大别山超高压变质杂岩的折返

作为世界上规模最大的一个超高压变质带,大别山超高压变质杂岩是扬子板块与中朝板块在三叠纪碰撞造山的产物,表现为扬子板块 呈北北东向斜向俯冲到中朝板块之下。超高压变质杂岩的折返机制是个复杂的动力学过程,折返速度也胡时间推移而变慢。早期阶段同碰撞期浮力驱动下高压－超高压变质杂岩在俯部带内沿逆冲－韧性剪切断裂快速到地位位,折返速率高达４ｍｍ／年;中期伴随着巨厚造山带根的拆沉。上部发生拉张塌陷,使超高压变质     

大别山超高压变质带深部电性结构及其动力学意义初步研究

通过在大别造山带东部横穿超高压变质带的一条NNE向剖面大地电磁测深资料的分析解释,获得了关于沿剖面的地壳上地幔二维电性结构,显示北淮阳与大别地块是电性差异显著的构造单元,它们之间的界面与晓天—磨子潭断裂对应;晓天—磨子潭断裂倾向北,在中上地壳层位出现错动解耦现象;从地表向深处可划分出4个主要电性层：地表风化层、中上地壳高阻层、壳内相对高导层以及上地幔层;大别地块内中、上地壳层位以高阻层为主,与高压-超高压变质岩分布区对应,高阻层最厚处在岳西—英山之间;在大别地块内,推测存在燕山期花岗质岩浆活动的通道,它们造成了超高压变质岩的进一步抬升,同时影响了大别地块内存在的壳内相对高导层的分布,壳内相对高导层在层位上相差较大.     

大别山超高压变质带地壳结构及其构造意义

根据大别山深地震测深剖面的资料,取得了大别山地区的地壳结构模型．二维地壳结构显示了碰撞造山带的特征和超高压变质带的深部地球物理证据．地壳上部的三维速度结构表明：在2 km深度上速度分布与地表的地质构造明显相关,在5～10 km深度上超高压变质带显示相对高速．布格重力异常的观测资料显示大别山地区有较大范围的负异常．在由上部地壳引起的布格重力异常中,超高压变质带则为正异常区．由于在地震剖面的二维地壳模型中,造山带的山根仅有4～5 km厚,且上地幔顶部的速度横向变化不明显,因此可以认为,观测与计算的布格重力异常不一致的原因主要来自地壳,至少在中上地壳内应产生负布格重力异常．超高压变质带中地壳内的物质密度应比周围地区低．这一较低密度的物质与扬子地壳向北俯冲到100 km以下的深度,然后返回地壳的碰撞过程有关．     

大别山双河超高压变质岩变形构造

小于1km²,包含柯石英榴辉岩、硬玉石英岩及高压片麻岩、片岩的双河超高压变质岩片,其内部榴辉岩与高压片麻岩为非构造接触,而超高压岩片与外围低压片麻岩则呈现构造侵位关系。可能的解释是超高压变质岩片受后期构造影响构造侵位到中上地壳。     

大别山双河超高压变质岩及北部片麻岩的U-Pb同位素组成

大别山超高压变质岩及各种片麻岩的U-Pb同位素地球化学研究表明, 出露于大别山南部的超高压变质岩具有较低的Pb含量(多数<4 mg/g)和较高的U/Pb比(多数>0.1), 以及较大的Pb同位素变化范围和较高的放射成因Pb(206Pb/204Pb = 16.535～ 20.405). 它们表现出在俯冲过程中经历了脱水、析出流体和Pb丢失过程及地幔Pb与上地壳岩石Pb混合的Pb同位素特征. 然而出露于大别山北部的片麻岩具有较高的Pb含量(多数 > 4 mg/g)和较低的U/Pb(<0.07)以及较低的Pb同位素比值(206Pb/204Pb = 15.781～16.647), 并与侵入南、北大别山的中生代花岗岩的Pb同位素特征相同. 它们表现出在俯冲过程中仅有少量流体析出和Pb丢失以及地幔Pb与下地壳Pb混合的同位素特征. 这些样品在230 Ma前的初始Pb同位素组成还表明南大别带超高压岩石的U/Pb比在大陆俯冲前很长一段时期内比北大别带片麻岩高. 这些观测表明南大别带出露的超高压岩石主要是深俯冲的上地壳岩石, 而北大别带具有中、下地壳的性质. 据此, 本文提出了在大陆深俯冲过程中, 俯冲陆壳拆离成若干岩片, 深俯冲的超高压上地壳岩片有可能沿断层逆冲到较浅部位的超高压岩石折返机制模型.     

安徽省大别山东段中生代高钾花岗质岩石及其地质意义

大别山东段存在中生代高钾花岗质侵入岩,它们可分为３个超单元：１）姚河超单元以石英二长岩为主,呈北西向带状分布,有明显片麻理,发育暗色包体,时代为１７４ Ｍａ;２）彭河超单元以石英二长岩和花岗岩为主,成分变化范围宽,野外分布广泛,块状构造,有大量包体,时代为 １２５～１２７ Ｍａ; ３）黄柏超单元均为花岗岩,块状构造,基本不含暗色包体,时代为 １１１～ １２０ Ｍａ． ３类岩体在地球化学特征上也均不相同．它们记录了大别造山带在区域变质作用之后到环太平洋构造域叠加（１７４～１１１ Ｍａ）之间的造山演化历史．     

秦岭-大别山地区重力场的分解与立交桥构造

首次从秦岭-大别山地区重力场中分解出由于莫氏面深度变化引起的区域重力异常和反映秦岭-大别山造山带地壳构造的剩余重力异常。秦岭-大别山地区的莫氏面由东部的32km,经过两个台阶,逐步加深到西部55km。剩余重力异常展示出秦岭-大别山地区有两条中生代俯冲岩浆岩带。北部岩浆岩带包括西秦岭与东秦岭岩浆岩带,经过南阳盆地后,向合肥盆地北缘方向延伸,尖灭于阜阳以西,南部岩浆岩带与桐柏-大别山地区重合。东秦岭的西部重力低,应为早古生代凹陷的反映。     

大别山双河超高压变质岩及北部片麻岩的U-Pb同位素组成——对超高压岩石折返机制的制约

大别山超高压变质岩及各种片麻岩的U-Pb同位素地球化学研究表明,出露于大别山南部的超高压变质岩具有较低的Pb含量（多数<4μg/g）和较高的 U/Pb比（多数>0.1）,以及较大的Pb同位素变化范围和较高的放射成因Pb（206Pb/204Pb=16.535～20.405）.它们表现出在俯冲过程中经历了脱水、析出流体和Pb丢失过程及地幔Pb与上地壳岩石Pb混合的Pb同位素特征.然而出露于大别山北部的片麻岩具有较高的Pb含量（多数>4μg/g）和较低的U/Pb（<0.07）以及较低的Pb同位素比值（206Pb/204Pb=15.781～16.647）,并与侵入南、北大别山的中生代花岗岩的Pb同位素特征相同.它们表现出在俯冲过程中仅有少量流体析出和Pb丢失以及地幔Pb与下地壳Pb混合的同位素特征.这些样品在230Ma前的初始Pb同位素组成还表明南大别带超高压岩石的U/Pb比在大陆俯冲前很长一段时期内比北大别带片麻岩高。这些观测表明南大别带出露的超高压岩石主要是深俯冲的上地壳岩石,而北大别带具有中、下地壳的性质.据此,本文提出了在大陆深俯冲过程中,俯冲陆壳拆离成若干岩片,深俯冲的超高压上地壳岩片有可能沿断层逆冲到较浅部位的超高压岩石折返机制模型.     

影响超高压变质岩P-T-t轨迹特征的主要因素

P-T-t轨迹是研究超高压变质岩形成演化过程主要的方法之一,是提出合理地球动力学模型的主要依据.准确理解影响P-T-t轨迹的因素对于理解超高压变质岩的俯冲-折返至关重要.运用增生楔、角落流、浮力抬升模型解释超高压变质岩形成演化的基础上,定量的探讨了不同俯冲速度、不同俯冲角度、不同俯冲阶段、剪切应变生热等因素对P-T-t轨迹的影响.板块持续的高速俯冲,不仅可以使得俯冲带形成低温环境,而且在陆壳岩石俯冲到地幔经受超高压变质作用后返回地表浅部的过程中,超高压变质岩在地幔滞留的时间短,为超高压变质岩的形成提供了必要条件.较低的俯冲速度不利于超高压变质岩的形成演化.     

大别山双河地区超高压变质岩流体包裹体成分及二氧化碳碳同位素研究

分步加热实验结果表明大别山超高压岩流体包裹体成分 (不计入水 )主要是CO2 ,其次为CO及少量的N2 和CH4;变质高峰期流体CO2 碳同位素值 ( - 2 5‰～- 30‰ )与地幔流体相差较大 ,说明其是原岩自身含碳物质在高温高压之下演化的结果 ,反映了超高压变质岩石虽然可能俯冲到地幔深度 ,但并未受到地幔流体的大规模作用 ,岩石中的流体系统是活动有限的、较为封闭的体系 .这可能与地壳岩石快速插入地幔、并又迅速折返至地表的动力学机制有关     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

大别山榴辉岩中石英脉的氧同位素研究

对大别造山带榴辉岩中石英脉矿物及其围岩全岩进行了氧同位素分析．结合脉与围岩之间的构造和岩石学关系，从时间顺序上可将这些石英脉划分为如下三种类型：（１）榴辉岩相同变质脉，不仅脉石英与围岩榴辉岩的氧同位素组成接近，而且脉中矿物对氧同位素温度与榴辉岩相峰变质温度接近，因此成脉流体来源于榴辉岩；（２）脉形成于退变质作用早期，但成脉流体来源与高压／超高压变质矿物组合有关；（３）脉形成于退变质作用期间，成脉流体与榴辉岩无关．同变质石英脉形成于板块折返过程中榴辉岩相重结晶之前的压力降低阶段，裂隙式局部流体对流迁移是成脉的主要机制．尽管脉中的氧同位素均一化尺度比榴辉岩中的氧同位素均一化尺度大得多，但总的流体流量是非常有限的．     

大洋岩石层拖曳窄条陆壳俯冲的极限尺度分析--以新西兰南岛和大别山超高压变质带为例

超高压变质研究涉及的一个基本力学问题是为什么低密度的大陆地壳岩石能克服浮力俯冲到高密度地幔100多公里的深度.本文的三维有限单元法计算表明:俯冲海洋板块可以拖曳侧面相邻宽度不超过150km的一窄条大陆板块,俯冲到超高压变质深度,形成少见的大规模超高压变质带.十几公里乃至几十公里尺度的陆壳块体,可能被俯冲地幔裹挟至超高压变质深度,在造山带内形成零星出露的超高压变质岩.成熟的陆-陆碰撞带则不可能使陆壳俯冲到超高压变质深度.     

大别—苏鲁超高压变质带P-T-t轨迹的动力学模拟

综合现有的地质、地球化学资料以及同位素年龄等研究成果,同时结合新西兰南岛北端陆壳俯冲的最新发现,提出了超高压变质岩的形成四阶段演化模式：板片俯冲形成增生楔、板片俯冲驱动角落流、板片拆离浮力抬升至Moho深度和后期上地壳伸展阶段.以此为定量模拟的出发点,利用二维有限元对大别—苏鲁超高压变质带的形成演化进行了动力学和热演化模拟,追踪超高压变质岩形成演化过程中的质点路径以及对应的P-T-t轨迹.计算的P-T-t轨迹及其空间分布特征均能与实测结果较好吻合.     

大洋岩石层拖曳窄条陆壳俯冲的极限尺度分析——以新西兰南岛和大别山超高压变质带为例

超高压变质研究涉及的一个基本力学问题是为什么低密度的大陆地壳岩石能克服浮力俯冲到高密度地幔100多公里的深度.本文的三维有限单元法计算表明:俯冲海洋板块可以拖曳侧面相邻宽度不超过150km的一窄条大陆板块,俯冲到超高压变质深度,形成少见的大规模超高压变质带.十几公里乃至几十公里尺度的陆壳块体,可能被俯冲地幔裹挟至超高压变质深度,在造山带内形成零星出露的超高压变质岩.成熟的陆-陆碰撞带则不可能使陆壳俯冲到超高压变质深度.     

大别-苏鲁超高压变质带P-T-t轨迹的动力学模拟

综合现有的地质、地球化学资料以及同位素年龄等研究成果，同时结合新西兰南岛北端陆壳俯冲的最新发现，提出了超高压变质岩的形成四阶段演化模式：板片俯冲形成增生楔、板片俯冲驱动角落流、板片拆离浮力抬升至Moho深度和后期上地壳伸展阶段.以此为定量模拟的出发点，利用二维有限元对大别-苏鲁超高压变质带的形成演化进行了动力学和热演化模拟，追踪超高压变质岩形成演化过程中的质点路径以及对应的P-T-t轨迹.计算的P-T-t轨迹及其空间分布特征均能与实测结果较好吻合.     

豫南鄂北大别山中部和北部的榴辉岩类

一个高压超高压地体出现在豫南鄂北大别山中.高压超高压地体包括6个亚单元,其中的4个发育有榴辉岩.4个亚单元的榴辉岩在变质条件和变质历史上是不同的.     

大别山超高压变质带镁铁-超镁铁岩的岩石学与高压矿物组合

大别山毛屋、碧溪岭、南山岭镁铁-超镁铁岩与榴辉岩的关系代表了3种不同的产出关系,其原岩是基性岩浆结晶分异形成的层状堆晶岩,随扬子板块与华北板块碰撞俯冲进入120～150km以上的地幔条件下发生超高压变质作用,钛斜硅镁石+钛粒硅镁石+菱镁矿+贫铝辉石是镁铁-超镁铁岩典型的高压矿物组合,同时揭示含H_2O和CO_2等挥发份流体参与了超高压变质作用.     

大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块,大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果,大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层,中地壳为韧性变形层,下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制;大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．     

天山造山带深部探测及地球动力学研究进展

为了研究天山造山带的地球动力学,自1970年代以来,国内外在天山造山带开展了大量的深部探测工作,并取得了丰富的成果,本文对这些工作和成果进行了梳理和综述.已有研究结果表明:天山造山带的地壳厚度较大,但并无明显山根;地壳结构具有垂向分层和横向分块特征;壳幔界面不清晰,莫霍面在盆山接合部下方发生错断;壳内普遍发育低速异常体,地壳泊松比较高,暗示了地壳力学上的弱化作用;上地幔也存在波速异常体,低速异常可能与地幔热物质上涌有关,高速体可能是古老板块的岩石圈拆离碎片;莫霍面错断、Q值结构和波速异常特征可以用天山南北侧稳定地质块体往天山造山带之下俯冲来解释,这也得到高分辨率层析成像结果的支持;剪切波分裂结果暗示有相当厚的上地幔卷入了造山过程.上述资料表明天山造山带的变形和隆升是其南北侧稳定地质块体的构造挤压与壳—幔复杂耦合作用的共同结果.