北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体.pdf

注本文为国家重点基础研究发展规划 “973” 项目编号2003CB716502、 国家自然科学基金重大项目编号40399143和国土资源大调查地 质调查项目编号121201056606联合资助成果。 收稿日期 2006210219;改回日期 2006211209;责任编辑周健。 作者简介刘福来,男,博士,研究员,主要从事变质地质学研究。 通讯地址 100037,北京百万庄路26号,中国地质科学院地质研究所; Email liufulaiccsd. cn。 北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体 刘福来,叶建国,薛怀民 中国地质科学院地质研究所,北京, 100037 内容提要北苏鲁莒南岚山头日照桃行仰口荣成威海一带榴辉岩的围岩经历了强烈角闪岩相退 变质作用的改造,峰期超高压矿物组合已完全被后期退变矿物组合所取代。 锆石微区阴极发光图像和矿物包体激 光拉曼测试研究结果表明, 132件不同类型岩石包括榴辉岩、 斜长角闪岩、 正片麻岩、 副片麻岩、 大理岩、 蓝晶石英 岩、 云母片岩和钙镁硅酸盐类变质岩等锆石中,普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体。 此外,在南苏鲁东海 及其邻区的地表露头和一系列钻孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的超高压矿物包体。 该项研究成果 表明,在苏鲁地体由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的陆壳岩石约320 km20 km5 km曾发生过巨量物质深俯 冲超高压变质的壮观地质事件。 关键词锆石;矿物包体;激光拉曼;阴极发光;超高压岩石;北苏鲁 众所周知,大别2苏鲁地体是世界上规模最大的 超高压变质带。 榴辉岩中标志性超高压矿物如柯石 英的发现Okay et al . , 1989; W ang et al . , 1989; H iraji ma et al . , 1990,证明了大别2苏鲁地体的陆 壳岩石曾俯冲到100 km的地幔深处,并经历超高压 变质作用。 近年来,随着大别苏鲁地区片麻岩锆石 中柯石英包体的不断发现Tabata et al . , 1998; Ye et al . , 2000b; L iu F L et al . , 2001; L iu J B et al . , 2001,不仅充分证明了榴辉岩的围岩也同样经历了 深俯冲和超高压变质,而且为支持大别2苏鲁地体 “原地” 俯冲模式W ang et al . , 1992; Okay et al . , 1992; Zhang et al . , 1995; L iou et al . , 2000提供 了强有力的证据。 位于山东江苏的苏鲁超高压变质带是大别 苏鲁超高压变质带的东延部分,而南苏鲁东海临 沭一带则是代表性的超高压变质区,中国大陆科学 钻探工程主孔CCSD2M H就位于东海县西南约17 km的毛北村附近。 研究发现,在东海及其邻区方圆 6000 km 2的范围内, 榴辉岩及其围岩包括各类正 片麻岩、 副片麻岩、 石英岩、 大理岩、 片岩、 钙镁硅酸 盐类变质岩和斜长角闪岩等的锆石中普遍保存以 柯石英为代表的超高压矿物包体L iu F L et al . , 2001, 2002, 2003, 2004a。 在中国大陆科学钻探主 孔0～5158 m深度范围内的各类岩心的锆石中也发 现了含柯石英等超高压矿物包体L iu F L et al . , 2004c;刘福来等, 2005。 此外,在卫星孔CCSD2 PP1 432m、CCSD2PP2 1028m和ZK2304 602 m的各类岩心锆石中也发现了含柯石英超高压包 体矿物组合L iu F L et al . , 2001, 2002;刘福来, 2003。SHR I M P U2Pb 定年研究结果显示,这些变 质岩石的锆石记录了新元古代的原岩形成年龄、240 ～230M a的超高压变质年龄和220～205M a的角 闪岩相退变质年龄L iu F L et al . , 2004b, 2004c, 2005, 2006。 上述研究结果表明,南苏鲁由新元古 代各类岩石所组成的陆壳物质曾整体发生深俯冲, 于中三叠世发生超高压变质作用,这些超高压变质 岩石于晚三叠世又快速抬升至中下地壳深度并经 历了角闪岩相退变质作用的改造L iu F L et al . , 2004a, 2004b, 2004c, 2005, 2006。 值得注意的是,北苏鲁有关该方面的研究相对 薄弱。 尽管在北苏鲁莒南岚山头日照桃行 仰口荣城威海一带的榴辉岩中发现了柯石英或 柯石英假象H iraji ma et al . , 1990; W ang et al . , 1993; Ye et al . , 1996; Yang et al . , 1998; Yao et al . , 2000,表明其经历了超高压变质作用。 但其围 岩,特别是片麻岩类岩石与南苏鲁同类岩石一样对 第80卷 第12期 2 0 0 6年1 2月 地 质 学 报 ACTA GEOLOGICA SI N ICA Vol . 80 No. 12 Dec. 2006 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 后期角闪岩相退变质作用的抑制能力同等脆弱,使 得这些退变质岩石很难保存超高压矿物和超高压变 质作用的证据。 到目前为止,只有在桃行地区的一件 正片麻岩锆石样品中发现了柯石英包体Ye et al . , 2000b。 然而,占全区90以上的角闪岩相退变质岩 石的锆石中是否也保存超高压矿物柯石英、 不同岩 石类型超高压峰期的矿物组合特征及其在空间上的 分布规律仍缺乏深入而系统的研究。 有鉴于此,本文 图1 苏鲁地区地质简图据Yao et al . , 2000资料修改 Fig. 1 Toctonic sketch of the Sulu terrane, show ing major lithotectonic units and the locations of zircon samples modified after Yao et al . , 2000 YQW F烟台2青岛2五莲断裂; JXF嘉山2响水断裂 YQW FYantai2Q ingdao2W ulian fault; JXFJiashan2Xiangshui fault 在前人研究工作的基础上,针对北苏鲁榴辉岩围岩 在超高压变质作用研究领域所存在的关键问题,以 退变岩石中副矿物锆石为重点研究对象,采用锆石 微区矿物包体激光拉曼测试和锆石阴极发光图像的 系统分析等综合研究手段,准确识别锆石中保存的 标志性超高压矿物包体、 确定不同退变岩石超高压 峰期阶段的矿物组合特征及其在空间上的分布规 律,为厘定苏鲁地体曾发生大规模巨量物质深俯冲 超高压变质的壮观地质事件提供最可靠的矿物学 证据。 1 地质背景 大别2苏鲁地体是扬子板块和中朝板块陆2陆碰 撞的产物。 该碰撞造山带西起秦岭,经大别向东北延 伸至苏鲁一带,全长约2000 km。 苏鲁地体则由超高 压带和高压带组成Zhang et al . , 1995,自江苏东 海经山东日照青岛仰口,向东北延伸至荣城 威海一带,全长约320 km。 北侧以烟台2青岛2五莲断 裂YQW F为界与中朝克拉通相邻,南侧以嘉山2响 水断裂JXF为界与扬子克拉通相邻图 1 。 根据岩石学、 成因矿物学和地球化学以及最新 区域地质填图的研究结果,苏鲁超高压变质带的主 体岩石为正片麻岩,少量副片麻岩、 石英岩、 大理岩 和云母片岩等。 在片麻岩类岩石中常见有大量透镜 4181地 质 学 报2006年 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 状、 似层状和不规则条带状的榴辉岩和超基性岩。 整 个超高压变质带出露大量中生代白垩纪花岗岩 图 1 。 在超高压变质岩石,尤其是榴辉岩中,除发现 标志性超高压矿物柯石英外,还发现了金刚石Xu Z Q et al . , 1998; Xu S T et al . , 2005。 近年来,在 榴辉岩和超基性岩中还发现了 160 km ,甚至超过 200 km的超深俯冲的岩相学和矿物学的证据Ye et al . , 2000a; Yang, 2003; Zhang et al . , 2003。 2 实验研究方法 在北苏鲁地表露头共采集了136件锆石样品,锆 石中含柯石英的代表性样品的位置如图1所示。 研究 的锆石样品主要为榴辉岩、 斜长角闪岩、 副片麻岩、 正片麻岩、 大理岩、 含蓝晶石石英岩、 云母片岩和钙 镁硅酸盐类变质岩等,每件样品重约5～10 kg。 锆石 样品的分选工作全部在廊坊区调院实验室完成。 首 先将每件样品经清洗、 烘干、 破碎和筛选后,采用磁 选和重液分离技术挑选出不同粒级的锆石晶体,然 后在双目镜下进一步挑选形态完好的锆石单晶约 300～500粒,将每件锆石样品制成符合SHR I M P U2 Pb定年和激光Raman测试要求的标准样品。 所有 的激光拉曼测试工作在国土资源部大陆动力学重点 实验室完成,锆石晶体阴极发光照相在北京大学电 子系电镜室完成。 首先在显微镜下对锆石中矿物包 体进行系统观察,采用REN ISHAW21000型激光 Raman谱仪对矿物包体进行鉴定,再采用阴极发光 谱仪并配备光学显微镜对锆石的阴极发光图像、 矿 物包体分布特征进行系统观察和照相。 最后在北京 大学地球与空间科学学院利用JEOL JXA 8800型 电子探针加速电压 15 kV;电子束 12 nA对某些 重要包体矿物如石榴子石、 硬玉、 绿辉石等的化学 成分进行测试。所有的矿物代号均采用Kretz 1983的资料。 3 锆石阴极发光图像、 矿物包体性质 及其分布特征 3. 1 榴辉岩中的锆石 本文研究的榴辉岩主要为石英榴辉岩、 含石英 多硅白云母榴辉岩和含金红石石英榴辉岩,共计12 件锆石样品,集中分布于莒南、 岚山头、 日照、 桃行、 仰口、 荣成和威海等地。 研究发现,在所有12件榴辉 岩锆石样品中,均发现了标志性超高压矿物柯石英 图 2 。 以岚山头石英榴辉岩 LST1 为例,锆石的阴 极发光图像具有明显的双层结构图2b, d, f。 部分 晶体的核部C仍然保存明显的岩浆结晶环带图 2b, f ; 而有的锆石晶体核部C的岩浆结晶环带已 经模糊不清图 2d , 表明该类继承性岩浆结晶锆石 明显受到后期热事件的影响而发生不完全重结晶。 锆石的边部R阴极发光图像则相对均匀,具有典 型变质增生的特点图2b, d, f。 激光拉曼研究结果 表明,锆石晶体的核部C保存的矿物包体主要为 单斜辉石Cpx 斜长石Pl 磷灰石Ap 图 2a 、 斜长石Pl 磷灰石Ap 图 2c 和单斜辉石 Cpx 图 2e , 表明原岩的矿物组成主要为Cpx Pl Ap,原岩性质具有典型基性岩浆岩的特点。 而在 变质增生锆石微区R中,其矿物包体的性质与继 承性岩浆结晶锆石核部C存在明显差异,具有典 型超高压矿物包体的特点,主要为柯石英Coe 石 榴子石Grt 图 2a 、 柯石英Coe 绿辉石Omp 图 2c 和柯石英Coe 图 2e , 表明该变质增生锆石 微区应是在超高压变质阶段形成的,相应的超高压 峰期矿物包体组合为Coe Grt Omp。 此外,在研 究区的含石英多硅白云母榴辉岩的锆石晶体中,发 现了Coe Grt Omp Phe Ap的超高压矿物包 体,而在含金红石石英榴辉岩锆石中,则发现了Coe Grt Omp Rt Ap的超高压矿物包体。 上述研 究结果表明,榴辉岩变质增生锆石微区中保存的超 高压矿物包体组合不仅受控于变质温压条件,而且 与寄主岩石的化学成分存在密切的成因关系。 3. 2 斜长角闪岩中的锆石 在北苏鲁共采集了23件斜长角闪岩锆石样品, 集中在莒南、 日照、 桃行、 荣成、 威海等地,主要岩石 类型为石英斜长角闪岩、 含石英绿帘斜长角闪岩和 含榍石石英斜长角闪岩。 研究表明,在23件锆石样品 中,均发现以柯石英为代表的超高压矿物包体图 3 。 以威海含石英斜长角闪岩锆石样品 WH1 为 例,绝大多数锆石晶体阴极发光图像具有明显的双 层结构图3b, d, f , 其中核部C保存明显的岩浆结 晶环带,而边部R发光相对均匀,具有典型变质增 生锆石的特点。 有的锆石核部岩浆结晶环带十分模 糊图 3d , 表明该类继承性岩浆锆石可能在后期热 事件过程中发生了不完全重结晶。 锆石微区矿物包 体激光拉曼分析结果表明,核部C和边部R均保 存许多矿物包体,但包体的性质存在本质差别。 其中 核部C保存的矿物包体为单斜辉石Cpx 斜长 石Pl 图 3a 、 单斜辉石Cpx 图 3c 和单斜辉石 Cpx 石英Q tz 图 3e , 表明原岩的矿物组合应 为Cpx Pl Q tz,具有中基性基性岩浆岩的特 5181第12期刘福来等北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2 石英榴辉岩 LST1 锆石晶体中的矿物包体及其阴极发光图像 Fig. 2 Plane2polarizedPL i mages of m ineral inclusions in zircons and CL i mages of host zircons from quartz2bearing eclogiteLST1, northeastern Sulu UHP belt a第33粒锆石晶体LST12 33 核部保存的矿物包体为Cpx Pl Ap,而边部则为Coe Grt; b第33粒锆石晶体LST12 33 阴极发光 图像,具有典型岩浆结晶环带的核部C和变质增生的边部R; c第67粒锆石晶体LST12 67 核部保存的矿物包体为Pl Ap,而边部则 为Coe Omp; d第67粒锆石晶体LST12 67 阴极发光图像,具有典型岩浆结晶环带的核部C和变质增生的边部R; e第121粒锆 石晶体LST12 121 核部保存的矿物包体为Cpx,而边部则为 Coe; f第121粒锆石晶体LST12 121 阴极发光图像,具有典型岩浆结晶环 带的核部C和变质增生的边部R aZircon grain LST1233 from LST1 sample contains Cpx Pl Ap in the core, and Coe Grt in the ri m;bCL i mage of the same zircon as in Fig. 2 ashow ing coreCand ri mR relationship; czircon grainLST1267 from LST1 sample contains Pl Ap in the core, and Coe Omp in the ri m; dCL i mage of the same zircon as in Fig. 2 c show ing coreCand ri mRrelationship; ezircon grain LST12121 from LST1 sample contains Cpx in the core, and Coe in the ri m; fCL i mage of the same zircon as in Fig. 2 eshow ing core Cand ri mRrelationship 点。 而锆石的边部R则保存柯石英Coe 绿辉石 Omp 图 3c 和石榴子石Grt 绿辉石Omp 图 3e , 具有典型超高压矿物组合的特点,峰期矿物组 合应为Coe Grt Omp,表明该类斜长角闪岩曾经 历了超高压变质作用。 在该类锆石样品中,有的锆石 晶体尽管也存在变质增生边R , 但并未保存任何 矿物包体图3a, b , 但从其阴极发光图像特征来看, 与其他锆石含柯石英Coe变质增生边的性质 6181地 质 学 报2006年 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图3 石英斜长角闪岩 WH1 锆石晶体中的矿物包体及其阴极发光图像 Fig. 3 Plane2polarizedPL i mages of m ineral inclusions in zircons and CL i mages of host zircons from quartz2bearing amphiboliteWH1, northeastern Sulu UHP belt a第84粒锆石晶体WH12 84 核部保存的矿物包体为Cpx Pl,而边部无任何矿物包体 ; b第84粒锆石晶体WH12 84 阴极发光图像, 具有典型岩浆结晶环带的核部C和变质增生的边部R; c第55粒锆石晶体WH12 55 核部保存的矿物包体为Cpx,而边部则为Coe Omp; d第55粒锆石晶体WH1255阴极发光图像, 具有典型岩浆结晶环带的核部C和变质增生的边部R; e第76粒锆石晶体 WH12 76 核部保存的矿物包体为Cpx Q tz,而边部则为Grt Omp; f第76粒锆石晶体WH12 76 阴极发光图像,具有典型岩浆结晶环 带的核部C和变质增生的边部R aZircon grainWH1284 from WH1 sample contains Cpx Pl in the core, and no m ineral inclusion in the ri m; bCL i mage of the same zircon as in Fig. 3 ashow ing coreCand ri mRrelationship; czircon grainWH1255 from WH1 sample containsCpx in the core, and Coe Omp in the ri m; dCL i mage of the same zircon as in Fig. 3 c show ing coreCand ri mRrelationship; ezircon grainWH12 76 from WH1 sample contains Cpx Q tz in the core, and Grt Omp in the ri m; fCL i mage of the same zircon as in Fig. 3 eshow ing coreCand ri mRrelationship 完全一致,应是在超高压阶段变质增生而成。 此外,在研究区含榍石石英斜长角闪岩锆石中, 发现超高压矿物包体组合为Coe Grt Omp Rt Ap,而在含石英绿帘斜长角闪岩锆石中则保存 Coe Grt Omp Phe Ep等超高压矿物包体,与 石英斜长角闪岩超高压矿物包体组合特征存在明显 差异。 上述特征表明斜长角闪岩类岩石超高压峰期 阶段的稳定矿物组合不仅受控于温压条件,而且与 寄主岩石化学成分存在密切的成因联系。 此外,在南 苏鲁地表露头和系列浅孔的斜长角闪岩锆石中,也 发现了Coe Grt Omp等超高压矿物包体L iu F L et al . , 2003,无疑证明苏鲁地体的斜长角闪岩均 经历了超高压变质作用。 值得注意的是,在苏鲁超高压变质带中,无论是 斜长角闪岩继承性岩浆锆石微区保存的矿物包体, 还是变质增生锆石微区保存的超高压矿物包体组 7181第12期刘福来等北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 合,均与榴辉岩同种性质锆石微区保存的矿物包体 性质完全相似,这充分证明了斜长角闪岩是超高压 榴辉岩退变作用的产物。 3. 3 正片麻岩中的锆石 正片麻岩是北苏鲁超高压变质带分布最广的岩 石类型,在岚山头、 日照、 桃行、 仰口、 荣成和威海一 带共采集了60件锆石样品,包括含角闪石斜长花岗 质片麻岩、 含黑云母钾长花岗质片麻岩、 绿帘二云二 长花岗质片麻岩、 含磁铁矿二长花岗质片麻岩等。 除 了4件含磁铁矿二长花岗质片麻岩锆石中未发现超 高压矿物包体外,其余56件锆石样品均发现了标志 性超高压矿物柯石英。 从锆石颜色、 形态、 矿物包体 性质和锆石阴极发光特征来看,每件超高压花岗质 片麻岩中的锆石晶体可分为两种类型第一类锆石 呈浅黄色褐黄色,颗粒较大,粒径约在150～ 400Λm之间,阴极发光图像具有明显的三层结构, 显示典型的继承性岩浆结晶锆石的核;第二类锆石 无色透明,颗粒细小,粒径约在50～80Λm之间,阴 极发光图像则具有双层结构,没有发现继承性岩浆 结晶锆石的核。 锆石微区矿物包体激光拉曼测试结 果显示,在两类锆石中均发现超高压矿物柯石英 Coe的正片麻岩只有8件,而只在第二类细小锆石 中发现柯石英的正片麻岩占绝大多数,为48件。 以威海地区含角闪石斜长花岗质片麻岩 WH2 样品为例,两类锆石均保存以柯石英为代表 的超高压矿物包体图 4, 5 。 第一类锆石的阴极发光 图像具有明显的三层结构,即弱发光效应的核C、 强发光效应的幔M和弱发光效应的边R 图4b, d, f。 其中核部C具有明显的岩浆结晶环带,并保 存大量的矿物包体,主要为石英Q tz 磷灰石 Ap 图4a, c, e , 表明其原岩应为岩浆岩;而幔部 M的强发光效应相对均匀,具有典型变质增生锆 石的特点,相应的矿物包体为柯石英Coe 多硅白 云 母Phe 图 4a 、 柯石英Coe 硬玉Jd 图 4c 和柯石英Coe 图 4e , 具有典型超高压矿物组合的 特点,表明其幔部应形成于超高压变质阶段;尽管弱 发光的边部R极窄,但发光效应也十分均匀,虽无 矿物包体,阴极发光图像显示其仍属于变质成因。 南 苏鲁中国大陆科学钻探主孔CCSD2M H中的超高 压正片麻岩中的锆石的阴极发光图像也具有类似的 特点,但在弱发光的边部保存A b Q tz等低压矿物 包体L iu F L et al . , 2004c , 表明第一类锆石边部 应形成于后期角闪岩相退变质阶段。 综上所述,北苏 鲁含角闪石斜长花岗质片麻岩 WH2 中的第一类 锆石记录了继承性岩浆结晶锆石的核部C、 超高 压变质形成的幔部M和角闪岩相退变形成的边部 R的热事件信息。 第二类锆石的阴极发光图像具有明显的双层结 构,即强发光效应的核部C和弱发光效应的边部 R 图5b, d , 与第一类锆石对比,缺少继承性岩浆 结晶锆石的核。 该类锆石不同微区均具有相对均匀 的发光性,具有典型变质锆石的特点。 其中强发光效 应的核部保存典型的超高压矿物包体,主要为柯石 英Coe 图 5a 和柯石英Coe 硬玉Jd 图 5c ; 而弱发光效应的边部则无任何矿物包体。 上述特征 表明,第二类锆石应形成于超高压变质阶段,并经历 了后期角闪岩相退变质作用的改造。 值得注意的是,在北苏鲁大多数正片麻岩锆石 样品中,第一类锆石往往不保存柯石英,而只有在第 二类新生的变质锆石中常常保存超高压矿物包体。 以日照地区含黑云母钾长花岗质片麻岩 RZ1 为 例,第一类锆石晶体相对粗大,呈自形晶,晶内的矿 物包体主要为石英Q tz 磷灰石Ap 图 6a , 从 未发现任何超高压矿物包体,相应的阴极发光图像 自核部C到边部R均保存十分完好的岩浆结晶 环带图 6b , 表明该类锆石在超高压变质阶段并未 生长形成新的变质增生边。 然而,第二类锆石无论其 矿物包体性质还是阴极发光图像,均具有典型变质 锆石的特点。 阴极发光图像具有明显的双层结构,即 强发光效应的核C和弱发光效应的边R 图6d, f。 其中核部保存的超高压矿物包体Coe Phe图 6c 和Coe Ap图 6e , 而边部则无任何矿物包体。 这些特征与威海含角闪石斜长花岗质片麻岩 WH2 第二类锆石完全一致图5,表明该类锆石 是在超高压变质阶段形成的新生锆石,并在后期角 闪岩相退变质阶段继续生长。 此外,在南苏鲁中国大陆科学钻探主孔CCSD2 M H 0 ～5158 m的岩心剖面中,正片麻岩是最主要 的岩石类型,研究发现,所有正片麻岩样品也存在如 前所述的两种不同成因类型的锆石。 刘福来等 2004, 2005研究CCSD主孔56件含柯石英的正片 麻岩锆石样品时发现,第一类和第二类锆石中均保 存柯石英包体的正片麻岩锆石样品只有7件;而只在 第二类细小的变质锆石中发现柯石英包体的正片麻 岩锆石样品为49件,占全部样品的87. 5。 张泽明曾 在2004年全国岩石学与地球动力学研讨会的学术报 告中指出在中国大陆科学钻探主孔CCSD2M H 的1100～1600m深度范围内的正片麻岩锆石 8181地 质 学 报2006年 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图4 含角闪石斜长花岗质片麻岩 WH2 中第一类锆石晶体中的矿物包体及其阴极发光图像 Fig. 4 Plane2polarizedPL i mages of m ineral inclusions in the first group zircons and CL i mages of host zircons from amphibole2bearing orthogneissWH2, northeastern Sulu UHP belt a第23粒锆石晶体WH22 23 核部保存的矿物包体为Q tz Ap,幔部保存的矿物包体为Coe Phe,而边部无任何矿物包体 ; b第23粒 锆石晶体WH22 23 阴极发光图像,具有典型岩浆结晶环带的核部C、 超高压变质的幔部M和退变边R; c第56粒锆石晶体WH22 56 核部保存的矿物包体为Q tz Ap,幔部保存的矿物包体为Coe Jd,而边部无矿物包体 ; d第56粒锆石晶体WH22 56 阴极发光图像, 具有典型岩浆结晶环带的核部C、 超高压变质的幔部M和退变边R; e第104粒锆石晶体WH22 104 核部保存的矿物包体为Q tz Ap,幔部保存的矿物包体为Coe,而边部无矿物包体 ; f第104粒锆石晶体WH22 104 阴极发光图像,具有典型岩浆结晶环带的核部C、 超高压变质的幔部M和退变边R aZircon grain WH2223 from WH2 sample containsQ tz Ap in the core, Coe Phe in the mantle and no m ineral inclusion in the ri m; bCL i mage of the same zircon as in Fig. 4 ashow ing coreC, mantleMand ri mRrelationship; czircon grainWH2256 from WH2 sample containsQ tz Ap in the core, Coe Jd in themantle and no m ineral inclusion in the ri m; dCL i mage of the same zircon as in Fig. 4 cshow ing coreC , mantleMand ri m Rrelationship; ezircon grainWH22104 from WH2 sample containsQ tz Ap in the core, Coe in the mantle and no m ineral incluson in the ri m; fCL i mage of the same zircon as in Fig. 4 eshow ing coreC, mantleM and ri mRrelationship 中,并未发现超高压矿物包体柯石英,从而得出了 “该段正片麻岩没有经历超高压变质作用” 的结论。 而我们在CCSD2M H主孔的1100～1600 m深度范 围内采集8件正片麻岩样品,采用激光拉曼技术对锆 石微区矿物包体进行系统鉴定,并对锆石阴极发光 图像特征进行系统分析,结果发现8件正片麻岩 9181第12期刘福来等北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图5 含角闪石斜长花岗质片麻岩 WH2 中第二类锆石晶体中的矿物包体及其阴极发光图像 Fig. 5 Plane2polarizedPL i mages of m ineral inclusions in the second group zircons and CL i mages of host zircons from amphibole2bearing orthogneissWH2, northeastern Sulu UHP belt a第305粒锆石晶体WH22 305 核部保存的矿物包体为Coe,而边部无任何矿物包体 ; b第305粒锆石晶体WH22 305 阴极发光图 像,具有典型超高压变质增生的核部C和退变边R; c第422粒锆石晶体WH22 422 核部保存的矿物包体为Coe Jd,而边部无矿物 包体 ; d第422粒锆石晶体WH22 422 阴极发光图像,具有典型超高压变质的幔部C和退变边R aZircon grainWH22305 from WH2 sample containsCoe in the core, and no m ineral inclusion in the ri m; bCL i mage of the same zircon as in Fig. 5 ashow ing coreCand ri mRrelationship; czircon grainWH22422 from WH2 sample contains Coe Jd in the core and no m ineral inclusion in the ri m; dCL i mage of the same zircon as in Fig. 5 cshow ing coreCand ri mRrelationship 样品中均存在如前所述图4, 5, 6的两类不同性质 的锆石。 但是,在第一类和第二类锆石中均发现柯石 英包体的锆石样品只有1件刘福来等, 2004;样品 号 R498,采样深度 1325. 2 m , 其余7件样品均是 在第二类细小新生变质锆石中发现了柯石英包体, 而在第一类锆石中从未发现任何标志性超高压矿物 包体。 上述研究结果充分证明了CCSD2M H主孔的 1100～1600 m深度范围内的正片麻岩经历了超高 压变质作用。 由此可见,对不同成因类型的锆石的阴 极发光图像、 矿物包体性质及其成因机制进行全面 而系统的研究,才能正确判断正片麻岩是否经历了 超高压变质作用。 如果只依据对个别样品的不具代 表性少数锆石中矿物包体的测试研究结果,仓促地 得出 “中国大陆科学钻探主孔CCSD2M H 1100～ 1600 m的正片麻岩没有经历超高压变质作用” 的结 论显然不切合实际,必然是一个错误的判断。 3. 4 副片麻岩中的锆石 副片麻岩是北苏鲁超高压变质带另一类广泛分 布的岩石类型,在莒南、 岚山头、 日照、 桃行、 仰口、 荣 成和威海一带共采集了26件锆石样品,主要岩石类 型为石榴多硅白云母钾长片麻岩、 绿帘黑云二长片 麻岩、 石榴角闪钠长片麻岩、 二云二长片麻岩等。 激 光拉曼研究结果表明,所有26件锆石样品均发现了 以柯石英为代表的超高压矿物包体。 以仰口地区石榴多硅白云母钾长片麻岩锆石样 品 YK1 为例,部分锆石的阴极发光图像具有明显 的三层结构,即弱发光的核C、 强发光的幔M和 弱发光的退变边R 图 7b 。 其中弱发光的核C较 小,形态不规则,具有典型继承性碎屑锆石的特点, 与前述正片麻岩继承性岩浆结晶锆石核存在本质差 别图4, 6,相应的矿物包体为石英Q tz 图 7a ; 而 幔部M阴极发光图像相对均匀,相应的矿物 0281地 质 学 报2006年 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图6 含黑云母二长花岗质片麻岩 RZ1 锆石晶体中的矿物包体及其阴极发光图像 Fig. 6 Plane2polarizedPL i mages of m ineral inclusions in zircons and CL i mages of host zircons from biotite2bearing orthogneissRZ1, northeastern Sulu UHP belt a第33粒锆石晶体RZ12 33 保存的矿物包体为Q tz Ap; b第33粒锆石晶体RZ12 33 阴极发光图像,自核部C到边部R均具有 典型岩浆结晶环带 ; c第256粒锆石晶体RZ12 256 核部保存的矿物包体为Coe Phe,而边部无任何矿物包体 ; d第256粒锆石晶体 RZ12 256 阴极发光图像,具有典型超高压变质增生的核部C和退变边R; e第