成及其动力学,可以将太古宙以来的活动层盖构造划分为前寒武纪时期的古老板块构造和显生宙时期的现代板块构造.应用21世纪板块构造理论,结合太古宙对流地幔温度比显生宙高200~300℃、新生玄武质洋壳厚度可达30~40km和软流圈成分类似于原始地幔而不是亏损地幔等特殊性,可以成功解释太古宙克拉通的主要地质现象,从而为深入理解早期地球演化和花岗质陆壳起源提供新的视角和线索.具体来说,太古宙时期的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩套可以是汇聚板块边缘加厚玄武质洋壳部分熔融产物,片麻岩穹窿-绿岩带龙骨构造样式可以是TTG岩浆在浮力驱动下底辟侵位并与汇聚边缘玄武质地壳相互作用的结果,绿岩带内高温科马提岩可以是古老板块构造体制下地幔柱作用产物,高级变质岩大规模面状分布而不是带状分布可以是片麻岩穹窿与绿岩带分离所致,缺乏钙碱性安山岩的双峰式火山岩组合指示大洋俯冲带缺乏花岗质陆壳风化剥蚀来源的沉积物增生楔,缺失彭罗斯型蛇绿岩指示微板块俯冲起始后只有火山岩洋壳被刮削下来形成玄武岩增生楔,缺失蓝片岩和榴辉岩以及经典的双变质带指示汇聚板块边缘在中等地温梯度下发生玄武质洋壳硬碰撞加厚或者发生暖俯冲叠置.因此,只有正确认识和理解太古宙板块构造的性质,才能对那些基本地质特征给予合理的解释.

关键词：板块构造太古宙地质大陆起源地壳再造板块内部板块边缘

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俯冲带流体反向交代作用

中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 654-658页

作者：陈伊翔中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心合肥230026

1俯冲带流体交代作用俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带(Zheng和Chen,2016).俯冲带中发生的流体活动与很多关键地质过程密切相关,如火山与地震活动、元素迁移富集成矿、物质迁移与壳幔物质循环,以及地球的表层环境变化.因此... 详细信息

1俯冲带流体交代作用俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带(Zheng和Chen,2016).俯冲带中发生的流体活动与很多关键地质过程密切相关,如火山与地震活动、元素迁移富集成矿、物质迁移与壳幔物质循环,以及地球的表层环境变化.因此,对俯冲带流体来源、性质和地球化学效应的研究具有重要意义(Zheng,2019).在板块俯冲过程中,随着温度压力的升高,俯冲地壳岩石中的含水矿物会发生分解,释放出流体(包括富水溶液、含水熔体甚至超临界流体)交代上覆地幔楔形成地幔交代岩.这些交代岩部分熔融产生大洋弧玄武质岩浆或者大陆弧安山质岩浆,一旦喷发到地表就成为弧火山岩.在这个过程中,流体从板片地壳迁移到地幔楔中,可以称之为俯冲带流体正向交代作用(Zheng,2012).

关键词：交代作用地球化学效应地壳岩石地质过程俯冲带板块俯冲地幔交代弧火山岩