大别地体变质岩中锆石的微量元素及Lu-Hf同位素特征
大别造山带超高压变质作用峰期变质时代锆石U-Pb年代学和CL图像研究已积累相当多的数据，本文在前人已做年代学和锆石CL图像工作的基础上，着重进一步研究锆石的化学成分，讨论并区别不同锆石的U-Th-Pb、REE化学特征，利用近年来兴起的Lu-Hf同位素测定，对部分变质岩锆石作了Hf同位素原位微区分析，讨论了岩浆和变质锆石的Lu-Hf同位素组成，并进行锆石源区示踪。一、对大别-苏鲁造山带高级变质岩(以榴辉岩和片麻岩为主)中锆石进行微区离子探针U，Th和Pb测定和U-Pb定年统计研究。根据测定点年龄的不同，把变质岩中锆石分成三种不同成因区域，一是变质岩原岩(继承)锆石区域，它遭受了不同程度的变质重结晶作用，其206Pb/238U年龄值大于277Ma；二是三叠纪高压-超高压变质阶段形成的变质锆石区域，其年龄限定为273-184Ma；三是碰撞造山变质作用后形成的锆石区域，其年龄小于148Ma。对三种类型锆石中U，Th和Pb特征分析发现：和镁铁质的榴辉岩类相比，片麻岩锆石中U的丰度是前者的两倍，榴辉岩类和片麻岩类锆石中Th的丰度相近。各类岩性变质阶段形成的变质锆石和原岩锆石相比，U含量有升有降，Th含量大幅下降，一般在2-10倍，高者可达20-30倍以上。除石榴橄榄岩外，各类岩石变质锆石中Th/U比都小于0.1，这是判断高压-超高压变质成因锆石的极重要化学指标。大别山超高压变质阶段后形成的锆石的Th/U比多数类似于原岩锆石，少数接近于变质锆石，说明后期白垩纪热扰动对变质岩中已存在的锆石本身的影响如同岩浆结晶过程。各类锆石中Pb的含量变化比较复杂，Pb-U正相关性表明锆石中普通铅含量很低，绝大部分为放射成因铅。
二、对大别山新店榴辉岩、双河榴辉岩、黄镇榴辉岩和双河硬玉石英岩中锆石，进行了微区核部与边部稀土元素SIMS测定。结合U-Pb年龄和CL图象，探讨了超高压变质过程中稀土元素从原岩锆石到变质锆石的变化。结果表明，原岩锆石和变质锆石有很不相同的稀土元素含量，它取决于变质锆石是由变质重结晶还是变质增生作用形成及形成时间。一般说来，边部变质锆石比原岩锆石亏损稀土元素，特别是重稀土，并且有更低的Th/U比。变质锆石的稀土元素和Th/U比可以为变质锆石形成时的物理化学环境和变质锆石成因提供重要信息。
三、对大别山新店和双河榴辉岩中多颗锆石的Lu/Hf比和Hf同位素组成进行了微区LA-MC-ICP-MS测定，发现无论是新店榴辉岩还是双河榴辉岩，它们的变质增生锆石和残留的原岩岩浆锆石有很不相同的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf组成。变质增生锆石有高176Hf/177Hf和低176Lu/177Hf组成，而继承岩浆锆石和遭受了部分重结晶作用的岩浆锆石则具有低176Hf/177Hf和高176Lu/177Hf特征，变质重结晶作用几乎不改变继承岩浆锆石的176Hf/177Hf值，说明锆石的Lu-Hf体系比其U-Pb体系有更好的保持能力和更高的封闭温度。继承岩浆锆石和变质增生锆石的Lu-Hf同位素特征表明在超高压变质作用过程中，变质增生锆石的Hf主要不是来自于原地的核部锆石，而是来自由流体携带的变质岩中其它高Lu/Hf矿物中所具有的高放射成因176Hf，但二者也可能存在不同比例的混合。锆石的εHf和Hf同位素模式年龄可以示踪变质原岩的性质和形成时代。结果表明形成榴辉岩的原岩物质主要来源于亏损或弱亏损地幔，也可能有不同年龄的古老地壳物质的参与。
大别造山带;变质岩;锆石;微量元素;Lu-Hf同位素
中国科学技术大学
硕士
地球化学
陈道公
2006
中文
P588.3;P597.2
66
2007-07-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）