硬柱石榴辉岩岩石学研究进展

硬柱石榴辉岩是洋壳经历冷俯冲形成的典型低温高压变质岩,硬柱石是俯冲带将水带入地幔深处的重要载体,其具有指示俯冲带深部流体作用的重要科学意义。文中总结了近20年来硬柱石及硬柱石榴辉岩岩石学的主要研究进展及问题：①硬柱石榴辉岩的全球分布;②硬柱石榴辉岩的分类及硬柱石的产状;③硬柱石榴辉岩稳定性的实验及相平衡模拟研究;④硬柱石榴辉岩的形成与保存;⑤硬柱石榴辉岩相关的流体行为。以上几点,特别是硬柱石相关的流体行为,一直是俯冲带研究中的热点领域。西南天山榴辉岩和蓝片岩中广泛发育进变质和退变质脉体,对其进行深入研究,将会对洋壳深俯冲过程中的流体行为进行更好的约束。     

柴北缘鱼卡含硬柱石假象榴辉岩的发现、P-T-t轨迹及控制硬柱石形成的主要因素

硬柱石是大洋冷俯冲带的代表性矿物之一,富含水和Sr、Pb及稀土等微量元素,其形成和分解对于俯冲带流体活动、壳幔水和微量元素循环、地幔楔交代和熔融及岛弧岩浆作用等具有重要影响.但由于硬柱石对温度和压力的改变非常敏感,在板片折返过程中很容易分解,因此目前全球出露的硬柱石榴辉岩极为稀少.总结了榴辉岩中早期硬柱石存在的识别标志,并据此确定柴北缘超高压带西段鱼卡地区的含蓝晶石榴辉岩和斜黝帘石榴辉岩是峰期硬柱石榴辉岩退变质改造的结果.该发现说明柴北缘成为继大别造山带之后全球第二例出露硬柱石榴辉岩的大陆俯冲型造山带.利用相平衡计算方法恢复了这两种榴辉岩的变质演化过程,其中含蓝晶石榴辉岩的P-T轨迹和峰期变质条件均与区内大陆俯冲型含柯石英多硅白云母榴辉岩相似,而斜黝帘石榴辉岩峰期变质温压则略低.锆石定年获得含蓝晶石榴辉岩和斜黝帘石榴辉岩的变质时代分别为437 Ma和436 Ma,与带内已有超高压榴辉岩相变质时代相同,同时获得含蓝晶石榴辉岩的原岩结晶时代为1 273 Ma.相似的变质P-T轨迹和变质时代表明含蓝晶石榴辉岩与同剖面含柯石英多硅白云母榴辉岩共同经历了大陆深俯冲作用.这一结果表明,硬柱石榴辉岩并非大洋冷俯冲带特有,决定榴辉岩中是否出现硬柱石的主要因素是原岩成分和变质条件.在鱼卡地区,榴辉岩的矿物组合中能否出现硬柱石的最主要控制因素是原岩中的Mg含量,由高Mg#的基性岩变质形成的榴辉岩峰期矿物组合中易出现硬柱石.      

青藏高原羌塘中部高压变质带的研究进展及存在问题

羌塘中部高压变质带是目前青藏高原内部延伸规模最大的高压变质带,是理解特提斯演化的关键地质记录。高压变质带主要沿龙木措-双湖-澜沧江缝合带一线出露,主要由榴辉岩、蓝片岩、石榴子石多硅白云母片岩及少量高压麻粒岩组成。其中,榴辉岩主要出露于戈木、果干加年山、冈玛错、巴青及滇西的勐库地区,主要呈透镜状产于石榴子石多硅白云母片岩中。除巴青地区的榴辉岩外,其余地区榴辉岩的峰期变质温度较低且含有硬柱石及其假象,峰期变质条件位于硬柱石榴辉岩相稳定区域,是洋壳冷俯冲的产物。虽然对于戈木地区榴辉岩锆石成因仍有争议,但已有资料显示,羌塘中部高压变质带主体变质时代集中在晚三叠世,其相关高压变质岩石的折返可能与洋盆的闭合及随后的陆-陆碰撞相关。近期研究表明,羌塘中部可能存在二叠纪低温高压变质岩,折返于大洋俯冲阶段,可能与洋岛或海山的俯冲及引发的俯冲侵蚀作用相关。此外,羌塘香桃湖地区出露早古生代的基性高压麻粒岩,是冈瓦纳大陆北缘陆块拼贴的记录。因此,对羌塘中部高压变质带进行进一步系统的研究工作,对于深入理解冈瓦纳北缘构造演化及古特提斯的俯冲与闭合过程具有重要的意义。     

北祁连山九个泉硬柱石蓝片岩Ar-Ar年代学研究

硬柱石蓝片岩通常代表洋壳俯冲变质带的产物,了解硬柱石蓝片岩相岩石学及其转化关系,具有帮助了解极端条件下(高压低温)变质过程的重要意义.     

俯冲洋壳的折返及其相关问题讨论

大洋俯冲带中高压(HP)和超高压(UHP)岩石的折返机制一直以来都是俯冲工厂中最不为人知的问题之一.本文根据搜集全球折返到地表的洋壳榴辉岩基础数据(包括岩石学特征、峰期温压条件和折返P-T轨迹),初步探讨了洋壳榴辉岩的折返机制.根据峰期矿物组合、温压条件和对应的地温梯度,典型大洋俯冲带中的榴辉岩可以分为三类:含柯石英的UHP硬柱石榴辉岩(2.7～ 3.2GPa,470 ～ 610℃,5～7℃/km)、HP硬柱石榴辉岩(1.7～2.6GPa,360～ 620℃,5～8℃/km)和HP绿帘石榴辉岩(1.5 ～2.3 GPa,540 ～ 630℃,7～12℃/km).与大陆俯冲碰撞造山带中的HP-UHP榴辉岩相比,洋壳榴辉岩具有较低的峰期温压条件和较高的低密度含水矿物的含量,但是普遍缺失高密度的蓝晶石.已有的俯冲洋壳的折返模式都基于一个假设:洋壳榴辉岩密度比周围地幔大.因此,洋壳榴辉岩的折返必须借助于低密度的蛇纹岩或者变沉积岩.MORB体系的热力学模拟研究表明,俯冲洋壳的矿物组合、矿物含量和密度主要受低密度含水矿物(如硬柱石、绿泥石、蓝闪石和滑石等)的稳定性控制,并且在同等深度条件下,冷俯冲洋壳的密度低于热俯冲洋壳的密度.经历冷俯冲(～6℃/km)洋壳的密度在＜ 110～ 120km(P ＜3.3 ～ 3.6GPa)的深度仍小于周围地幔,但是经历热俯冲(～ 1O℃/km)洋壳的密度在＞60km(P＞1.8GPa)的深度就已经超过周围地幔.结合高温高压实验资料和地球物理观察数据,我们认为在＞120km的深度,俯冲基性洋壳本身密度大于周围地幔,不存在低密度的地幔楔蛇纹岩(蛇纹石已发生分解),并且大洋板块的俯冲角度突然增大可能阻碍了更深部的低密度变沉积岩的折返.以上这三个方面的原因可能导致现今折返到地表的洋壳榴辉岩和变沉积岩的形成深度普遍小于120km.折返过程中硬柱石脱水分解会导致洋壳密度增大,退变形成的蓝晶石榴辉岩的密度大于周围地幔,无法折返,这可能是全球洋壳榴辉岩中普遍缺失蓝晶石的主要原因.     

西南天山变质俯冲杂岩带的内部结构——来自木扎尔特剖面的启示

西南天山高压-超高压变质带是世界上少有的经历深俯冲的增生杂岩带,是古天山洋向北俯冲的结果。针对该俯冲杂岩带内部结构的研究目前仍存在争论。本文以木扎尔特地区一条长约4 km的南北向剖面为例,对西南天山高压-超高压变质带的野外特征、矿物学和变质演化研究进行了综述。目前的研究表明,木扎尔特地区存在超高压和高压两类硬柱石榴辉岩,但绝大部分都经历了强烈的退变质和变形改造,被蓝片岩相或绿片岩相矿物组合取代。这些变基性岩在空间上构成北部和南部两个榴辉岩带,二者为构造接触。木扎尔特超高压硬柱石榴辉岩与其围岩经历相似的峰期压力,构成西南天山超高压带的西端。与东侧阿克牙孜地区超高压榴辉岩相比,它们在变形特征、岩石组合和变质演化方面表现出一定的独特性,很可能说明深俯冲板片在折返过程中沿构造带走向存在差异变质-变形演化。这些基础研究对全面认识冷俯冲增生杂岩带的变质演化及其俯冲和折返的地球动力学机制具有重要意义。     

两条不同类型的HP/LT和UHP变质带对祁连-阿尔金早古生代造山作用的制约

在祁连-阿尔金造山带的南北两侧,分别出露有北祁连-北阿尔金HP/LT变质带和柴北缘-南阿尔金UHP变质带。北祁连-北阿尔金HP/LT变质带主要由蓝片岩、低温榴辉岩和高压变沉积岩所组成,榴辉岩形成的温压条件为420～570℃和2.0～2.5GPa,形成时代为510～440Ma。含硬柱石榴辉岩和含纤柱石高压变沉积岩的存在显示洋壳俯冲把大量水带到地幔深处。与HP/LT变质带伴生的早古生代蛇绿岩、俯冲增生杂岩、岛弧、弧后盆地等显示北祁连-北阿尔金为典型的早古生代增生造山带。柴北缘-南阿尔金UHP变质带由榴辉岩、石榴橄榄岩、高压麻粒岩及具有陆壳性质的正副片麻岩所组成,它们遭受了超高压变质作用(T700℃,P2.8GPa),UHP变质时代为500～420Ma,榴辉岩的原岩时代为750～850Ma,形成于新元古代的大陆裂谷环境。野外地质关系、岩石学及年代学研究显示柴北缘-南阿尔金HP-UHP变质带为大陆深俯冲作用的产物。在柴北缘-南阿尔金UHP变质带中,超高压榴辉岩和高压麻粒岩同时形成在不同的构造热环境中,构成大陆俯冲及碰撞造山带中的"双变质带",同时也显示柴北缘-南阿尔金造山带具有典型碰撞造山带的特征。祁连-阿尔金造山带南北两侧几乎同时发生增生造山作用和碰撞造山作用,构成由不同造山类型所组成的复合造山带。南北两侧的HP/LT变质带和UHP变质带以及可能存在的不同类型双变质带制约了祁连-阿尔金造山带早古生代的造山性质、造山类型以及造山机制。     

俯冲带中的流体作用

俯冲带中的流体作用张泽明（中国地质大学，武汉，４３００７４）俯冲大洋岩石圈主要由洋壳和上覆的沉积岩组成，这两种岩石都不同程度地含有大量流体。但经历了高压变质作用形成的高压蓝片岩或榴辉岩中所含流体极少。这说明在大洋岩石圈的俯冲过程中大量的流体被释放。...     

超高压榴辉岩-脉体体系成因和俯冲带变质流体演化

超高压岩石-脉体体系是认识俯冲带流体性质和行为的天然实验室.通过总结大别超高压变质带3个榴辉岩（角闪岩）-脉体体系的研究成果,探讨了大陆俯冲带变质流体的溶解-结晶过程和氧逸度变化规律以及流体对轻元素硼的迁移过程.对榴辉岩-复合高压脉体的研究发现超高压流体通过溶解矿物富集溶质组分,流体随后经历3期结晶过程,分别形成绿辉石-绿帘石脉、绿帘石-石英脉和蓝晶石-绿帘石-石英脉.绿帘石La、Cr和δEu值是判断结晶次序的关键指标.对榴辉岩-角闪岩-低压脉体研究表明大陆俯冲带低压变质流体的氧逸度明显高于高压-超高压变质流体.高氧逸度条件也导致一些反常矿物（如退变金红石）的生长.对含电气石榴辉岩-脉体研究揭示变质碳酸盐岩是大陆俯冲板片中重硼同位素的重要储库,其在汇聚板块边界的脱硼作用显著影响深部硼循环.上述研究成果为理解俯冲带变质流体演化和物质循环提供重要科学依据.      

金属硫化物对俯冲洋壳高压变质作用的制约

<正>硫化物作为主要的金属元素赋存形式,是世界上主要矿产资源的开采矿物,因此在地质学研究中具有重要的经济学意义。大洋中脊玄武岩在形成过程中可含有少量的硫,另外,洋底热液蚀变过程中,硫会被带入到表层洋壳中形成金属硫化物(Alt et al.,1989)。俯冲带是全球最大的物质循环系统,洋壳可携带这些金属硫化物进入俯冲带并遭受高压—超高压变质作用。因此,在全球多个高压洋壳变质带中,金属硫化物都作为一个常见的副矿物产出于榴辉岩及相关岩石中,如在西Alps(Barnicoat and Fry,1986;     

地壳俯冲与折返过程的变质作用演化:来自高压-超高压榴辉岩相平衡模拟的证据

本文以大别山双河柯石英榴辉岩为基础,在NCKMnFMASHO体系中计算了P-T、T-M(H₂O)和P-M(H₂O)一系列相图。这些相图表明在地壳冷俯冲(地热梯度约为6℃·km^-1)过程中饱和水的变质基性岩通过脱水反应导致矿物组合演化,随着P-T条件增加,约在2.2GPa(80km)处,绿泥石被滑石取代,在2.4GPa处,蓝闪石消失,在2.5GPa处,滑石消失,在2.9GPa(105km)处,硬柱石消失。相应地可出现硬柱石蓝片岩、蓝闪石-硬柱石榴辉岩、硬柱石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩等高压-超高压组合。俯冲基性岩中即使含有很少量的水(如0.3%~0.5%),都会在超高压硬柱石榴辉岩相条件下达到饱和。因此硬柱石会广泛出现于经历冷俯冲地壳的变质基性岩中。高压-超高压榴辉岩的折返过程受折返温度及峰期矿物组合的控制。当峰期矿物组合中含有硬柱石(±蓝闪石±滑石,T=540~600℃)时,其早期折返发生在硬柱石稳定域,受脱水反应控制,难以保存峰期矿物组合;晚期折返发生在绿帘石稳定域,岩石处于流体缺失状态,有利于保存硬柱石消失后的高压矿物组合。当峰期矿物组合中含有绿泥石、硬柱石和蓝闪石时(T<540℃),其折返过程中的脱水作用仅发生在硬柱石与绿帘石共生的狭窄区域,在硬柱石稳定域的早期折返与绿帘石稳定域的晚期折返阶段,都不发生脱水作用,岩石处于流体缺失状态,因此,虽然峰期形成的硬柱石难以保存,但峰期形成的其他矿物可能仅受轻微改造。当硬柱石消失 (T>600℃) 后,多硅白云母高压-超高压榴辉岩中含有很少量水,在早期折返过程中的很大压力范围内,岩石保持水含量不变,更容易保留峰期矿物组合。高压-超高压榴辉岩在减压至1.5GPa以下时,由于外来流体注入,发生部分水化,形成含有钠钙质、钙质角闪石榴辉岩, 它们一般不是平衡矿物组合。榴辉岩中名义上的无水矿物在减压过程中释放的水有助于榴辉岩部分水化,但不足以形成水饱和的斜长角闪岩。     

桐柏—大别山高压超高压变质带

桐柏—大别山高压超高压变质带自南向北可划分为３个带：绿帘－蓝片岩相变质带，高压榴辉岩相变质和超高压榴辉岩相变质带，超高压变质带形成于加里东期洋壳俯冲作用过程中，而前两个高压变质带则是印支期陆－陆俯冲－碰撞作用的产物。     

洋壳深俯冲超高压变质作用研究及其地质意义

洋壳深俯冲经历超高压变质作用的岩石比较稀少,是目前超高压变质作用研究的重要前沿领域,有关这方面的研究对于建立新的冷俯冲带变质作用类型、探讨地幔水流体的成因、建立更广泛的超高压变质岩石的抬升机制具有重要意义。另外,洋壳深俯冲高压变质带往往与低压高温变质带组成双变质带,对双变质带的深入研究对于完整地重塑俯冲碰撞造山带的形成演化过程具有重要意义。简要地介绍了新疆西天山洋壳深俯冲超高压变质带的研究现状和存在的问题。     

大别山碧溪岭地区榴辉岩的铁同位素地球化学

<正>前人的研究表明,洋中脊玄武岩δ56Fe值很均一,高于地幔的δ56Fe值,因此在壳幔分异过程中,铁同位素会发生部分熔融的。而洋岛玄武岩的铁同位素组成较不均一,可能反映了其源区铁同位素的不均一性。俯冲带是壳幔循环过程中的重要场所,同时俯冲折返的板块为我们研究俯冲带提供了很好的条件。为了研究俯冲板块俯冲折返过程中铁同位素的地球化学行为,分析了大别—苏鲁造山带的超高压变质榴辉岩的全     

俯冲带榴辉岩的变形作用及其对俯冲-折返过程的意义

榴辉岩是大洋和大陆俯冲带的重要岩石类型,在研究俯冲带的形成过程、热结构、壳幔相互作用等方面有重要意义。通过对天然和实验样品中石榴子石、绿辉石等矿物的变形特征、变形机制、变形的影响因素等的综合分析,系统总结了高压变质带中榴辉岩矿物显微和超微变形研究的进展,探讨了榴辉岩的变形特征在恢复俯冲与折返过程研究中的意义及一些尚待解决的一些问题。     

大别山超高压变质带的构造背景

大别山南部的超高压变质带具有特征的榴辉岩相矿物组合，榴辉岩的岩石化学及稀土元素特征及其伴生的岩石组合，表明这个带是以陆壳成分为主混有少量上地幔及洋壳成分的混杂岩，榴辉岩相围岩和大别群具有不同的变质和变形特征。超高压变质带形成于扬子和中朝板块大陆碰撞的构造环境，是扬子板块陆壳向北俯冲到一定深度的变质产物。     

北祁连山清水沟蓝片岩带中含硬柱石蓝片岩和榴辉岩的岩石学﹑40Ar/39Ar年代学及其意义

本文在北祁连造山带清水沟高级蓝片岩中发现了硬柱石,硬柱石作为包体出现在石英颗粒中,颗粒细小(9.5～4μm),无自形晶。在与其伴随的榴辉岩中也发现了硬柱石包体。利用矿物内部一致性热力学数据和Domino/Theriak软件计算了清水沟含硬柱石榴辉岩、百经寺白石崖绿帘石蓝片岩、清水沟绿帘石蓝片岩和阿柔煤矿含硬柱石蓝片岩的温压条件分别是:495～519℃,2.24～2.39GPa;530～600℃,1.35～2.15GPa;520～545℃,2.20～2.35GPa;544～576℃,1.92～2.08GPa。反映清水沟高级蓝片岩带经历了硬柱石蓝片岩相到绿帘石蓝片岩相的变质转化,与含硬柱石榴辉岩的温压条件相似,代表了古祁连山洋向北俯冲发生高压低温变质作用的产物。40Ar/39Ar同位素年代学研究表明,绿帘石蓝片岩的变质年龄分别为447±1.7～447±5Ma和453±2～454±2Ma;低温榴辉岩中蓝闪石得到的蓝片岩相退变年龄为392±12～400±3Ma。综合以上岩石学﹑地球化学和同位素年代分析等资料,进一步探讨了北祁连造山带早古生代大地构造演化过程。     

北祁连山清水沟蓝片岩带中含硬柱石蓝片岩和榴辉岩的岩石学、40Ar/39Ar年代学及其意义

本文在北祁连造山带清水沟高级蓝片岩中发现了硬柱石,硬柱石作为包体出现在石英颗粒中,颗粒细小(9.5～4 μm),无自形晶.在与其伴随的榴辉岩中也发现了硬柱石包体.利用矿物内部一致性热力学数据和Domino/Theriak软件计算了清水沟含硬柱石榴辉岩、百经寺白石崖绿帘石蓝片岩、清水沟绿帘石蓝片岩和阿柔煤矿含硬柱石蓝片岩的温压条件分别是:495～519℃,2.24～2.39 GPa; 530～600℃,1.35～2.15 GPa; 520～545℃,2.20～2.35 GPa; 544～576℃,1.92～2.08 GPa.反映清水沟高级蓝片岩带经历了硬柱石蓝片岩相到绿帘石蓝片岩相的变质转化,与含硬柱石榴辉岩的温压条件相似,代表了古祁连山洋向北俯冲发生高压低温变质作用的产物.40 Ar/39 Ar同位素年代学研究表明,绿帘石蓝片岩的变质年龄分别为447±1.7～447±5 Ma和453±2～454±2Ma;低温榴辉岩中蓝闪石得到的蓝片岩相退变年龄为392±12～400±3 Ma.综合以上岩石学、地球化学和同位素年代分析等资料,进一步探讨了北祁连造山带早古生代大地构造演化过程.     

甘肃北山地区榴辉岩的变质年龄：来自锆石的U-Pb同位素定年证据

北山造山带地处塔里木-中朝板块与哈萨克斯坦板块的交汇部分,主造山时期被认为是早古生代。榴辉岩产在北山造山带的南带,带中榴辉岩与大量基性超基性洋壳岩石和俯冲碰撞有关的花岗岩等伴生,反映该带有可能代表板块的边界。北山榴辉岩的锆石SHRIMP U-Pb同位素定年表明,榴辉岩相的变质年龄为(819±21)Ma,原岩年龄为(1007±20)Ma,表明北山地区存在新元古代一次重要的板块裂解和俯冲碰撞事件。与北山相邻的祁连山南部柴北缘地区近年也报道存在新元古代板块裂解和蛇绿岩洋壳形成事件,表明中国西部存在区域上的新元古代洋盆裂解事件,或称之为罗德尼亚大陆裂解事件。需强调的是,北山榴辉岩相变质事件发生在新元古代,柴北缘榴辉岩的原岩虽为新元古代洋壳岩石,但榴辉岩相变质作用则发生在早古生代,反映北山新元古代俯冲碰撞事件之后的又一次俯冲碰撞事件。     

俯冲洋岛玄武岩脱水释放的水流体成分：来自西天山榴辉岩相高压脉的约束

俯冲洋壳的脱水作用对于岛弧火山岩的成因具有重要意义。西天山高压低温变质带中切割主岩蓝片岩/榴辉岩的榴辉岩相脉体记录了古生代俯冲带中的脱水过程。脉体具有典型高压矿物组合：石榴石(＞8%)+绿辉石(15%)+石英(＞55%)+蓝闪石(5%)+冻蓝闪石(10%)±黝帘石±方解石。高压脉及其主岩的岩相学与矿物化学研究表明流体是在俯冲过程中蓝片岩向榴辉岩进变质条件下释放。脉的主量元素成分显示流体富Si。主岩的稀土元素和微量元素表明其原岩为洋岛玄武岩(OIB)。脉和主岩具有相似的微量元素配分模式,并且相对N-MORB都显示富Li、Be、Cs、Rb、Ba、Pb、La的特点。通过模拟计算,在高压脉、与脉平衡的流体以及模拟的原生流体中都富集流体活动性元素(Li、Be、Pb)和LILE(Cs、Rb、Ba),贫HFSE(Nb)和REE(Nd、Sm)。证实了在古生代南天山洋俯冲时洋岛玄武岩脱水释放出富Li、Be、LILE、La和Pb,贫HFSE和HREE的流体。