南苏鲁超高压岩石含柯石英锆石中的流体包裹体

对锆石微区性质、显微结构、激光Raman测试及阴极发光图像的研究结果表明, 南苏鲁中国大陆科学钻探工程主孔片麻岩和退变榴辉岩中的锆石均保存了与柯石英等典型超高压矿物共存于同一变质增生锆石微区中的流体包裹体, 多数为CO₂(气)-H₂O(液)两相, 且以H₂O液相为主的流体包裹体, 少数为单一的H₂O液相流体包裹体, 表明苏鲁地体的榴辉岩及其围岩在超高压变质阶段并非处于“干体系”环境, 而是处在有流体参与的相对“湿体系”环境. SHRIMP定年结果显示, 含柯石英+流体包裹体的变质增生锆石微区的U-Pb年龄为233.7±4.3 Ma, 可能代表了苏鲁地体超高压变质峰期阶段至峰后降压初始阶段锆石生长时间. 其他锆石边的U-Pb年龄为213.2±5.2 Ma, 代表角闪岩相退变质过程中锆石增生的时间. 因此, 苏鲁地体超高压岩石折返过程中的流体活动主要出现在中晚三叠世, 不过在超高压阶段依然存在流体活动. 这些结果不仅为进一步深入探讨超高压变质过程中流体性质、演化以及流体-岩石相互作用机理提供重要的信息, 而且为今后在世界各地超高压岩石中准确识别原生流体包裹体提供了新的研究方法.     

西天山高压-超高压变质带折返过程中的流体活动证据:高压脉体和异剥钙榴岩

西天山造山带以发育蓝片岩和低温榴辉岩著称,蓝片岩中的大量榴辉岩相脉体记录了蓝片岩-榴辉岩相转变时的流体活动.详细的野外调查发现,西天山超高压榴辉岩内也发育了大量的高压脉体,而与蛇纹岩伴生的榴辉岩则受到了明显的异剥钙榴岩化改造,这些都是俯冲带变质作用过程中流体活动的直接证据.超高压榴辉岩内发育的高压脉体主要有3种类型,分别为绿辉石脉、石英脉和黝帘石脉,这些脉体不同程度地切穿了早期的面理.脉体石榴石是物理迁移的结果,而其他脉体矿物如榍石、绿辉石、黝帘石、白云石和磷灰石等,是从高压流体中晶出的.高压流体对钡元素具有富集作用,流体成分在时空上存在不均一性.这些普遍发育的脉体形成于超高压榴辉岩折返阶段,表明在减压过程中也可以发生强烈的流体活动和微量元素迁移.西天山异剥钙榴岩的原岩年龄为-420 Ma,异剥钙榴岩化作用发生在折返阶段(-290 Ma).在部分异剥钙榴岩化阶段,流体富集Ca,Si,Ti,Mn,Nb,Ta,Zr和Hf,亏损Fe,Mg,Na,K,REE,Tb和Y,氧逸度高,流体对岩石的交代作用不彻底,发育不平衡矿物结构;在完全异剥钙榴岩化阶段,流体富集Ca,Mg,LREE,Ni和Cr,亏损Fe,Ti,Rb,Ba,MREE和HREE,流体作用强烈,富水流体相的强烈淋滤作用使大部分元素发生迁移.     

大别山黄镇榴辉岩和蓝晶石-石英脉中硬柱石分解的岩石学研究及其流体活动意义

高压-超高压变质榴辉岩中石英脉的产出反映了板块俯冲或折返过程中的流体流动, 但是对成脉过程的温压条件常常缺乏岩石学制约. 对大别造山带黄镇地区低温榴辉岩及其中蓝晶石-石英脉的岩石学研究表明, 脉中呈柱状形态的蓝晶石-黝帘石-石英集合体是硬柱石分解后的假象. 柯石英假象也首次在该地区榴辉岩的石榴石中发现, 证明这些低温榴辉岩经历了超高压变质作用. 热力学温压条件计算表明, 该榴辉岩经历的峰期变质条件为670℃/3.3 GPa, 已达到石墨向金刚石转化的边界. 石英脉中的石英晶体不见波状消光、折曲和碎裂现象, 也没有发现柯石英假象; 根据石英脉中矿物共生组合进行热力学平衡计算得到的成脉温压条件与寄主榴辉岩一样, 明显高于板块俯冲进变质过程中硬柱石分解曲线. 这些观察证明, 石英脉形成于峰期超高压变质之后的板块折返过程中. 因此, 硬柱石分解为蓝晶 石-黝帘石-石英并释放水的反应是在峰期变质之后的折返过程中发生的. 这表明陆壳深俯冲时不仅能够将含水矿物如硬柱石中的水带到地幔深处, 而且可以在折返时释放出来.     

深俯冲大陆板块折返过程中的流体活动

与洋壳俯冲过程中释放大量流体引起同俯冲岛弧岩浆作用、形成石英脉和变质矿床等现象相比, 陆壳俯冲过程以相对缺乏流体为特征. 但是在深俯冲陆壳的折返过程中, 含水矿物分解、原生包裹体爆裂和结构羟基出溶能够产生可观的含水流体, 成为碰撞造山带变质作用、岩浆作用乃至成矿作用研究的重要目标之一. 根据对大别-苏鲁造山带超高压变质岩中流体活动程度和总量的研究, 发现深俯冲陆壳折返过程中的流体活动具有如下效应: (1) 弥散式流体流动导致广泛的角闪岩相退变质; (2) 隧道式流体流动在榴辉岩内部形成高压石英脉; (3) 聚集式流体流动引起上覆岩石部分熔融, 在造山带内部形成同折返岩浆岩. 由超高压矿物降压释放羟基所形成的含水流体以低盐度为特征, 并且能够形成弥散式或隧道式流体流动. 因此, 研究超高压岩石折返过程中的流体活动, 不仅对于认识陆陆碰撞造山带的地球动力学过程, 而且对理解壳幔物质再循环及其有关的岩浆作用具有重要意义.     

大别山榴辉岩中超高压硬柱石脱水分解及其对俯冲带深部流体活动的制约

硬柱石在基性岩石中通常稳定在低温-(超)高压的条件下.它是控制俯冲板片吸水/脱水、俯冲带流体演化和微量元素迁移的关键矿物.目前对大陆俯冲带榴辉岩中硬柱石分解过程和相关流体-元素活动的研究还很有限.大别山超高压变质带港河地区含硬柱石假象榴辉岩及内部发育的绿辉石-绿帘石脉体是进行该项研究的理想样品.通过矿物化学分析、相平衡模拟和质量平衡分析,证实港河榴辉岩中早期存在过超高压硬柱石.硬柱石在650-680℃/2.8-3.0GPa的条件下发生分解,释放大量超高压富水流体.脱水过程导致榴辉岩体积收缩和局部水压破裂,形成大量裂隙.富水流体汇聚进入裂隙,溶解裂隙(脉体)周围榴辉岩中绿帘石、蓝晶石、石英、金红石和磷灰石等矿物,同时导致靠近流体榴辉岩中主微量元素发生不同程度地迁移.逐渐靠近流体,水/岩比增大,溶解的强度和元素迁移的程度逐渐越大.富集硅酸盐组分和微量元素的超高压流体在榴辉岩折返过程中结晶成绿辉石-绿帘石脉体,残余的高压流体此后渗透进入榴辉岩,形成晚期的多硅白云母和冻蓝闪石等富集水溶性元素的变斑晶含水矿物.     

胶东乳山含金石英脉型金矿的成矿年龄: 热液锆石SHRIMP法U-Pb测定

胶东乳山金矿含金石英脉中的锆石具有较高的普通铅(²⁰⁶Pb_c＝2.00%~15.88%)和Th/U比值(0.31~1.35), 其壳-幔部捕获的流体包裹体与含金脉石英中的流体包裹体类型相同, 表明锆石形成于高Th/U比值的成矿热液环境. SHRIMP法 U-Pb测定结果表明, 含金脉石英中热液锆石的形成年龄为117±3 Ma, 与前人在胶东其他地区金矿床获得的成矿年龄相接近, 代表了乳山金矿的热液成矿时间; 围岩昆嵛山二长花岗岩中锆石的形成年龄为160±3 Ma, 表明金矿床形成与二长花岗质岩浆侵位事件无直接关系. 采用SHRIMP法直接测定含金石英脉中热液锆石的U-Pb年龄, 可用来限定热液成因金矿床的成矿时代.     

大陆碰撞过程中地壳深熔的岩石学证据:以苏鲁造山带超高压变质岩为例

岩石学显微结构证据表明,苏鲁造山带西南部超高压变质岩石经历了不同程度的深熔作用.在花岗片麻岩和石英岩中识别出结晶自深熔熔体的锆石,其U-Pb年龄集中在220±2 Ma.少量深熔锆石含有柯石英包裹体,U-Pb年龄主要集中在224±2 Ma,部分与含较低压矿物包裹体的锆石域类似.因此,深熔作用开始于早期折返阶段,部分仍处于超高压变质域.折返过程中多硅白云母脱水熔融是这些岩石发生深熔的主要机制.黝帘石榴辉岩的石榴石和绿辉石中发现了由石英+斜长石±钾长石±重晶石组成的多相固体包裹体.它们具有高钠和变化的钾含量,可能是榴辉岩中黝帘石和多硅白云母脱水分解诱发部分熔融形成,同时深熔过程中有大量绿辉石的参与.超高压变质岩石在地幔深度的部分熔融,可能促进了深俯冲陆壳在俯冲隧道内部的快速折返.     

苏鲁造山带超高压变质岩的差异性折返: 流体包裹体证据

苏鲁超高压变质带的南部和北部经历了具有明显不同的折返过程, 主要表现为在北部榴辉岩中有麻粒岩相叠加变质作用. 流体包裹体研究表明, 苏鲁高压-超高压榴辉岩矿物及脉石英中存在有五种类型包裹体: 在超高压-高压榴辉岩相条件下捕获的A型N2±CO₂包裹体; 在榴辉岩发生麻粒岩相叠加变质作用期间被捕获的B型纯CO₂液相包裹体; 在高压榴辉岩重结晶阶段被捕获的C型CO₂-H₂O包裹体和D型高盐度水溶液包裹体; 超高压岩石折返过程中最晚(角闪岩相退变质甚至更晚)阶段捕获的E型低盐度水溶液包裹体. 石榴石中密集分布的B型高密度CO₂流体的发现为本区榴辉岩相岩石遭受了麻粒岩相叠加提供了又一佐证.     

大陆深俯冲对邻区陆壳结构的影响与调整方式

华北克拉通东南缘胶北地体和蚌埠地区的中生代花岗岩具有相似的岩浆锆石和继承锆石U-Pb年龄分布.继承锆石主要为三叠纪和新元古代U-Pb年龄,它们不仅在U-Pb年龄上而且在Hf-O同位素组成上与苏鲁造山带变质岩的锆石相同,说明它们来源于俯冲的扬子陆块陆壳.一些花岗岩的岩浆锆石具有低的δ18O和相对较高且变化大的εHf(t)值,落在三叠纪和新元古代继承锆石的δ18O和εHf(t)组成范围内,说明它们主要来源于俯冲扬子陆块陆壳的部分熔融.由此可以判定,在华北克拉通东南缘深部陆壳中存在俯冲的扬子陆块陆壳,这些俯冲的扬子陆块陆壳参与到了中生代花岗岩的形成作用中.徐淮地区早白垩世高Mg#埃达克质岩石中发现的榴辉岩包体的形成条件为760-1060℃和1.50 GPa,指示了加厚陆壳的存在.这些榴辉岩捕虏体中变质锆石的U-Pb年龄介于219-227 Ma,表明榴辉岩相变质作用(即陆壳加厚的时间)发生在中晚三叠世,这与苏鲁-大别超高压变质的时代相吻合,暗示华北克拉通东南缘陆壳加厚过程应是扬子陆块俯冲于华北克拉通之下的结果.早白垩世高Mg#埃达克质岩石本身则是来源于拆沉陆壳物质的部分熔融随后与岩石圈地幔相互作用的产物.     

北大别片麻岩的多阶段演化: 锆石U-Pb年代学证据

片麻岩是大别-苏鲁造山带中广泛发育的一种岩石类型, 其中部分与榴辉岩共生的片麻岩同样经历了三叠纪超高压变质作用. 尽管部分片麻岩在白垩纪受到大规模岩浆活动的加热再变质, 但是不清楚这部分片麻岩是否同样受到过三叠纪变质作用的影响. 本文报道了北大别超高压榴辉岩围岩片麻岩中锆石SHRIMP法U-Pb定年结果. 数据显示, 该片麻岩原岩形成时代是新元古代(746±31 Ma), 与大别山花岗片麻岩的原岩形成时代一致. U和Th含量不同的增生锆石分别给出三叠纪(212±21 Ma)和白垩纪(120±11 Ma)的谐和年龄. 它们的Th/U比值均<0.1, 因此锆石的两期增生均是流体作用造成的. 本文研究结果表明, 北大别片麻岩既参与了三叠纪的大陆板块俯冲和折返, 也受到白垩纪岩浆事件的改造, 这为理解整个大别造山带中片麻岩的构造演化过程提供了重要的同位素年龄依据.     

内蒙狼山新元古代酸性火山岩的发现及其地质意义

在内蒙狼山西南段原定为中元古代沉积建造(渣尔泰山群)中, 新发现呈层产出、具有变余聚斑状和斑状结构、斑晶主要由石英和钠长石组成、岩石化学成分富钠低钾的酸性火山岩, 其顶、底板均为细晶方解石大理岩(或结晶灰岩). 两件代表性样品的锆石呈短柱状-长柱状, 内部环状结构发育, 具有较高的Th/U比值, 表明是岩浆成因. A8-0样品20粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(816.9±4.5) Ma. A14-5样品也测定20粒锆石, 15粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(805±5.0) Ma, 其余5粒锆石(3.1, 6.1, 7.1, 20.1, 21.1)依次为(867.0±10), (829.1±8.0), (849.7±9.8), (839.2±9.7), (830.7±9.3) Ma. 这证实酸性火山岩属于新元古代产物, 其年龄区间正好在 Rodinia(罗迪尼亚)超大陆裂解的时限范围内. 且酸性火山岩轻稀土富集, 重稀土亏损, 铕负异常明显, 高场强元素(HFSE)富集, 大离子亲石元素等相对亏损, 稀土和微量元素组成与华南扬子块体西缘和浙江次坞地区裂谷环境的新元古代酸性火山岩总体相似(但华南酸性火山岩的高场强元素Th, Nb, Ta, Hf, Zr均明显相对亏损), 具有形成于张性裂谷盆地的特征. 这表明内蒙狼山西南段存在与新元古代Rodinia超大陆裂解作用相呼应的海相火山-沉积变质建造, 内蒙狼山地区可能有与Rodinia超大陆裂解作用相呼应的构造-岩浆-热事件发生. 这一发现, 结合在西部阿拉善邻区发现的晋宁期花岗岩年龄(814~872 Ma)和金川超基性岩体的年龄(827 Ma)及华北地台邻区新元古代岩浆(火山)活动的最新研究成果, 对进一步研究Rodinia超大陆的构造演化历史有重要意义.     

超高压变质作用：地球科学的新热点

超高压质作用是变质压力达2.5Gpa 以上的超深变质作用。以出现柯石英、金刚石等超高压变质矿物为标志。我国大别苏鲁是世界上出露最好、延伸最长的超高压变质带。代表中晚三叠纪扬子陆块向中朝陆块深俯冲过程中巨量陆壳物质曾经进入地幔深度达150Km.超高压变质的形成和折返、隆升岩石记录的精细研究，可以获得变质的PT轨迹，进而重塑“先挤压、后拉张”的构造演化模型。超高压变质作用的研究为板块构造理论在大陆的应用，展开新前景，已经成为地球科学的新热点之一。     

锡石40Ar/39Ar 法直接定年探讨

赣南漂塘钨矿共生白云母和锡石⁴⁰Ar/³⁹Ar 定年对比研究, 前者采用激光阶段加热分析,后者采用真空击碎法提取流体包裹体. 白云母形成平坦的年龄谱, 坪年龄为159.3±1.5 Ma(2σ). 锡石形成下降型年龄谱, 最初6 个阶段表观年龄明显偏老且迅速下降, 从3954 Ma 降至196 Ma, 表明锡石中次生包裹体含有过剩氩; 第7~18 阶段形成了年龄坪, 坪年龄为159.1±1.8Ma, 对应的数据点构成高度线性相关的等时线, 等时年龄为158.6±2.9 Ma, 代表了原生包裹体的年龄. 锡石原生包裹体年龄与白云母年龄一致, 代表了漂塘钨矿的形成年龄. 研究结果表明锡石是⁴⁰Ar/³⁹Ar 真空击碎分析理想的定年对象, 其原生包裹体年龄代表了成矿年龄. 继闪锌矿之后, 再次拓展了流体包裹体⁴⁰Ar/³⁹Ar 法应用于矿石矿物直接定年测试对象.     

基于Keggin 型多酸和金属有机配合物的超分子化合物

利用水热技术合成了一种新的基于 Keggin 型多酸阴离子和非线性二唑衍生物的金 属有机配合物阳离子的超分子化合物[Cu₂(HL)₇(H₂O)₂(SiW₁₂O₄₀)₃]·(H₂L)_0.5·20.5H₂O (1) (L=2-(3-吡啶基)-5-(4-吡啶基)-1,3,4-噁二唑), 通过X 射线单晶衍射、红外光谱、热重等对其 结构进行了表征, 并研究了其体修饰碳糊电极在1 mol/L H₂SO₄ 溶液中的电化学行为. 结果 表明, 该化合物属于单斜晶系, C2/c 空间群, 其基本构筑单元是 Keggin 型SiW₁₂O₄₀^4-阴离 子、[Cu₂(HL)₇(H₂O)₂]¹¹⁺金属有机配合物阳离子、游离的质子化的L 配体和水分子. 化合物 1 具有良好的电化学和电催化性质.     

水合锰(Ⅱ)结构的量子化学和ABEEM/MM研究

应用新一代可极化分子力场——原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场ABEEM/MM,结合精密量子化学方法, 构建了精确的Mn²⁺-H₂O 相互作用的势能函数, 确定了相关参数.将该势能函数用于计算[Mn(H₂O)_n]²⁺(n=1~12)的结构和结合能, 得到了与量子化学一致的结果. 进一步对Mn²⁺水溶液进行ABEEM/MM 动力学模拟, 得到的Mn²⁺–O 径向分布函数的第一和第二最高峰分别处于0.218 和0.435 nm 处, 积分得到第一和第二水合层的配位水分子数分别为7.03 和17.74; 对于O–Mn²⁺–O 角度分布函数, 其第一和第二最高峰分别位于80°和140°附近, 这些结果与实验和其他理论方法的结果有很好的一致性. Mn²⁺的极化作用使得第一水合层中水分子的键长明显增长, 键角明显减小; 而Mn²⁺对第二水合层及外层水分子的结构影响较小. 分析体系的电荷分布表明, 与ABEEM-7P 纯水相比, Mn²⁺水溶液中参与形成氢键的氢原子和孤对电子的电荷变化较大, 且Mn²⁺和其邻近的水分子间存在明显的电荷转移.     

应用高分辨气溶胶质谱在线测定有机气溶胶元素组成

有机气溶胶是大气颗粒物的重要组成部分,其密度、吸湿性和蒸气压等性质都与其元素组成密切相关.本研究应用国际上新建立的高分辨气溶胶质谱法,实现了对我国大气有机气溶胶元素组成的高时间分辨率(10min)的在线测定.结果表明,深圳夏季城市大气PM1有机物中C,H,N,O分别平均占原子数的35.0%,53.8%,0.9%和10.4%,相应的OM/OC(有机物和有机碳的质量比)为1.55;北京夏季城市大气PM1有机物中C,H,N,O分别平均占原子数的34.8%,51.6%,0.8%和12.7%,相应的OM/OC为1.64.OM/OC与O/C呈现出高度相关性,说明OM/OC主要决定于有机气溶胶中的含氧量.深圳和北京夏季O/C总体上表现出白天高、夜间低的日变化规律,且在早中晚分别出现3个短时低值,鲜明地反映出有机气溶胶的一次和二次来源构成比例的变化趋势.今后对有机气溶胶的O/C开展深入研究对于准确掌握我国大气气溶胶的来源和理化性质将起到重要作用.     

多酸基三维网络框架: [Cu2(bbtz)4(SiW12O40)]的合成与结构

在水热条件下(160 ℃ ), 通过十二硅钨酸(H₄[SiW₁₂O₄₀]·14H₂O) 、氯化铜(CuCl₂·2H₂O)和1,4-二(1H-1,2,4-三氮唑-亚甲基)苯反应, 合成了结构新颖的多酸基配合物[Cu₂(bbtz)₄(SiW₁₂O₄₀)] (1). X 射线单晶衍射结果表明, 该配合物中的金属-有机框架是一个具有六边形孔道的三维网状结构, 而杂多阴离子[SiW₁₂O₄₀]^4-作为四连接点以配位键连接到六边形孔道内, 形成一个基于多酸的高维、高连接网络.     

{VO3}nn- 和{M(bpp)(H2O)2}n2n+ 链编织的三维配位聚合物的合成、结构及电化学性质

在水热条件下, 合成了2 个Ni(II)和Co(II)的配位聚合物: [M(bpp)(H₂O)₂V₂O₆]·0.4H₂O(bpp = 1,3-二(4-吡啶)丙烷; M = Ni (1)和Co (2)). 单晶X 射线衍射分析结果表明, 配合物1 和2 是同晶异质体, 是由无限的一维{VO₃}_n^n- 和{M(bpp)(H₂O)₂}_n²ⁿ⁺ 链构筑的三维结构,{M(bpp)(H₂O)₂}_n²ⁿ⁺ 链沿着a 和b 轴方向伸展, 编织成互相穿插的三维结构, 而{VO₃}_n^n- 螺旋链沿c轴方向穿插在{M(bpp)(H₂O)₂}_n²ⁿ⁺ 链编织所形成的孔道中, 并与M(Ⅱ)形成配位键. 电化学测试表明, Li⁺能够可逆地在配合物1 和2 中进出.     

纳米粉体水热制备机理的原位研究

水热合成法在制备纳米粉体材料方面具有许多独特的优势,但是由于反应在密闭容器中进行,很难研究清楚反应机理和动力学过程。利用原位检测技术,我们能够实时在线地监测反应过程,获得反应前驱体、相转变以及短寿命中间相的信息,更好地理解成核、结晶生长等动力学过程,进而为材料的可控制备提供依据。根据近年来国内外研究进展,本文全面介绍了基于同步辐射光源的能量色散分辨X射线衍射(EDXRD)、角度分辨X射线衍射(ADXRD)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)、小角X射线散射(SAXS)、中子粉末衍射及小角散射(NPD和SANS)以及基于各种光谱(UV-Vis、Raman、FTIR)的原位检测技术和检测装置,以及纳米粉体水热制备机理的原位研究最新进展。     

二聚结构[(CH3)4N]4[PW11O39H2La(H2O)4]2·3H2O的合成、结构及性质

以α-Na₇PW₁₁O₃₉·nH₂O, LaCl₃·7H₂O 和(CH₃)₄NCl 为原料, 利用常规水溶液方法合成了 2:2 型二聚的单缺位Keggin 结构稀土衍生物[(CH₃)₄N]₄[PW₁₁O₃₉H₂La(H₂O)₄]₂·3H₂O (1). X 射线 单晶衍射结果表明, 该晶体属三斜晶系, P-1 空间群, 晶胞参数: a = 1.35383(10) nm, b = 1.60687(12) nm, c = 1.86958(13) nm, α = 65.9630(10)°, β = 83.1650(10)°, γ = 83.6780(10)°, Z = 1, R1 = 0.0589, wR2 = 0.1447. 二聚阴离子{[(α-PW₁₁O₃₉H₂)La(H₂O)₄]₂}^4-由2个[α-PW₁₁O₃₉]^7-缺位阴 离子通过2 个[La(H₂O)₄]³⁺配离子连接形成, La³⁺离子占据[α-PW₁₁O₃₉]^7-阴离子的缺位位置, 采 用九配位单加冠四方反棱柱构型, 相邻的2 个单取代阴离子[α-PW₁₁LaO₃₉]^4-通过2个La –O_t –W 桥连成二聚物. 热重分析结果表明, 化合物1 在25～600℃范围内表现为两步失重; 循环伏安 行为表明, 化合物1 阴离子在pH 4.3 的水溶液中存在两步可逆的单电子还原过程.