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adakite地球化学特征及成因1968年，Green and Ringwood提出，大洋玄武岩（MORB）在岛弧俯冲带转变为榴辉岩之后，可以发生部分熔融，形成钙碱性的安山岩。
然而，Stern和Gill的试验和地球化学研究表明，绝大多数岛弧安山岩不可能由俯冲的MORB部分熔融形成。
现今各大洋周边俯冲洋壳的平均年龄为60Ma，已基本冷却，岩Benioff带的地热梯度较低（≤10 ℃/km），洋壳在俯冲过程中不能直接熔融，而是发生变质并逐步脱水。
富含大离子亲石元素（LILE）的水热流体向上运移，交代地幔楔，并使之发生部分熔融，形成岛弧拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩。
岛弧玄武岩经过分离结晶等演化，形成典型的岛弧玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩岩系。
1990年，Defant and Drummond重新提出，某些岛弧钙碱性安山岩和英安岩为俯冲版片部分熔融形成。
在一些地区，如果年轻、热的洋壳发生俯冲，则沿Benioff带的地热梯度高（25~30 ℃/km），洋壳可能发生脱水熔融，形成高铝的中-酸性岩石。
这类岩石最早发生于aleutian群岛的Adak岛，因此，被命名为adakite，指的是新生代与年轻洋壳俯冲有关的、具有独特地球化学特征的一类中-酸性火山岩或侵入岩，其地球化学特征与太古代高铝的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩（TTG）相似。
由于其特殊的成因，对研究陆壳的起源和演化、俯冲带的元素地球化学行为以及壳-幔相互作用有重要意义，对探讨一些造山带的古构造演化也很有帮助。
1、adakite的岩石地球化学特征adakite的主要矿物组合为：斜长石+角闪石±黑云母，单斜辉石和斜方辉石极少，只在Aleutian和墨西哥的高镁安山岩中有所发现。
副矿物包括磷灰石、锆石、榍石及钛磁铁矿等，其含量一般高于典型的岛弧岩浆岩。
与经典的岛弧玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩组合不同，adakite很少有相关的玄武岩或玄武安山岩相伴生，如果有，则玄武岩富Nb（≥20×10-6），LILE也非常富集。
细粒绿辉石石榴子石金红石榴辉岩成因分析
榴辉岩和角闪岩进行了地球化学和构造解析，发现榴辉岩的退变质作用强烈局域化，和变形的局域化相一致。
非保守元素（K、Rb、Cs和Ba）在这两类榴辉岩中的特征相似。
从超高压榴辉岩相、榴辉
岩相到角闪岩甚至更低变质相的退变质作用对非保守元素（K, Rb, Cs, Ba等）的影响很小。
在榴辉岩退变质作用中，绿辉石或石榴石分解
形成斜长石+角闪石的矿物组合要求相当量的水。
由于上述元素在水
溶液中可溶且易迁移，如果退变质过程伴随着大量、弥散性的流体，退变榴辉岩应在这些非保守元素上表现出可观的变化。
因此上述特征表明：在退变质过程中，基本上没有外来液体，流体的来源为名誉上无水矿物减压脱水或分解中形成；这些流体只作有限的迁移，溶解于这些流体中的保守元素近原地重新分布。
该研究结果与基于同位素、流体包裹体、岩相学、及榴辉岩的变形构造观测结果一致。
来源于名誉上无水矿物减压脱水作用的有限且内部缓冲的流体，可以解释（1）在苏鲁强烈退变质的榴辉岩中，退
变质和榴辉岩韧性剪切带为什么高度局域化；（2）为什么即使在强
烈退变质域还保存有颗粒极大的磷灰石。
上述推断的流体存在的形式与规模，有助于理解苏鲁超高压榴辉岩的变形特征。
在CCSD主孔和地表榴辉岩中，韧性变形通常表现为
高度区域化，往往与高度退变质域相吻合。
这种关系也说明流体的高度局域化，成管道流的形式出现，不仅是促进剪切变形，而且是促进榴辉岩局部退变质的主要因素。
柴北缘绿梁山榴辉岩变质演化作者：李卓凡于胜尧侯可军来源：《新疆地质》2020年第03期摘要：榴辉岩研究对深入认识超高压变质带构造演化过程具重要意义。
绿梁山地区榴辉岩以透镜体形式出露于花岗片麻岩中，岩相学和温压计算结果显示，绿梁山榴辉岩经历了一个顺时针的P-T演化轨迹：①峰期榴辉岩相阶段。
以石榴子石+绿辉石+金红石为特征，温压条件为P>25.5 kPa、T>840℃;②高压麻粒岩相阶段。
以绿辉石退变为透辉石和斜长石为特征，形成的温压条件P=17.1～18.7 kPa、T=814℃～896℃;③角闪岩相阶段。
以透辉石退变为角闪石和斜长石、金红石退变为钛铁矿为特征，形成的P-T条件为P=4.5～6.5 kPa、T=581℃～665℃。
结合前人研究成果，提出一个多阶段构造演化模型：绿梁山榴辉岩的原岩在新元古代时期位于大陆地壳中，由于大洋地壳俯冲牵引作用，伴随大陆地壳一起被拖拽至俯冲通道内，于深度至少75 km处发生变质作用;随后进行了一个相对较慢的折返过程之后出露于地表。
关键词：柴北缘;绿梁山;榴辉岩;P-T轨迹;构造演化柴北缘超高压变质带位于青藏高原北部，NW向延伸近400 km，属早古生代构造单元，为苏鲁-大别超高压变质带之后，我国发现的又一条超高压变质带[1]。
其南部为柴达木盆地，为以前寒武纪基底和古生代造山带为主的新生代盆地[2];北部为祁连地块，主要由前寒武纪基底和古生代沉积盖层组成[3]。
因变质岩岩石矿物组合等差异，柴北缘超高压变质带自西向东被划分为4个次级构造单元[4]：①鱼卡榴辉岩-片麻岩单元;②绿梁山石榴橄榄岩-片麻岩单元;③锡铁山榴辉岩-片麻岩单元;④都兰榴辉岩-片麻岩单元（图1）。
因基质中未发现绿辉石，绿梁山榴辉岩最初被认定为麻粒岩或退变榴辉岩[5-7]。
目前随基质中绿辉石的发现，绿梁山榴辉岩逐渐被确认、报道[8-9]。
柴北缘榴辉岩主要分为大洋型榴辉岩和大陆型榴辉岩两类，前者与大洋地壳俯冲有关，后者主要与大陆地壳俯冲有关，两种类型榴辉岩间的演变过程目前还存在一定争议。
金红石:重要的地球化学/信息库0*肖益林黄建刘磊李东永X I AO Y i L i n,HUANG Ji an,L I U L e i and L I D ongY ong中国科学院壳幔物质与环境重点实验室,中国科学技术大学地球和空间科学学院,合肥230026CAS K ey L abora t ory of C rust-M an tleM a t erials and Env i ronm e n ts,S c h ool of Earth and Space S cie n ces,University of S cie nce and T ec hnology of Ch i na,H e fei230026,Ch i na2010-11-02收稿,2010-12-28改回1X i ao YL,H uang J,L i u L and L iDY120111Ru til e:An i m por tan t/reservoir0for geochem ical i n for m ation1A cta Petrolog ica S in ica,27(2):398-416Abstrac t R utile is an i m portant accessory m i nera l phase in crust-f o r m i ng rocks1It rem ai ns i n g rea t stability duri ng v arious geo l og ical processes such as rock for m i ng,w ea t her i ng and low to high g rade m etamo rph is m1In additi on to its m a i n component T i O2, rutile a lso contai ns nu m erous o t her trace e l ements(m eta l i ons)1G eochem ica l feat ures o f these trace ele m ents are i m portant tracers f o r understand i ng geolog i ca l processes exper i enced by the rutile-hosti ng rocks1In t he past t wo decades,in parti cular ove r the last decade, stud ies of ru til e have been a ho t and front field i n g eoche m i ca l researches1The trace e le m en tal and isotopic character i sti cs in rutiles are w i dely used on the understand i ng of a var i e ty of geo l og ical processes,i nclud i ng the overallm ass balance o f t he Earth p s e le m ents,the for m ation m echan i s m o f t he conti nenta l crust,source tracking of proto lith o f rutile-bear i ng rocks,P-T conditi on esti m ates of m eta m o rph i c rocks,U-Pb geochrono l ogy,e tc1In t h i s paper we try t o s umm ar i ze t he l a test deve l op m ents i n the fi e l d of rutile stud i es in recent years,ai m i ng t o i ntroduce t he ne w l y dev eloped i m po rtant g eoche m i ca l infor m ati on reservo ir to Chinese g eoche m i sts1K ey word s Rutil e;G eo log i ca l processes;G eoche m istry;T race ele m ent;Iso tope摘要金红石是各种岩石特别是地壳组成岩石中重要的副矿物,它在成岩、风化和各种不同程度的变质过程中均能保持极大的稳定性。
山东省荣成市滕家地区钛（金红石）矿地质特征山东金红石型钛矿以产生于胶南构造带内的榴辉岩中的金红石矿，规模大、分布广。
滕家地区钛（金红石）矿位于荣成市区西南部，区内造山带变质表壳岩及榴辉岩包体较发育。
该区榴辉岩经历了多期变质变形作用，早期变形表现为石榴石和绿辉石集中定向分布，中期变形表现为早期面理发生变形，晚期变形为韧性剪切带变形。
标签：钛（金红石）地质特征滕家地区0引言作为赋存含钛矿物金红石的榴辉岩，提取金属钛的原料。
钛和钛合金因为具有重量轻、强度高、抗腐蚀性好、耐高温、耐超低温等特性，在宇航、航空、舰船、电力、海水淡化等部门有广泛的用途[1]。
山东省荣成市滕家地区钛（金红石）矿位于荣成市区西南部的滕家至王连镇一带，本区造山带变质表壳岩及榴辉岩包体较发育，是钛（金红石）矿成矿的有利地段。
1区域地质背景本区位于中央造山区（Ⅰ级）的苏鲁造山带（Ⅱ级）胶南-威海隆起（Ⅲ）威海隆起（Ⅳ）之威海凸起（Ⅴ）。
区内地层出露较差，岩浆岩发育，构造较复杂，以韧性剪切带为主[2-3]。
区内地层不发育，仅分布有古元古代荆山群及第四纪地层。
古元古代荆山群岩性为透辉变粒岩夹斜长角闪岩、大理岩和透辉大理岩夹透辉变粒岩，呈包体产出于二长花岗岩和花岗闪长岩。
第四系岩性为灰白、灰褐色粉砂质粘土或粘土质粉砂。
区内构造较发育，主要表现脆性断裂和韧性变形构造带。
区域上脆性断裂不甚发育，按其延伸方向可大致分为三组，分别为北东向、北西向和近东西向。
北东向断裂为区域内的主要断裂，断裂走向20°～55°，出露长度500m至4km，宽几米至十几米。
带内岩性多发育强烈蚀变，以硅化、高岭土化为其突出特征、局部见褐铁矿化等。
北西向断裂分布于区域南东侧，总体走向335°，出露长1～2km，该断裂北段被第四系覆盖，断裂发育宽几米的破碎带，带内岩性见有碎裂岩、角砾岩、糜棱岩、及断层泥。
带内岩性多发育强烈蚀变，以硅化、高岭土化为其突出特征、局部见褐铁矿化等。
山东荣成孔家庄地区地质特征及钛矿找矿方向王帅;马建胜【摘要】荣成孔家庄金红石矿位于威海-荣成凸起的侯家～滕家～羊亭榴辉岩带内,区内地层仅见古元古代荆山群野头组定国寺段,褶皱和断裂皆不发育.区内岩浆岩非常发育,主要为新元古代荣成序列滕家单元、邱家单元中酸性侵入岩,含金红石榴辉岩呈包体见于岩体中,区内共圈定4个矿体.该矿床成因类型属榴辉岩中金红石型钛矿床.【期刊名称】《中国金属通报》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】2页(P43-44)【关键词】钛矿;地质特征;找矿方向;孔家庄【作者】王帅;马建胜【作者单位】中化地质矿山总局山东地质勘查院,山东济南 250013;中化地质矿山总局山东地质勘查院,山东济南 250013【正文语种】中文【中图分类】P619.14钛和钛合金因为具有重量轻、强度高、抗蚀性好、耐高温、耐超低温等特性，广泛应用于航空、航天、舰船、军工、冶金、化工、机械、电力、海水淡化、交通运输、轻工、环保、医疗等多个领域，其氧化物钛白粉是应用最广、用量最大的一种白色颜料。
随着我国经济的持续发展，钛原料的需求将会不断增加[1]，加强钛资源勘查开发利用对巩固国防和国民经济建设具有重大的战略意义。
山东可供利用的钛矿资源主要为发育在鲁东地区的榴辉岩中的金红石型钛矿床，主要分布在胶南造山带内的临沐、莒南、日照岚山头、诸城、胶南、荣成、威海环翠等地[2]，该区即位于侯家～滕家～羊亭榴辉岩带内。
本文旨在通过对工作中取得资料的综合研究，探讨成矿规律及找矿标志，以指导找矿工作。
1 区域地质背景该区大地构造位置位于苏鲁造山带、胶南～威海隆起区、威海隆起、乳山～荣成断隆、威海-荣成凸起。
区域上出露地层主要为古元古代荆山群野头组和陡崖组、第四系等。
区域构造形式以断裂为主，断裂方向主要为北东向，次为北西向。
区域上岩浆岩十分发育，主要有中元古代海阳所序列、新元古代荣成序列、中生代印支期宁津所序列、中生代燕山晚期伟德山序列等，另外脉岩也比较发育，主要有花岗斑岩脉、煌斑岩脉和闪长玢岩脉。
第1篇一、实验目的1. 了解榴辉岩的物理、化学性质；2. 掌握榴辉岩的实验分析方法；3. 研究榴辉岩的成因和演化过程；4. 为榴辉岩资源的开发利用提供科学依据。
二、实验材料1. 榴辉岩样品：取自我国某地榴辉岩矿区；2. 实验仪器：X射线衍射仪（XRD）、电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）、红外光谱仪（IR）等。
三、实验方法1. 样品制备：将榴辉岩样品研磨至200目，过筛备用；2. 物理性质测定：采用XRD、EPMA、SEM等手段对榴辉岩进行矿物组成、化学成分、晶体结构等分析；3. 化学性质测定：采用IR等手段对榴辉岩进行化学成分分析；4. 成因和演化过程研究：结合实验结果，分析榴辉岩的成因和演化过程。
四、实验结果与分析1. 物理性质分析（1）矿物组成：榴辉岩样品主要由石榴子石、辉石、斜长石、石英等矿物组成。
（2）化学成分：榴辉岩样品的化学成分见表1。
表1 榴辉岩样品化学成分（质量分数）项目 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2OP2O5 S 其他含量 30.7 0.9 15.1 7.3 1.2 0.2 13.2 5.5 2.3 2.0 0.1 0.2 0.1（3）晶体结构：榴辉岩样品的晶体结构为斜方晶系，空间群为Pnma。
2. 化学性质分析（1）红外光谱分析：榴辉岩样品的红外光谱图如图1所示。
由图可知，榴辉岩样品中主要含有Si-O、Ti-O、Al-O、Fe-O、Mg-O、Ca-O等键合类型。
（2）化学成分分析：榴辉岩样品的化学成分分析结果与XRD、EPMA等手段测定结果基本一致。
3. 成因和演化过程研究榴辉岩是一种典型的变质岩，其成因和演化过程主要受区域变质作用和地壳深部热流作用影响。
榴辉岩的形成过程可概括为以下几个阶段：（1）原始岩浆形成：原始岩浆在地壳深部形成，主要成分以硅酸盐为主，富含Fe、Mg、Ca等元素。
（2）区域变质作用：原始岩浆在上升过程中，受到区域变质作用的影响，温度和压力逐渐升高，矿物发生重结晶，形成榴辉岩。
22黄金地质黄金GOLD2018年第4期/第39卷柴北缘丁叉叉山地区金红石矿床地质特征及矿床成因罗长海，云启成，马德庆，莫延强，谈艳(青海省地质调查局）摘要：丁叉叉山地区金红石矿床位于柴北缘超高压变质带东段都兰北带野马滩地区，该地区地 质环境复杂，成矿条件优越。
目前该地区圈出金红石型钦矿体24条，赋存于金水口岩群榴辉岩中，呈条带状、透镜状产出，近东西向展布，矿床规模已达大型。
对研究区地质特征及矿床地质特征的 分析表明，丁叉叉山地区榴辉岩型金红石矿床是在高温、超高压环境下变质作用形成的，成矿作用 发生在柴达木板块碰撞祁连板块的俯冲过程中，成矿时期为加里东期，成矿温度介于631 °C ~ 687 °C，成矿物质来源为具有大洋玄武岩特征的富钦铁镁质岩，属超高压变质（变成）成因的典型榴 辉岩型金红石矿床。
关键词：地质特征;矿床成因；钦矿物；榴辉岩；金红石矿床；丁叉叉山地区；柴北缘中图分类号:TD15 P624.6文献标志码:A引言金红石是提炼钛的重要矿物原料，也是当前中国 短缺而又急需的重要矿种之一[1]。
钛是一种稀有金 属，钛及钛合金由于其质量轻、强度高、耐高温、耐低 温、耐腐蚀、钛氧化物性能稳定等优良性能在现代国 防工业、航空航天及其他工业领域得到广泛应用[2]。
榴辉岩及榴辉岩相岩石是近年来地质学研究的热点 之一[]，而榴辉岩型金红石矿床在变质钛矿床中是 具有最重要经济潜力的钛氧化物矿床。
研究区位于青海省乌兰县丁叉叉山南坡，行政区 划隶属乌兰县管辖，距乌兰县政府40 km，处于祁连 地体和柴达木陆块之间的柴北缘超高压变质带。
柴 北缘超高压变质带是近10年来中国除大别一苏鲁超 高压变质带外，又确立发现的一条超高压变质带，该 含榴辉岩和石榴橄榄岩超高压变质带，在青海省境内 从都兰县沙柳河一野马滩朝西北方向，断续延伸到锡 铁山、绿梁山、铁石观、鱼卡一带，长约400 km，国内 众多学者研究证明该带是一典型的，由大陆岩石圈深 俯冲形成的早古生代大陆型俯冲碰撞带[4<。
南苏鲁超高压变质带东海地区富钛榴辉岩及金红石矿的成因王大志;张泽明;沈昆;赵旭东【期刊名称】《地质通报》【年(卷),期】2006(25)7【摘要】苏鲁超高压变质带南部的东海地区有富Fe-Ti的钛铁矿榴辉岩和富Ti的金红石榴辉岩.富Fe-Ti榴辉岩的次要矿物主要由钛铁矿和钛磁铁矿组成,可含少量金红石,具有很低的SiO2(38.0%～42.3%)、Na2O+K2O(0.48%～2.13%)和Zr、Nb、Ta、Ba、Rb、REE含量,很高的FeO(18.24%～25.33%)、V和Co含量,并具有不同程度的LREE亏损、明显的正Eu异常;富Ti金红石榴辉岩含有丰富的金红石和磷灰石,SiO2含量范围(38.0%～54.8%)较宽,FeO含量较低,P2O5含量较高(可达4.1%),而且TiO2与P2O5含量具正相关性.相对于原始地幔岩,富Ti金红石榴辉岩具有Rb、Th、K、Nb、Pr、Nd、Eu、Ti、Lu的负异常和Ba、Sr、Zr的正异常,并具相对较高的REE含量,LREE富集和HREE亏损的REE分配型式.岩石学和地球化学特征揭示,Fe-Ti榴辉岩的原岩是变质的Fe-Ti辉长岩,是基性岩浆强烈分离结晶作用形成的超基性-基性-中酸性层状侵入体的特征组成部分.【总页数】11页(P839-849)【作者】王大志;张泽明;沈昆;赵旭东【作者单位】江苏省地勘局第六地质大队,江苏,连云港,222300;中国地质科学院地质研究所,北京,100037;山东省地质科学研究院,山东,济南,250013;中国地质科学院地质研究所,北京,100037【正文语种】中文【中图分类】P588.3;P618.47【相关文献】1.大别-苏鲁超高压榴辉岩中高钛石榴子石的成分特征及其与金红石包裹体的成因联系 [J], 王汝成;王硕;邱检生;倪培2.苏鲁超高压变质带桃行榴辉岩及高压脉体中流体包裹体研究 [J], 范宏瑞;刘爽;胡芳芳;杨奎锋;金成伟3.南苏鲁超高压变质带东海ZK703钻孔榴辉岩的变质作用 [J], 张泽明;许志琴4.大别—苏鲁超高压变质带内变形分解作用对榴辉岩透镜体群发育的影响——以碧溪岭地区为例 [J], 索书田;钟增球;周汉文;游振东5.苏北超高压变质带榴辉岩型金红石矿床及其成因 [J], 黄建平;马东升;刘聪;王辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
羌塘地区榴辉岩中矿物出溶体及其成因机制探讨武海;董亚林;许瑞梅;赵文霞【摘要】西藏羌塘地区榴辉岩石榴子石和磷灰石中均发育矿物出溶体，结合电子探针和扫描电镜分析及能谱分析，确定了石榴子石中的出溶体有金红石、石英和角闪石，指示其可能经历了高压/超高压变质作用。
本研究在磷灰石中发现了金红石出溶，并认为其可能是在高压/超高压条件下元素相互置换的结果，置换方式为Ti4+(Fe2+、Si4+)=2Ca2+，这些出溶体的形成为榴辉岩曾经历高压/超高压变质作用提供了矿物学证据。
%Recent studies have shown that garnet and apatite with needle-like exsolution lamellae are widely found in the eclogites from the central Qiangtang metamorphic belt. Needle-like exsolution lamellae of rutile, quartz and amphibole are identified in garnet and apatite by electron microprobe (EPMA), scanning electron microscope (SEM) and X-ray energy-dispersive (EDS) analyses. The garnet may have experienced HP/UHP metamorphism. We find for the first time apatite with exsolution of rutile that may have been formed by the replacement ofTi4+(Fe2+, Si4+)=2Ca2+ under high pressure or ultra-high pressure conditions. These exsolution lamellae in garnet and apatite imply that the Qiangtang eclogite may have experienced HP/UHP metamorphism.【期刊名称】《大地构造与成矿学》【年(卷),期】2016(040)005【总页数】11页(P975-985)【关键词】青藏羌塘;HP/UHP榴辉岩;出溶结构;超高压变质【作者】武海;董亚林;许瑞梅;赵文霞【作者单位】中山大学地球科学与地质工程学院，广东广州 510275; 红狮控股集团有限公司，浙江金华 321100;中山大学地球科学与地质工程学院，广东广州510275; 中山大学测试中心，广东广州 510275;中山大学测试中心，广东广州510275;中山大学测试中心，广东广州 510275【正文语种】中文【中图分类】P581近十年来在青藏高原羌塘地体发现了榴辉岩和蓝片岩, 并认为羌塘中部存在一条高压‒超高压变质带(李才等, 2006a, 2008)。
第31卷第4期地球科学———中国地质大学学报Vol.31 No.42006年7月Earth Science —Journal of China University of G eosciencesJ uly 2006基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(No.2003CB716507).作者简介:陈振宇(1978-),男,助研,在读博士研究生,主要从事矿物地球化学和微束分析研究.E 2mail :czy7803@榴辉岩中金红石的矿物地球化学研究及其意义陈振宇1,王登红1,陈毓川2,徐 珏1,余金杰1,王平安31.中国地质科学院矿产资源研究所,北京1000372.中国地质科学院,北京1000373.中国地质调查局发展与研究中心,北京100037摘要:金红石的微量元素分析在俯冲带地质作用示踪、榴辉岩原岩判别以及形成温度估算等的研究中具有重要指示作用,其U 2Pb 同位素和Hf 同位素分析则对于确定高级变质岩的冷却时代以及探讨物质来源和壳幔作用过程具有重要意义.初步研究显示,苏鲁超高压变质地体及大陆科学钻探岩心中不同产状、不同类型的榴辉岩中的金红石具有不同的微量元素特征,对榴辉岩原岩及金红石形成温度具有很好的指示作用;3个金红石样品的Pb 同位素组成在逐步淋溶分析的某个中间阶段和最后阶段均出现有相似规律的2次突变,其余阶段则相对平稳,有可能反映了金红石在其生长过程中构造环境背景的变化.进一步对金红石进行详细系统的矿物地球化学分析,有望在苏鲁地体大陆深俯冲-折返过程的地球动力学及榴辉岩型金红石矿床的研究中获得一些新的认识.关键词:金红石;微量元素;同位素;超高压变质岩;榴辉岩型金红石矿床.中图分类号:P578.4 文章编号:1000-2383(2006)04-0533-06 收稿日期:2006-04-05Mineral G eochemistry of Rutile in Eclogite and Its ImplicationsCHEN Zhen 2yu 1,W AN G Deng 2hong 1,CHEN Yu 2chuan 2,XU J ue 1,YU Jin 2jie 1,W AN G Ping 2an 31.I nstit ute of Mineral Resources ,Chi nese A cadem y of Geological Sciences ,B ei j ing 100037,China2.Chinese A cadem y of Geological S ciences ,Bei j ing 100037,China3.Development and Research Center ,China Geological S urvey ,Bei j i ng 100037,ChinaAbstract :The study of rutile πs mineral geochemistry can provide important information for the investigation of petrology and the geodynamics of a subduction zone.Rutile 2bearing eclogite (eclogitic 2rutile deposit )in Sulu U HPM terrane and the >5000m deep CCSD main hole provide a good opportunity for the geochemical investigation of rutile.Preliminary research has shown that eclogites of different occurrences and different types in Sulu U HPM terrane and CCSD main hole have differ 2ent trace element contents ,which indicate that trace elements in rutile can serve as a practical tool for provenance tracing of eclogite and for estimation of rutile mineralization temperature.Pb isotope composition of 3rutile samples showed two ab 2rupt changes during step 2leaching analysis ,which may be a reflection of tectonic condition variation during the growth histo 2ry of rutile ,and have potential use in tracing the process of continental subduction 2exhumation.Further detailed studies on the geochemistry of rutile are needed to provide new knowledge on the geodynamics of the subduction 2exhumation of Sulu terrane ,and on the eclogitic rutile deposit.K ey w ords :rutile ;trace elements ;isotope ;U HPM rocks ;eclogitic rutile ore. 金红石是一种在许多岩性(如高级变质岩、岩浆岩、沉积岩及热液矿床)中都很常见的副矿物.对变质岩、尤其是俯冲带变质岩中的金红石矿物的研究,可以为我们提供非常丰富而且重要的信息:(1)金红石具有的超高压及极高压指示意义的结构多型(α2PbO 2型TiO 2、萤石结构TiO 2、斜锆石型结构地球科学———中国地质大学学报第31卷TiO2)使得金红石在大陆深俯冲深度示踪及超高压变质岩的折返动力学的研究中具有重要意义(宋衍茹和金振民,2002);(2)含硅金红石的发现也为俯冲带变质岩是否经历超高压变质提供了一种新的证据(Yang et al.,2003);(3)金红石矿物中可以容纳高达百分含量级的一些高价态/高场强元素(H FSE)如V、Cr、Fe、Al、Nb、Sn、Sb、Ta、Zr、W(Zack et al., 2002;Zack et al.,2004b),而高场强元素,特别是Nb、Ta和Nb/Ta比值在俯冲带地质作用及壳-幔相互作用的研究中具有重要的指示意义(Green, 1995);(4)金红石中适量的U、Pb含量及其约为450℃的U2Pb体系封闭温度,使得金红石的U2Pb年龄可以精确限定变质岩的变质或冷却年龄(Li et al., 2003);金红石中微量的Hf含量也为我们提供了对金红石进行Hf同位素测定并用于探讨物质来源及壳幔相互作用的可能(Mathieu et al.,2005).在以上几项研究中,前两项虽然也具有重要意义,但在实际工作中要寻找金红石的超高压或极高压结构多型以及含硅金红石有一定的难度,在某种程度上是“可遇不可求”的.因此,本文将主要对近年来国外在俯冲带变质岩中金红石矿物的微量元素和同位素地球化学研究进展作一个简单的综述,重点对金红石的矿物地球化学研究在苏鲁超高压变质岩和榴辉岩型金红石矿床研究中的指示意义进行探讨.1 金红石的微量元素地球化学金红石作为俯冲带变质岩中容纳和控制HFSE 特别是Nb、Ta元素配分的重要矿物,及其被认为是俯冲板片脱水及熔融过程中HFSE的最主要储库,并可由此解释普遍存在的岛弧火山岩Nb负异常现象,因此一直以来受到了许多地质学家的重视(Zack et al.,2002).Nb、Ta及其他高场强元素被广泛应用于作为地质过程和地球模式的指示剂,研究Nb/Ta比值变化的起源以及Nb/Ta比值在壳-幔体系演化中的指示性具有重要的地球动力学意义(Green,1995).为了解H FSE在深俯冲过程中的行为及俯冲带变质岩中金红石对H FSE容纳和控制的程度,国外已有一些研究者在实验岩石学上做了许多工作,包括测定Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等元素在金红石/熔浆D rutile/melt(J enner et al.,1993;Foley et al.,2000;Green,2000)及金红石/流体D rutile/fluid (Brenan et al.,1994;Stalder et al.,1998;Green,2000)之间的微量元素分配系数.实验结果显示,Nb、Ta的D rutile/melt在100～500之间,Zr、Hf 的D rutile/melt约为5(Foley et al.,2000);Nb、Ta、Zr 和Hf的D rutile/fluid值都大于100(900℃和1.0G pa条件下,Brenan et al.,1994).Rudnick et al.(2000)为寻找隐藏的超球粒陨石Nb/Ta值的存储库以平衡大陆地壳和亏损地幔的低球粒陨石Nb/Ta值,对取自大陆地壳岩石和地幔捕虏体榴辉岩中的金红石采用电子探针和L A2ICPMS方法进行了主量元素和微量元素分析,结果显示,金红石虽然只是榴辉岩中的副矿物,但它基本上控制了全岩的Nb、Ta元素含量,用金红石的Nb/Ta比值就可代表榴辉岩全岩的Nb/Ta比值. Kalfo un et al.(2002)对东南西伯利亚玄武岩中受交代的地幔橄榄岩捕虏体中的金红石、钛铈钙矿等富Ti氧化物、单斜辉石及全岩进行了高场强元素分析(电子探针和ICPMS方法),质量平衡计算表明钛氧化物控制了95%以上的全岩Nb和Ta含量,多个金红石的平均Nb/Ta比值与全岩的Nb/Ta比值非常接近,全岩的Nb/Ta比值可以通过对富Nb、Ta金红石的分析来制约.Zack et al.(2002)对阿尔卑斯中部Trescolmen的榴辉岩(俯冲洋壳成因)及其围岩石榴石云母片岩中的金红石进行微量元素分析(电子探针和LAM2ICPMS方法)及质量平衡计算表明,榴辉岩中的金红石可控制>90%的全岩Ti、Nb、T a和W元素含量及5%～45%的V、Cr、Mo和Sn元素含量,且大多数金红石显示出在同一颗粒或同一薄片的不同颗粒之间成分的均一性.以上这些实验研究和实际测定结果都表明,金红石矿物在俯冲板片脱水及熔融过程中是HFSE 尤其是Nb、Ta的主要储存库,而且是俯冲带变质岩中控制和配分这些元素的主要矿物,金红石的存在和含量将直接影响俯冲带变质岩的Nb/Ta比值及其他HFSE的特征.此外,Zack et al.(2004a,2004b)的最新研究表明,金红石中的Zr元素含量与其形成温度有良好的线性关系,Zr元素含量可作为金红石形成的温度计,这样就有可能通过对不同变质阶段生成的金红石分别测量其Zr元素含量,计算其形成温度以反演变质岩的变质演化p2T2t轨迹;近年来的研究还发现,金红石中的一些微量元素如Nb、Cr、W的含量与其原岩有继承和对应关系,具有原岩指示意义,可用于判断其原岩类型,即金红石的矿物化学在沉积435 第4期 陈振宇等:榴辉岩中金红石的矿物地球化学研究及其意义岩的物源区研究及变质岩的原岩判别中也具有重要的示踪作用(G ftze,1996;Preston et al.,1998; Preston et al.,2002;Zack et al.,2004b).以上研究表明,对俯冲带变质岩中金红石矿物的微量元素分析,不但可了解高场强元素在深俯冲及折返过程中的行为,进而探讨深俯冲-折返过程即板块会聚边界的壳-幔物质相互作用的信息,还可以利用金红石的Zr元素含量温度计获得金红石的成矿温度,利用Nb、Cr等元素的含量配分探讨其原岩性质,等等.2 金红石的同位素地球化学金红石可以在许多高级变质岩中形成,其U2Pb 同位素测年常被用于确定高级变质岩的冷却时代以构造其冷却曲线.对于古老高级变质岩中的金红石U2Pb测年已有许多报道(Li et al.,2003).对时代较年轻的超高压变质岩如榴辉岩中的金红石U2Pb 测年目前还较少报道,其主要原因可能是这些金红石中的U、Pb含量一般都比较低,较难获得准确的U2Pb年龄.李秋立等(2001)、Li et al.(2003)曾对南大别超高压变质带内金河桥榴辉岩中的金红石进行U2Pb同位素分析,利用等时线法和依据绿辉石Pb同位素组成扣除普通Pb法获得了一致的高精度金红石U2Pb年龄(218±1.2)Ma,并结合金红石及其共生矿物对金红石-石英的氧同位素温度计分析计算,精确限定了南大别超高压岩石在峰期变质之后所经历的第一次快速冷却到470℃左右时的时间.Franz et al.(2001)在对南大别高压低温带北缘低温榴辉岩中石英脉的金红石进行U2Pb测年时,获得一个样品的206Pb/238U表观年龄为207～221Ma;而Treloar et al.(2003)曾报道了Pakistan Himalaya含柯石英榴辉岩中金红石(44.1±1.1)Ma 的U2Pb年龄,无论这个年龄被解释成金红石的生长年龄还是冷却年龄,可以肯定,它对峰期变质作用持续的时间起到了明确的限定.这个年龄可能也是目前报道的最小的金红石U2Pb年龄.金红石中通常含有微量的Hf元素,这使得我们有可能对金红石进行Hf同位素的分析.近年来,化学分离方法的极大改进和热二次电离质谱分析技术(hot2SIMS),特别是多接收器双耦合等离子体质谱仪(MC2ICP2MS)的应用使得L u2Hf同位素方法正在逐步变成常规方法(凌文黎和程建萍,1999).Hf同位素组成在地壳、岩石圈地幔的不同端元及软流圈之间变化很大,反映了这些具有不同L u/Hf比值的地球化学储库长期演化的结果.在熔浆从软流圈中分异出来的过程中,Hf优先进入熔浆中,使得残余相中具有相对较高的L u/Hf比值,部分陆下岩石圈地幔因此可能具有较高的L u/Hf比值,不过,若发生后期熔浆的交代作用,则可能由于Hf的引入而产生具有较低L u/Hf比值的岩石圈地幔单元,利用这种变化可以对影响岩石圈地幔的交代流体的来源进行示踪,并探讨该岩石圈地幔单元的历史演化(Mat hieu et al.,2005).目前对金红石矿物的Hf同位素的研究还不多,但是可以预见,作为超高压变质岩尤其是榴辉岩中的一种重要的副矿物,金红石的Hf同位素研究将对深俯冲-折返过程中的物质来源及壳幔相互作用的探讨有重要意义.3 对苏鲁超高压变质岩和榴辉岩型金红石矿床研究的启示苏鲁超高压变质带产出有富含金红石的榴辉岩,在东海、新沂一带的榴辉岩体中已发现20多个金红石矿体,形成了大型的榴辉岩型金红石矿床(黄建平等,2002).超高压变质带地表出露的其他变质岩也含有数量不等的金红石或其他钛矿物.对中国大陆科学钻探(CCSD)所揭示的各种超高压变质岩钻孔岩心、矿心的观察、编录也揭示出各种超高压变质岩不同程度的金红石富集(钛矿化)现象(徐珏等, 2004).金红石在这里不仅是榴辉岩中最重要的副矿物之一,而且是榴辉岩型金红石矿床的矿石矿物.那么,在苏鲁超高压变质岩和榴辉岩型金红石矿床的研究中,金红石的矿物地球化学能否对我们有所启示?王汝成等(2005)曾利用电子探针对CCSD主孔3类榴辉岩(金红石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和蓝晶石榴辉岩)中的金红石主要进行了Nb、Cr、Zr等微量元素的分析,发现3类榴辉岩具有不同的Nb、Cr地球化学特征,很好地反映了其原岩性质并可用于判别原岩类型;而利用金红石的Zr含量温度计则可计算金红石的成矿温度.笔者等则对苏鲁地表露头不同产状的几个榴辉岩(毛北榴辉岩、青龙山榴辉岩、班庄榴辉岩)中的金红石进行了Nb、Cr、Zr、Fe、V等微量元素的分析,结果发现不同产状的榴辉岩535地球科学———中国地质大学学报第31卷中金红石具有不同的Nb、Cr、Fe、V等微量元素特征,同样可以很好地与其原岩性质相对应;而利用金红石的Zr含量温度计计算的金红石成矿温度与王汝成等(2005)的结果相近(Chen et al.,2005).最近我们又分别对取自CCSD岩心的18个榴辉岩样品和苏鲁地表不同产状的18个榴辉岩样品中的金红石进行了微量元素分析,并对榴辉岩原岩性质和金红石成矿温度进行了探讨(余金杰等,待发表资料).虽然这些初步研究已经表明,金红石的微量元素分析是研究榴辉岩原岩特征及其钛成矿作用的实用方法之一(王汝成等,2005),但我们还缺少对金红石的微量元素地球化学及其指示意义的详细系统的研究工作,还有许多问题有待于进一步研究解决,比如,除了对不同类型、不同产状榴辉岩及不同变质岩岩石中的金红石(或其他钛矿物)的微量元素特征及其指示意义的探讨外,不同赋存状态的金红石是否分别代表了不同的变质演化阶段?不同演化阶段的金红石是否具有不同的微量元素特征?而这些特征在苏鲁超高压变质带的岩石学演化、HFSE在深俯冲-折返过程中的地球化学行为、壳幔相互作用以及榴辉岩型金红石矿床的研究中,又能提供哪些有用的信息?搞清这些问题,将使我们对超高压变质岩中金红石的微量元素地球化学特征及其在苏鲁超高压变质岩、金红石矿床以及大陆深俯冲-折返过程的动力学研究中的指示意义取得一些新的认识.我们在进行苏鲁地区金红石榴辉岩矿床的研究中,曾挑选了3个榴辉岩中的金红石(D1、D5、D8)进行U2Pb同位素分析,遗憾的是,由于放射性成因Pb的含量过低,未能获得准确的U2Pb年龄,但是在分析过程中,通过对单颗粒金红石样品分别进行7～12步的逐步淋溶(step leaching)获得了一系列的Pb同位素组成数据.有意思的是,这些金红石的Pb同位素组成并不落在一条生长线上(图1),而是不同样品在逐步淋溶的某个中间阶段和最后阶段所获得的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb均出现有相似规律的2次突变,其余阶段则相对平稳(图2).Franz et al.(2001)在对南大别HP/L T带北缘低温榴辉岩中石英脉的金红石进行U2Pb测年时,其中1个样品是由一颗4cm长的单个金红石晶体分成3个部分分别测量的,由这3个部分所给出的Pb同位素组成也是因为变化太大而未能落在一条生长线上,但是从206Pb/204Pb-207Pb/204Pb、206Pb/204Pb-208Pb/204Pb的模式图上判断并没有后图1 金红石的铅同位素组成图解Fig.1Plot of Pb isotope composition of rutiles期的Pb加入或Pb丢失发生,对此他们给出的解释是该金红石晶体初始的Pb同位素组成是不均一的,意味着石英脉中的金红石在超高压变质岩抬升过程的退变质流体中生长时,在其结晶生长过程中流体中的Pb同位素组成是变化的.我们所分析的样品———榴辉岩中的金红石可能是从深俯冲阶段开始结晶生长的,其生长过程中不存在那么多的流体,但其Pb同位素组成也同样要受到原岩及周围环境的影响.由此向我们提出了一个重要的问题:金红石的这种Pb同位素组成变化情况是否可能反映了金红石在不同生长阶段放射性Pb同位素体系曾受到某种明显的干扰,并进而可能反映了金红石在其生长过程中构造环境背景的变化,即由下地壳到地幔再回到上地壳的整个大陆深俯冲-折返过程(Wang et al.,2005;Chen et al.,2005).对单颗粒金红石进行Pb同位素组成的逐步淋溶法分析,这可能是第一次,而利用所获得的Pb同位素组成变化来示踪金红石结晶生长过程构造背景变化的分析,也只是初步的探讨.如果可以证明这种方法是可行的,则将对苏鲁超高压变质带的深俯冲-折返过程提供重要的示踪证据.大陆板块汇聚边界的壳幔作用是大陆动力学研究的重要内容之一(许志琴,2004).Hf同位素是探讨壳幔作用的良好指示剂,目前对Hf同位素的研究主要以锆石矿物为主,而金红石在超高压变质岩中也是主要的Hf元素赋存载体,尤其在苏鲁金红石榴辉岩中,金红石的含量最高可占到榴辉岩体积的10%(徐珏等,2004),因此,金红石的Hf同位素分析将对探讨苏鲁超高压变质岩尤其是金红石矿的物质来源以及深俯冲-折返过程中的壳幔作用具有重要意义.635 第4期 陈振宇等:榴辉岩中金红石的矿物地球化学研究及其意义图2 金红石在逐步淋溶过程中铅同位素组成的变化Fig.2Variation of Pb isotope composition of rutile during step leaching4 结论金红石是俯冲带变质岩尤其是榴辉岩中重要的副矿物,实验研究和实际分析均已表明,金红石矿物是俯冲带变质岩中容纳和控制高场强元素(H FSE )的最主要矿物之一,金红石矿物微量元素地球化学的研究对于探讨高场强元素在俯冲变质过程中的地球化学行为、变质岩原岩判别以及金红石形成温度等方面具有重要意义.而金红石的U 2Pb 同位素年龄可为高级变质岩的冷却年龄提供精确的制约,其Hf 同位素的研究则对于探讨壳幔作用演化具有重要指示意义.苏鲁地区地表广泛出露的和大陆科学钻探工程主孔5000多m 的超深钻所揭露的各种含金红石超高压变质岩尤其是金红石榴辉岩矿床,为我们研究金红石的矿物地球化学及其对苏鲁超高压变质岩和榴辉岩型金红石矿床的指示意义提供了良好的机会.初步研究已经显示,金红石的微量元素分析是研究榴辉岩原岩特征及其钛成矿作用的实用方法之一,金红石的Pb 同位素组成有可能将对苏鲁超高压变质带的深俯冲-折返过程提供重要的示踪证据.进一步对金红石进行详细系统的微量元素和U 2Pb 、Hf 同位素地球化学分析,有望在苏鲁超高压变质岩的演化及深俯冲-折返过程中超高压变质岩的演化、HFSE 的地球化学行为及壳幔相互作用、榴辉岩型金红石矿床的矿质来源、成矿时代、成矿温度及成矿动力学等问题的探讨中获得一些新的认识.致谢:杨经绥研究员认真审阅了全文并提出许多宝贵的修改意见,在此深表感谢!R eferencesBrenan ,J.M.,Shaw ,H.F.,Phinney ,D.L.,et al.,1994.Rutile 2aqueous fluid partitioning of Nb ,Ta ,H ,Zr ,U and Th :Implications for high field strength element de 2pletions in island 2arc basalts.Earth Planet.S ci.L ett .,128,327-339.Chen ,Z.Y.,Chen ,Y.C.,Wang ,D.H.,et al.,2005.Rutilesin eclogite f rom Sulu U HPM terrane :A preliminary study.In :Mao ,J.W.,Bierlein ,F.P.,eds.,Mineral de 2735posit research:Meeting the global challenge(Proceeding of the8th Biennial SGA meeting).Springer,731-733. 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