优秀青年科技人才计划项目总结报告

优秀青年科技人才计划项目总结报告

项目名称韧性剪切变形与剪切带地球化学动力学的研究委托单位国土资源部科技与国际合作司

承担单位中国地质科学院地质研究所

受资助人曾令森

起止时间2005年11月～2008年10 月

国土资源部

二○○九年十一月三十日

―百人计划‖成果材料

一、基本信息

项目名称：韧性剪切变形与剪切带地球化学动力学的研究

受资助人：曾令森

工作单位：中国地质科学院地质研究所

内容提要：对不同类型和不同岩性的韧性剪切带的变形构造、岩石矿物学和地球化学特征进行了系统观测，结果表明：（1）流体的存在是这些韧性剪切带的共性，是促进剪切变形和岩石组构形成的关键因素；（2）韧性剪切变形中，流体的类型严重地影响着韧性剪切带的总体地球化学特征；（3）在低温/低压条件下，流体倾向于溶解易溶组分，导致剪切岩石总体LREE增加；在高温/高压条件下，流体可能具有超临界流体的性质，往往亏损LREE，导致剪切变形岩石或矿物的LREE降低。

关键词：韧性剪切带，流体，地球化学，元素地球化学

二、主要成果

1.项目实施概况（300-500字）。

自2005年11月该项目开展以来，分别对北京云蒙山、川西丹巴韧性剪切带、辽南变质核杂岩和苏鲁超高压榴辉岩韧性剪切带进行了系统的构造地质、矿物学和地球化学研究。对比研究了不同岩性韧性剪切变形过程中流体与变形之间的关系，确立了韧性剪切变形过程中流体的类型及地球化学特征。取得以下主要认识和进展：（1）流体的存在和韧性剪切变形紧密相关；（2）韧性剪切变形中，流体的类型严重地影响着韧性剪切带的总体地球化学特征；（3）在低温/低压条件下，流体倾向于溶解易溶组分，导致剪切岩石总体LREE增加；在高温/高压条件下，流体可能具有超临界流体的性质，往往亏损LREE，导致剪切变形岩石或矿物的LREE减低。上述研究结果进一步表明：流体的存在是这些韧性剪切带的共性，是促进剪切变形和岩石组构形成的关键因素。

在该项目及其它项目的资助下，2006-2009年间，共发表第一作者论文24篇，通讯作者论文7篇，合著论文28篇，其中国际SCI检索论文33篇。在研究水平、项目组织能力等方面都有长足的进步。

2.取得的主要研究成果、创新点及其科学或实用意义（4000-5000）。

在项目实施过程中，分别对北京云蒙山地区、川西丹巴韧性剪切带及中国大陆钻探工程主孔及苏鲁榴辉岩韧性剪切带进行了系统综合研究，进行了大量的全岩地球化学测试、EBSD石英组构分析、岩相学观察、矿物原位LA-ICP-MS测试等，在韧性剪切变形与流体作用之间的相互关系上，取得重要进展，得到一些重要认识。

（1）北京云蒙山韧性正剪切带

对云蒙山变质核杂岩的未变形花岗岩和糜棱岩化花岗岩进行了元素地球化学及变性构造的初步研究，结果表明：（1）随剪切强度的增大，糜棱岩化花岗岩的SiO2含量减少，Al2O3，TiO2、H2O、LREE的含量增加; （2）糜棱岩化花岗岩具有近平行于未糜棱岩化花岗岩的稀土元素配分模式。该结果表明在云蒙山伸展型韧性剪切带形成过程中，存在一定规模的流体，把易溶、易迁移组分搬运出剪切岩石，导致Al、Ti和LREE的增加。

（2）四川西部格宗韧性剪切带

通过川西龙门山地区的野外研究，对一条宽达35米，位于丹巴南格宗穹隆遍部的剪切带进行了岩相学、SEM、EBSD及全岩地球化学研究。得到以下认识：该剪切带含两种类型的流体：富含碳酸和富硫流体。它们在影响剪切带的地球化学特征中所起的作用存在明显的差异。虽然这条宽达35m的剪切带发生了不同程度的剪切变形，但野外与显微构造解析都揭示了在该剪切带内部，发育次一级宽约几十厘米的糜棱岩带，这是剪切作用高度局域化的体现。方解石和黄铁矿往往局限于高度剪切的变形域中，表明流体作用程度与剪切变形强度之间存在明显的相关关系，这同时反映在不同元素的地球化学特征上。和剪切岩石相比，未变形花岗闪长岩具有较高的LREE，但它们具有相似的重稀土的分布模式。(Dy/Yb)N 的比值较低，在0.9和1.2之间，反映了重稀土在剪切变形过程中不发生明显的分异。因此，重稀土可作为保守元素来解译剪切变形的地球化学效应。和未变形

母岩相比，剪切岩石具有：（1）较弱的铕副异常（Eu/Eu* = 0.72~0.90）；（2）较低的LREE含量；（3）较低的（La/Gd)N和(La/Yb)N比值；（4）较低的Cr, Ni, Co, Cu, Ga; Rb, Nb, Cs, Ta, Pb, Th, 和U；（5）但相似的Nb/Ta和Zr/Hf比值；（6）较低的B/Be；（7）较高的Rb/Cs。由于B比Be及Cs比Rb更具有挥发性，在流体存在的情况下，B比Be及Cs比Rb在水溶液的溶解度较高，易发生迁移，导致与水溶液发生水岩作用的剪切岩石的B/Be比值降低和Rb/Cs比值增高。相似的Nb/Ta和Zr/Hf比值表明即使是在流通存在的情况下，剪切作用并不分异这些元素。但Nb和Ta在剪切岩石中浓度较它们的母岩降低，表明由于水岩反应，高度剪切岩石的体积相对增加。剪切岩石样品都具有不同量的宽度约为~50 m 方解石细脉，方解石脉的发育与全岩地球化学组分较高的LOI相吻合，同时也说明剪切变形过程中，伴随有一定量的碳酸盐流体。由于Sr在碳酸盐流体中的溶解度较Rb及其他痕量元素要高，导致剪切岩石的Sr含量升高。

（3）中国大陆科学钻探主孔岩心剪切变形榴辉岩

对CCSD主孔的榴辉岩和角闪岩进行了详细的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。伴随着剪切变形，榴辉岩发生退变质作用，绿辉石或石榴石分解形成斜长石+角闪石的矿物组合需要相当量的水，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、弥散性的外来流体，退变榴辉岩应在这些非保守元素地球化学特征上表现出可观的变化。测试结果揭示了在这两类榴辉岩中，非保守元素（K、Rb、Cs和Ba）的地球化学特征基本相似；从超高压榴辉岩相、榴辉岩相到角闪岩相甚至更低级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。这表明：（1）在退变质过程中，基本上没有外来流体，流体的来源应为剪切岩石本身所含的名誉上无水矿物减压脱水或分解作用；（2）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和（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