《中国科学D辑》第34卷2004年总目次

题目作者期页南雄-诸广地区晚中生代盆山演化的岩石化学、运动学与年代学制约.........舒良树邓平王彬谭正中余心起孙岩11大别-苏鲁榴辉岩和石榴辉石岩中矿物Ce异常:对氧化环境下形成沉积物深俯冲作用的示踪............................................................................................................................................................罗彦高山袁洪林柳小明D.Günther金振民孙敏114西藏芒康盆地内高钾火山岩的Ar/39Ar年代学和地球化学研究40.................................................张会…     

徐淮地区早白垩世adakitic岩石中榴辉岩类捕虏体中金红石的SIMSU-Pb定年:对华北克拉通东部陆壳加厚时间的制约

报道了徐淮地区早白垩世adakitic岩石中榴辉岩和石榴辉石岩(退变榴辉岩)捕虏体中金红石的SIMS U-Pb定年结果,并讨论了其地质意义.含有韭闪石的榴辉岩中金红石的定年结果为(209±25)Ma,而石榴辉石岩中金红石的定年结果为(132±7)Ma.前者与大别-苏鲁超高压变质带的第一次折返时间相近,揭示中生代早期华北克拉通东南缘陆壳加厚事件的存在和这一加厚事件与扬子-华北克拉通之间的俯冲碰撞有关,后者与寄主岩浆的侵位时间相当,反映寄主岩浆捕获石榴辉石岩后金红石U-Pb体系才开始计时,而之前处于高于封闭温度的地壳深度.     

胶东海阳所高压变质基性岩的岩石化学和地球化学

胶东海阳所一带有大量变质基性岩呈巨大的岩块或构造透镜体发育在高度变形的花岗质片麻岩中. 这些岩石主要是石榴辉石麻粒岩、榴辉岩化的麻粒岩以及角闪 岩, 原岩成分从橄榄拉斑玄武岩到石英拉斑玄武岩, 表现出由富Mg向富Fe方向演化的拉斑玄武岩趋势. Pearce元素比值斜率法证明, 这些基性岩是由同一岩浆系列, 经由斜长石、橄榄石和单斜辉石为主的分离结晶作用形成. 尽管大离子亲石元素受到变质作用的改变, 微量元素组成也显示了结晶分异作用特征, 如微量和稀土元素相互平行的配分型式、Ni和Ce的相关关系以及Sr的逐渐增强的亏损, Nd同位素资料与微量元素资料一致指示了亏损地幔的来源. 海阳所变质基性岩不是蛇绿岩的碎片, 其形成也与俯冲消减作用无关, 很可能是大陆环境的岩浆系列. Sm-Nd全岩等时线年龄2252±180 Ma大致指示了原岩的形成时代. 因此, 早在三叠纪晚期大别-苏鲁超高压碰撞造山带形成以前, 海阳所基性岩就已经作为扬子板块基底的一部分存在了大约2000 Ma.     

藏南定结铁镁质麻粒岩矿物化学、PTt轨迹和折返过程

定结铁镁质麻粒岩出露于藏南拆离系和申扎-定结伸展构造系交汇处的高喜马拉雅岩系糜棱岩化片麻岩内, 以不同规模的透镜状包体沿着糜棱面理分布, 主要岩石类型包括退变石榴石斜长辉石岩、石榴石二辉麻粒岩和辉石斜长角闪岩等. 详细的岩相学分析表明这些铁镁质麻粒岩经历了至少四个阶段的变质演化, 早期形成了石榴石+单斜辉石+石英(榴辉岩)矿物组合(M1)、早期降压分解形成斜长石+单斜辉石后成合晶构成的高压麻粒岩矿物组合(M2)、晚期降压分解形成的斜长石+单斜辉石+紫苏辉石后成合晶构成的麻粒岩相矿物组合(M3)和最后降温水化形成的斜长石+角闪石退变质矿物组合(M4). 详细的矿物电子探针成分分析表明早期石榴石和单斜辉石(M1和M2)矿物成分与B类和C类榴辉岩同类矿物的成分特征相似, M3单斜辉石与麻粒岩相单斜辉石的成分特征一致. 早期残晶矿物组合形成于榴辉岩相(M1), 早期降压分解(M2)反应发生于1.35~1.48 GPa, 625~675℃, 降压分解的M3麻粒岩相变质阶段矿物组合形成于0.7~0.95 GPa, 775~900℃, M4退化变质的斜长石+角闪石矿物组合形成于4.0~7.5 GPa、660~700℃, 记录了俯冲增厚－构造隆升的PTt轨迹. 矿物化学特征和不同阶段变质作用的P-T条件表明早期经历了榴辉岩相变质作用. 折返过程中经历了榴辉岩相构造隆升、榴辉岩-高压麻粒岩相到麻粒岩相均衡隆升和伸展隆升的三阶段折返过程.     

秦岭-大别造山带下地壳拆沉作用

提供了秦岭-大别造山带下地壳拆沉作用的地质、地球物理、地球化学证据,建立了下地壳拆沉作用的化学地球动力学模型.综合研究表明,大别-苏鲁地区的榴辉岩是最可能被拆沉的物质,现今秦岭-大别地区地壳较为亏损的Eu,Sr,Cr,Ni,Co,V和Ti含量要求被拆沉的榴辉岩质下地壳累计厚度为37～82km.秦岭-大别造山带现今众多地质、地球物理和地球化学特征可较好地用下地壳拆沉作用来解释.     

大别-苏鲁造山带橄榄岩:进展和问题

大别-苏鲁造山带橄榄岩原岩属性可分为壳源和幔源橄榄岩,它们在矿物结构、变质演化以及全岩和单矿物化学成分上存在一系列差别.幔源橄榄岩来自于俯冲板块之上的古老华北克拉通岩石圈地幔,记录了俯冲板块与地幔楔之间相互作用的信息.石榴橄榄岩峰期条件下都显示石榴石和尖晶石共存,石榴石和尖晶石的稳定性和成分都受全岩富化程度控制,尖晶石成分不能用来判别部分熔融程度.难熔幔源纯橄岩中普遍发育低Mg高Ca橄榄石取代早期斜方辉石结构,指示硅不饱和熔体-橄榄岩反应过程,它可能是导致纯橄岩Re-Os同位素年龄偏年轻的原因之一.幔源橄榄岩/辉石岩中的金红石、钛斜粒硅镁石和锆石是俯冲地壳熔/流体迁移高场强元素进入地幔楔的直接矿物学证据,只有通过精细的原位元素和同位素工作,才能准确限定交代介质来源、时间和交代过程.大陆俯冲带地幔楔氧逸度变化范围宽泛(FMQ=5.50~1.75),并随深度增加而减小,但其氧逸度计算结果受矿物组合、温压条件以及折返过程中的脱氢-氧化作用等因素影响.本文对橄榄岩-辉石岩复杂体系相关系、大陆俯冲之前的地幔过程、地壳交代对地幔楔元素-同位素-氧逸度以及物理性质的改造等重要研究方向提出了建议.     

岩浆底侵作用与汉诺坝现今壳-幔边界组成

从汉诺坝新生代玄武岩中岩浆底侵成因的麻粒岩相和榴辉岩相堆晶岩、橄榄岩和辉石岩捕虏体的岩石矿物组合、岩石结构、矿物学、主微量元素和同位素地球化学特征, 讨论和限定了壳-幔边界岩石组成, 并得到岩石高温高压波速实验和深部地球物理探测结果的支持. 现今下部下地壳主要由麻粒岩相镁铁质堆晶岩(以斜长二辉岩为主)组成; 壳-幔过渡带主要由榴辉岩相石榴辉石岩、辉石岩和尖晶石二辉橄榄岩等组成; 太古代地体麻粒岩只是名义上的早期下地壳. 发生在壳-幔边界的岩浆底侵作用导致地壳的垂向增生和壳-幔过渡带的形成, 是显生宙以来壳-幔边界组成和化学调整的重要机制.     

岩浆底侵作用与汉诺坝现今壳-幔边界组成--捕虏体岩石学与地球化学证据

从汉诺坝新生代玄武岩中岩浆底侵成因的麻粒岩相和榴辉岩相堆晶岩、橄榄岩和辉石岩捕虏体的岩石矿物组合、岩石结构、矿物学、主微量元素和同位素地球化学特征, 讨论和限定了壳-幔边界岩石组成, 并得到岩石高温高压波速实验和深部地球物理探测结果的支持. 现今下部下地壳主要由麻粒岩相镁铁质堆晶岩(以斜长二辉岩为主)组成; 壳-幔过渡带主要由榴辉岩相石榴辉石岩、辉石岩和尖晶石二辉橄榄岩等组成; 太古代地体麻粒岩只是名义上的早期下地壳. 发生在壳-幔边界的岩浆底侵作用导致地壳的垂向增生和壳-幔过渡带的形成, 是显生宙以来壳-幔边界组成和化学调整的重要机制.     

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 .     

大别杂岩减压变质过程与造山带深部区域性快速构造折返

大别杂岩的变质岩岩石可分出麻粒岩相带和角闪岩相带.麻粒岩相中石榴石内带的生长成分环带保存完好,角闪岩相石榴石内带无成分变化,但近外带为生长环带,反映两个变质相带早期具有不同的变质历史.但是,两个变质相带普遍发育反映减压的反应结构和成分演化趋势.矿物温度计压力计估算麻粒岩相带减压△P≈-0.70GPa;角闪岩相带减压△P≈-0.85GPa.变质P-T轨迹具碰撞和俯冲变质的双重特点,表明大别杂岩经受了快速下沉和快速构造折返.区内高压超高压榴辉岩折返可能与之同期.     

变形组构引起的超高压榴辉岩地震波速各向异性

超高压榴辉岩通常显示了强塑性变形和地震各向异性特征. 对实验和天然变形超高压榴辉岩中主要矿物的地震波速性质及其变形晶格优选方位(CPO)与榴辉岩地震波速和各向异性之间的成因关系研究结果表明: (1) 除石榴石表现为近地震波速各向同性外, 榴辉岩中其他矿物都具有强地震各向异性(AV_p = 23.0%~40.9%, Max. AV_s = 18.5%~47.1%), 是造成榴辉岩地震各向异性的主要来源矿物, 石榴石和金红石的平均地震波速相对较高, 绿辉石和柯石英中等, 石英最小; (2) 变形榴辉岩最大纵波波速(8.33~8.75 km/s)方向近平行变形线理或面理, 最小纵波波速(8.25~8.62 km/s)近垂直线理或面理, 纵波波速各向异性1.0%~1.7%, 平均横波波速4.93~4.97 km/s, 其各向异性在同时与线理和面理成近45°方位接近最大(0.73%~1.78%), 在面理面上接近垂直线理方位达到最小, 横波快波极化取向近平行面理. 超高压峰值变质条件(3~5 GPa, 900~1100℃)下榴辉岩地震纵波和横波波速预计比常温常压下分别高出3.4%~7.2%和6.3%~12.1%; (3) 绿辉石矿物组分主导了榴辉岩各向异性基本特征, 而石榴石矿物组分则起到了降低榴辉岩各向异性程度和增加地震波速的作用, 石英矿物组分对榴辉岩地震各向异性影响不大但可以一定程度上降低榴辉岩的地震波速, 金红石矿物组分的作用基本可以忽略; (4) 榴辉岩地震波速在纯石榴石岩中最大但各向异性接近于零, 随绿辉石含量的增加, 地震波速逐步降低, 各向异性逐步升高, 纯绿辉石岩比纯石榴石岩地震波速低6%~8%, 而各向异性则达到3%~4%. 根据榴辉岩组成矿物的单晶弹性性质和变形CPO计算的榴辉岩地震物性与前人实测结果基本相当. 研究成果获得了超高压变形榴辉岩的三维地震物性资料和相关的矿物物理成因解释.     

华北克拉通岩石圈破坏的榴辉岩熔体-橄榄岩反应机制:实验约束

以碧溪岭榴辉岩和大麻坪尖晶石二辉橄榄岩为起始原料,在压力2.0GPa,温度1250～1400℃条件下进行榴辉岩熔体-橄榄岩反应的高温高压实验.实验结果显示,在榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应过程中,熔体消耗橄榄岩中的橄榄石和斜方辉石生成单斜辉石.实验产物的岩石序列为橄榄岩-辉石岩-石榴辉石岩,与Liu等在华北克拉通内部的汉诺坝地区发现的大量中生代地幔复合包体结构非常吻合.在温度1300和1350℃时,榴辉岩熔体-二辉橄榄岩反应产生的熔体具有高镁安山岩的成分特征(Mg#>45),表明榴辉岩熔体-橄榄岩反应可能是高镁安山岩形成的主要原因之一.实验结果表明华北克拉通下地壳榴辉岩在中生代可能发生过拆沉作用;榴辉岩拆沉进入软流圈地幔后,部分熔融产生的熔体可以消耗岩石圈地幔橄榄岩,导致华北克拉通的减薄,从而为华北克拉通岩石圈地幔被软流圈地幔改造的熔体-橄榄岩反应机制提供实验约束.     

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别-苏鲁是全球最大的超高压变质带,本文基于地球物理资料的分析和综合研究,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性.在扬子与中朝克拉通碰撞后大别-苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用.之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件.扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹.然而由于南北压挤力的继续作用与大别-苏鲁地体的折返,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲.这种陆-陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔,诱发部分熔融和后期的地幔上隆.本文给出了大别-苏鲁演化动力学的修正模型.     

大别山榴辉岩的氦、氩同位素组成及其岩石成因

论述了石榴石和绿辉石的氦、氩同位素地球化学特征,并讨论了大别山榴辉岩的成因。测得3 He/4He 值为(1-19 ～4-63) ×10 - 7 ,40Ar/36Ar 值为1209 ～4416 ,4 He/40Ar 值分布在0-07 ～1-39 范围内,3 He/36 Ar 值的变化范围为(0-59 ～2-85) ×10 - 4 。大别山榴辉岩中保留了原始的稀有气体同位素, 但是退变质作用使氦同位素优先丢失。氦、氩同位素地球化学资料表明,榴辉岩可能形成于亏损的地幔或者是一种亏损型“地幔岩”中     

榴辉岩的泊松比及其对造山带下地壳拆沉作用的指示

对大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩的实验测定以及前人的实验结果表明, 水化作用将明显增加榴辉岩的泊松比, 新鲜未退变榴辉岩(H₂O⁺ < 1.0%)的平均泊松比为0.24~0.25, 该值与实验和理论计算结果相一致, 而明显低于前人给出的榴辉岩平均泊松比(0.27±0.02). 未退变榴辉岩的泊松比显著低于下地壳镁铁质麻粒岩, 也低于上地幔橄榄岩. 大别超高压带、青藏高原和安第斯山脉现今下地壳和上地幔的泊松比均大于0.26, 加之它们均具有正常的上地幔V_p值, 表明由于拆沉作用榴辉岩在这些俯冲-碰撞造山带下地壳和上地幔已不存在或不是重要组成. 榴辉岩从形成至拆沉是在<15 Ma的十分短暂时间内完成的.     

大洋深俯冲带流变性质及其地球动力学意义

在压力3 GPa, 温度1450～1600 K, 应变速率10-4～10-5 s-1条件下, 对深俯冲带和上地幔中两种重要岩石(榴辉岩和方辉橄榄岩)的流变性质进行了实验研究, 获得了榴辉岩在超高压条件下的流变参数, 应力指数为3.4, 活化能为480 kJ/mol, 活化体积为12 cm3/mol. 实验结果表明具有中等石榴石含量榴辉岩的流变强度与方辉橄榄岩的流变强度在上地幔浅部条件下基本相当, 是多晶绿辉石岩强度的2～3倍和多晶石榴石岩强度的一半. 随榴辉岩中石榴石含量的逐步增加, 岩石的整体流变强度也不断增大. 在实验研究基础上, 计算了不同板块汇聚速率条件下深俯冲大洋岩石圈在不同深度层次上的流变强度, 以及橄榄岩和榴辉岩上地幔流变强度随深度的变化. 研究表明, 俯冲洋壳从下覆的上地幔拆离出来最有可能发生在缓慢俯冲的热俯冲带中; 而快速俯冲的冷俯冲带, 俯冲地壳与上地幔之间在强度上是耦合的, 发生拆离的可能性不大. 过渡带是上地幔中除岩石圈地幔外的高强度和高黏度层.     

大洋深俯冲带流变性质及其地球动力学意义——来自地幔岩高温高压实验的启示

在压力3GPa,温度1450～1600K,应变速率10-4～10-5s-1条件下,对深俯冲带和上地幔中两种重要岩石（榴辉岩和方辉橄榄岩）的流变性质进行了实验研究,获得了榴辉岩在超高压条件下的流变参数,应力指数为3.4,活化能为480kJ/mol,活化体积为12cm3/mol.实验结果表明具有中等石榴石含量榴辉岩的流变强度与方辉橄榄岩的流变强度在上地幔浅部条件下基本相当,是多晶绿辉石岩强度的2～3倍和多晶石榴石岩强度的一半.随榴辉岩中石榴石含量的逐步增加,岩石的整体流变强度也不断增大.在实验研究基础上,计算了不同板块汇聚速率条件下深俯冲大洋岩石圈在不同深度层次上的流变强度,以及橄榄岩和榴辉岩上地幔流变强度随深度的变化.研究表明,俯冲洋壳从下覆的上地幔拆离出来最有可能发生在缓慢俯冲的热俯冲带中;而快速俯冲的冷俯冲带,俯冲地壳与上地幔之间在强度上是耦合的,发生拆离的可能性不大.过渡带是上地幔中除岩石圈地幔外的高强度和高黏度层.     

辽宁金伯利岩变基性岩石捕虏体地球化学及锆石年代学: 示踪华北下地壳早期演化

辽宁复县古生代金伯利岩中的变基性岩石捕虏体主要为石榴石麻粒岩, 少量的辉石角闪岩、变辉长岩和辉石正长岩. 它们的SiO₂含量在47.3%~49.9%间. 石榴石麻粒岩多为中、粗粒变晶结构并呈三联点接触, 具石榴石+斜长石+辉石+条纹长石±金云母的矿物组合. 辉石角闪岩的矿物组合为斜长石+辉石+角闪石±条纹长石, 具744~821℃和0.76~0.88 GPa的平衡温度和压力条件. 石榴石麻粒岩来源于辉石角闪岩之下, 相当于>29 km下地壳深度, 石榴石麻粒岩的化学组成相当于钙碱性玄武岩, 具非常宽的Ni(133×10^&#8722;6~840×10^&#8722;6), 和Nb/Y(0.12~1.85)、Nb/U(3.51~53.86)和Ta/U(0.38~2.48). 辉石角闪岩和辉石正长岩组成上相当于碱性玄武岩. 它们被认为是底侵基性岩浆(结晶分异和未结晶分异)物质与古老地壳组分混染并经变质作用的产物, 并部分受到金伯利岩浆的影响. 变辉长岩锆石协和的表面年龄(2610~2580 Ma)以及石榴石麻粒岩、辉石角闪岩锆石近协和的上交点年龄(2578~2538 Ma), 说明它们是目前所知华北地块深部地壳最古老的捕虏体样品. 这些年龄记录着华北东部统一陆块形成事件, 即新太古代(2.6~2.5 Ga)是华北地块重要的陆壳生长期. 石榴石麻粒岩下交点年龄(1853 Ma)记录着早元古代的一次重要构造-热事件. 该事件可能与华北东、西部地块的碰撞作用以及华北克拉通的最后拼合(1.8 Ga)有关.     

俯冲大陆岩石圈重熔：大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩成因

大别-苏鲁造山带是华南-华北陆块在三叠纪经过大陆碰撞形成的,其中含有大量中生代岩浆岩,形成时代上主要属于晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世.晚三叠世碱性岩和晚侏罗世花岗岩仅出露在苏鲁造山带东部,而早白垩世岩浆岩则遍布整个大别-苏鲁造山带（包括大面积的花岗岩、零星的中基性侵入岩和火山岩）.虽然时代不同,但是它们均富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,具有高的初始Sr同位素比值、低的εNd（t）值和低的放射成因Pb同位素组成.晚侏罗世和早白垩世花岗岩锆石中含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的继承核,大多数早白垩世基性岩中锆石具有比正常地幔锆石低的氧同位素比值,全岩具有比正常地幔低的碳同位素比值.系统的元素和同位素对比研究发现,大别-苏鲁造山带中生代花岗岩和基性岩分别与经过超高压变质的花岗片麻岩和榴辉岩具有相似性.尤其是若干鉴定性特征的地球化学指标证明,它们都是华南岩石圈北缘的组成部分.由于中生代大陆深俯冲,这些具有类似地球化学性质的岩石分别在不同时间和层位发生超高压变质和碰撞后深熔作用.因此,这些中生代岩浆岩的形成与华南陆块俯冲/折返之后的碰撞后造山带构造跨塌有关,是俯冲大陆岩石圈在碰撞造山带加厚背景下部分熔融的产物.     

高温高压下地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率实验

为了探讨地幔岩模型和苦橄质榴辉岩模型在上地幔存在的合理性,建立上地幔的电性结构,本文利用YJ-3000t紧装式六面顶压机和Solartron IS-1260阻抗/增益-相位分析仪,在1.0~4.0GPa、700~1150℃的条件下,采用交流阻抗谱法(频率范围10-1~106 Hz)分别测量了地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率.实验结果表明:随着温度的升高,地幔岩和苦橄质榴辉岩的电导率大幅增加;随着压力的增大,地幔岩的电导率略有增加,活化体积ΔV为-4.73cm3·mol-1,而苦橄质榴辉岩的电导率几乎没有变化,活化体积ΔV为-0.11cm3·mol-1;在电性方面,用苦橄质榴辉岩来表示深部的物质较为合理,地幔岩解释浅部可能更恰当,但浅部物质的分布不均匀,电导率随深度的变化主要受控于温度的影响,其次才是成分.