大别-苏鲁造山带高压-超高压变质岩氧碳同位素区域分布及其对水-岩作用的制约

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1、中国科学技术大学硕士学位论文大别-苏鲁造山带高压-超高压变质岩氧碳同位素区域分布及其对水-岩作用的制约姓名：李龙申请学位级别：硕士专业：地球化学指导教师：郑永飞2001.8.1摘要自从在苏北东海发现了榴辉岩的世界最低值后，稳定同位素工作在大别一苏鲁造山带的超高压变质岩出露点纷纷展开。在取得大量进展的同时，也提出了不少问题。为了进一步理解大别一苏鲁造山带的构造框架、演化历史和大陆俯冲机制等问题，迫切需要进一步的工作。鉴于此，本文对大别一苏鲁造山带中不同岩性和不同变质级别的变质岩由点及面作了氧碳同位素填图。

2、作为其补充，本文还测定了几个苏鲁造山带中据极低氧同位素比值超高压变质岩的稀土元素。时大别一苏鲁造山带变质岩大面积的氧同位素测定证明这些岩石都不同程度的亏损重氧同位素。变质岩中矿物对氧同位素比值处于了中高级变质作用条件下的平衡分馏状态，表明这些岩石的”O亏损源于新元古代原岩的热液蚀变。由此，圈出了一个面积达1．5万平方公里的新元古代热液活动区。这个区域在苏鲁造山带从江苏的东海、连云港向东北方一直延伸至少到山东青岛。在大别造山带南起安徽太湖的黄镇、石马、野人寨，北至霍山青山，东从桐城，西至湖北新县的熊店等地

3、。这一区域包含了存在争论最多的北大别杂岩和北淮阳变火成岩，从而证明北大别杂岩和北淮阳变火成岩在构造上属于扬子板块的北缘。即扬子板块和中朝板块的碰撞缝合线应该在北淮阳以北。由于超高压变质岩的原岩存在低达-11‰的6”O值，加上在扬子板块发现了新元古代冰川的宣接证据，因此极低6”O值可能是火成岩在侵位时带来的热将冰川溶化从而形成热液水循环系统，进一步发生水一岩反应所致。大别一苏鲁造山带的氧同位素图上，最亏损”0的岩石沿东海、野人寨、黄镇、双河一线成一条大致东西向的带分布，指示流体在宏观上是以通道运移为主。从

4、碧溪岭和白虎山剖面上显示出水一岩作用具有不均一性。碧溪岭剖面上岩石的6”O值与变形程度有关，而与岩性的关系不大。变形强烈的岩石，6”O值较低，为-2．8‰～-4．o‰：未变形岩石的6”O值较高，为2．1‰～56％0。可能是原岩的变形程度存在差异导致水一岩反应的程度不同；白虎山剖面的6”O值从中心的1．4‰向两边逐渐降低至．5．6％o，可能是由于流体有边部往中心运移的过程中，氧同位素比值不断得到岩石高值的缓冲的结果。这也反映了流体在局部以扩散为主。对北大别近年来发现的榴辉岩及其围岩作了氧同位素测定。结果发

5、现北大别榴辉岩全岩6”O值分为正常地幔玄武岩值(5_3‰～6．0‰)和”O亏损(1．0％o～1．6‰)两种特征。除了黄尾河外，其它地区的榴辉岩中矿物都保持了氧同位素高温平衡分馏。而榴辉岩的片麻岩围岩都～致的表现出亏损”O的特征。表明北大别榴辉岩与中大别榴辉岩一样，与围岩的关系比较复杂，既有“原位”的，又有“异地的”。与苏鲁超高压变质岩相比，中大别的榴辉岩和片麻岩相对较高，以前～直没有发现异常低的6“o值。本次工作在潜山的野人寨发现了榴辉岩的6“O值低到．5．6‰，这是目前中大别超高压变质带中氧同位素比值

6、最低值。另外，天柱山三祖寺黑云片麻岩的6”O值也比较低。对北大别大理岩的碳氧同位素分析发现，在jt大别同样存在富集”C的大理岩，其6”C值可高达5．7‰，这些6”C值代表了原岩的碳同位素特征。这样北大别、中大别和西大别大理岩的碳同位素分布范围就没有区别，都落八了扬子地台震旦纪沉积碳酸盐的碳同位素比值范围内，证明北大别、西大别和中大别一样在碰撞前都处于扬子板块的北缘。为了对造山带中变质岩从原岩到板块俯冲、折返整个历史有更好的了解，建立了硅酸盐岩中微量碳酸盐的碳氧同位素测定方法，可以将碳酸盐碳氧同位索定量测

7、定的最小检出限降低至220pg(碳量、。对大别一苏鲁造山带区域变质岩中微量碳酸盐碳氧同位素测定的结果发现，这些碳酸盐的碳同位素分布的范围非常广，513C值在-40％o～0％o之间。这些微量碳酸盐的碳源一般有三种来源：f1)沉积碳酸盐。这包括两种情况：①原岩为沉积岩的，碳酸盐与其同时沉积：②原岩为火成岩的，热液蚀变将沉积碳酸盐物质带入火成岩从而使岩石中微量碳酸盐的含量和同位素比值升高。这中成因的，微量碳酸盐以含碳量高和碳同位素比值高为特征，一般6”C值大于．6％0，碳含量大于600ppm。例如双河和碧溪岭

8、的黑云片麻岩、北淮阳变火成岩等：(2)有机质氧化。这也有两种情况：④原岩的母岩浆中含有来自于有机质的碳；②变质过程中有机质被氧化从而在变质岩中形成碳酸盐。这种成因的微量碳酸盐以碳含量低和碳同位素比值低为特征，一般6”c值小于．10％。，碳含量小于lOOppm。例如东海超高压变质岩和双河花岗质正片麻岩：(3)岩浆岩中的原生碳酸盐。这种碳酸盐具有典型的地幔碳氧同位素特征，813C为5+290，81SO为7+2960，但碳含量一般较低(<600p