MIR 102 激光熔融加热系统

大别地质体双河地区与超高压榴辉岩关系密切的大别地质体双河地区与超高压榴辉岩关系密切的片麻岩类型有黑云母副麻岩和花岗正长麻岩两种。磷灰石和寄主片麻岩中大块碳的浓度和同位素组成可以采用EA-MS在线技术测定。采用XRD和FTIR技术对磷灰石内部碳酸盐结构进行了检测，尽管这些片麻岩中的δ18O值从-4.3‰到+10.6‰不等，但是在磷灰石中观察到的CO2中碳浓度为0，70-4.98wt.%，δ13C的值在-28.6‰到-22.3‰之间。片麻岩内部数十米尺度范围内的δ13C和δ18O均存在明显的非均质性，说明超高压变质后存在二次变质。部分的片麻岩以δ13C贫化为主，但在超高压变质作用下，富集δ13C的CO2流体流动导致碳酸盐中碳含量升高。片麻岩中δ13C贫碳被解释为其前身在板块俯冲前遭受了大气热液蚀变，磷灰石中δ13C值低以及结构碳酸盐含量低，说明超高压变质流体中存在贫δ13C 的CO2。贫δ13C 的CO2无疑是超高压变质过程中地下流体有机物氧化的产物。 花岗岩正长岩的两个样品锆石的δ18O值较低，在-4.1‰ 到-1.1‰之间，说明其原岩在岩浆结晶前的18O中已明显耗竭。18O贫锆石U-Pb不整合年代为花岗正长岩原岩724-768 Ma的新元古代，与大别苏鲁造山带大部分榴辉岩和正长岩的原岩年龄一致。因此，大气热液蚀变直接发生在新元古代中期，可能与罗丁岛超大陆断裂和雪球事件有关。因此推断火成岩的花岗质正片麻岩原岩和榴辉岩会沿着新元古代扬子板块的北部边缘，侵入到年长序列作曲沉积黑云副片麻岩和一些榴辉岩的原岩中,推动当地大气热液循环系统使得13C和18O与这些暴露在大别山岩层的超高压岩石相作用。

对苏禄造山带桃坑地区超高压榴辉岩和花岗片麻岩进行了锆石U-Pb测年、矿物Sm-Nd等时测年和O、H同位素分析。除了异构18 O损耗露头规模,矿物对氧同位素温度测量表明,在榴辉岩相820到560°C下可得耐火石榴石和锆石，且保存平衡分馏。锆石的超高压变质岩有低δ18O值-1.3至4.2‰,低于正常的地幔中锆石5.3±0.3‰。U-Pb不谐合曲线18O贫锆石原岩和变质岩年份分别为770±23Ma和214±9Ma。因此，18O贫锆石结晶自中新元古代低18O岩浆，其前驱体在活动裂隙区熔融前经历了高温大气热液蚀变。采用气相色谱-质谱在线技术测定了氢同位素组成和水浓度。结果显示所谓的无水矿物δD值为-121 - 为58‰，羟基类矿物质的值为-62‰羟基轴承矿物质，与超高压变质火成岩原岩经高温蚀变、重熔后加入大气水相一致。在所谓的无水矿物中，以分子水和结构羟基的形式检测到百万分之百的水，给深层俯冲大陆地壳含水量(除了含水矿物)估算提供了一个重要的依据。一个Gt-Wr-Pl Sm-Nd等时线年代为214±10Ma,与锆石U-Pb测年和对应的O同位素等时线的结果相吻合。因此，这两个年龄都可以解释为高压榴辉岩相在初次掘出时再结晶的时间。锆石过度生长和Nd-O同位素再平衡的流体呈现过程在这一退行期表现明显。另一方面，对应于石榴石和钾长石中O同位素之间的不平衡状态，得到了一个Gt-Kfs Sm-Nd 等时线164±11Ma,。这一时期晚于三叠纪碰撞造山运动，因此与大陆俯冲和掘出的过程没有关系，表明碰撞后阶段的流体活动受限制。因此，高变质岩中共存矿物间的O同位素平衡或不平衡状态，为矿物Sm-Nd定年的有效性提供了直接的检验。

对苏鲁造山带超高压变质岩进行了氧同位素研究。目标样本包括深达200至4000米的各种岩性(主要是榴辉岩和片麻岩)，岩性之间有五个连续的岩心段。结果显示矿物成分中的δ18O的值从10.41-9..63‰不等。榴辉岩和片麻岩频繁交替的岩层中，不同的δ18O值的变化是渐进的,与岩性无关。石英与其他矿物之间存在平衡和不平衡O同位素分馏现象。需要特别注意的是相邻样本之间δ18O值与距离之间的关系。结果表明对应于大陆碰撞期间产生的*流体流动性，不同岩性和相同岩性的O同位素在20 ~ 50cm的尺度上存在异质性。在掘出过程中，角闪石逆变质作用引起了部分矿物的矿物反应和O同位素间的不平衡。δ18O与岩相在榴辉岩和片麻岩接触处存在明显变化，也能反映不同岩相之间流体活动比较活跃。尽管逆行现象普遍存在，但逆行流体在稳定同位素组成中具有内部缓冲作用。逆行液起源于氘核，由结构羟基的减压析出液衍生而来。虽然局部外部流体在断层及岩性变化带存在，但是它仍以内部原始形式存在于被掘出的板岩中。角闪石相后退后也发生了流体流动，但只影响长石和云母的O同位素组成。前元形态学原岩推断异构δ18O值是由于不同程度的大陆碰撞之前大气水岩相互作用。δ18O值存在的最低深度可达3300米，大别苏禄造山带地表露头岩石有大面积δ18O残留，新元古代华南地块北缘至少有6.6万km3的超地壳岩石与大气水相互作用。

对于红外激光系统和紫外激光系统, 由于它们加热样品的反应机理完全不同, 决定了它们在稳定同位素地球化学分析中的不同使用范围。根据对CO2 激光系统分析地球化学样品的实践, 发现对结果产生干扰的因素有:(1)石英的粒径效应;(2)微量样品接收电压过低;(3)分子筛的吸附能力;(4)系统中的吸附水;(5)14N19F+对δ17O 值的影响。由于石英的粒径效应而导致细粒石英(粒径<250 μm)的δ18O 值偏低, 可以采用不聚焦激光的快速加热法来解决。由于样品量太少而决定了样品气体接收电压过低, 导致δ18O 值出现系统偏高或偏低, 可以利用校正曲线对结果进行校正。分子筛吸附性能的下降会产生氧同位素的分馏, 因此确定分子筛的使用寿命非常重要。系统中的吸附水利用氟化物试剂预氟化来去除, 重要的是应避免在预氟化的过程中产生大量的HF 腐蚀激光系统的BaF2 窗口玻璃并与部分矿物样品发生反应。

我室采用MIR-10 型CO2 激光器, 在一种富BrF5 的氛围中使激光对硅酸盐和氧化物矿物样品加热形成O2 ,经多次纯化后用5 的分子筛吸收, 再直接送至气体质谱仪进行氧同位素比值测定。这个实验流程与传统方法相比的改进不仅在使用激光加热技术及样品的放置上, 而且在直接采用O2 而不是CO2 进行质谱测定。采用O2 进行直接分析的优点不仅避免了向CO2 转化过程中的潜在同位素分馏, 而且能够得到样品的δ17O 值, 因此为宇宙样品分析提供了可能。CO2 激光氟化技术的优点是所需样品量小(可低达1～ 2 mg), 因此能够分析微小岩石区域或单矿物晶体内的氧同位素分布。同时, 激光可以达到非常高的温度(>4 000K), 因此能够对某些难熔矿物(如锆石、蓝晶石、橄榄石等)进行氧同位素分析。