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麻粒岩的研究进展与方法

岩石学报 2021年第1期37卷 52-64页

作者：魏春景张媛媛董杰造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871

近年来,有关麻粒岩的研究取得了长足进展,本文讨论了4个相关问题:(1)麻粒岩的大地构造环境与P-T轨迹。麻粒岩可以形成于4种大地构造环境中:(a)碰撞造山带以形成高压麻粒岩为特征,为中压相系,包括曾位于地壳浅部的岩石经历构造埋深达到... 详细信息

近年来,有关麻粒岩的研究取得了长足进展,本文讨论了4个相关问题:(1)麻粒岩的大地构造环境与P-T轨迹。麻粒岩可以形成于4种大地构造环境中:(a)碰撞造山带以形成高压麻粒岩为特征,为中压相系,包括曾位于地壳浅部的岩石经历构造埋深达到变质峰期后再折返的过程,为顺时针型P-T轨迹;也包括曾经历洋壳或陆壳俯冲形成的高压-超高压榴辉岩相岩石折返叠加变质形成的麻粒岩,P-T轨迹以减压为主。(b)地壳伸展区以形成低压麻粒岩为特征,并可达到超高温条件,其P-T轨迹为减压加热至温度峰期,随后发生等压或降压冷却。(c)岛弧或陆缘岩浆增生区的下地壳多为高压麻粒岩相,其中侵入的辉长岩首先经历等压冷却,然后再经历升温升压进变质过程。(d)太古宙克拉通麻粒岩相表壳岩呈皮筏状分布于TTG片麻岩内部,多达到超高温条件,发育逆时针型P-T轨迹,受太古宙特殊的垂直构造体制控制。(2)麻粒岩的进变质过程与流体行为。按照流体行为,麻粒岩的进变质过程分为3种型式:(a)流体饱和进变质过程,指岩石在饱水固相线之前达到流体饱和,随后发生饱水固相线熔融与含水矿物的脱水熔融,以及阶段性熔体丢失,导致岩石中水含量降低,缺流体固相线温度升高;在峰期之后的降温过程中,发生熔融反应的逆反应,或结晶反应,形成含水矿物,结晶反应终止于缺流体固相线。(b)流体不饱和或缺流体进变质过程,指岩石在进变质过程中会处于流体缺失状态,不会发生变质反应,岩石中原来的矿物组合以亚稳定状态保留至缺流体固相线后,才开始变质演化,因此经常形成一些不平衡结构。(c)流体过饱和进变质过程,指有过量水参与的熔融反应过程,也称为水化熔融,与熔体注入或局部汇聚有关;水化熔融过程中会更多地消耗斜长石、石英及辉石等无水矿物,导致残余物中富集角闪石和黑云母等含水矿物。(3)确定麻粒岩P-T条件的视剖面图方法。利用视剖面图方法分析麻粒岩的变质条件时,首先需要通过岩相学观察区分出峰期组合和最终组合;然后通过计算T-M(H2O)图解确定最终组合的含水量;最后利用所确定的水含量计算P-T视剖面图。利用P-T视剖面图分析麻粒岩的峰期变质条件时,首先找到峰期矿物组合在视剖面图上的稳定域,然后再结合有价值的矿物成分等值线确定P-T条件。特别需要注意的是,岩相学观察确定的峰期组合和最终组合都可能受局部结构域控制,与滞留熔体的不均匀分布或原地分凝有关,此时不能简单地用全岩成分模拟其相平衡关系。(4)相平衡模拟时需要选择有效的全岩成分。当选择实测全岩成分进行相平衡模拟时,首先需要检验其有效性,即检验实测全岩成分是否能够代表薄片中所观察到的相平衡关系。方法是计算有效全岩成分,并与实测全岩成分进行对比。对于成分不均匀的变质岩石,需要处理局部结构域的成分。分如下3种情况:(a)宏观尺度的结构域,可以分别取样;(b)微观尺度的结构域,需要在显微薄片中进行图像分析,针对不同结构域分别进行相平衡模拟;(c)由叠加或退变质形成的结构域,需要确定相应的变质反应,通过对反应配平,确定有效全岩成分。此外,文中还介绍了计算岩石中的水含量、O含量和各种矿物相含量的方法与注意事项。

关键词：麻粒岩大地构造环境 P-T轨迹相平衡模拟有效全岩成分

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榴辉岩部分熔融过程中的同位素分馏

岩石学报 2021年第1期37卷 95-112页

作者：刘帅奇张贵宾北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

本文对榴辉岩部分熔融过程中不同同位素体系是否存在分馏这一当前研究热点进行了综述。榴辉岩作为研究洋陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳增生、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移分配等具有紧... 详细信息

本文对榴辉岩部分熔融过程中不同同位素体系是否存在分馏这一当前研究热点进行了综述。榴辉岩作为研究洋陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳增生、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移分配等具有紧密的联系。作为典型的高压-超高压变质岩石,榴辉岩可通过俯冲带将壳源信息携带至地幔深部,影响地幔的化学组成,并可在大洋玄武岩中得以表现。近些年,随着仪器分析技术的发展,实验研究和理论计算均表明榴辉岩部分熔融过程中稳定同位素可以产生显著的分馏。作为常见的放射性成因子体同位素和传统稳定同位素Sr-Nd-Hf-O被广泛应用于源区示踪、岩浆混合以及结晶分异等过程。但目前有研究指出,在非平衡熔融过程中,熔体和源区的Sr-Nd-Hf-O同位素可发生解耦,导致二者的同位素组成不均一。另外,通过研究榴辉岩及其熔融产物的金属稳定同位素特征,发现榴辉岩部分熔融过程中,由于石榴石效应,会造成Ca、Mg、Fe、Li等金属稳定同位素的分馏。因此,当利用稳定同位素示踪榴辉岩熔体的源区时,需要考虑其分馏的影响。

关键词：榴辉岩部分熔融分馏 Sr-Nd-Hf-O同位素 Ca-Mg-Fe-Li同位素

北太行山燕山期中酸性岩体中暗色包体的成因:岩石学、地球化学和锆石Hf-O同位素证据

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中国科学（D辑） 2009年第9期39卷 922-934页

作者：陈斌贺敬博马星华造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871

报道太行山燕山期中酸性岩体中暗色包体的锆石Hf-O同位素,并结合包体的岩石学、全岩化学和Nd-Sr同位素的研究,试图揭示暗色包体的成因.暗色包体细粒并具岩浆结构,有的被强烈拉长,但没有固态变形.这些特征表明包体和寄主岩石曾是共存的... 详细信息

报道太行山燕山期中酸性岩体中暗色包体的锆石Hf-O同位素,并结合包体的岩石学、全岩化学和Nd-Sr同位素的研究,试图揭示暗色包体的成因.暗色包体细粒并具岩浆结构,有的被强烈拉长,但没有固态变形.这些特征表明包体和寄主岩石曾是共存的、但成分截然不同的岩浆.暗色包体含丰富的含水矿物(角闪石和黑云母),辉石普遍具有角闪石反应边,斜长石斑晶具有复杂的成分和结构不平衡.对比暗色包体和相邻寄主岩石发现,包体化学成分与相邻寄主岩石密切相关,但其εNd值通常比相邻寄主岩石高,虽然两者Sr同位素成分类似.暗色包体中锆石Hf同位素变化很大(εHf=?10～?22),指示其两种岩浆混合的特点.锆石O同位素变化也较大(δ18O=5.5‰～7.8‰),与壳幔岩浆混合的模式一致.包体成因可能是这样的:经历了橄榄石和辉石分离结晶之后的玄武质岩浆首先在地壳深部与壳源花岗质熔体发生混合形成混浆,再强力注入到上覆酸性岩浆房,并分散成小岩浆团(即形成暗色包体的岩浆).包体岩浆随后与酸性岩浆在接触边界发生斜长石等晶体的双向交换,以及流体和Na,P,Y,Nb和Pb等元素向包体内的化学扩散.

关键词：暗色包体斜长石环带 Nd-Sr同位素锆石Hf-O同位素岩浆混合

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冀东地区新太古代麻粒岩相变质作用及其大地构造意义

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岩石学报 2018年第4期34卷 895-912页

作者：魏春景造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871

冀东地区的早前寒武纪基底保留有太古宙克拉通普遍发育的"穹窿-龙骨构造",如卢龙-双山子表壳岩系呈近南北向带状分布于以TTG片麻岩为主构成的太平寨卵形构造域、迁安片麻岩穹窿和安子岭片麻岩穹窿之间,洒河桥线性构造带呈北东向切割太... 详细信息

冀东地区的早前寒武纪基底保留有太古宙克拉通普遍发育的"穹窿-龙骨构造",如卢龙-双山子表壳岩系呈近南北向带状分布于以TTG片麻岩为主构成的太平寨卵形构造域、迁安片麻岩穹窿和安子岭片麻岩穹窿之间,洒河桥线性构造带呈北东向切割太古宙构造线分布。在太平寨卵形域和洒河桥线性带中常见有零散分布的麻粒岩相表壳岩块体和古元古代变质基性岩墙。表壳岩块体包括基性和泥砂质麻粒岩和BIF型铁矿等,变质基性岩墙也发育高压麻粒岩相组合,变质锆石年龄为～1.81Ga。本文总结了近年来对该区麻粒岩的研究进展。太平寨卵形域中的基性麻粒岩以中粒二辉麻粒岩为主,有些样品的角闪石周围出现叠加变质形成的微粒矿物组合,个别样品见辉石周围发育石榴石冠状体,形成‘红眼圈’结构;利用稀土元素温度计确定二辉麻粒岩的峰期达到了～1000℃的超高温条件,麻粒岩中的锆石仅记录新太古代末期变质年龄(～2.50Ga),与周围TTG质岩石的结晶时间近于相同。洒河桥线性带中的基性麻粒岩以细粒高压麻粒岩组合为主,偶见中粒二辉麻粒岩残留,其峰期P-T条件分别为800～860℃/1.0～1.2GPa和950～1070℃/1.0GPa;麻粒岩中锆石主体记录新太古代末期变质年龄,但出现少量古元古代变质锆石(1.97～1.83Ga),石榴石-全岩Lu-Hf等时线年龄为1.77～1.78Ga。由此推测太平寨和洒河桥地区都经历了新太古代末期超高温麻粒岩相变质作用,又在古元古代晚期遭受了高压麻粒岩相差异性叠加,太平寨地区受叠加较弱,仍然保留太古宙的卵形构造,而洒河桥一带受叠加较强,形成了线性变形带。太平寨卵形域的泥砂质麻粒岩可识别出4阶段的变质矿物组合:包括包体组合、峰期组合、固相线(或最后)组合以及叠加组合。相平衡模拟表明固相线组合的P-T条件为870～890℃/～0.7GPa,峰期组合可达到1000℃/1.1GPa,石榴石中富钙斜长石包体指示麻粒岩早期经历了低压高温变质阶段。由此构建麻粒岩P-T轨迹为逆时针型,包括3个阶段:低压加热至超高温(AG-I),近等温升压至压力峰期(～1.1GPa)(AG-II),和峰后降压降温至固相线(AG-IIIa)以及在亚固相线下的降温降压过程(AG-IIIb)。锆石定年表明泥砂质麻粒岩原岩沉积年龄稍早于2.50Ga,变质年龄为2.48～2.50Ga。泥砂质麻粒岩的峰期变质条件和时代均与二辉麻粒岩一致,叠加组合的P-T条件与高压麻粒岩相似,反映泥砂质麻粒岩也受到了古元古代晚期变质作用影响。依据太平寨麻粒岩的逆时针型P-T轨迹,推测麻粒岩相变质作用包括如下构造过程:(i)AG-I指示表壳岩层受到后续地幔极高温岩浆喷发被埋深加热,或者受到下部TTG质岩浆海的加热过程;(ii)AG-II指示被加热的岩石(总伴有BIF铁矿层)被破碎并在在密度驱动下沉入岩浆海深部,达到下地壳深度;(iii)AG-IIIa/b对应沉入岩浆海深部的岩石伴随穹窿上升发生减压冷却的过程。很多地质观测和数值模拟研究表明太古宙克拉通的形成受太古宙特有的垂直构造体制控制,与太古代之后线性造山带的构造体制完全不同。

关键词：麻粒岩超高温变质作用太古宙克拉通冀东

中喜马拉雅陈塘地区基性麻粒岩变质作用、原岩特征及其地质意义

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岩石学报 2024年第5期40卷 1603-1627页

作者：王淑真张贵宾刘帅奇北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

本文对中喜马拉雅陈塘地区高压基性麻粒岩进行了岩石学、地球化学和锆石年代学及Hf同位素研究,确定了其变质P-T演化、原岩性质和构造背景。陈塘地区基性麻粒岩发生了明显部分熔融,基质中保存有单斜辉石和斜长石后成合晶,指示其可能经历... 详细信息

本文对中喜马拉雅陈塘地区高压基性麻粒岩进行了岩石学、地球化学和锆石年代学及Hf同位素研究,确定了其变质P-T演化、原岩性质和构造背景。陈塘地区基性麻粒岩发生了明显部分熔融,基质中保存有单斜辉石和斜长石后成合晶,指示其可能经历了榴辉岩相变质作用。根据基性麻粒岩的矿物组合识别出三个变质演化阶段:高压麻粒岩相矿物组合为石榴子石+单斜辉石+斜长石+金红石+石英,温压条件为1.0~1.3GPa、730~800℃;中压麻粒岩相矿物组合为石榴子石+单斜辉石+斜方辉石+角闪石+斜长石+钛铁矿+金红石+石英,温压条件为0.78~0.82GPa、820~890℃;而角闪岩相阶段以角闪石的大量出现为特征,变质温压条件为0.6~0.7GPa、660~740℃。锆石U-Pb年代学指示基性麻粒岩高压麻粒岩相的变质时代为15~14Ma,原岩时代为~1800Ma。另外,基于TiO_(2)含量可将基性麻粒岩划分为两组,一组具有低的TiO_(2)和高的ε_(Nd)(t),稀土元素配分模式与E-MORB一致,原岩为弧后盆地玄武岩。第二组基性麻粒岩相比于第一组,具有高的TiO_(2)、REE、Th/Ta和低的Mg^(#)、Nb/La和ε_(Nd)(t),其稀土元素配分模式与OIB一致。地球化学特征表明高Ti基性麻粒岩的原岩经历了显著的地壳混染,其形成与低Ti组基性麻粒岩原始岩浆上升过程混染壳源物质有关。中喜马拉雅Ama Drime地体-陈塘地区-Arun河谷沿南北方向上均出露的古元古代岩浆记录可能与新生代裂谷活动导致喜马拉雅造山带古元古代基底剥露至地表有关。另外,本研究证实印度大陆北缘在古元古代(1.9~1.8Ga)处于汇聚型板块边缘,伴生有广泛的弧/弧后岩浆作用,而非裂谷环境。

关键词：中喜马拉雅基性麻粒岩变质作用原岩特征构造意义

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石榴子石Fe^(3+)含量电子探针原位分析:Flank Method方法的实例应用

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岩石学报 2019年第4期35卷 1058-1070页

作者：李小犁陶仁彪李清云朱建江张立飞北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

电子探针分析技术主要应用于对物质进行快速无损的定性、定量分析,是材料科学和地质学领域最基础和重要的研究手段。而利用电子探针对矿物中不同价态Fe的含量进行原位定量分析,更是具有非常重要的科学意义。近来发展起来的可进行Fe^(3+)... 详细信息

电子探针分析技术主要应用于对物质进行快速无损的定性、定量分析,是材料科学和地质学领域最基础和重要的研究手段。而利用电子探针对矿物中不同价态Fe的含量进行原位定量分析,更是具有非常重要的科学意义。近来发展起来的可进行Fe^(3+) 含量定量分析的电子探针Flank Method测试方法,相比早期的实验方法具有更高的准确度和精确性。该方法主要是通过定义Fe的特征X射线L能级谱线峰位的峰侧位置(flank position),对应了不同价态Fe吸收谱线的差值线谱(difference spectrum)中强度计数最大值(FeLα*)和最小值(FeLβ*)的位置,从而避免了在早期实验中,一般通过直接测量Fe的L能级峰位(FeLα和FeLβ)可能导致的测试不确定性。同时,该测试方法通过对电子探针谱仪系统进行实时的位移误差校正,确保其在某一个稳定的实验条件(周期)下具有可重现性(精确度)。在本文中,我们根据北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室的JEOL JXA-8100型号电子探针的实际性能状态,在前人建立的实验步骤基础上,进行了测试流程的自适性改进和修正,建立了更符合本实验室实际情况的电子探针Flank Method测试方法,用于分析石榴子石中的Fe^(3+) 含量。通过对已知Fe^(3+) 含量的标准石榴子石样品进行检测验证,确定了该方法的可行性、可靠性以及可重复性。在对天然样品的分析中,我们选择了来自我国天山、拉萨和北祁连的洋壳俯冲类型中低温(超)高压榴辉岩中的石榴子石样品,对其进行了Fe^(3+) 含量(环带)的分析。结果显示,石榴子石中Fe^(3+) 含量可作为一个可靠的氧逸度指示剂,其(环带)变化很好地对应了榴辉岩寄主岩石的变质演化轨迹,反映了在板片俯冲过程中,榴辉岩的氧逸度具有降低的趋势。

关键词：电子探针石榴子石 Flank Method方法三价铁

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克拉玛依侏罗纪橄榄玄武岩中菱铁矿的成因

岩石学报 2007年第5期23卷 1108-1122页

作者：薛云兴朱永峰北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京 100871

克拉玛依市西盆山交界处发育体罗纪杏仁玄武岩-橄榄玄武岩-含菱铁矿橄榄玄武岩组合,主要由橄榄石、单斜辉石、斜长石(中长石—拉长石为主)、钛铁矿、玄武玻璃及少量磷灰石组成,含菱铁矿橄榄玄武岩中存在原生菱铁矿(≈10%)和少量碱性长... 详细信息

克拉玛依市西盆山交界处发育体罗纪杏仁玄武岩-橄榄玄武岩-含菱铁矿橄榄玄武岩组合,主要由橄榄石、单斜辉石、斜长石(中长石—拉长石为主)、钛铁矿、玄武玻璃及少量磷灰石组成,含菱铁矿橄榄玄武岩中存在原生菱铁矿(≈10%)和少量碱性长石。橄榄石及单斜辉石的Mg~#为≈70,单斜辉石属于富Ti普通辉石。含菱铁矿橄榄玄武岩中的菱铁矿常常包裹浑圆状斜长石,且与斜长石呈锯齿状接触。本文提供的岩相学观察表明,菱铁矿与玄武玻璃、斜长石、单斜辉石和钛铁矿呈明显的共生关系。在有些情况下观察到玄武玻璃与菱铁矿充填在斜长石格架的现象。含菱铁矿橄榄玄武岩玻璃中FeO含量最高至29.2%,CaO含量演化。菱铁矿发育有明显的成分梯变带(FeO和CaO含量表现出突变)。玄武玻璃的Mg~#普遍较低且变化范围大,橄榄玄武岩中玻璃的Mg~#值最高为64,含菱铁矿橄榄玄武岩中玻璃的Mg~#值最低至≈23。依据地质温压计,克拉玛依侏罗纪玄武岩浆的形成温度为1300℃～1340℃,压力为3.0～4.0GPa。基于本文的研究,我们认为克拉玛依侏罗纪含菱铁矿橄榄玄武岩岩浆由含CO,橄榄岩在软流圈中经极低程度部分熔融形成,该岩浆在快速上升过程中通过结晶分异作用形成了菱铁矿。

关键词：玄武岩菱铁矿岩浆碳酸岩侏罗纪西准噶尔新疆

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模板法合成中孔炭材料

新型炭材料 2011年第2期26卷 151-160页

作者：传秀云周述慧北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

在综合分析无机模板法和有机模板法的基础上,提出矿物模板法和复合模板法是制备中孔炭的有效方法。矿物模板法原料价格低廉、来源广泛。复合模板法综合了软模板和硬模板的优点,能够拓展中孔炭的结构、性能和应用领域。以矿物模板制备的... 详细信息

在综合分析无机模板法和有机模板法的基础上,提出矿物模板法和复合模板法是制备中孔炭的有效方法。矿物模板法原料价格低廉、来源广泛。复合模板法综合了软模板和硬模板的优点,能够拓展中孔炭的结构、性能和应用领域。以矿物模板制备的炭材料具有良好的电学、医学性能等,有望获得良好性价比的中孔炭材料。

关键词：中孔炭材料模板法矿物模板法复合模板法合成

俄罗斯白海地区太古代榴辉岩的金红石Zr温度计应用及其地质意义

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岩石学报 2017年第10期33卷 3263-3277页

作者：李小犁张立飞魏春景张贵宾造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871

金红石Zr温度计在研究高级变质岩的热演化过程中可以发挥重要的作用。而电子探针显微分析技术得益于其较小的分析束斑(直径1~2μm)和适中的轰击能量,通过合理的实验条件设定和仪器参数设置,是对薄片中金红石Zr含量进行原位分析的理想实... 详细信息

金红石Zr温度计在研究高级变质岩的热演化过程中可以发挥重要的作用。而电子探针显微分析技术得益于其较小的分析束斑(直径1~2μm)和适中的轰击能量,通过合理的实验条件设定和仪器参数设置,是对薄片中金红石Zr含量进行原位分析的理想实验手段。本文中,我们对俄罗斯白海地区的太古代榴辉岩-退变榴辉岩中的金红石Zr含量进行了电子探针原位分析,并进行了金红石Zr温度计计算。结果表明,其中石榴子石包裹体类型(产状1)金红石的Zr含量比较稳定,主要集中在400×10^(-6)~500×10^(-6)范围,个别金红石颗粒中的Zr含量可以达到1000×10^(-6);而基质后成合晶中(产状2)金红石的Zr含量的波动范围则相对更广一些(200×10^(-6)~1000×10^(-6)),这可能与后期退变过程中的Zr重置和/或扩散有关。总体上,不同产状金红石的Zr温度计计算结果都给出了两个主要的温度区间:T1=700~750℃和T2=800~850℃。结合前人对白海榴辉岩变质温压条件的研究以及金红石Zr体系封闭温度的控制,我们认为金红石Zr温度计的计算结果区间T1更有可能代表的是榴辉岩的退变冷却温度,而温度区间T2则反映的是榴辉岩在抬升过程中受到高温麻粒岩相变质作用阶段的温度峰期条件。

关键词：金红石Zr温度计电子探针白海榴辉岩 PT轨迹