《大别山榴辉岩带片麻岩的锆石拉曼光谱研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大别山榴辉岩带片麻岩的锆石拉曼光谱研究（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、书书书大别山榴辉岩带片麻岩的锆石拉曼光谱研究!刘景波! 叶凯#$ %&()* +, -. /+&中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈构造演化国家重点实验室，北京! 011123!#$ %$& #()*#)*& )+ ,-)./-$*,0 12)34,)5，65.,4$ )+ 7$)3)8& #59 7$)/-&.,0.，:-,5$.$ ;0#9$,58 011123，:-,5#2114?14?21 收稿， 2114?15?25 改回! #$ %& () *+ ,-.+ !%/)012%3%& /4)5607/5745 /68)/ 7& 9057&/ 7: ;&)/)/ :073 6) )5=7
2、;65 97&) 7: 6%?)78&6%&/+ !#$ %&#()(*+$ ,+-+$， ,A （B） ： A-CB DAA-E?/60%56! ! 678 9+,: *; 011?0+, 7+A;BC&,D7: *; E&F*: *; 8A8G8 (8&:& :+?HA8: ;F*? D78 8A*(&D& E*8 *; D78 I+9&8J*KD+&: 7+G8 988 :DK,&8, 9L K:&( A+:8FBM+?+ :H8DF*:*HLN O&F*: & :+?HA8: + 98 ,&G&,8, &D* D7F88 DLH8: * D78 9+:&: *;D78&F P &?+(
3、8:：D78 *F8BF&? :DFKDKF+A E&F*，8&D78F *:&:D&( *; + 8+FAL &(8*K: &78F&D8, *F8 +, + *G8F(F*CD7 ?8D+?*FH7& F&?*F DC*B:D+(8: ?8D+?*FH7& (F*CD7；:DF*(AL *DF+:D&( P E&F*，C7&7 D78 9F&(7D P ,*?+&: ,8G8A*H8, C&D7& + 8+FAL &78F&D8,E&F*；+, 7*?*(88*K: *F C8+Q *DF+:D&( P E&F*N R8 +ALE8, D78 E&F*: C&D7 ,&;8F8D P :D
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6、8: ,&:HA+L: D78F+,&+D&* ,+?+(8 DF8, （MI6） ， C7&7 C8 &D8FHF8D D7+D 8+FAL &78F&D8, E&F*: 7+, 8SH8F&88, *?HA8D8 +8+A&( +, F8FL:D+AA&E+D&*,KF&( D78 KADF+7&(7 HF8:KF8 ?8D+?*FH7&:?N 678 :DFKDKF8: :7*C 9L &?+(8: *; A+:8FBM+?+ & + E&F* (F+& F8;A8D D78 ,&;8F8D?8D+?&D ,8(F88 & ,&;8F8D ,*?+&:，+, D78 ?8D+?&D ,8
7、(F88 & ,&;8F8D ,*?+&: ?K:D 98 H*:&D&G8AL *FF8A+D8, C&D7 $ +, 67*D8D: & D78 ,*?+&: ,K8 D* D7+D D78:8 ,*?+&: 7+, D78 :+?8 ?8D+?&D 7&:D*FLN*)F G70/! ! O&F*，+:8FBM+?+ :H8DF*:*HL，V8&:，$ADF+7&(7BHF8:KF8 ?8D+?*FH7&:?，I+9&8 J*KD+&:摘! 要! ! 我们对来自大别山榴辉岩带 00 个片麻岩样品的锆石进行了拉曼光谱研究， 这些研究集中在 011?0峰和它们的半高宽上。依据阴极发光 （P）
8、 图像特征， 锆石可分为三种结构类型：（0） 核边结构， 由一个老的岩浆锆石核和一个变质边构成， 也可由两期变质锆石构成； （2）P 不均匀强反差发光的锆石， 这些锆石的一些部位明显发亮， 这些发亮的部分是在早期岩浆锆石发育而来的； （=） P 总体是均匀的或弱反差发光锆石。在 P 图像的基础上， 我们用拉曼扫描的方法分析了这 = 类不同结构的锆石。011?0峰显示了相同或相似的图像特征， 而它们的半高宽图像有相同或相似的图像特征。峰和半高宽图像可以有一定差异。核边结构的和 P 不均匀强反差发光的锆石的 P 结构也反映在拉曼光谱的图像上， 半高宽的图像更相似于锆石的 P 图像。P 总体是均匀的
9、或弱反差发光锆石的拉曼光谱图像通常也是相对均匀的。00 个样品锆石的 011?0峰位值和它的半高宽落在放射破坏趋势上， 我们认为早期继承的锆石在超高压变质过程中发生了完全退火和重结晶。一粒锆石拉曼光谱图像的结构反映的是不同的部分蜕晶化程度的差异， 由于有相同的蜕晶化历史， 这些部分的蜕晶化程度与这些部分的 $ 和 67 含量应该是正相关的。关键词! ! 锆石；拉曼光谱；片麻岩；超高压变质作用；大别山中图法分类号! ! W4N =X；W4N =X4；W4Y+:N +N ! 引言锆石 #$%& 含量很高， 而 ( 含量极低， 因此成为一个理想的定年矿物。通过 #$%&$( 方法给出的锆石年龄可以赋
10、予含锆石地质体的地质含义。锆石结晶之后， 由于 #$%& 的放射性的破坏， 结晶的锆石会随时间逐渐蜕晶化。蜕晶化的结果是锆石晶体中出现大量的点缺陷和非晶态物质。研究锆石蜕晶化过程可以用 )$射线、 拉曼光谱和 %*+ 等方法。在 !, - !,./0!范 围 内，锆 石 的 拉 曼 谱 峰 主 要 有：112./0!、 324./0!、 536./0!、 784./0!、 !,6./0!（ 9&:;:?:A: ! #$=1,!；9&:; ! #$= 1,(） 。蜕晶化的锆石在之后的地质过程中， 如果受到变质作用被加热， 可 能 发 生 退 火 和 取 向 附 生 的 重 结 晶 （ BCDE:
11、FD:AGB.GH?E:AADI:EDJ;）（9&:;PQ 北大别杂岩； 1= 宿松群；N 0 O： 榴辉岩带；N：冷榴辉岩带；NN、 NNN、 ON、 O： 柯石英榴辉岩带。%： 太湖；R： 黄镇；S： 石马；T： 五庙；L： 菖铺；U： 岳西VD= !SD/CADWDB BJAJD.:A /:C ?&JXD;:?:A: 等 （1,!） YB;D?&:X Y+ !, 给出的参数进行校正。27,!刘景波等：大别山榴辉岩带片麻岩的锆石拉曼光谱研究表 ! 样品的矿物组合和锆石特征#$%& ! ()*+$& $,-%&$., $*/ 0)+12* 3$45+, 23 ,45/)/ .*),)1 ,$
12、-6&,样品岩石类型矿物组合!锆石形态和尺度788/%9!8绿帘二云片麻岩:& （;40 （7）= ?4 （!）= :* （）=A6 （）= B& = C6D EFFD!-:，AG，(388/%98绿帘黑云片麻岩:& （;40 （7）= H3, （!D）= ?4 （!D）=A6 （）= :* = I4 = C6FD EFJD!-AG88/%9!J!二云片麻岩:& （F40 （7）= H3, （!D）= :* （K）=?4 （!7）= A6 （F）= B1 （F）= C6!DD EF!-AG，:，(388/%9!KL绿帘黑云片麻岩:& （F40 （FD）= H3, （!D）= ?4 （!D）=
13、A6 （;） = :* = B1JD E;7D!-AG，:，(388/%9LJ多硅白云母片麻岩:& （FD）= 40 （FD）= H3, （FD）= :* = A6 = ($. = B&FD E!LD!-；M6，AG88/%9!多硅白云母片岩:* （JD）= :& （FD）= 40 （!D）JD E!D!-；AG，:88/%9!7多硅白云母片岩:* （K40 = ($.FD E7JD!-；M67DD!/%9FD多硅白云母片麻岩:& （FD）= H3, （40 （F）= :* （7）= ?4 （7）= N+4 = A6D E!D!-；:9M67DD!/%9F绿帘黑云片麻岩:& （F40 （7D）
14、= :* （7）= ?4 （FD） = A6 （）= B$& （）= B& （F）D E!D!-；:9M67DD!/%9FJ二云片麻岩:& （F）= H3, （40 （F）= :* （）= ?4 （!）= N+4 （F）D E740 （F）= N+4= C6 = ($.D E!40： 石英；C6： 榍石；B$&： 方解石；N+4： 石榴石。 !O 括号中的数字为矿物的体积含量； 7O AG： 等轴状；:： 短柱状， 长短轴比小于 !： 7；M6： 长柱状， 长短轴比 P!： F；(3： 多晶面。长柱状锆石的尺度沿长轴方向测量。F 研究样品锆石的拉曼谱峰! 个样品锆石 !DDK 和 FJ1-E!
15、峰位值和它们的半高宽之间的关系见图 7。各峰位值与其半高宽的负相关性很明显（图 7$、 %） ；峰之间 （图 71） 、 半高宽之间 （图 7/） 呈正相关。这与一般的观察一致。峰位值和半高宽代表了锆石蜕晶化程度的高低， 低的峰位值和宽的半高宽表明锆石的蜕晶化程度高， 这与锆石的Q、 # 含量和蜕晶化的时间长短有关。对大别山超高压岩石中的锆石， 我们用拉曼光谱既测试了早期残留岩浆锆石， 也测试了超高压的变质锆石。对于锆石 的蜕晶化特征， 一个需要回答的问题是早期残留岩浆锆石的蜕晶化程度记录的是 LDD R KDD($ 以来的形成特征， 还是超高压变质作用以后的特征， 或者 LDD R KDD(
16、$ 形成蜕晶化特征叠加了超高压事件的改造。我们可以利用图 F 的结果讨论这个问题。图 F 显示了大别山 ! 个样品的!DDK1-E!峰的峰位值和其半高宽反映趋势与 IS# （+$/)$4)2* /$-$.4+*/） 一致 （N),&+ ! #$O 7DD!$） 。IS# 是锆石生成以后没有经过任何退火和重结晶的蜕晶化演化趋势， 大别山的锆石反映了这一趋势特征， 表明早期残留岩浆锆石要么根本没有退火和重结晶， 要么在超高压变质中完全发生了退火和重结晶。!DDK1-E!峰的峰位值在很低的温度就开始发生恢复（N),&+ ! #$O 7DD!$） 。对于温度在 JDDTB 以上的大别山超高压高压、 超
17、高压岩石， 早期的岩浆锆石没有记录恢复和重结晶趋势，因此唯一的解释是早期残余的锆石在高压、 超高压的变质作用中发生了完全的退火和重结晶， 它们的蜕晶化程度记录的是超高压变质作用之后的。; BM 图像与拉曼谱峰图像锆石的 BM 图像通常被用来观察锆石的生长结构， 了解锆石中不同发光特征部位的成因特征。依据 BM 图像， 样品中的锆石大体分为三类： !、 锆石显示核边结构。一些的核是J8D!%&# !()$)*+&# ,+-+&# 岩石学报7DD， 7! （;）图 !： # $%&()$峰的峰位值和它的半高宽之间的关系；*： +,-()$峰的峰位值和它的半高宽之间的关系；：$%&和 +,-()$峰
18、的峰位值之间的关系；.： $%& 和+,-()$峰的半高宽之间的关系。/012： 半高宽；/3456478： 峰位值/9:; !# ：? $%& ()$7. 9 ?6AA B9.= =A? ) (C9(6( （/012） ；*：? +,- ()$7. 9 /012；：34A7=9D *4B447 $%& ()$7. +,- ()$*7.；.：34A7=9D *4? $%&)$7. +,-()$*7.;图+# $ 个样品锆石$%&()$峰的峰位值和它的半高宽关系。这个关系显示了放射破坏趋势 （EFG） ， 而没有任何变质加热改造的特征。/012： 半高宽；/3456478： 峰位值。/9:; +
19、 #H937 ?3( $ (DA4 DA97: 97 .97.(:4 347.（EFG）残留的岩浆锆石， 边是变质形成的；另一些是两期变质生长； !、 IJ 不均匀强反差发光的锆石。这些锆石的一些部位明显发亮， 这些发亮的部分切割早期的 IJ 结构；+、 锆石的IJ 总体是均匀的或弱反差发光， 它们可能主要是改造的岩浆锆石。图 K 分别显示了不同结构锆石的拉曼面扫描结果。核边结构锆石的拉曼光谱反映在图 K $ L$& 中， IJ 不均匀强反差发光的锆石反映在图 K $M L!M 中， IJ 总体均匀或弱反差发光的锆石反映在图 K +% LK% 中。从这些图上， 我们能得出以下一些认识： $、
20、前两类锆石 IJ 的结构能够在拉曼光谱图像中反映出来， 早期部分为蜕晶化程度高， 其半高宽较宽和峰位值较低 （图 K $%、 !K） ， 晚期部分蜕晶化程度低， 峰位值高， 半高宽窄。从这些图像上看， 锆石 IJ 发光特征与锆石蜕晶化特征存在某种关联；!、 IJ 总体均匀或弱反差发光的锆石 IJ 与拉曼光谱图像不显示相关性， 总体拉曼参数变化范围很小 （图 K +,） ；+、 拉曼峰位值和其半高宽反映出的图像特征有差异 （对比 ! 和 +、 , 和 -、 $K 和 $,、 $N 和 $&） ， 从数值上看， 这意味着同一峰位值有不同的半高宽。峰位值图像 （$%&()$和 +,-()$） 基本一
21、致， 它们的半高宽图像基本一致。因此， 半高宽和峰位值应该反映锆石蜕晶化程度的内容方面。半高宽图像与锆石 IJ 发光图像较峰位值图像更加吻合一致。,# 讨论和结论锆石 $%&()$和 +,-()$峰位值和半高宽反映了锆石的蜕晶化程度。在我们的样品中的拉曼光谱图像明显说明峰位值和半高宽的不一致性。峰位值和半高宽代表的含义是不同的。半高宽一般反映了结晶物质的结晶程度， 它反映了物质中结晶体的含量或非结晶物质的含量。对于锆石， 半高宽应该反映了锆石中蜕晶化物质的含量， 半高宽越宽， 蜕晶化物质的含量越高。峰位值一般反映的是结晶物质的特征， 峰位值的漂移与结晶物质的成分变化、 结构缺陷有关。NM%$刘
22、景波等：大别山榴辉岩带片麻岩的锆石拉曼光谱研究!#$!#$ %&#()(*+$ ,+-+$% 岩石学报&#， &$ （(）图 ! 锆石的拉曼光谱的面扫描结果# $#%： 核边结构的锆石。# $& （() $*） 、 + $#, （() $*） 、 #- $#%（() $#%+） 分别是三粒锆石。!、 +、 #& 显微照片； #.： #.% 峰位值和半高宽的关系； , 和 -、 * 和 &、 % 和 、 # 和 #,、 #! 和 #*、 #+ 和 #% 分别是峰位值和相应的半高宽； # $&： 核是残留的岩浆锆石； + $#% 两期变质锆石。# $,： /0 不均匀强反差发光的锆石； # $,-
23、： 锆石长 #-.!1； ,* $,： 锆石长#.!1； ,. 和,#、 , 和 ,- （,.#() $-+） 、 ,& 和 ,+、,% 和 , （,.#() $-.） 分别是峰位值和相应的半高宽。,!： #.% 峰位值和半高宽的关系；-. $!.： /0 总体是均匀的或弱反差发光的锆石。-. $-!： 锆石长#,.!1； -& $!.： 锆石长,-.!1； -# 和-,、 - 和-! （() $#） 、 -+ 和-%、 - 和!. （,.#() $-&） 分别是峰位值和相应的半高宽。-*： #.% 峰位值和半高宽的关系。2345 ! 06789 :616; 6;( /0 31648 739?
24、=;.#刘景波等：大别山榴辉岩带片麻岩的锆石拉曼光谱研究对于锆石， 峰位值主要反映了结晶锆石部分的结构缺陷， 包括沿 ! 轴和 轴的结构缺陷。沿 ! 轴的结构缺陷一般较易恢复， 在很低的温度可能发生， 沿 轴的结构缺陷较难恢复， 必须较高的温度 （#$%&$( )*)） ， 对于蜕晶化物质， 要想恢复到结晶体， 需要的温度也很高。大别山高压、 超高压变质作用发生的温度范围在 +* 到 ,*-. 的范围内 （.!(&/$ ! #$01223；45!6 1227；8(96$( ! #$0 )*:；; ! #$0 )*7；?!A! ! #$0 122,） ， 对比实验的结果 （如， B!CD ! #
25、$0 )*；#$%&$( )*)） ， 我们会发现在这样的温度条件下锆石无论是峰位值还是半高宽都开始恢复。经过高压、 超高压变质作用， 在地质过程的时间尺度上， 早期的残留岩浆锆石可以通过退火和重结晶完全恢复， 从大别山锆石的 1*,=E1峰位值和其半高宽落入 FG? 趋势上可以证明这一点。因此， 我们所看到的锆石峰位值和半高宽的拉曼光谱图像实际是记录高压、 超高压事件之后蜕晶化的结果。在同一时间尺度上， 锆石蜕晶化的程度实际反映了锆石的 H 和 ? 的含量变化。锆石不同区域峰位值和半高宽扫描图像的差异也因此反映了这些区域 H 和 ? 含量的差异。三类结构的锆石所反映的特征应该是： 10 两期
26、变质生长的锆石， 早期为超高压高 H 的变质锆石， 晚期为高压低 H 特征；)、 早期的岩浆残留锆石为高 H 特征， 增生的变质锆石为低 H特征； 7、 .I 不均匀强反差发光的锆石， 强发光的部分的蜕晶化程度较低。由于它们在岩浆锆石基础上发育而来， 因此它们在形成在过程中有 H 和 ? 含量有流失。这种过程最可能的地质含义是在流体的作用下形成的；:、 .I 总体是均匀的或弱反差发光锆石， 其 H 和 ? 的含量从拉曼光谱特征来看是相对均匀的， 但在一些锆石的边部， 在 .I 不显示特别的发光特征下， 仍然在拉曼光谱图像存在局部的蜕晶化程度很低的区域， 我们同样认为它们的形成与局部流体与锆石的
27、作用有关。通过对大别山超高压带片麻岩锆石拉曼光谱的研究可以看出， 当一粒锆石有明显不同特征 .I 发光结构特征时拉曼光谱也可以反映出这种结构特征。拉曼光谱给出的含义是不同.I 发光部分的蜕晶化程度不同， 这可以从蜕晶化发生的时间长短或 H 和 ? 含量的差异给予解释， 对于大别山， 我们认为这种差异由不同结构中 H 和 ? 含量的不同造成。早于超高压变质之前的锆石在超高压过程中进行了完全的恢复。!#$%&.!(&/$ GJ， 4 K(%$C 8L，M%&9C FN， B!% O0 12230 ?$(=9!(9=$A(69P Q$CD%A$R$!(%CD $9D%A$& %C A$ G!%$ O
28、9SCA!%C& 9P $CA(!.%C!0 L0 O$A!=9(QD$9C F?，M%$= U!C K(9C&/%V5，8$6&%$( F0 )*1!0W%C$A%& 9P A ($(6&A!%X!A%9C 9P Q!(A%!6 =$A!=%AX%(9C：! F!=!C &Q$A(9&9Q% &AS60 YS(0 L0 O%C$(!0 ，17：11+7E113+#$%&$( ?， H9C&5! O， ;$%D$9C F?， M%$= U!CK(9C&/%V50)*10I$! %PP$($CA%! ($(6&A!%X!A%9C 9P=$A!=%AX%(9CSC$($Q$(%=$CA!(9A%A
29、%9C&0.9CA(%0 O%C$(!0 8$A(90 ， 1:1： T7 E+T#$%&$( ?0)*)0&9A$C$P9(!A($R&A!D$($9U$(6Q(9$&086&0.! I，M$CX$ O，!U(! #，(=$( #，M$CX$ ? !C W9$( K0)*10 O$A!=%A%&!A%9C 9P C!AS(! X%(9C： !S=S!A%9C U$(&S& A%9!A%U%A6R%CS$!=!D$0.9CA(%0O%C$(!08$A(90 ， 1:1： 1)T E1:N!&! I，I$CD!S$( .I，Z!C!( LO，W(9CX J，M%(A6 JW，;$69SR#S%!
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