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篇1

關(guān)鍵詞：信號(hào)采集；LabVIEW；LabVIEW RT；虛擬儀器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302(2012)03-0082-03

Design of Multi-functional signal acquisition based on LabVIEW and multi-channel timing counter / trigger

WANG Jing

(Aircraft Strength Research Institute of China , Xi’an 710065, China)

Abstract: With the development of virtual instrument count, the idea of software as a device has become the development trend of the research equipment needs. Using of existing hardware platform, the design and implementation methods based on LabVIEW virtual instrument are proposed. The virtual instrument can not only achieve up to 24 channels above channel synchronous and asynchronous accurate count function, and can also be used to complete the controlled interaction of timing trigger and signal acquisition, and storage, display and playback test data. The test proves that the combination of the device software concept and the realization of the virtual instrument, this method can significantly increase the utilization of existing equipment and save research costs.

Keywords: signal collection; the LabVIEW; LabVIEW RT; virtual instrument

0 引 言

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，虛擬儀器(Virtual Instrument，VI)[1]技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。

LabVIEW和C、DELPHI等一樣，是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，但其最大的區(qū)別在于使用了圖形化的編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)。LabVIEW可以依托高性能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量控制，并可根據(jù)需求快速實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軟件化、虛擬化，以滿足多種多樣的應(yīng)用需求[2]。

設(shè)備的軟件化、虛擬化已經(jīng)成為現(xiàn)代測(cè)控的發(fā)展方向。它不僅可以提高設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)效率，同時(shí)還可以大大節(jié)省硬件投入成本，提升已有硬件資源的利用率。因此，本文提出了基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

為了更好地應(yīng)用擴(kuò)展性，提高系統(tǒng)采集和執(zhí)行精度，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了上、下位機(jī)的機(jī)構(gòu)。

上位機(jī)采用普通PC機(jī)或通用工控機(jī)，預(yù)裝Windows XP操作系統(tǒng)，主要運(yùn)行虛擬儀器的人機(jī)交互界面。

下位機(jī)預(yù)裝LabVIEW RT系統(tǒng)，運(yùn)行測(cè)量與控制程序。其硬件組成主要有PXI-1045機(jī)箱、PXI-8108控制器、PXI-6608板卡、PXI-6229板卡，以及外部硬件信號(hào)條例模塊。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要包括硬件和軟件兩部分，主要工作流程如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

圖2 系統(tǒng)主要工作流程圖

2.1 硬件的組成及工作原理

硬件系統(tǒng)主要由普通PC機(jī)或工控機(jī)、PXI機(jī)箱及匹配的控制器、板卡，以及外部信號(hào)調(diào)理模塊組成。

硬件系統(tǒng)的工作原理比較直觀，通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊，將信號(hào)源轉(zhuǎn)換為板卡可接入的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)對(duì)板卡工作模式的設(shè)定，來(lái)完成同步、異步的定時(shí)器計(jì)數(shù)、觸發(fā)和數(shù)據(jù)采集工作。

2.2 軟件的組成及設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)。其中，上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)采用的是Windows XP操作系統(tǒng)平臺(tái)和LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。下位機(jī)軟件則基于LabVIEW RT操作系統(tǒng)平臺(tái)和LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)用了兩種不同的通信編程方法。對(duì)于試后數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用，例如定時(shí)器高速計(jì)數(shù)方式，采用了共享變量方法；對(duì)于過(guò)程數(shù)據(jù)的采集，使用了基于TCP/IP的通訊編程。

2.2.1 上位軟件

上位軟件主要完成人機(jī)交互功能，對(duì)虛擬儀器進(jìn)行配置與使用，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、保存及回放等操作，其上位軟件的主界面如圖3所示。

圖3 上位軟件主界面

軟件在首次使用或有硬件配置更改的情況下，需要對(duì)硬件進(jìn)行資源配置、使用配置、初始化操作。例如定時(shí)計(jì)數(shù)器的使用配置，如圖4所示。

圖4 上位軟件定時(shí)計(jì)數(shù)器的使用配置

2.2.2 下位軟件

下位軟件負(fù)責(zé)按照上位軟件對(duì)各板卡的配置和模式設(shè)定情況進(jìn)行初始化，并根據(jù)上位軟件啟動(dòng)、停止等指令執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和定時(shí)器計(jì)數(shù)與觸發(fā)工作。

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，模擬信號(hào)量的檢測(cè)和采集使用Queue[3]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以保證程序運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)丟失或復(fù)制數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，但對(duì)于定時(shí)計(jì)數(shù)板卡PXI-6608的應(yīng)用方式，將直接導(dǎo)致多路定時(shí)計(jì)數(shù)采集的成敗。

對(duì)于PXI-6608板卡的應(yīng)用，在多種計(jì)數(shù)模式中，“CI兩個(gè)邊沿的間隔”方式比較特殊，且在用于多個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器(具體個(gè)數(shù)取決于PXI-6608板卡的使用個(gè)數(shù)及每塊板卡選用的定時(shí)計(jì)數(shù)器數(shù)量)同步采集時(shí)，根據(jù)使用方法的不同，會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果。因此，在該虛擬儀器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要講述“CI兩個(gè)邊沿的間隔”方式的兩種使用方法和特點(diǎn)，以及DI/O使用中值得注意的問(wèn)題。

2.2.2.1 “CI兩個(gè)邊沿的間隔”方式計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法及其對(duì)比

第一種使用方法是采用計(jì)數(shù)器單采樣方式，其配置和使用方法如圖5所示，圖中的常量參數(shù)可根據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行修改。

圖5 計(jì)數(shù)器單采樣方式的配置和使用方法

該方法的特點(diǎn)如下：

（1）配置和使用簡(jiǎn)單，在進(jìn)行數(shù)量較少且為單點(diǎn)計(jì)數(shù)時(shí)，可以采用該方法，但通道傳輸方式的設(shè)置在該方法下將不起作用.

（2）對(duì)每個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器只能采集一個(gè)時(shí)間，且可同時(shí)采集的數(shù)量與板卡和選用的定時(shí)器組合方式有關(guān)。例如同時(shí)對(duì)3塊PXI-6608板卡的24個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)行并行采集時(shí)，能成功采集的定時(shí)器數(shù)量不會(huì)超過(guò)12個(gè)；

(3)在進(jìn)行多路定時(shí)計(jì)數(shù)器的采集過(guò)程中，若同步采集的定時(shí)器中有任何一個(gè)產(chǎn)生超時(shí)錯(cuò)誤，則將導(dǎo)致其后的所有采集任務(wù)全部超時(shí)。

第二種使用方法是采用計(jì)數(shù)器多采樣方式，其配置和使用方法如圖6所示，圖中的常量參數(shù)可根據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行修改。

圖6 計(jì)數(shù)器多采樣方式配置和使用方法

該方法的特點(diǎn)如下：

（1）可根據(jù)使用需要，對(duì)通道傳輸方式進(jìn)行設(shè)定，如中斷方式、DMA方式等。使用該方法，可以使任意通道數(shù)的定時(shí)計(jì)數(shù)器同步采集；

（2）各定時(shí)計(jì)數(shù)器采集任務(wù)互不影響；

（3）對(duì)每個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器可以進(jìn)行單個(gè)時(shí)間或多個(gè)連續(xù)時(shí)間的計(jì)數(shù)采集。

2.2.2.2 PXI-6608板卡DI/O的使用

PXI-6608板卡處理進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)的采集外，還可以初始化為DI/O方式，完成5V TTL的輸入/輸出。在使用配置時(shí)，需要注意占空比的設(shè)定，否則可能無(wú)法達(dá)到5V電壓的輸出。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的虛擬儀器，不僅配置和使用靈活，而且在大大節(jié)省科研成本投入的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了設(shè)備的利用率。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，首次在實(shí)際應(yīng)用中使用了高達(dá)20多路定時(shí)計(jì)數(shù)器并行采集，實(shí)現(xiàn)了多路定時(shí)器同步計(jì)數(shù)的方法，在工程應(yīng)用中，具有一定借鑒意義。此外，從虛擬儀器的角度，同時(shí)突破了傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備在硬件構(gòu)成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及測(cè)量方法中的限制，做到了設(shè)備的軟件化、虛擬化，在未來(lái)的科研、生產(chǎn)中將具有更廣闊的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王宏典.虛擬制造計(jì)數(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2]張凱，郭棟.LabVIEW虛擬儀器工業(yè)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

[3]楊樂(lè)平，李海濤，趙勇，等.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[4] 賀天柱,孫喻虛擬儀器技術(shù)及其編程語(yǔ)言LabVIEW. 現(xiàn)代電子技術(shù),2005(15):69-71.

篇2

關(guān)鍵詞：鋯石；U－Pb年代學(xué)；f同位素；麻粒巖相變質(zhì)作用；下地殼；幕式生長(zhǎng)；前寒武紀(jì)；華北克拉通

中圖分類(lèi)號(hào)：P5883 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：672－656（202）04－000－11

0引言

大陸地殼的形成一般歸結(jié)為2個(gè)典型的板塊構(gòu)造位置，即活動(dòng)大陸邊緣和板內(nèi)［］。其中，板內(nèi)的大陸生長(zhǎng)與地幔柱的巖漿板底墊托作用或巖漿底侵作用（magmatic underplating）有關(guān)，而板緣的大陸生長(zhǎng)則主要通過(guò)俯沖增生和弧陸碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而且，會(huì)聚大陸邊緣通常被認(rèn)為是下地殼增生（包括幔源巖漿板底墊托作用和俯沖增生）的主要場(chǎng)所［2］。然而，很少有實(shí)例是來(lái)自活動(dòng)大陸邊緣的下地殼包體［2－3］。

麻粒巖包體和麻粒巖地體（尤其是高壓麻粒巖）通常被認(rèn)為是透視下地殼的窗口［2］。高壓麻粒巖通常被認(rèn)為代表高級(jí)的變基性巖，并以單斜輝石+斜長(zhǎng)石+石榴子石+石英等礦物組合為主要特征［4－6］， 至于其他次要礦物如角閃石和藍(lán)晶石等是否出現(xiàn)，取決于水活度和全巖成分［7］。高壓麻粒巖不同于榴輝巖的是其礦物組合中含有斜長(zhǎng)石和（或）貧硬玉分子的單斜輝石，而中壓麻粒巖不同于高壓麻粒巖的主要特征是其礦物組合中含有斜方輝石，但是高壓麻粒巖在峰期之后減壓過(guò)程中可能會(huì)形成以后成合晶冠狀體形式存在的斜方輝石［7］。高壓麻粒巖出露相當(dāng)廣泛，從古元古代（如華北恒山雜巖［8］）到新生代（如喜馬拉雅山脈）的諸多大陸碰撞造山帶中均有報(bào)道。前人研究結(jié)果顯示，當(dāng)變質(zhì)溫度超過(guò)800 ℃時(shí)，變質(zhì)壓力可能超過(guò)4 GPa［5］，這意味著加厚地殼（或俯沖地殼）的下部經(jīng)歷了高溫作用。另外，高壓麻粒巖有時(shí)也與中溫榴輝巖共生，如華力西造山帶［9］。在特定地帶鑒定出高壓麻粒巖有助于對(duì)涉及大陸碰撞及相關(guān)過(guò)程中下地殼演化的認(rèn)識(shí)，而對(duì)高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的巖石學(xué)觀察和年代學(xué)測(cè)定對(duì)理解變質(zhì)作用和下地殼演化之間的關(guān)系至關(guān)重要。但是，獲得精確的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的時(shí)代往往比較困難。這種困難主要來(lái)自于后期多階段變質(zhì)作用疊加以及相關(guān)過(guò)程導(dǎo)致的礦物間同位素體系（尤其是Sm－Nd和Rb－Sr）的重置或不平衡，因此影響了對(duì)巖石的形成過(guò)程和構(gòu)造背景的認(rèn)識(shí)。

在過(guò)去的20年里，眾多研究者對(duì)華北克拉通前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和下地殼包體巖石開(kāi)展了大量的巖石學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)和地質(zhì)年代學(xué)研究，并在其形成和演化上獲得了若干重要進(jìn)展，進(jìn)一步將華北克拉通變質(zhì)基底劃分為東部陸塊、西部陸塊及分割東部和西部陸塊的中部造山帶［0－］。目前就東、西部陸塊沿中部造山帶在大約85 Ga完成克拉通拼合已經(jīng)達(dá)成共識(shí)［0－7］。拼合完成之后，在6～85 Ga期間，克拉通內(nèi)部和邊緣經(jīng)歷了一系列的拉張和裂谷事件，形成了伴隨有鎂鐵質(zhì)巖漿群侵位的拗拉槽和邊緣裂谷盆地，發(fā)育有斜長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖紋長(zhǎng)二長(zhǎng)巖環(huán)斑花崗巖套和A型花崗巖，以及超鉀火山巖的噴發(fā)［7－22］。值得注意的是，目前已報(bào)道的古元古代高壓麻粒巖相變質(zhì)作用主要來(lái)自于中部造山帶［8，0－3，23］，而東部陸塊僅在膠東和信陽(yáng)地區(qū)見(jiàn)有零星報(bào)道［24］。此外，對(duì)華北克拉通古元古代高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的構(gòu)造背景還存在2種不同的解釋：一種觀點(diǎn)認(rèn)為這些高壓麻粒巖形成于東、西部陸塊拼合的碰撞造山環(huán)境中［8，－4］；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為它們是古元古代地幔柱活動(dòng)的產(chǎn)物［8－20，24］。存在爭(zhēng)議的一個(gè)重要原因是對(duì)高壓麻粒巖相變質(zhì)作用缺少直接的巖石學(xué)和年代學(xué)觀察，尤其是在華北克拉通東南緣或東部陸塊的南部。目前，在所研究的區(qū)域，僅見(jiàn)高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的巖石學(xué)證據(jù)和模糊的（晚）古元古代年齡的分開(kāi)報(bào)道。最近，Xu等在徐州—宿州地區(qū)發(fā)現(xiàn)了榴輝巖（類(lèi)）捕虜體，認(rèn)為它們是華北克拉通鎂鐵質(zhì)下地殼在大約220 Ma時(shí)構(gòu)造加厚形成的［25－27］。

關(guān)于華北克拉通的形成與演化，雖然受到廣泛關(guān)注并日益引起國(guó)內(nèi)外研究者的興趣，但是大部分研究都集中于華北克拉通內(nèi)部、北部和東、西陸塊結(jié)合帶或中部造山帶，而東南緣下地殼的形成與演化研究則顯得較薄弱。華北克拉通東南緣出露的變質(zhì)基底（五河變質(zhì)雜巖）和下地殼包體巖石無(wú)疑為這一研究提供了極好的天然實(shí)驗(yàn)室。最近的研究結(jié)果顯示，五河變質(zhì)雜巖中的變基性巖經(jīng)歷了80～90 Ga的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用［28－29］。徐州—宿州一帶中生代侵入體中包體的巖石學(xué)、年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究也表明，這些包體大部分形成于24～25 Ga并經(jīng)過(guò)大約8 Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用［25－29］。但是，有關(guān)研究區(qū)下地殼巖石的成因、形成與演化仍是亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題。

為了更好地了解華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)地殼（尤其是下地殼）的形成和演化過(guò)程，筆者根據(jù)近年來(lái)對(duì)蚌埠地區(qū)出露的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和宿州附近夾溝中生代閃長(zhǎng)斑巖中捕虜體的研究成果和進(jìn)展，結(jié)合研究區(qū)已發(fā)表的相關(guān)資料，總結(jié)了華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)幕式地殼生長(zhǎng)和多期變質(zhì)作用與改造的巖石學(xué)和年代學(xué)證據(jù)。

地質(zhì)背景

華北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，保留有大于36 Ga的古老地殼物質(zhì)殘留［30］。地理位置上，華北克拉通西接祁連造山帶，北鄰天山—內(nèi)蒙—大興安嶺造山帶；在南端，秦嶺—大別—蘇魯造山帶把華北克拉通和揚(yáng)子克拉通分開(kāi)（圖［26］）?；谀甏鷮W(xué)、巖石組合、構(gòu)造演化和P－T－t軌跡的不同，將華北克拉通劃分為東部陸塊、西部陸塊及夾于其中的中部造山帶［8，0，9，3］。筆者研究的蚌埠和徐州—宿州地區(qū)位于華北克拉通東部陸塊的東南緣，距蘇魯造山帶西端的郯—廬斷裂帶以西約00 km，距大別造山帶北端約300 km （圖）。區(qū)內(nèi)變形的新元古代和古生代蓋層，以及晚太古代到古元古代的變質(zhì)基底侵入有大量小的中生代侵入體（如夾溝、班井和利國(guó)巖體；圖）。這些中生代侵入體主要由閃長(zhǎng)質(zhì)和二長(zhǎng)閃長(zhǎng)質(zhì)斑巖組成。研究區(qū)的前寒武紀(jì)變質(zhì)基底主要出露在蚌埠地區(qū)（常稱為“五河變質(zhì)雜巖”或“五河群”［32］），并且被中生代含石榴子石花崗巖所侵入［圖2（a）］；而中生代侵入體中含有大量下地殼或幔源包體或捕虜體［25－26，29，33－34］ ［圖2（b）］的徐州—宿州地區(qū)則無(wú)變質(zhì)基底出露。近期研究表明，變質(zhì)基底出露區(qū)（荊山、懷遠(yuǎn)和鳳陽(yáng)等地）發(fā)育的含石榴子石花崗巖主要是由華南三疊紀(jì)俯沖陸殼巖石在59 Ma左右發(fā)生部分熔融形成的［35－36］。

研究區(qū)變質(zhì)基底的巖石類(lèi)型主要有（含石榴）斜長(zhǎng)角閃巖、榴閃巖、石榴麻粒巖和片麻巖等；下地殼包體的巖石類(lèi)型主要有（含石榴）斜長(zhǎng)角閃巖、榴閃巖、石榴角閃石巖、石榴麻粒巖、含石榴角閃斜長(zhǎng)片麻巖和花崗片麻巖等。此外，包體中還有含尖晶石石榴單斜輝石巖、含金云母單斜輝石巖和含尖晶石二輝石巖等形成于古生代（（393SymbolqB@ 7）Ma）的幔源巖石，指示北秦嶺向東延伸到華北克拉通東南緣（至少到安徽宿州地區(qū)）以及在華北克拉通與揚(yáng)子克拉通之間存在一個(gè)已消失的新元古代洋殼［33］。

研究區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石（五河變質(zhì)雜巖），主要出露于“蚌埠隆起”區(qū)（如荊山、懷遠(yuǎn)和鳳陽(yáng)等地），巖石類(lèi)型主要有含石榴斜長(zhǎng)角閃巖、榴閃巖、石榴麻粒巖和片麻巖等。石榴斜長(zhǎng)角閃巖呈構(gòu)造巖塊或條帶狀產(chǎn)于不純的大理巖中［29，34－36］，兩者之間呈構(gòu)造接觸關(guān)系，反映了它們?cè)瓗r的不同以及可能具有不同的演化歷史，它們的原巖分別為巖漿巖和沉積巖。石榴斜長(zhǎng)角閃巖（如樣品07FY0）主要由石榴子石、斜長(zhǎng)石和角閃石以及少量單斜輝石、榍石和微量金紅石等礦物組成（圖3（a）、（c）［29］）。石榴子石在成分上是均一的，為鐵鋁榴石鎂鋁榴石鈣鋁榴石固溶體，錳含量較低。斜長(zhǎng)石有3種產(chǎn)出形式：以包裹體形式產(chǎn)于石榴子石中；以后成合晶形式與綠角閃石共生；以基質(zhì)形式產(chǎn)出。富鈦的棕色角閃石通常以包裹體形式產(chǎn)于斜長(zhǎng)石［圖3（b）［29］］或基質(zhì)中，TiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后文同）高達(dá)

382%；而產(chǎn)于基質(zhì)中或與斜長(zhǎng)石共生產(chǎn)于后成合晶中［圖3（c）］的綠色角閃石幾乎不含Ti?；|(zhì)中殘留的單斜輝石為透輝石。榴閃巖［圖3（d）、（e）］主要由石榴子石、角閃石、斜長(zhǎng)石和石英等組成，石榴子石在成分上相對(duì)均一，類(lèi)似于樣品07FY0的石榴子石組成；角閃石有2期，分別為早期的棕色高鈦角閃石和晚期的綠色低鈦角閃石，這些特征暗示榴閃巖樣品也經(jīng)歷了類(lèi)似的高壓麻粒巖相變質(zhì)作用及后期變質(zhì)作用疊加。石榴麻粒巖的主要礦物組合為石榴子石+單斜輝石+斜長(zhǎng)石+角閃石［圖3（f）］，這種礦物組合指示其經(jīng)歷了高壓麻粒巖相變質(zhì)作用［4－6］。

研究區(qū)下地殼包體的巖石類(lèi)型很豐富，如（含石榴）斜長(zhǎng)角閃巖、榴閃巖、石榴角閃石巖、石榴麻粒巖、含石榴角閃斜長(zhǎng)片麻巖和花崗片麻巖等（圖4［29，33］）。其中，石榴斜長(zhǎng)角閃巖（如樣品07JG2）主要組成礦物為石榴子石、斜長(zhǎng)石、角閃石、金紅石、石英以及少量單斜輝石［圖4（b）、（d）、（e）］。石榴子石晶體在尺度上為毫米級(jí)別，成分相對(duì)均一，為鐵鋁榴石鎂鋁榴石鈣鋁榴石固溶體。斜長(zhǎng)石有3種產(chǎn)出形式：以包裹體形式產(chǎn)于石榴子石中；以后成合晶形式與單斜輝石和（或）角閃石共生；以基質(zhì)形式產(chǎn)出。大部分金紅石已退變?yōu)殁佽F礦，單斜輝石被以角閃石+斜長(zhǎng)石組成的后成合晶結(jié)構(gòu)所替代［圖4（d）、（e）］。有時(shí)可見(jiàn)裂隙中鉀長(zhǎng)石等礦物的分布［圖4（b）］，可能指示晚期的溶體交代作用結(jié)果。

石榴麻粒巖（如樣品07JG4、08JG5）主要組成礦物為石榴子石、斜長(zhǎng)石、角閃石、單斜輝石、石英、金紅石、榍石和少量綠泥石［圖4（a）、（f）～（h）］。單斜輝石為透輝石，有2種產(chǎn)出形式：與金紅石和石英共生，以包裹體的形式產(chǎn)出于石榴子石和榍石中；以殘晶形式與斜長(zhǎng)石和角閃石共生產(chǎn)于后成合晶中。透輝石局部被綠泥石所交代［圖4（f）］。含有金紅石和角閃石針狀出溶體的單斜輝石有時(shí)含有角閃石退變邊［圖4（g）］。石榴子石的典型特征是含有定向的針狀金紅石出溶體［圖4（g）］，成分上類(lèi)似于樣品07JG2的石榴子石。長(zhǎng)石主要以基質(zhì)或后成合晶形式存在［圖4（f）］?；|(zhì)中的金紅石部分被鈦鐵礦所替代。

含石榴角閃斜長(zhǎng)片麻巖（如樣品07JG32）［圖4（c）］主要礦物組合為石榴子石+斜長(zhǎng)石+角閃石+金紅石，金紅石部分退變?yōu)殁佽F礦，石榴子石被斜長(zhǎng)石+角閃石后成合晶所環(huán)繞。此外，石榴角閃石巖的主要組成礦物為石榴子石、角閃石、金紅石［圖4（i）］：石榴子石有2期，包括具有針狀金紅石出溶體的早期石榴子石和晚期深色石榴子石；角閃石也有2期，分別為早期的褐色富鐵、高鈦角閃石和晚期的綠色低鈦角閃石。

不同樣品中的角閃石是按照Leake等的分類(lèi)方案［37］來(lái)命名的。棕褐色、富TiO2角閃石為韭閃石和鐵質(zhì)韭閃石，而綠色、低TiO2的角閃石為鎂質(zhì)綠鈉閃石和淺閃石［圖3（b）、（e），圖4（i）］。表明這2類(lèi)角閃石分別形成于不同的變質(zhì)條件下，如麻粒巖相和角閃巖相條件下，因?yàn)榍叭搜芯恳炎C明角閃石中Ti含量隨變質(zhì)程度的增加而升高［6，38］。這種差別也得到了巖相學(xué)證據(jù)的支持：綠角閃石產(chǎn)出于后成合晶中，而棕褐色角閃石以包裹體形式產(chǎn)出。有些樣品中含有較多的富鈦角閃石，可能反映了它們不同的原巖成分。根據(jù)電子探針成分分析，不同類(lèi)型的角閃石可能形成于不同的變質(zhì)條件下（圖5［39］），`這進(jìn)一步證明本區(qū)下地殼巖石經(jīng)歷了多期變質(zhì)疊加與改造過(guò)程。

綜上所述，無(wú)論是變質(zhì)基底還是下地殼包體巖石，它們大多數(shù)（除下地殼上部的巖石以外）都含有石榴子石、單斜輝石、金紅石、斜長(zhǎng)石和石英等峰期礦物組合，指示形成于高壓（大約 GPa）麻粒巖相條件下［40］。另外，這些樣品缺少諸如藍(lán)晶石和硅線石之類(lèi)的富鋁礦物相，表明其原巖為巖漿巖而非沉積巖成因［4］?；谏鲜鲲@微結(jié)構(gòu)觀察和礦物之間的關(guān)系，至少可以區(qū)分出峰期高壓麻粒巖相（石榴子石+斜長(zhǎng)石+單斜輝石+石英+金紅石±富鈦角閃石）變質(zhì)礦物組合，以及后期角閃巖相（斜長(zhǎng)石+綠角閃石+鈦鐵礦+榍石）和綠片巖相（綠泥石+方解石+磁鐵礦）等退變質(zhì)礦物組合。因此，研究區(qū)前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石以及大多數(shù)下地殼包體巖石所經(jīng)歷的最高變質(zhì)條件為高壓麻粒巖相。礦物組合與初步的溫壓計(jì)算結(jié)果表明，高壓麻粒巖相變質(zhì)階段溫度和壓力分別為800 ℃～860 ℃和0～2 GPa［29］。但是，由于緩慢冷卻，尤其是可能經(jīng)歷了緩慢折返作用的巖石（如樣品07FY0），而導(dǎo)致礦物的Fe－Mg交換或重置［42］，所計(jì)算的溫度有可能代表高壓麻粒巖相變質(zhì)階段的最小估計(jì)值［43］。

3幕式地殼生長(zhǎng)與多期改造的年代學(xué)和f同位素證據(jù)

由于受到后期多階段變質(zhì)作用疊加的影響，Sm－Nd和Rb－Sr同位素體系發(fā)生了重置和（或）礦物之間的同位素不平衡，往往難以準(zhǔn)確測(cè)定不同變質(zhì)階段的時(shí)代，而鋯石無(wú)疑是理想的定年礦物。鋯石是一種難熔礦物，具有很低的Pb擴(kuò)散速率［44］，因而高級(jí)變質(zhì)巖中鋯石常常能保留多期次的巖漿作用和變質(zhì)作用記錄［45－49］。因此，鋯石的原位U－Pb定年是獲得經(jīng)歷過(guò)復(fù)雜演化過(guò)程和多期變質(zhì)作用巖石可靠時(shí)代的有效方法。但是，由于物理化學(xué)條件變化和每期變質(zhì)時(shí)間長(zhǎng)短的不同，導(dǎo)致早期的鋯石結(jié)構(gòu)發(fā)生改變和（或）新的鋯石生長(zhǎng)，從而造成高級(jí)變質(zhì)巖中的鋯石結(jié)構(gòu)顯示較大的變化性和復(fù)雜性［50］。鋯石中的變質(zhì)礦物包裹體能把年代學(xué)結(jié)果和變質(zhì)作用直接聯(lián)系起來(lái)，而對(duì)于那些反映巖石復(fù)雜的巖漿和變質(zhì)作用歷史的環(huán)帶鋯石所表現(xiàn)出的諸如不規(guī)則邊界、不同的核幔邊區(qū)域之類(lèi)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以通過(guò)陰極發(fā)光（CL）圖像揭示出來(lái)［5－52］。此外，鋯石的Lu－f同位素體系優(yōu)于其U－Pb體系，通常能抵抗后期蝕變和改造作用的影響［44，53－54］，能保存近于初始的f同位素比值，并可以用來(lái)示蹤巖石成因和源區(qū)研究［55－56］。

因此，單顆粒鋯石U－Pb和Lu－f 同位素的聯(lián)合分析數(shù)據(jù)已被證明能提供有關(guān)巖漿和變質(zhì)事件以及巖石成因和殼幔演化的可靠詳細(xì)信息［53－55，57－65］。正如前文所述，華北克拉通是一個(gè)古老的克拉通并經(jīng)歷了復(fù)雜的演化過(guò)程，為此，筆者根據(jù)最新研究成果以及已發(fā)表的有關(guān)華北克拉通東南緣變質(zhì)基底和下地殼包體的鋯石U－Pb年代學(xué)和Lu－f 同位素?cái)?shù)據(jù)，探討了研究區(qū)前寒武紀(jì)下地殼的形成和演化過(guò)程。

根據(jù)鋯石陰極發(fā)光圖像（圖6［29，33－34］）可以看出，研究區(qū)前寒武紀(jì)下地殼包體巖石經(jīng)歷了復(fù)雜的巖漿熱事件和多期變質(zhì)作用，大多數(shù)鋯石顯示核幔邊結(jié)構(gòu)，包括典型的巖漿鋯石核和具有石榴子石+單斜輝石+金紅石+斜長(zhǎng)石等高壓麻粒巖相礦物組合的8～9 Ga變質(zhì)鋯石［29，33］以及具有高的Ti溫度（大于800 ℃）的248～249 Ga麻粒巖相變質(zhì)鋯石［34］。鋯石U－Pb年齡結(jié)果統(tǒng)計(jì)（圖7）顯示，研究區(qū)經(jīng)歷了25～26、2 Ga的巖漿熱事件以及25～26、2、8～9 Ga以及390、76 Ma的變質(zhì)事件。其中，形成于25～26 Ga的下地殼巖石包括2類(lèi)：一類(lèi)是經(jīng)歷了2 Ga和（或）8～9 Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用以及390、76 Ma的變質(zhì)改造，而且可能是因?yàn)檫@類(lèi)巖石位于下地殼下部，在2 Ga時(shí)靠近俯沖帶，因而遭受大洋俯沖與變質(zhì)作用的強(qiáng)烈影響而造成Pb同位素均一化，形成了具有與約2 Ga島弧巖石一致的高放射成因Pb同位素組成；另一類(lèi)巖石則形成于255～264 Ga，可能因處于下地殼上部而僅遭受了248～249 Ga麻粒巖相變質(zhì)作用，但沒(méi)有2 Ga和（或）8～9 Ga變質(zhì)疊加的巖石學(xué)和年代學(xué)記錄，表現(xiàn)為典型的前寒武紀(jì)下地殼巖石特點(diǎn)的低放射成因Pb同位素組成［34］。此外，強(qiáng)烈的約8 Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用可能是由于幔源巖漿底侵于下地殼底部而導(dǎo)致大規(guī)模地殼加熱和增厚引起的，這也與該時(shí)期華北克拉通存在廣泛的拉張、裂谷作用以及相關(guān)的鎂鐵質(zhì)巖漿侵位等相吻合［8，20－2，29］。

鋯石的f同位素分析（圖8［33］）指示，研究區(qū)前寒武紀(jì)下地殼經(jīng)歷了25 Ga和2 Ga的巖漿熱事件。鑒于這2期鋯石的ε-f（t）中有一部分樣品為明顯的正值（如5～2），反映它們的原巖來(lái)自于新生地殼，結(jié)合其原巖性質(zhì)和地球化學(xué)特點(diǎn)，指示它們的巖石成因與2期俯沖增生事件有關(guān)［33］。此外，27～28 Ga的繼承鋯石U－Pb年齡（圖7）和鋯石f模式年齡［33－34］暗示研究區(qū)可能還存在更老的地殼物質(zhì)或更早的地殼生長(zhǎng)時(shí)期，這尚需進(jìn)一步的研究。

4結(jié)語(yǔ)

（）華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)下地殼的巖石組成復(fù)雜，反映一個(gè)不同形成時(shí)代和不同成因并經(jīng)過(guò)多期不同程度變質(zhì)作用與改造的形成、演化過(guò)程。

（2）華北克拉通東南緣在前寒武紀(jì)發(fā)生過(guò)幕式地殼生長(zhǎng)，至少包括25～26 Ga和2 Ga這2期俯沖增生和約8 Ga的垂向增生過(guò)程。由f模式年齡和繼承鋯石限定的27～28 Ga可能代表另一期地殼生長(zhǎng)時(shí)間。

（3）華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)下地殼巖石至少經(jīng)歷過(guò)25～26、2、8～9 Ga以及390、76 Ma等多期構(gòu)造熱事件和不同程度的變質(zhì)交代與改造，造成巖石中某些元素和同位素特征發(fā)生變異。