差应力与岩石熔融性状关系的实验研究

为考察不同应力状态下岩石应变与岩石熔融作用的关系,利用英国Instron公司生产的电液伺服实验系统,配以围压和加温系统设计了动、静态不同条件下细粒闪长岩的对比熔融实验,力图找到差应力与岩石熔融程度及其熔体成分的关系。通过岩石动、静态熔融实验结果的对比得出：差应力的存在能够导致细粒闪长岩的熔融,随着差应力（应变速率）的增加,熔体的量增加,熔体成分向富Si、Al方向转变。     

地幔橄榄岩部分熔融的实验研究——论地幔富硅酸盐流体(熔体)的成因

在0.61 GPa和1.0 GPa条件下,进行了地幔二辉橄榄岩的部分熔融实验,首次探讨了熔体成分在“不同熔融阶段”随部分熔融程度的变化。结果显示,熔体中SiO_2、CaO、Al_2O_3、Na_2O和TiO_2变化趋势在不同熔融阶段不一样。熔体成分在低压下或较高压下相对富SiO_2。幔源富硅酸盐流体(熔体)的成因有多种,但存在于同一地幔橄榄岩捕虏体中、挥发分及碱质含量相近而其他成分不同的基性—中酸性富硅酸盐熔体,是在有地幔C—O—H流体介入或其他交代矿物存在时的原位局部平衡     

高温高压条件下实验变形石英闪长岩微观结构与熔体特征研究

本文以高温高压条件下石英闪长岩流变实验样品为研究对象,利用偏光显微镜进行微观结构观察,研究了样品在实验温度压力条件下的变形机制与斜长石结构对流变强度的影响;通过透射电镜能谱与电子探针,分析了熔体分布和成分特征,讨论了角闪石脱水熔融的影响因素与脱水熔融对岩石流变的影响。结果表明,随着温度升高,岩石从脆塑性过渡域逐渐向高温位错攀移和动态重结晶为主的塑性域转化。在高温条件下,角闪石出现了脱水与部分熔融,脱水熔融的熔体分布和成分体现出非均匀与非平衡熔融的特点,空间分布上,熔体主要出现在角闪石和黑云母矿物颗粒的边缘以及角闪石和长石颗粒之间的区域内;成分分布上,熔体的成分与参与熔融的矿物成分密切相关。角闪石边缘的熔体和黑云母边缘的熔体具有低硅铝、高铁镁特征,斜长石边缘的熔体具有高硅铝、低铁镁的特征,处于角闪石和斜长石颗粒中间的熔体,其成分间于斜长石与角闪石成分之间。实验中出现的非平衡非均匀部分熔融可以解释混合岩中的浅色体与暗色体的成因,富硅熔体可以形成富硅铝的花岗质岩石,而贫硅富铁镁的熔体可以形成基性岩。角闪石的脱水熔融程度依赖于样品的封闭条件,处于封闭环境的样品,角闪石不易脱水熔融,而处于开放环境时,角闪石脱水熔融显著。拆离断层带及其附近具备这样的开放环境,有利于角闪石发生脱水熔融。实验力学数据和微观结构显示,随机分布的斜长石对岩石强度影响并不明显,但斜长石的长轴方向与最大主应力方向呈大角度相交(近90°)会显著强化岩石的强度,这意味着岩石组构与主应力方向大角度相交或呈垂直方向时,不利于岩石变形和拆离断层的形成,反之,均匀岩石或岩石组构与最大主应力方向小角度相交,有利于岩石的变形,容易发育拆离断层。     

差应力对闪长岩部分熔融熔体分布和成分的影响

探讨差应力对熔体分布和成分演化的关系,利用细粒闪长岩进行高温高压条件下的岩石变形,主要包括静态熔融实验和有差应力参与的动态熔融2种类型。实验首先统计了熔体含量、确定了实验重要参数,然后分别描述了动、静态熔融实验后闪长岩的显微特征;并且通过对动、静态熔融实验结果熔体分布情况的对比,结合熔体成分电子探针数据进行分析。结果表明:在细粒闪长岩的部分熔融中,熔体在差应力的作用下沿一定的方向展布,并从差应力大的地方向差应力小的地方运移,差应力的作用使得高含水矿物(角闪石)先于熔点低的斜长石发生熔融,说明差应力促进了岩石的熔融,使得熔体成分向Si、Al等方向转化,即从基性向酸性转化。     

俯冲带中H_2O和K的深循环:对碰撞后富钾岩浆成因研究的启示

在俯冲过程中形成的超高压单斜辉石 (>5GPa)含一定量的H2 O和K2 O ,它因此能把地球浅部的水和钾携带到地幔深处。超高压单斜辉石在折返过程中以两种方式释放其中的H2 O和K2 O :(1)在低温环境下进入与单斜辉石共生的出溶矿物相如金云母、角闪石、多硅白云母、钾长石等 ;(2 )当温度足够高到发生部分熔融时 ,H2 O和K2 O将进入熔体相 ,形成富钾岩浆。超高压变质岩石能不能在其折返过程中产生部分熔融主要取决于折返的 p T轨迹。俯冲板片部分熔融形成熔体的性质在很大程度上取决于变质岩的部分熔融程度。虽然经受 p <5GPa变质作用的榴辉岩通过极低程度的部分熔融也有可能形成富钾熔体 ,但由于这类榴辉岩所能携带的K2 O和H2 O相对比较少 ,因此不可能产生大规模富钾熔体 ,但可能形成相对富Na的岩浆。超高压单斜辉石 (>5GPa)部分熔融产生的富钾岩浆可以解释碰撞后富钾岩浆的成因 ,这种富钾岩浆的形成深度一般较大 (位于～ 10 0km的地幔 )。而绿辉石部分熔融形成相对富钠熔体的深度相对较浅。从单斜辉石中释放出来的H2 O和K2 O能够合理地解释大陆碰撞后富钾岩浆的成因 ,通过俯冲板片折返过程的脱水和取钾反应 ,俯冲和折返过程与碰撞后岩浆活动密切联系在一起而成为一个整体。     

富钾贫钙岩浆的成因探讨——来自岩石失水熔融实验分析

钾质-超钾质岩浆按CaO与MgO的含量和CaO与Mg#值的关系可划分出贫钙和富钙两种不同类型的原生岩浆.针对贫钙钾质-超钾质岩浆的成因问题,作者系统分析了岩石脱水熔融和失水熔融两种体系中岩石的熔融过程和熔体性质,通过对熔体组成与贫钙钾质岩浆成分的对比分析,提出富钾贫钙岩浆的断裂减压脱水熔融机制.     

大陆俯冲带地壳深熔作用的记录:来自超高压变质岩中多相晶体包裹体的研究北大核心CSCD

大陆碰撞过程中会发生广泛的部分熔融现象,形成深熔熔体。深入认识深熔熔体的组成和演化是大陆俯冲带化学地球动力学的主要研究内容。在熔融过程中产生的熔体会被超高压岩石中的转熔矿物所捕获,最终以多相晶体包裹体(multiphase crystal inclusion,简称MCI)的形式保存下来。多相晶体包裹体通常具有典型的负晶形和爆裂纹,主要以硅酸盐和碳酸盐矿物为主含有少量的硫酸盐矿物。矿物学、岩石学和地球化学原位微区分析的研究结果表明,多相晶体包裹体是由岩石部分熔融产生的初始硅酸盐或/和碳酸盐初始熔体熔体结晶而成。在降压折返过程中,高压岩石中的含水矿物,如多硅白云母、钠云母和帘石等脱水引发部分熔融产生硅酸盐熔体,而碳酸盐熔体则由碳酸盐矿物部分熔融产生。富Na矿物如钠云母脱水熔融产生的包裹体具有相对较高的Na含量,而部分富K的包裹体主要由富K矿物如多硅白云母脱水熔融所产生。近年来随着微区原位技术的飞速发展,从矿物的形态结构到矿物地球化学组成的测定技术有了飞速发展,通过对超高压岩石中包裹的多相晶体的详细研究,可限定大陆碰撞造山过程中部分熔融的组成、时限和形成机制,对大陆深俯冲的构造热演化和折返机制有重要制约。     

大陆俯冲带地壳深熔作用的记录:来自超高压变质岩中多相晶体包裹体的研究

大陆碰撞过程中会发生广泛的部分熔融现象,形成深熔熔体。深入认识深熔熔体的组成和演化是大陆俯冲带化学地球动力学的主要研究内容。在熔融过程中产生的熔体会被超高压岩石中的转熔矿物所捕获,最终以多相晶体包裹体(multiphase crystal inclusion,简称MCI)的形式保存下来。多相晶体包裹体通常具有典型的负晶形和爆裂纹,主要以硅酸盐和碳酸盐矿物为主含有少量的硫酸盐矿物。矿物学、岩石学和地球化学原位微区分析的研究结果表明,多相晶体包裹体是由岩石部分熔融产生的初始硅酸盐或/和碳酸盐初始熔体熔体结晶而成。在降压折返过程中,高压岩石中的含水矿物,如多硅白云母、钠云母和帘石等脱水引发部分熔融产生硅酸盐熔体,而碳酸盐熔体则由碳酸盐矿物部分熔融产生。富Na矿物如钠云母脱水熔融产生的包裹体具有相对较高的Na含量,而部分富K的包裹体主要由富K矿物如多硅白云母脱水熔融所产生。近年来随着微区原位技术的飞速发展,从矿物的形态结构到矿物地球化学组成的测定技术有了飞速发展,通过对超高压岩石中包裹的多相晶体的详细研究,可限定大陆碰撞造山过程中部分熔融的组成、时限和形成机制,对大陆深俯冲的构造热演化和折返机制有重要制约。     

昌乐玄武岩内刚玉巨晶（蓝宝石）中发现富碳酸盐和硫酸盐熔融包裹体及其意义

山东昌乐新生代玄武岩内的刚玉巨晶(蓝宝石)中含有多种类型熔融包裹体,其成分对了解华北深部地幔交代过程中的流/熔体性质和刚玉母岩浆特点具有重要意义.详细的岩相学和激光拉曼分析鉴定出一类富碳酸盐和硫酸盐成分的原生熔融包裹体以及一类含硫酸盐和氯化物等成分的次生熔融包裹体,二者同时还含有CO2和H2O.碳酸盐和硫酸盐成分在世界范围玄武岩内刚玉巨晶中是首次发现,结合已有的包裹体稀有气体同位素和测温资料,反映两种成分可能来源于交代地幔的碳酸岩熔体,预示着华北深部地幔不仅经历了硅酸盐成分的交代还经历了富碳酸盐和硫酸盐成分(碳酸岩)的交代,同时也显示刚玉母岩浆成分复杂,至少有富这两类成分物质的参与,刚玉很可能是硅酸盐岩浆/岩石和幔源碳酸岩岩浆相互作用的产物,后被玄武岩喷发携带至地表.     

大兴安岭北部诺敏河地幔金云母及钾质地幔熔体研究

在大兴安岭北部诺敏河第四纪钾质火山岩携带的地幔捕虏体中,发现少量金云母矿物和富钾地幔熔体。金云母颗粒大小1~5mm,呈网脉状充填在橄榄石和辉石、石榴子石等地幔矿物间隙。电子探针研究表明地幔橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和石榴石等矿物几乎不含钾质成分(K2O0.01%),而金云母矿物成分具有高钾(K2O~10%)、高钛(Ti O25.41%~7.74%)的特点,暗示区域地幔钾的富集与金云母矿物有密切关系。地幔金云母的成因往往与富钾地幔流体/熔体的交代作用有关,在地幔捕虏体矿物反应边的硅酸盐熔体(囊体)中,发现富硅、富钾的熔体,K2O 4%~8%。结合前人地幔熔体研究,认为区域地幔经历了多期、不同成分地幔熔体的富集作用,其中富钾熔体对地幔钾质成分的富集起到重要作用。诺敏钾质火山正是富钾地幔部分熔融的产物,钾质熔体成分的来源可能与俯冲再循环的壳源物质有关。     

青藏高原西部班公湖岛弧带特提斯洋盆闭合后的地壳伸展作用

青藏高原西部班公湖-怒江缝合带西端的班公湖地区分布着一系列南北向和东西向岩脉: 花岗斑岩和闪长玢岩.通过岩石地球化学系统分析和锆石U-Pb LA-ICP-MS年龄测定, 指出这些岩脉代表了班公湖中特提斯洋盆闭合后的地壳伸展事件.呈南北向产出的花岗斑岩脉13个锆石颗粒测试结果给出了79.59±0.32Ma(MSWD=1.08)的加权平均年龄; 既有南北向也有东西向产出的闪长玢岩脉6个锆石颗粒给出了75.9±1.2Ma(MSWD=2.8)的加权平均年龄.这些结果表明班公湖岛弧带发生在晚白垩世的地壳伸展作用一开始只沿东西向进行, 稍后南北向也开始伸展.岩石地球化学特征表明, 2种脉岩都具有岛弧岩浆特征, 这是由于岩浆源区的印度洋MORB型地幔受到了来自俯冲沉积物熔体的交代.处于较深部位的闪长玢岩源区参与交代的沉积物熔体大体在1%~10%之间, 部分熔融程度约为8%~15%;处于较浅部位的花岗斑岩源区参与交代的沉积物熔体约在10%~15%之间, 部分熔融程度大于15%.      

压力对辉长岩矿物反应和部分熔融影响的实验研究

本文在高温高压条件下,开展了辉长岩矿物反应与部分熔融实验,利用偏光显微镜与扫描电镜对实验样品微观结构观察,研究实验中的新生矿物与熔体的分布;通过电子探针分析熔体成分特征。实验结果表明,在低压(300MPa)条件下,静压和塑性变形实验样品中,单斜辉石以固体反应方式生成橄榄石,在高压(1300MPa)塑性实验中所有实验样品都没有发现新生矿物颗粒,这与相图中低压条件下斜长石与橄榄石稳定共存,而高压下斜长石-辉石稳定共存相吻合。高压塑性变形条件下,单斜辉石和黑云母首先发生部分熔融,随着温度增高,斜长石逐渐参与熔融,熔体呈薄膜状分布在矿物颗粒边界,熔体成分依赖于参与熔融的矿物成分,表明出现的熔体为非平衡熔融结果。     

The Discovery and Study of Mantle-Derived Dunite Inclusions in Hornblende-Diorite in the Handan-Xingtai Area,Hebei

Phlogopiie-and diopside-bearing dunite occurs as rounded inclusions in hornblende-diorite. Thepetrofabrics, mineral composition and abundances of the trace elements in the dunite indicate that the inclu-sions were derived from the upper mantle and are the residues of high-degree partial melting of mantlepeirdotite. The study of trace elements in the inclusions and their host rocks shows that the magma was origi-nated from the mantle which was enriched in incompatible elements by mantle metasomatism prior to the par-tial melting.     

中生代华北克拉通岩石圈减薄的证据——以河北武安固镇杂岩体为例

本文对位于华北克拉通中部的固镇侵入杂岩体(闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩)进行了野外地质调查、岩相学、矿物学、地球化学、锆石U-Pb定年、Sr-Nd同位素和Lu-Hf同位素研究,进而探讨其形成时代、源区和成因,以期得到关于华北克拉通中部中生代岩石圈减薄研究的新启示。研究区岩体形成时代和岩石结构有一定关联性,总体来看,等粒结构的岩体形成时代早于似斑状结构岩体,研究区岩浆活动可分为两个期次:第一期次岩浆活动形成等粒结构的深成岩体,包括中细粒闪长岩、二长岩、石英二长岩和正长岩,形成时代约为130～135Ma;第二期次岩浆活动形成浅部的似斑状岩体,包括似斑状闪长岩和石英二长岩,形成时代约为127Ma。结合野外观察、岩相学、矿物学、地球化学等特征,讨论分析了固镇杂岩体的成因:固镇闪长岩富镁,高Mg~#值,Cr、Ni含量较高,富集LILE和LREE,亏损HFSE,铕异常不明显,具有高镁安山岩(HMA)性质,是与其相对应的侵入岩。固镇高镁闪长岩是被俯冲板片熔体和流体交代后的地幔橄榄岩部分熔融的产物,岩浆在上升途中与地壳发生了较弱的同化混染。固镇正长岩形成于加厚陆壳的部分熔融,地壳厚度约为40～67km。固镇二长岩是由区内正长岩和高镁闪长岩混合形成。研究区石英二长岩是区内高镁闪长岩与另一种更富硅的岩浆混合形成。俯冲板片物质(流体+熔体)对固镇高镁闪长岩的形成有重要贡献,显示出古太平洋板块俯冲作用的影响也涉及到了NCC中部,但受影响的程度小于NCC东部;正长岩形成于加厚陆壳部分熔融,显示出拆沉作用在中生代NCC中部岩石圈减薄过程中发挥了重要作用。结合角闪石温压计的计算结果和前人研究成果可以推测,NCC中部大规模拆沉作用发生的时间节点为127Ma。     

吉林南部新太古代末地壳深熔作用——来自变质石英闪长岩及淡色花岗岩的证据

深熔作用是大陆地壳分异、元素迁移富集和混合岩化作用的主要机制和关键地质过程.吉南地区出露的太古宙基底普遍经历了角闪岩相-麻粒岩相变质及深熔作用,长英质淡色体及淡色花岗岩广泛分布.吉南和龙花岗-绿岩地体出露的太古宙变质石英闪长岩及相关的长英质浅色体和含斜方辉石(角闪石)淡色伟晶花岗岩的野外地质特征、相互关系及岩相学特征指...     

Anatectic melt volumes in the thermal aureole of the Etive Complex,Scotland: the roles of fluid‐present and fluid‐absent melting

Pelitic hornfelses within the inner thermal aureole of the Etive igneous complex underwent limited partial melting, generating agmatic micro‐stromatic migmatites. In this study, observed volume proportions of vein leucosomes in the migmatites are compared with modelled melt volumes in an attempt to constrain the controls on melting processes. Petrogenetic modelling in the MnNCKFMASHT system was performed on the compositions of 15 analysed Etive pelite samples using THERMOCALC. Melt modes were calculated at 2.2 kbar (the estimated pressure in the southern Etive aureole) from solidus temperatures to 800 °C for both fluid‐absent and fluid‐present conditions. Volume changes accompanying fluid‐absent melting at 2.2 kbar were also calculated. P–T pseudosections reproduce the zonal sequence of the southern Etive aureole fairly well. The modelled solidus temperatures of silica‐rich pelitic compositions are close to 680 °C at 2.2 kbar and, in the absence of free fluid, melt modes in such compositions rise to between 12 and 29% at 800 °C, half of which is typically produced over the narrow reaction interval in which orthopyroxene first appears. Silica‐poor compositions have solidus temperatures of up to ～770 °C and yield <11.4% melt at 800 °C under fluid‐absent conditions. For conditions of excess H₂O, modelled melt modes increase dramatically within ～13 °C of the solidus, in some cases to >60%; by 800 °C they range from 61 to 88% and from 29 to 74% in silica‐rich and silica‐poor compositions, respectively. Calculated volume changes for fluid‐absent melting are positive for all modelled compositions and reach 4.5% in some silica‐rich compositions by 800 °C. Orthopyroxene formation is accompanied by a volume increase of up to 1.48% over a temperature increase of as little as 2.7 °C, supporting the arguments for melt‐induced ‘hydrofracturing’ as a viable melt‐escape mechanism in low‐P metamorphism. Mineral assemblages in the innermost aureole support previous conclusions that partial melting took place predominantly under fluid‐absent conditions. However, vein leucosome proportions, estimated by image analysis, do not show the expected correlation with grade, and are locally greatly in excess of melt modes predicted by fluid‐absent models, particularly close to the melt‐in isograd. Melting of interlayered psammites, addition of H₂O from interlayered melt‐free rocks, and metastable persistence of muscovite are ruled out as major causes of the excess melt anomaly. The most likely cause, we believe, is that local variations existed in the amount of fluid available at the onset of melting, promoted by focussing of fluid released by dehydration in the middle and outer aureole; however, some redistribution of melt by compaction‐driven flow through the vein channel network cannot be ruled out. The formation of melt‐filled fractures in the inner Etive aureole was assisted by stresses that caused extension at high angles to the igneous contact. The fractures were probably caused either by transient pressure reduction in the diorite magma chamber associated with a second phase of intrusion, or by sub‐solidus thermal contraction in the diorite pluton during the early stages of inner‐aureole cooling.     

东昆仑巴隆地区晚三叠世石英闪长岩成因:U⁃Pb年代学、地球化学及Sr⁃Nd⁃Hf同位素制约

花岗岩的研究对于反演造山带下地壳物质组成、造山作用深部动力学过程具有重要意义.对位于东昆仑造山带东段的巴隆石英闪长岩开展了锆石U-Pb年代学、Hf同位素地球化学、全岩主微量元素地球化学和Sr-Nd同位素地球化学研究,以探讨其岩石成因和构造背景.岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为229.5±1.4 Ma,为晚三叠世岩浆活动产物.全岩SiO₂含量为59.86%~61.83%,显示高Na₂O（3.38%~3.55%）和Al₂O₃（16.38%~17.03%）特征,Na₂O/K₂O为1.25~1.39,Mg#为50.1~52.3,属高钾钙碱性系列.稀土元素标准化图呈右倾,具有较弱的负铕异常（δEu=0.71~0.82）,微量元素蛛网图显示富集大离子亲石元素（LILE）,显著亏损高场强元素（HFSE）.石英闪长岩的高Sr（474~609×10-6）、Sr/Y（32.31~40.86）、（La/Yb）_N（13.34~15.32）和低Yb（1.34~1.75×10-6）、Y（13.40~15.60×10-6）含量与埃达克质岩石特征相似.全岩（87Sr/86Sr）_i为0.708 186~0.708 428,ε_Nd（t）为-5.75~-5.27,对应的二阶段模式年龄t_DM2（Nd）为1 432~1 471 Ma;ε_Hf（t）为-5.2~-3.2,t_DM2（Hf）为1 305~1 420 Ma.岩相学、元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素结果揭示石英闪长岩起源于加厚下地壳的部分熔融,并混有幔源岩浆.构造判别图解显示巴隆石英闪长岩体形成于后碰撞伸展构造环境.东昆仑与巴颜喀拉地体的陆陆碰撞导致板片断离,软流圈物质上涌,使富集地幔熔融并底侵下地壳,下地壳部分熔融形成巴隆石英闪长岩.      

Trace element modelling of pelite-derived granites

The presence or absence of a vapour phase during incongruent-melt reactions of muscovite and biotite together with the composition of the protolith determines the trace-element characteristics of the resulting melt, provided that equilibrium melting occurs for those phases that host the tracc elements of interest. For granitic melts, Rb, Sr and Ba provide critical constraints on the conditions that prevailed during melting, whereas REE are primarily controlled by accessory phase behaviour. Mass-balance constraints for eutectic granites that are formed by the incongruent melting of muscovite in pelites indicate that melting in the presence of a vapour phase will result in a large melt fraction, and deplete the restite in feldspar. Hence the melt will be characterized by low Rb/Sr and high Sr/Ba ratios. In contrast, vapour-absent melting will result in a smaller melt fraction, and an increase in the restitic feldspar. Consequently high Rb/Sr and low Sr/Ba ratios are predicted. Vapour-absent melting will also enhance the negative Eu anomaly in the melt. Granites that result from the incongruent melting of biotite in the source will be characterized by higher Rb concentrations than those that result from the incongruent melting of muscovite. The Himalayan leucogranites provide an example of unfractionated, crustally derived eutectic melts that are enriched in Rb but depleted in Sr and Ba relative to their metasedimentary protoliths. These compositions may be generated by the incongruent melting of muscovite as a low melt fraction (F0.1) from a pelitic source under vapour-absent conditions.