大别山超高压变质带p-T-t轨迹数值模拟

模拟设计了拆沉底辟模型、叠瓦俯冲纯剪切伸展模型二组共９种模型。拆沉底辟模型,第一阶段ｐ Ｔ ｔ轨迹在地幔热影响下都为降压增温过程,第二阶段ｐ Ｔ ｔ轨迹明显不同,快速折返速率下为近等温降压,从深部抬升到岩石圈底为显著的降压升温、近等温降压过程,从岩石圈底部经过地壳出露地表为降温降压过程。慢速抬升速率下,为降温降压。模拟比较了底辟上升俯冲板片形态不变与板片形态改变模型,陆壳与陆壳俯冲碰撞和陆壳与洋壳俯冲碰撞,在岩石圈深度范围内ｐ Ｔ ｔ轨迹形态基本相似,首先是等温降压然后降温降压。叠瓦俯冲纯剪切伸展模型,快速伸展速率下ｐ Ｔ ｔ轨迹表现出３个不同的阶段：从降温降压到近等温降压,然后再降温降压。慢速伸展速率下ｐ Ｔ ｔ轨迹为开阔弧形形态,首先为降压增温,然后为降压降温。     

超高压变质作用研究现状及问题

本文从超高压变质作用的矿物学、Ｐ－Ｔ－ｔ轨迹和超高压地体抬升、保存机制三个方面总结了近年来超高压变质作用研究所取得的重要进展和存在的问题。超高压变质作用的矿物学研究正在向深入发展，其Ｐ－Ｔ－ｔ轨迹具有三种成因类型。而其超高压地体的抬升、保存机制则是争论的焦点，其中增生楔模式（Ｐｌａｔｔ，１９８７）和连续俯冲─仰冲机制较好地解释了抬升过程，但也存在一些问题需进一步研究。     

闽北麻源群变质岩的流体包裹体研究：岩石抬升过程的p－T－t

根据闽北麻源群变质岩流体包裹体的世代关系和显微测温研究，获得了麻源群变质峰期之后抬升过程ｐ－Ｔ－ｔ轨迹，推测岩石遭受剪切变形事件的温压条件为ｐ＝８５￣１００ＭＰａ，Ｔ＝２６５￣２８５℃。本区流体演化早期以ＣＯ２为主，晚期以水溶液为主。     

闽北麻源群变质岩的流体包裹体研究：岩石抬升过程的p－T－t

根据闽北麻源群变质岩流体包裹体的世代关系和显微测温研究，获得了麻源群变质峰期之后抬升过程ｐ－Ｔ－ｔ轨迹，推测岩石遭受剪切变形事件的温压条件为ｐ＝８５～１００ＭＰａ，Ｔ＝２６５～２８５℃。本区流体演化早期以ＣＯ２为主，晚期以水溶液为主。     

大兴安岭—燕山晚中生代岩浆活动与俯冲作用关系

本文通过对华北的大兴安岭－燕山地区晚中生代火山－深成岩岩石化学、同位素地质学的分析，认为该地区岩浆的形成和演化与板内伸展环境下的底侵作用有关，而与太平洋板块俯冲无直接的成因联系。本文展示了较高分辨率的日本海沟－长白山－蒙古额尔德尼查干的地震层析图像，揭示了太平洋俯冲板片的形态特征；再结合对俯冲时间及俯冲作用与岩浆作用时差的研究，进一步证明板块俯冲与研究区的岩浆活动无直接关系。最后通过底侵作用年代学的研究，将大兴安岭－燕山中生代岩浆活动与层析图象显示的大陆板内软流圈上涌体联系起来。     

苏鲁造山带超高压变质作用及其P-T-t轨迹

基于超高压变质岩的岩石学,特别是超高压矿物生长成分环带、扩散环带和蚀变作用研究,综合前人的岩石学和年代学研究成果,提出苏鲁造山带超高压变质作用峰期发生在1000-1100℃和6-7GPa条件下,俯冲深度相当于200km,形成年代为240-250Ma。在此基础上,重塑了一个包括八期变质作用的P-T-t轨迹,揭示出超高压变质岩经历了三个不同的折返阶段,即从200km到100km深度的快速折返阶段,抬升速率为5km/Ma,冷却速率为10℃/Ma;从100km到30km的快速折返,抬升速率为4km/Ma,或为近等温降压,或为缓慢降温的快速降压过程;从下地壳到近地表的缓慢折返阶段,抬升速率为1km/Ma,但为快速降温过程,冷却速率可达20℃/Ma。     

豫南高压镁铁质麻粒岩的初步研究

位于桐柏大别山造山带北缘桐柏信阳地段的豫南高压镁铁质麻粒岩块体主要由石榴角闪二辉麻粒岩类组成。其岩相学和矿物学特征表明它们曾经历过温度Ｔ／Ｋ＞１２６１．１５±５０，压力ｐ≥２．０ＧＰａ，２．０ＧＰａ～１．６ＧＰａ和Ｔ／Ｋ＞９７３．１５ｐ＝１．４ＧＰａ等多阶段近等温减压变质作用，有着似大陆碰撞造山带的很陡的顺时针ｐ－Ｔ轨迹。它们形成于地壳增厚深埋和隆升减薄过程中，而终至抬升折反剥露地表的动力学，可能和壳底逆冲韧性剪切拆离伸展等多种构造作用相关     

燕辽地区燕山期火成岩与造山模型

通过与安第斯、青藏北缘、大陆裂谷带火成岩的比较，阐述了燕辽地区燕山期火成岩具活动大陆边缘靠内陆一侧的构造属性。提出了三种可能的母岩浆（玄武质、粗面质与花岗质）以及它们的混合作用是制约以壳幔混合型为主、组成谱系宽的火成岩的主要机制。基于实验岩石学成果，论述了无负Ｅｕ异常的中酸性火成岩类（正长岩、二长岩、石英闪长岩类）形成于加厚陆壳底部（或山根带）。主要基于岩石学成果，讨论了燕山期本区陆壳厚约６０～７０ｋｍ，岩石圈厚约１００～１５０ｋｍ。通过与印支期岩石圈（厚约１５０～２００ｋｍ）的对比，提出了造山岩石圈的拆沉－去根作用，使岩石圈减薄了约５０ｋｍ。由此，提出了一个大洋俯冲与岩石圈拆沉相结合的造山模型，称为华北式（或燕辽式）造山带模型。这一模型不但可以满意地解释为什么弧火成岩属性的岩浆活动可深入远离海沟达一千多公里的内陆地区以及挤压与拉伸交替的反转构造的发育，而且还可以比较满意地解释为什么火成岩组成极性极不明显，伴随岩浆活动的陆壳不断抬升等，并指出燕山期地幔岩石圈减薄，山根仍存在，所以造山后Ａ型花岗岩（指碱性正长岩类）仍保持无负Ｅｕ异常，而本区新生代处于大陆裂谷发育环境，地幔岩石圈与陆壳均减薄。     

大别山北部榴辉岩的大地构造属性及冷却史

岩石地球化学及同位素年代学研究表明，大别山北部榴辉岩的大部分属印支期扬子俯冲陆壳（下地壳）的一部分；大致沿磨子潭－晓天断裂附近分布的含榴辉岩、大理岩和变质橄榄岩的镁铁－超镁失质岩带可能代表扬子与华北2个大陆板块之间的变质构造混杂岩带，它应接近于扬子与华北2个大陆板块之间的缝合线（镁铁－超镁铁质岩带以北），而五河－水吼剪切带则可能代表扬子腐冲陆壳内部的1条拆离带或滑脱带。冷却史研究表明，大别山北部榴辉岩峰期变质后初期（230－210Ma)仅抬升到下地壳水平，因而未经历降温过程并具有比大别山南部榴辉岩较低的抬升速率，峰期变质后较慢的抬升速率及相应的近于等温或局部升温阶段也许是造成大别山北部榴辉岩与南部超高压带中榴辉岩差异的重要原因之一；同时，也许是研究区榴辉岩很少见有保留早期超高压变质证据的重要原因。     

阿尔金南缘构造带西段新元古代-早古生代变质岩系的变质作用

阿尔金南缘构造带西段新元古代-早古生代变质岩系为一套绿片岩相-低角闪岩相的中浅变质岩系,并形成绢云母-白云母带、黑云母带和石榴石-角闪石带3个递增变质带。通过对石榴石-角闪石带变质作用p-T轨迹的深入研究表明,其经历了3个阶段变质作用:即经历了俯冲碰撞深埋到30～35 km深度的中高压变质作用(M₁),压力可达7.27×10⁸～9.63×10⁸ Pa;随后经历了快速抬升所导致的近等温降压变质过程(M₂),压力降至4.1×10⁸～5.62×10⁸ Pa;晚期经历了降温降压退变质作用（M₃）。整个过程为顺时针方向演化的p-T轨迹,其地质动力学过程属于较典型的板块俯冲碰撞→抬升模式,表明阿尔金南缘构造带的地质构造演化经历了俯冲碰撞及碰撞后的快速抬升过程。     

新疆西南天山蓝片岩的变质作用pTDt轨迹及构造演化

西南天山蓝片岩的变质作用ｐＴＤｔ轨迹显示进变质作用为快速升压过程，退变质作用为近等热降压过程。自俯冲杂岩进入俯冲带到形成蓝片岩后抬升出露于造山带，变质作用经历了浊沸石相（４１５Ｍａ？）→硬柱石－蓝闪片岩相（４０８Ｍａ？）→蓝闪绿片岩相（３４５Ｍａ）→０绿片岩相（３１４Ｍａ）连续渐变演化的过程。蓝片岩中现存主要蓝闪绿片岩相矿物组合并非峰期变质矿物组合。造山运动晚期的大规模韧性推覆作用促成蓝片岩快速抬     

桂东南云开岩群斜长角闪岩的变质作用PT轨迹及其动力学意义

桂东南中新元古界云开岩群是一套中浅变质岩系,并形成一系列绿片岩相-角闪岩相的递增变质带,通过对云开岩群角闪岩相变质带(十字石-蓝晶石带)中斜长角闪岩变质作用的PT轨迹的系统研究显示,其包括了由早期绿片岩相变质阶段(M1)→峰期角闪岩相变质阶段(M2)→近等温降压变质阶段(M3)→近等压降温变质阶段(M4)→晚期绿片岩相退变质阶段(M5)五个阶段的顺时针PT演化轨迹,其地质动力学过程属于典型的板块俯冲碰撞→抬升模式,表明云开地块北缘造山带的地质构造演化经历了俯冲碰撞及碰撞后的快速抬升过程。     

大洋平板俯冲的数值模拟再现:洋–陆汇聚速率影响

利用地球动力学数值模拟方法探讨了洋-陆汇聚时,大洋岩石圈的绝对俯冲速率和上覆大陆岩石圈的向洋绝对逆冲速率对俯冲模式的影响,尤其是上覆大陆的向洋绝对逆冲速率与平板俯冲之间的关系。模型结果显示,对于年龄为40 Ma的含正常洋壳厚度的大洋岩石圈,在初始俯冲角度为现今洋–陆俯冲平均倾角的极小值(19°)条件下,低速大洋俯冲(绝对俯冲速率≤3 cm/a)且上覆大陆岩石圈向洋绝对逆冲速率≥1 cm/a时,具备形成平板俯冲的条件。当中–高速大洋俯冲(绝对俯冲速度3 cm/a)时,在上覆大陆的绝对逆冲速率不小于俯冲速率时可以形成平板俯冲。当增加初始俯冲角度到平均倾角的极大值(36°)时,仅在低速大洋俯冲(绝对俯冲速率≤3 cm/a)且绝对逆冲速率达到10 cm/a时(自然界中基本不存在),才有可能出现平板俯冲,其他情况均表现为陡俯冲。我们的模拟结果表明:(1)较高的大洋岩石圈绝对俯冲速率更容易克服板间耦合作用力而有利于陡俯冲形成;(2)较高的上覆大陆绝对逆冲速率更有利于俯冲板片弯曲而趋向于平板俯冲形成;(3)上覆大陆朝向海沟的逆冲速率会在俯冲板片下方产生水平向陆的地幔流,绝对逆冲速率越大该地幔流越强烈,导致作用于板片下表面的水平剪切分量越大而有利于板片弯折和平板俯冲发生;(4)初始俯冲角度的增加对平板俯冲的形成起到强烈抑制作用。这些能被现今平板俯冲,如具相似洋–陆汇聚速率条件的南美洲西海岸平板俯冲实例所验证。     

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄的机制与过程的讨论:是拆沉,还是热侵蚀和化学交代?

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄作用,主要有两种模型:(1)岩石圈拆沉;(2)热侵蚀和/或化学交代。文中主要从岩浆活动与构造变形两个途径,通过(1)燕山带造山幕和结构要素组合以及造山过程的p-T-t轨迹;(2)收缩构造变形、火成岩构造组合和下地壳岩石捕虏体3个独立证据提出陆壳的构造加厚;(3)火成岩成因的壳幔相互作用模型和热模拟等,试图讨论华北地区克拉通有浮力的岩石圈如何转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用,而不是热侵蚀或化学交代机制使岩石圈地幔改造为EMI印记实现的减薄作用。大量对流的软流圈物质注入克拉通是诱发陆壳发生局部熔融所必需的条件。底侵玄武质岩浆的加热并弱化先前的冷和强的克拉通地壳,创造一个流变学条件,以使收缩构造变形和陆壳加厚成为可能。陆壳最下部和岩石圈地幔中形成的大量玄武质岩石,在构造加厚作用下,相转变为榴辉岩,致使原先有浮力的岩石圈转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用。     

大别山超高压变质岩的冷却史及折返机制

大别山超高压变质岩及其围岩 T-t 冷却曲线显示了超高压变质岩的冷却史从800℃到300℃经历了三个阶段:两次快速冷却(226±3Ma 到219±7Ma 期间从800℃到500℃的第一次快速冷却,180～170Ma 期间从450℃到300℃的第二次快速冷却)和介于二者之间的等温过程。这一具有两次快速冷却的 T-t 曲线已被近年来获得的高精度金红石 U-Pb 年龄(218±1.2Ma)(Li et al.,2003),高压变质和退变质独居石 Th-Pb 年龄(Ayers et al.,2002),和强面理化榴辉岩二次多硅白云母的Rh-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)(Li et al.,2001)所证实。超高压变质岩的二次快速冷却事件反映了二次快速抬升过程。在东秦岭及苏鲁地体东端发育的同碰撞花岗岩 U-Ph 年龄为225～205Ma,与超高压变质岩第一次快速冷却时代吻合。考虑到同碰撞花岗岩与俯冲板片断离的成因联系,这种时代耦合关系表明俯冲板片断离可能是超高压变质岩第一次快速抬升和冷却的重要机制之一。大别山 Pb 同位素填图揭示出南大别带超高压变质岩具有高放射成因 Pb 特征,因而源于俯冲的上地壳;而北大别带超高压变质岩具有低放射成因 Pb 特征,源于俯冲长英质下地壳。这表明在陆壳俯冲过程中上、下地壳之间可发生挤离(detachment)或脱耦(decoupling)。已有实验证明脱耦的上地壳在俯冲过程中可沿挤离面逆冲抬升(Chemenda et al.,1995)。同理,由于俯冲镁铁质下地壳在大别山没有出露,可以推测俯冲长英质下地壳和镁铁质下地壳之间也最终发生了挤离或脱耦。大陆岩石圈在不同深度存在若干低粘度带(Meissner and Mooney,1998)是上述俯冲陆壳分层脱耦现象发生的依据。因此,俯冲上地壳及部分长英质下地壳的第一次快速抬升折返是俯冲过程中大陆地壳内部分层脱耦和俯冲板片断离的综合结果。上述过程只能使已脱耦的上地壳及部分长英质下地壳抬升折返,而未与俯冲岩石圈脱耦的下地壳在板片断离后仍可继续俯冲。俯冲板片断离后,两大陆块在晚三叠世和早-中侏罗世继续汇聚,导致华南陆块下地壳继续俯冲,及已经脱耦并折返至中上地壳的超高压岩片向北仰冲。这一仰冲可能是导致超高压变质岩第二次快速抬升的重要机制。强面理化榴辉岩二次多硅白云母的 Rb-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)可能记录了这一超高压岩片仰冲事件发生的时代。惠兰山基性麻粒岩年代学研究揭示了罗田穹隆在早白垩世的快速抬升,与此同时大别山发生了大规模岩浆事件。山体快速抬升与大规模岩浆事件的耦合关系指示了大别造山带早白垩世的去根作用,或岩石圈拆离事件。伴随这一山体快速抬升,大别山超高压变质岩开始大面积出露地表。     

内蒙古乌拉山地区变质作用的P－T条件和P─T－t轨迹

研究区主要由麻粒岩相变质的孔兹岩系组成，经历了初期、主期、峰期和晚期四个变质阶段。采用多种矿物对地质温压计方法估算，各变质阶段的温压条件分别为６５０～７００℃，０．５６Ｐａ：６７０～８３７℃，０．５３～０．７４ＧＰａ；６８７～９１１℃，０．３４～０．５７ＧＰａ；６５０℃，０．３５ＧＰａ。温压条件的变化反映了变质作用的动态演化特点。本区变质作用演化经历了增温增压、等温降压和降温降压三个动力学过程，表现为顺时针的Ｐ－Ｔ－ｔ轨迹。具有典型大陆造山带环境的变质演化特点和动力学机制。     

辽河群区域变质特征及其大陆动力学意义

辽河群是胶辽吉古元古代造山带的主要组成部分。近年来对其区域变质作用的PTt轨迹研究发现：同一造山带内PTt轨迹具有多样性。进一步研究认为,这一碰撞造山带南、北空间上PTt轨迹的逆向性起因于造山带南、北部的结构构造、变形过程和同变形变质花岗岩空间分布上的差异。就南辽河群和盖县岩组而言,早期、中期变质阶段,因中深部地壳大面积“辽吉花岗岩”的底垫式侵位及其诱发的沉积盖层顺层滑脱减薄作用,变质作用表现为近等压和小幅度增压而温度快速上升的过程;峰期变质阶段,又因收缩挤压增厚,表现为等温升压过程（盖县岩组）或升温升压过程（南辽河群）;最后晚期变质阶段,差异剥蚀引起降温降压（盖县岩组）或近等压降温过程（南辽河群）。对北辽群而言,早期、中期变质阶段,因盖层南辽河群及盖县岩组的大规模向北滑覆增厚作用而及花岗岩浆不发育,仅有正常传导热及放射热,因而△P＞△T;峰期变质阶段温、压同时达峰值,之后等温快速降压过程,与构造剥蚀有关;至晚期变质阶段,同盖县岩组一样,经历降温降压过程。通过对比上述北、南辽河群及盖县岩组的大陆动力学过程,表明早期大陆动力学过程正好是一个互为消长的过程,从而也决定了它们的PTt轨迹的逆反性。最后,本文提出了辽河群变质的底侵＋拆沉模型。     

大别山榴辉岩的包裹体研究

本文对大别山榴辉岩流体包裹体进行了研究。包裹体成分以ＮａＣｌ－Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、ＮａＣｌ－ＣＯ２－Ｈ２Ｏ为主，是在退变质的角闪岩相和绿片岩相条件下捕获的。从变质高峰期至退变质晚期，包裹体成分演化由氧化向还原转化。熔融包裹体的发现，说明榴辉岩在形成过程中伴随局部深熔作用。通过流体包裹体研究，对大别山榴辉岩抬升过程ｐ－Ｔ－ｔ轨迹进行了探讨，认为是一等温降压过程。     

中国大陆构造及动力学若干问题的认识

中国(东亚)大陆受特提斯、古亚洲和太平洋构造体系的制约,具有复杂的地体构架和特殊的岩石圈结构。本文从地学前沿——大陆动力学的视野出发,围绕中国大陆构造及动力学四个方面的研究,总结已有的进展并提出新的思考:①中国大陆板块下的构造和整个地幔运动的构架:地震层析资料揭示西太平洋板片向西俯冲到东亚大陆之下,其倾角逐渐减小,最后近水平地插进400～600km深度的地幔过渡带中,成为箕状几何形态的超深俯冲板片。印度岩石圈板片超深俯冲至青藏高原之下～800km的深度,在喜马拉雅西构造结部位发生双向不对称深俯冲,印度岩石圈板片向东俯冲至东构造结东侧之下300～500km的深度。②中国大陆变质基底的再活化:中国大陆的大部分陆块未受显生宙以来构造、变质和岩浆事件的改造与激活,在冈瓦纳大陆北缘的印度陆块和阿拉伯陆块北缘还发育有形成于泛非期(530～470Ma)的造山带,其影响范围至高喜马拉雅、拉萨地体和三江地区。新生代的变质活化普遍出现在喜马拉雅、南迦巴瓦、拉萨地体和三江-缅甸地区,最新的变质年龄仅2～1Ma(南迦巴瓦)。③中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及深俯冲-折返机制:中国及邻区含榴辉岩的高压-超高压(HP/UHP)变质带有洋壳(深)俯冲和陆壳(深)俯冲之分。青藏高原中,大部分洋壳俯冲形成的高压/超高压变质带与原-古特提斯洋盆中诸多微陆块之间的小洋盆的汇聚碰撞有关,陆壳深俯冲作用有两种机制,它们分别是大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片的深俯冲。④中国大陆造山带的深部物质可经3类机制挤出,即深部地壳物质"牙膏式"挤出、侧向挤出和"挤压转换式"挤出。     

板块俯冲带水流体活动及其效应的定量化数值模拟

为探讨水流体活动对板块俯冲隧道过程及大陆碰撞造山的制约作用,采用热力学和动力学耦合的数值模拟方法,建立了系统的数值模型.结果显示俯冲隧道内的混杂岩存在两种不同的折返路径:（1）平行于俯冲隧道斜向上折返,形成靠近缝合带的高压-超高压变质岩;（2）近垂直穿过上覆地幔楔侵入地壳深度.这两种差异性的模式主要受控于俯冲带热结构.俯冲带的温度结构控制俯冲隧道内水流体和熔体活动,从而影响上覆地幔楔的弱化程度,最终导致俯冲带内物质的不同运移过程和折返路径.同时,大陆俯冲碰撞带的岩石圈变形和拆沉作用均与俯冲带的流体-熔体活动所导致的岩石圈弱化息息相关.数值模拟结果极大促进了对于板块俯冲带流体-熔体活动及其动力学过程的理解.