sd）超高压（uhp）变质榴辉岩中金红石矿物学和地球化学的研究.pdf

中山人学博J:学位论文 SD)超高压(UHP) 变质榴辉岩中金红石的矿物学和地球化学研究博士生:梁金龙指导教师:孙晓明教授专业:矿物学、岩石学、矿床学摘要中国大陆科学钻探工程(Chinese Continental Scientific DrillingProject -CCSD)是采用目前世界上最先进的钻探技术,在具有全球地学意义的大别一苏 SD的成功完成不仅对深入探讨板块汇聚边界三维物质组成与结构、、,而且对提高我国超深井钻探工艺、寻找深部矿产、探寻全球变化等人类哥前面临的重大问题具有很强的现实意义,是我国地学发展史上具里程碑意义的重要工程。含金红石的榴辉岩是钻孔揭露的最重要的超高压变质岩石类型之一,其中普遍发现柯石英包裹体。榴辉岩型金红石是当地最重要的矿产,据目前已查明的储量,苏北已成为全国最大的金红石生产基地。金红石矿的形成与本地区三叠纪发生的扬子与华北板块的对接碰撞引发的巨量陆壳物质超深俯冲(>80km)事件有无成因上的联系?其具体的形成时间是什么?这是人们关心的问题。另外,榴辉岩中金红石的地球化学作用长期以来一直是一个争议的问题。例如,俯冲变质过程中金红石如何控制高场强元素(HFSE—Nb、Ta、Zr、Hf、13)的分配?在板块释永或部分熔融过程中Nb、Ta的分配和分异是受控予金红石还是角闲石?含金红石的榴辉岩是否是平衡硅酸盐地球Nb厂ra的独立储库?金红石对高场强元素的支配能为追索早期大陆地壳的形成提供什么线索?究竟应该如何恰当地评 SD)超高压(UHP)变质榴辉岩中金红石的矿物学和地球化学研究价俯冲带中变质金红石的地球化学作用等等。这都是地球化学研究者关心的问题。 SD成功实施的契枫,SD地表和钻孔中的榴辉岩样品,对其中的副矿物金红石进行了矿物学、微量元素地球化学和地质年代学的系统研究,结合前人高温、高压实验岩石学的成果,进一步论述了俯冲带中变质金红石的地球化学作用。本文取得了如下主要成果和认识: ,超高压变质会红石以富含Nb、Ta、Zr、Hf 等高场强元素为特征,通过与金红石,熔体和金红石,流体微量元素分异实验结果的对比,证明上述金红石微量元素特征是其在俯冲变质过程中不断与流体、熔体平衡分异的结果,是俯冲带演化的地球化学记录。 ,印证了岩石学研究关于本地榴辉岩原岩为被动大陆边缘大陆玄武岩和辉长岩的观点。 "C,℃温度区间为主,接近本地区超高压变质峰值温度 814—852"C的下限,印证了前人电子探针的研究结果,也符合关于本地区金红石矿床成矿模式的初步认识:原岩(富钛基性岩)钛初始富集一陆壳俯冲过程钛成矿—折返过程钛成矿。 (LA-)测点分析表明;金红石中Nb、Ta含量和Nb/Ta比值变化都比较大,分别为7-1410ppm,~101 —,% 比值大于球粒陨石值(17。5),%酌测点低于球粒陨石值。同时对金红石的退变矿物榍石、榴辉岩的退变产物角闪岩中的角闪石以及榴辉岩的其他组成矿物进行的微量元素分析表明:榍石同金红石一样,是Nb、Ta、Zr、Hf、11等商场强元素的承载矿物;角闪石中Nbrra比值()虽然高于金红石,但因其含量很低(Nb、—·).不具备分异 Nb、Ta的能力:而其他榴辉岩矿物中高场强元素的含量都很低。这个结果表明, 高场强元素都被以金红石为主的含钛矿物所控制。综合前人关于UHP变质金红中山大学博士学位论文石微量元素地球化学的研究成果、本地区超高压变质岩微量元素地球化学资料、地球不同单元(—1’rG、洋中脊玄武岩—州0RB、洋岛玄武岩—o旧、榴辉岩捕虏体、岛弧火山岩、埃达克岩等)的 Nb厂ra数据资料以及近年来有关玄武质洋壳高温、高压部分熔融的实验结果(实验表明,金红石和石榴石是部分熔融产生相当于丌G和埃达克岩熔体的必要残留相),提出控制高场强元素分配,塑造大陆地壳微量元素地球化学特征(HFSE 亏损)是俯冲带变质金红石最重要的地球化学贡献,但在板块俯冲过程中金红石并没有使Nb、Ta发生显著的分异,包括角闪石在内的其他矿物也不能显著地分异Nb、Ta。由于地球化学性质的相似性,即使在板块俯冲这样的高温、高压变质环境中,Nb和Ta也只有轻微的分异(实验证明为10—15%)。现在我们面对