大別-蘇魯超高壓變質帶榴輝巖中富Si金紅石的地球化學意義及53Mn-53Cr體系對CO碳質球粒隕石中球粒形成的時空制約.pdf

1、Si是地球上豐度第二高的元素，Si-O四面體也是整個硅酸鹽(Bulk SilicateEarth)地球的骨架。變質巖（副）礦物中Si的含量和結構的變化是一種示蹤高溫-高壓環(huán)境的有效手段。碰撞造山帶（陸殼物質的俯沖和折返）是一個研究高溫高壓-深部地球的天然實驗室，可以為我們提供經歷過超高壓變質作用(Ultra-highPressure Metamorphism)的天然樣品。含金紅石的榴輝巖是大別-蘇魯超高壓變質帶出露的主要巖石類型，Si作

2、為一種微量元素賦存于金紅石這種副礦物中。金紅石可能成為一個研究Si在高溫高壓條件下地球化學行為的一個“窗口”，同時Si-金紅石也是一種潛在的高壓“指示劑”。本文的第一部分主要研究了大別-蘇魯超高壓變質榴輝巖中Si在高壓金紅石中的賦存形式和指示意義，榴輝巖樣品來自大別造山帶的雙河地區(qū)，以及蘇魯造山帶東海地區(qū)。將樣品制成薄片后，運用一系列原位微區(qū)分析手段包括:掃描電鏡(SEM)、電子探針(EMPA)、納米離子探針(NanoSIMS)、激光剝

3、蝕電感耦合等離子體質譜(LA-ICP-MS)等，對這些地區(qū)榴輝巖金紅石中Si的含量和賦存狀態(tài)進行研究，主要觀察和結論如下:
　　1.富Si的金紅石存在于大別-蘇魯?shù)貐^(qū)的超高壓變質巖中。LA-ICP-MS分析結果顯示，粒間顆粒和包裹體形式的金紅石都含有400 ppm以上的Si（最高達2113 ppm）。這可能是一種地球化學異常，可以用于示蹤超高壓變質。
　　2.NanoSIMS的面掃描（Mapping）分析顯示，這些Si在金紅

4、石中是分布均一的，沒有出現(xiàn)“熱點”，而且邊緣核部略高于。這排除了前人認為是硅酸鹽或者石英包裹體的影響。金紅石中均勻分布的Si可能暗示了Si和Ti的類質同象，即金紅石中的Si可能也和Ti一樣是6次配位形式。這對于地球深部的Si的地球化學行為有重要的啟示。
　　3.前人的實驗巖石學研究發(fā)現(xiàn)，金紅石中Si的含量與形成壓力呈正相關關系，所以Si-金紅石可能在未來發(fā)展成一種新的地質壓力計。同時，斯石英作為一種SiO2的高壓相，與金紅石結構相

5、同。如果能證明金紅石中的Si是斯石英結構，那么根據(jù)斯石英的合成條件(1000℃，10 Gpa)，陸殼物質的俯沖深度可能被刷新至300km。
　　本文第二部分是關于球粒(chondrule)的同位素宇宙化學研究。球粒是一種毫米-亞毫米級的具有火成巖結構的球體，被認為是太陽星云中經歷過瞬間熔融（高達2000K），又快速冷卻(100-1000K/h)的自由漂移的熔融液滴。作為球粒隕石（太陽系中最原始的物質）中最主要的成分之一，其起源的研

6、究對早期太陽系的歷史以及行星的演化有著至關重要的作用。53Mn-53Cr體系是一種短周期定年體系，半衰期是3.7 Ma，可以對球粒形成等太陽系前10 Ma的事件有效制約。不僅如此，因為天體樣品具有系統(tǒng)的ε54Cr不均一，所以ε54Cr可以作為一種“示蹤劑”，對研究球粒的物質來源有重要的意義。本文第二部分主要運用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)和熱電離質譜(TIMS)分析了Ornans(CO3.4)球粒的主量元素含量和Cr同位素組成，

7、討論球粒的起源及其對太陽系早期演化的指示意義，取得的幾點初步認識:
　　1.9個球粒的Mn-Cr外部等時線顯示，其初始的53Mn/55Mn位(7.2±1.6)×10-6，可以根據(jù)兩個時標LEW86010和U同位素矯正的D'Orbigny換算為絕對年齡4568.1±1.3 Ma or4567.7±1.3 Ma。這一年齡支持了CO球粒與CAI（富Ca、Al的難熔包體）這一太陽系中最老的物質同時形成。
　　2.Ornans球粒具有

8、不均一的ε54Cr，最低值為+0.20，最高值為+1.22，并且與ε53Cr有正相關關系。這可能反映了一種“揮發(fā)過程”或者是“混合過程”，前者暗示了球粒的前體物質來源于同一儲庫，后者反映了球粒的形成可能來自太陽系內部和外部兩端元的混合，即太陽系內部物質(高溫，低ε54Cr)在太陽系早期被搬運到球粒隕石吸積區(qū)與類似基質的物質混合（低溫，高ε54Cr）。
　　3.根據(jù)Ornans球粒的Mn-Cr年代學證據(jù)和ε54Cr的變化，本文認為在