大别山榴辉岩的氦,氩同位素组成及其岩石成因

大别山榴辉岩的氦,氩同位素组成及其岩石成因 大别山榴辉岩的氦,氩同位素组成及其岩石 成因 第21卷第4期 1999年12月 地震地质 SEISMOLOGYANDGB0LoGY v0l21No.4 Dec.1999 ,I 大别山榴辉岩的氦,氩同位素/9.'大别山榴辉岩的氦,氩同位素 组成及其岩石成因 杜建旦一张建珍 (国家地震局 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 颓而一京1oo036)(石家庄经弈=言l庄050031) 摘要论述了石榴石和绿辉石的氨,氩同位素地球化学特征.并讨论了大别山榴辉岩的成 因.测得.l-Ie/~He值为(1.19,4.63)×10-.,.Ar/~Ar值为1209,4416,'He/~Ar值分布在0.07, 1.39范围内,}b肺Ar值的变化范围为(0.59--2.85)×10-...大别山榴辉岩中保留了原始的稀有气 体同位素,但是退变质作用使氨同位素优先丢失.氦,氩同位素地球化学资料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,榴辉岩可能形成 于亏损的地幔或者是一种亏损型"地幔岩"中. 主墨词:同位素年龄鲥定榴辉岩太别山 l前言 氢, 冈缘 由于榴辉岩形成的温压条件和产出的构造位置特殊,所以对榴辉岩的研究受到地 质学界 的广泛关注.自大别山榴辉岩中发现柯石英和金刚石以来(潘国强等,1990;徐树桐等,1991), 大别山超高压变质带成了一个研究热点,并在岩石学,年代学,构造学等方面的研究取得了新 的进展(刘若新等,1994;徐树同等,1994;zhangeta1.,1996).稀有气体同位素地球化学是研究 岩石形成环境,物质来源等方面的重要手段.目前,榴辉岩的稀有气体同位素地球化学研究资 料甚少.本文主要讨论大别山榴辉岩的氦,氩同位素地球化学特征及其与岩石成因的关系. 2地质概况 安徽大别山地区处于扬子和中朝板块的碰撞带,秦岭一大别山造山带的东段.榴辉岩产于 大别群变质杂岩中.大别群的主要岩石类型为黑云斜长片麻岩,二长片麻岩,角闪斜长片麻岩, 浅粒岩,大理岩,斜长角闪岩和超铁镁质岩.榴辉岩的产出状态主要有:与超镁铁质岩石伴生的 大型榴辉岩杂岩体;片麻岩中与超基性岩伴生的透镜状,条带状榴辉岩;片麻岩中呈条带状,似 层状或石香肠状的榴辉岩;含大理岩夹层的片麻岩中呈角砾状,团块状的榴辉岩;大理岩中团 块状,透镜状的榴辉岩;含金刚石和柯石英的榴辉岩形成的温压条件为650?和2.5GPa左右 国家自然科学基金资助(49273185). 432地震地质21卷 (徐树桐等,1994a;1994b;Youetal,1994;或Zhangeta1.,1996). 3样品处理与分析结果 榴辉岩样采自安徽岳西,潜山和太湖境内(Zhangeta1.,1996).通过观察岩石薄片,选取新 鲜的榴辉岩进行稀有气体同位素分析.将岩石破碎到40--45目,在双目镜下挑选绿辉石和石 榴石单矿物.将单矿物样置入无水乙醇中用超声波清洗10rain,清洗后烘干备用.称取500mg 单矿物样品放人真空管(10I1Pa)中,在105?的条件下脱气一周,以剔除吸附气的影响.然后 将样品置于钽坩锅中升温到1600?,熔融矿物取气,用VG5400型质谱计测定氦,氩同位素 (孙明良等,1997)(表1). 衰1大别山榴辉岩石榴石fG和绿辉石fnp】的氯氲局位蠢分折结果 Table1Isotoperx:cntxJsitioasofhelitunandargoningarnetandcanphicite0{ec|ogiteainDab iemountairks He(10一crn3STP/g, .He(10一crnsSTP) He/OHe(1O一1 "At(10一.cm3STP/g, At(10一c~3STP/g, H0Ar 0He/|6Ar(10一) 489(29) 9.3(4) 191(19) 421(34) 816 1929(20) 0.60 2.21 4.89(29)942(56)275(16)0.84(6)770(39) 19.o(5)11.2(7)10.6(5)3.9(6)240(6) 3.89(20)1.19(12)386(29)463(49)312(19) 1230(7)5.60(2)6.72(5)659(3)8.43(4) 4476829.711434.7 2634(18)1209(26)4416(26)1726(22)4120(21) 0.111390.090.07022 1.542.001580.59285 4讨论 碧溪岭榴辉岩(bxl,2)与超基性岩体伴生,形成大的变质杂岩体,岩体劈理发育.另外两 个榴辉岩样(SM一2p,WM一10)采自石马和五庙与片麻岩伴生.这3个石榴石中的He,He, ,的含量分别为(3.9,11.2)×10-1,(0.48--9.42)×10_.,(4.21,6.59)×10和 (6.8—11.4)×10crnSTP/g,绿辉石中He,He,,的含量分别为(10.6,24.0)× 10一?,(2.75,7.70)×10_.,(6.72,12.3)×10-10和(29.7,44.7)×10?STP/g,显然, 石榴石中氦,氩同位素浓度较绿辉石中的低(表1).这可能与矿物结晶和晶体破坏有关.镜下 观测表明,绿辉石呈半自形一它形晶,石榴石则多呈它形晶,石榴石中常见绿辉石和金红石的包 裹体,这意味着石榴石晶出较晚或晶体生长速度较快.因此,可以认为绿辉石可能保留了成岩 早期的氦,氩同位素信息.矿物中氦,氩同位素的含量反映了成岩环境中流体组分的演化和矿 物晶体后期改造释气过程.大别山榴辉岩中氦同位素含量与东西伯利亚金伯利岩中榴辉岩全 岩的氦同位素含量(Mamyrineta1.,1984)相当,但比科拉半岛古老超基性岩的低两个数量级. 0氨,氩同位紊由中国科学院兰州地质研究所气体地球化学匡f家重点实验室测定;榴辉岩全岩的铀钍含 量由中国科学院高能物理研究所测定. 4期杜建国等:大别山榴辉岩的氦,氩同位素组成及其岩石成因433 大别山榴辉岩中氩同位素浓度与现代海底玄武岩玻璃中的氩同位素浓度(Ar:<10—5.Ar: (10,10io)enl3STP儋)(Ozima,1994)一致榴辉岩中石榴石和绿辉石的氦,氩同位素浓度 都比汉诺坝地幔包体中橄榄石和顽火辉石的氦氩同位素浓度(3He:1.98,2.38×10—14.He: 0.262×10,Ar:1.6,23.5×10,Ar:0.48,7.21×10?n3STP)(Zhangeta1., 1999)高.这意味着榴辉岩形成的环境中比二辉橄榄岩形成的环境中富含气体. 大别山榴辉岩单矿物中氦同位素组成HeAHe为(1.】9,4.63)×10,比典型地幔氦的 HeHe值(1.2×10)低,但高于地壳放射性成因的He/He值(,10).扬子板块向华北 板块俯冲(徐树桐等,1994)的过程中,绝大部分流体在绿泥石分解和蛇纹石分解的温压条件下 逸散了(Selverstoneeta1.,1992),同时也将少量放射性成因氦及其母体(U,Th等)带人上地 幔,在榴辉岩形成的环境中,造成了地幔氦和地壳氦的混合.大别山榴辉岩全岩的U,Th含 量分别为(0.54--2.5)×10和(0.33--6_8)×10一,分析误差为8%--48%,高的U,Th含量 与榴辉岩的退变质作用有关.石榴石和绿辉石含K2O量很低(<0.O1%),这是由于u,Th,K 的离子半径大,在高温高压下为不相容元素,不宜进入石榴石和绿辉石晶格,考虑到He的年代 积累效应可以认为榴辉岩中保留了初始氦(杜建国等,1998).东西伯利亚金伯利岩中的榴辉岩 源于地幔,其He—值为4.4×10一(Mamyrineta1.,1984),与大别山榴辉岩的相同;来 自地 幔的科拉半岛下元古代"不含"铀的超基性岩,至今保留了原始氦,其3He/4He值为1.6,7.4× 10,(Tolstikhineta1.,1992),与大别山榴辉岩的也相同这意味着大别山榴辉岩中含有地幔 来源的氦.更有意义的是,大别山榴辉岩的氦同位素组成,还稍高于汉诺坝新生代玄武岩中二 辉橄榄岩包体中橄榄石和顽火辉石的氦同位素组成(7.56>:100和9.1×100)(Zhangeta1., 1999).如果汉诺坝新生代玄武岩中二辉橄榄岩包体的氦同位素组成代表中国东部大陆裂谷地 幔岩石圈的氦同位素组成,则可以认为大别山榴辉岩内保留了亏损型地幔的氦同位素特征.因 此,我们可以推断大别山榴辉岩可能是"地幔岩". 大别山榴辉岩中石榴石的Ar/Ar值分布范围为1209--1929,绿辉石的4OAr/3Ar值分 布在2634-4416之问,石榴石中的ArAr值低于绿辉石中的(表1).矿物电子探针分析结 果(zh~geta1.,1996)表明,石榴石和绿辉石中几乎不含钾,这表明Ar的年代积累效应对 ArAr的影响甚小.因此,绿辉石中保留了较早期的流体组分,而石榴石保留了稍晚的流体 特征.尽管地幔的.ArAr值尚未定论,但是,榴辉岩的ArAr值与部分地幔来源岩石的 0AArf~(Ozlma,1994)相当.地幔中钾和氩同位素分布是不均一的,因此造成不同地区幔 源岩石的AA值的不一致. 榴辉岩中He/X6Ar值很低,分布在(O.59,2.85)×10I4的范围内,与汉诺坝新生代玄武岩 中二辉橄榄岩包体的HeAr值(0.14--1.24×10)(Zhar~geta1.,1999)相近.He与0被 认为是原始同位素,地幔中非放射性成因的稀有气体是地球物质聚集过程中圈闭的原始气体. 太阳的HeAr值约为12.6,15,行星的0HeAt<0.001(O'Nioneta1.,1994).但是,地球 各圈层的0HeftAr值变化较大,尚无定值,这与地球脱气,稀有气体起源等有关.大别山榴辉岩 单矿物中0}【e/3Ar值很低,比推测的地幔的0HeftAr值(为1)(O'Nioneta1..1994;Bumardet a1.,1997)小得多,这可能是榴辉岩形成于脱气衰减地幔和后期改造优先丢失0He造成的.He 434地震地质21卷 和40Ar是放射性成因的.目前很难给出地幔的He/mAr特征值.海底玄武岩,金刚石等源于地 幔的岩石中,HeAr值分布范围很大(<10,10),多数在1,10(Ozima,1994),大别山榴 1.39(表1),接近于估算的上地幔HeAr值2,辉岩的4HeAr值为0.07-- 3(O'Nioneta1., 1994).大气的HeAr值约为5.7×10,是由于He的逃逸造成的.根据Th/U=3.3,K/U = 104代表值估算地幔现今He和Ar的产率比为5.5,45亿a来积累的产物比为2.1(Ozima, 1994).由于He比40Ar更易逸散,所以无论地幔脱气或是矿物中气体丢失,都会造/~4He/4~ Ar值降低,大别山榴辉岩经历了复杂的后期改造(Youeta1.,1994;Zhangeta1.,1996). 石榴 石和绿辉石含钾量很低,两种矿物中HeAr值低,主要与岩石退变质过程中He的优先丢失 有关,也可能反映亏损地幔的稀有气体同位素组成特征. 5结论 石榴石和绿辉石的氦,氩同位素地球化学特征与国外一些幔源岩石的一致,特别是与汉诺 坝新生代玄武岩中二辉橄榄岩包体的氦,氩同位素地球化学特征类似,大别山榴辉岩保留了原 始稀有气体同位素,可能反映了亏损型地幔的气体同位素地球化学特征.大别山榴辉岩中存在 柯石英和金刚石,表明大别山榴辉岩可能形成于地幔但是,榴辉岩以小团块和岩体式产出,小 团块还保留了亏损地幔的氦,氩同位素特征.因此,用玄武岩俯冲到地幔,在高温高压下转变成 榴辉岩的观点,难以解释气体同位索地球化学特征矿物岩石地球化学特征表明,大别山榴辉 岩形成于地幔中,该区榴辉岩可能是一种源于亏损型地幔的岩石. I11998年7月收稿,1999年4月改回) 参考文献 孙明良,等.1998大别山榴辉岩氮同位紊组成及其地质意义.科学通杜建国,张建珍, 报,43(4)431--433. 刘若新,樊棋成,李会明,等1994大别山碧溪岭榴辉岩u—Pb年龄及其地质意义.见:欧阳自远主编.中国矿 物岩石地球化学研究进展(一).兰州:兰州大学出版社.169,170. 潘国强,荆延仁,夏木林,等.1990大别山区含柯石英榴辉岩的发现地质论评,36(4):359~363. 孙明良,叶先仁.1997.固体样品中H,Ar同位紊的质谱测定沉积.15(1)~48--53 徐树桐.江利来,刘贻灿,等.1991.大别山区含盒剐石的榴辉岩的发现.科学通报,36:1318-1321. 棘树桐.刘贻灿,江来利.等,1994大别山的构造格局和演化北京:科学出版社1,175. BttmardP.Gr~araD,TurnerG.1997.Ve~cle—zpeeificaaoblegasanalysesof'poppingrock":m~tionsfor DrinaordialndolegasesinEarth,Sel,276(5312):568,571 Maroon/3A,TolstikhinLN.1984.HelitmaIsotopesinNature,Atr~terdam-Ox/ord-NewYor k-Tokyo:Elsevier 0'?sRKTolstikhlnIN1994.时 mv|ct1randresidencetimesoflithephileandrmregastracextsintheupper mantie,EarthPlan.SciLett,124(1/4):131,138. OzimaM.1994.NoblegasstateintheH蛐de,RevGe.p}1y,32(4):405,426 SelJ,FranzG,ThomasS.eta11992.Fluidvarhryin2GPaeelogitesasani砌 cmoffluidbehavior duringsubducdon.Contrib.MineralPetm.,112:341,357. 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