秦岭发现金刚石:横贯中国中部巨型超高压变质带新证据及古生代和中生代两期深俯冲作用的识别

在秦岭北带榴辉岩及其围岩片麻岩的锆石中发现金刚石和大量石墨包裹体。金刚石具典型的1331～1334cm~(-1)拉曼谱峰。变质金刚石的发现证明秦岭北带榴辉岩及其围岩片麻岩经历了超高压变质作用,其俯冲深度>120 km。片麻岩锆石的SHRIMP定年表明,锆石核部代表岩浆事件的年龄或之前的残核年龄为1200～1800 Ma,超高压变质新增生边部的年龄为507±38 Ma,属早古生代。认为北秦岭超高压变质带与印支期大别超高压变质带(240～200 Ma)是时空上两个带。北秦岭超高压变质带向西可以与南阿尔金—柴北缘早古生代(490～440Ma)超高压变质带相连,向东与大别西北部的熊店和浒湾早古生代榴辉岩(420～400 Ma)相连,组成一条沿中央造山带北部分布的加里东期超高压变质带。认为主要分布在大别山南部的印支期超高压变质带应与南秦岭的高压蓝片岩带相连,组成一条分布在中央造山带南部的印支期高压超高压变质带。北秦岭超高压变质带的发现,为中央造山带存在一条西起阿尔金,东至苏鲁的近4000 km的世界上最大的一条超高压变质带的确定提供了新的关键性证据。而沿中央造山带分布的两条超高压变质带说明:①中国南北大陆在早古生代就已拼接在一起,其后,又有印支期的俯冲和碰撞叠加,加里东期超高压变质带主要分布在北部,后者在南部,两者时     

安徽省潜山县韩长冲地区的地质构造特征

韩长冲地区主要由超高压变质岩、碱长花岗片麻岩、二长花岗片麻岩组成。前者包括超高压片麻岩、大理岩、榴辉岩和石英硬玉岩等。其中存在由黑云斜长片麻岩、石英硬玉岩、大理岩及层状榴辉岩组成的超高压变质表壳岩组合。超高压变质岩先后经过柯石英榴辉岩相、石英榴辉岩相、角闪岩相及绿片岩相多阶段的变质作用;经过榴辉岩相、角闪岩相、角闪岩相后及脆性等四期变形。其中角闪岩相变形形成本区的主要构造要素,以发育大量Ａ型褶皱及普遍的糜棱岩化为特征。碱长花岗片麻岩及二长花岗片麻岩只经过角闪岩相及其后的变质和变形作用。超高压变质岩与碱长花岗片麻岩呈侵入接触,可能沿缓倾向ＳＳＥ的韧性剪切带逆掩于二长花岗片麻岩之上。     

柴达木盆地北缘早古生代高压——超高压变质带中发现典型超高压矿物——柯石英

从都兰北带榴辉岩的片麻岩围岩的锆石中发现了柯石英包裹体和石墨包裹体，说明该超高压带的峰期变质作用已达柯石英稳定区间（＞2.8GPa）但小于金刚石的稳定区间（＜3.5GPa），从而确定柴达木盆地北缘存在早古生代超高压变质作用和陆－陆碰撞作用，为中国中部存在一条横贯东西的早古生代（大致500－400Ma）高压超高压变质带的推断提供了新的关键性证据。     

豫南地区含柯石英榴辉岩的发现

近年来,在大别以东超高压变质带榴辉岩中相继发现了柯石英及其假象和金刚石,而商麻断裂以西未发现超高压证据,故有人认为该断裂是超高压变质带的西界。近两年来经我们详细的室内外研究,继1992年8月在中美高压变质作用讨论会上报导了在豫南地区榴辉岩中发现柯石英假象后,又在新县田铺、郭家河及箭河等地的榴辉岩中多处发现了柯石英。柯石英呈包     

柴北缘超高压变质带：从大洋到大陆的深俯冲过程

    柴北缘超高压变质带同我国大别- 苏鲁造山带类似,同属典型的大陆型俯冲碰撞带。柯石英在榴辉岩和片麻岩中均 有发现,且石榴橄榄岩锆石中含有金刚石。本文从岩石学、温压计算、地球化学和年代学四个方面,对此带中的鱼卡、绿 梁山、锡铁山和都兰4 个榴辉岩和石榴橄榄岩出露地区近些年的研究进展进行了系统详细的综述。与典型的大陆型俯冲碰 撞带不同,柴北缘超高压变质带保存了早期陆壳俯冲前发生的洋壳深俯冲的证据。因此,结合现有数据,本文对柴北缘超 高压变质带从大洋俯冲到大陆俯冲碰撞的构造演化模式进行了探讨。     

榴辉岩的地震波性质：对苏鲁超高压变质带地壳成分和折返机制的探讨

本文总结了榴辉岩的高温高压弹性波速测量结果,并将其应用于苏鲁超高压变质带地震资料的解释。由于榴辉岩具有高密度和高波速,它们和长英质片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、麻粒岩、蛇纹石化橄榄岩的界面可以产生强反射。如果俯冲的陆壳物质以榴辉岩与围岩互层的形式在上地幔保留下来,就可能在造山带的上地幔产生地震反射。根据CCSD孔区地震剖面所建立的地壳成分模型表明:苏鲁超高压带地壳浅部的高速层可归因于夹在花岗质片麻岩、副片麻岩、角闪岩等岩石中的榴辉岩和超基性岩;中地壳主要由中酸性片麻岩、斜长角闪岩和副片麻岩组成;下地壳以中基性麻粒岩为主。在该超高压变质带现今的深部地壳,榴辉岩含量很少或几乎没有。因此,折返的超高压变质岩是以构造岩片的形式沿一系列剪切带逆冲并覆盖在正常的中下地壳之上,深部榴辉岩的缺乏可能与下地壳拆沉作用无关。     

北大别片麻岩的超高压变质证据——来自锆石提供的信息

本文对北大别片麻岩锆石中矿物包体及年代学进行了研究,首次发现了北大别片麻岩的超高压变质作用证据。结合阴极发光图像和同位素定年,片麻岩锆石中矿物包体组合至少可分出三期:(1)原岩岩浆矿物组合,即斜长石、黑云母、石英和磷灰石;(2)超高压变质矿物组合,即金刚石、石榴子石和金红石等;(3)麻粒岩相退变质矿物组合,如透辉石等。其中,金刚石和石榴子石主要以包体形式被包裹于透辉石中,而透辉石是北大别麻粒岩相退变质阶段形成的代表性矿物。锆石SHRIMP U-Pb定年结果表明,北大别片麻岩的峰期变质时代和麻粒岩相退变质时代分别为218±3Ma和199±10Ma。这些证明北大别片麻岩,如同其中的榴辉岩一样,经过了印支期超高压变质作用。     

大别山北部榴辉岩和英云闪长质片麻岩锆石U-Pb年龄及多期变质增生

大别山北部榴辉岩及英云闪长质片麻岩的锆石U-Pb年龄分析表明：北部榴辉岩相峰期变质时代为226～230Ma左右;北部塔儿河一带英云闪长质片麻岩经历过印支期变质事件;大别山北部与南部超高压岩石中一致的（226～230Ma）高压或超高压变质年龄表明,北部镁铁-超镁铁质岩带中部分岩石也曾作为扬子俯冲陆壳的一部分,在印支期发生过高压或超高压变质作用;本区锆石发生过两期变质增生事件,一是印支期高压或超高压变质,另一期是燕山期热变质事件;榴辉岩及英云闪长质片麻岩的原岩形成时代为晚元古代;锆石U-Pb年龄可用多期变质增生模型来解释。     

柴北缘超高压带中锡铁山榴辉岩的变质时代

锡铁山地体位于柴北缘超高压变质带的中部, 是柴北缘超高压变质带的重要组成部分。该地体由花岗质片麻岩、泥质片麻岩和相对较少的榴辉岩透镜体组成。大部分榴辉岩都经历了不同程度的后生合晶和角闪岩相退化变质改造。虽然近年来进行了大量的锆石U-Pb年代学研究,但榴辉岩相高压-超高压变质的时代一直存在争议,并且以前对锡铁山榴辉岩相变质时代的认识一直与相邻的绿梁山、鱼卡和其东部的都兰等地区的超高压变质年龄有明显的冲突。本文通过锡铁山榴辉岩锆石U-Pb年代学的研究,获得榴辉岩相变质锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为433±3Ma,与鱼卡地区榴辉岩的形成年龄一致,代表大陆俯冲时期的高压-超高压变质年龄。该研究对进一步了解锡铁山榴辉岩地体的变质演化和大陆地壳深俯冲有重要意义。     

胶南—威海造山带研究进展及重要地质问题讨论

胶南－威海造山带基底主要由新元古代变质花岗岩组成，另有少量变质表壳岩，浅变质碎屑岩，基性－超基性岩及榴辉岩，变质花岗岩可分为同造山花岗岩及后造山花岗岩，造山带之上曾经有过古生代盖层，造山带中侵入有三叠纪闪长岩及花岗岩体，在榴辉岩及其围 中发现了许多高压，超高压变质矿物；确认高压，超高压变质作用分早期的超高压榴辉岩相变质作用和晚期的高压绿片岩相变质作用；变质地层，超镁铁质岩及部分片麻岩等围岩与榴辉岩经历了相同的超高压变质作用，大部分花岗质片麻岩是在超高压变质作用发生后或发生过程中侵入榴辉岩中的，苏鲁造山带是一条以韧性剪切带为格架，穹窿构造，褶皱构造相伴随的“无山”的造山带；造山带可分为南，北二部分，北带主体属于华北板块南缘带，而南带主体则属于扬子板块北缘带。南，北带的界线大臻与连云港－嘉山断裂及近岸断裂一致，造山带南界与响水－淮阴断裂一臻，北界位于五莲－王台－朱吴－牟平一线，西侧被郯庐断裂带切割。     

对山东高压—超高压变质带的几点看法：程裕淇院士野外考察记

通过对山东高压－超高压变质带的考察,初步认为：榴辉岩的最后降升时代为蒸山期;含更玉石英岩＋榴辉岩＋（透辉石）大理岩组合说明表壳岩经历了高压－超高压变质作用;该带晋宁期长英质片麻岩－花岗岩广泛出露,在其北部麻粒岩和榴辉岩密切伴生。     

大别山-苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学研究进展

本文总结了近年来大别山 苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学进展。针对大别山 苏鲁超高压变质带中的区域片麻岩围岩是否经历超高压变质的问题 ,研究者在常规岩石学和矿物学手段不能奏效的情况下 ,引入显微喇曼光谱测试 ,最终在各种类片麻岩的锆石中发现柯石英、硬玉和雯石等高压和超高压矿物包裹体 ,证明大别山 苏鲁超高压变质带中的大多数岩石曾与榴辉岩一起被俯冲到地幔深度 ,后又一起回返到地表。在喇曼光谱的测试过程中 ,发现锆石中的柯石英包裹体有 0～ 2 3 0 0MPa不等的现时晶内超压 ,并证明这种晶内超压是超高压变质岩回返过程中 ,柯石英向石英转化而导致的体积膨胀造成的。研究者在产于青岛仰口榴辉岩的石榴子石中发现大量单斜辉石、金红石和磷灰石出熔 ,精细的晶体化学和岩石学研究证明出熔前的石榴子石形成于大于 70 0 0MPa的压力条件 ,说明苏鲁地区的部分陆壳岩石可能曾被俯冲到大于 2 0 0km深的地幔。岩石学研究发现产于桃行地区的榴辉岩在角闪岩相区域退变质之前 ,在 4 0～ 5 0km的浅部地幔深度发育有一期高压麻粒岩相 过渡榴辉岩相变质。进一步研究发现这期变质是由于峰期的多硅白云母在回返到 4 0～5 0km深的浅部地幔时脱水熔融导致的     

中国大陆科学钻探主孔100～2000米超高压变质岩岩相学特征与变质变形史

中国大陆科学钻探工程的实施，为超高压变质带的研究打开了新的生面，加深了对苏鲁超高压变质带的认识。从100～2000米获得的岩心的岩石学观察，得知主要岩石类型有：(1)榴辉岩及石榴辉石岩；(2)榴辉岩质片麻岩；(3)石榴橄榄岩；(4)黑云(角闪)二长片麻岩和(5)碎裂岩等。榴辉岩可分幔源和壳源两类，壳源榴辉岩在钻孔中分布较广，上部最为集中；幔源榴辉岩，包括石榴辉石岩，在空间上与超镁铁岩有密切共生关系。榴辉岩质的片麻岩是一种中酸性的超高压岩石，与壳源的榴辉岩共生，显微镜下可以追索出它们之间的结构演化关系。石榴橄榄岩以石榴单辉橄榄岩为主，是俯冲带上部地幔楔加入于俯冲板片变质而成。石榴橄榄岩中的石榴子石富镁，单斜辉石为绿辉石并常含钛斜硅镁石，说明其经过超高压变质的过程。从变质岩石的组合，面理和线理产状的差异，地震反射面和构造角砾岩带的发育，发现以1600米为界，可大致分为2个岩片。上部岩片中多金红石榴辉岩而且出现频率很高，下部岩片中多为多硅白云母榴辉岩出现频率较低。由于隆升进入中下地壳，超高压变质岩普遍发生退变质。榴辉岩的早期退变质成为具后成合晶结构的石榴角闪岩，榴辉岩质片麻岩退变质形成绿帘黑云(角闪)斜长片麻岩，变质条件为角闪岩相，它可以部分熔融或受到钾交代作用而转变为黑云角闪二长片麻岩。后期的伸展造成了局部碎裂和角砾岩带，新生矿物为绿泥石，方解石和赤铁矿、绿帘石等，属绿帘角闪岩相和绿片岩相。主孔100～2000米的超高压变质岩石组合的确定，进一步说明了巨量的地壳物质可以深俯冲进入地幔并迅速折返；超高压变质岩石记录了陆壳俯冲折返和壳幔相互作用的过程，它们是板块下覆构造和地幔动力学的信息载体。     

中央碰撞造山带中两期超高压变质作用：来自含柯石英锆石的定年证据

沿中央造山带存在一条巨大的超高压变质带,其西起阿尔金-祁连,往东经秦岭,延至大别苏鲁,全长超过4000 km.柴北缘片麻岩中含柯石英锆石的SIMS离子探针原位微区U-Pb定年获得超高压变质年龄452±1 3.8 Ma,锆石的退变质年龄419±6.7 Ma.SHRIMP U-Pb定年获得秦岭含金刚石片麻岩中锆石的下交点年龄502±45 Ma,上交点年龄1545±100Ma,认为前者代表超高压变质年龄,后者为原岩岩浆锆石年龄;获得榴辉岩锆石的上交点年龄1381±82 Ma和下交点493±170 Ma,认为上交点代表榴辉岩原岩年龄,下交点代表超高压变质年龄;获得江苏东海县青龙山榴辉岩含柯石英等超高压矿物锆石的年龄为441±9 Ma,449±9 Ma,和442±9Ma,平均444±9 Ma,核部含斜长石+磷灰石锆石年龄为761±13 Ma,认为前者代表超高压变质年龄,后者代表榴辉岩原岩结晶年龄.认为中国中部沿中央造山带中存在两期超高压变质作用,第一期为加里东期,第二期为印支期,两期超高压变质事件在时空分布方面是不同的,加里东期超高压变质事件由西部阿尔金-柴北缘延至东部大别-苏鲁,印支期超高压变质事件没有在大别以西发现.认为中央造山带应是一个多期活动的造山带,较早形成罗德尼亚大陆的格林威尔造山运动可能留下了10亿年左右的构造岩浆事件记录,如中央造山带中大量10亿年左右的花岗岩及基性超基性岩类;罗德尼亚大陆之后第一次裂解作用可能发生在8亿年左右;其后早古生代加里东期的洋盆裂开,蛇绿岩和超高压变质岩石的大量出现是一次十分强烈的板块构造事件,从东到西,沿中央造山带均有分布;加里东期造山事件之后印支期沿该造山带又有一次大的板块裂解和俯冲碰撞作用,表现在勉略蛇绿岩洋壳及大别-苏鲁印支期超高压变质带的存在.中央造山带保留和记录了多期裂解、会聚事件,通过对其解剖,不仅可以认识中国大地构造格局和演化,并由此理解全球的大陆漂移、一系列大裂解和大会聚等重大地质事件.     

大别山南部高压-超高压变质地体中云母片岩和片麻岩的相平衡研究

对于大别山高压一超高压变质带中大面积出露的云母片岩和片麻岩的变质条件和演化历史有不同的认识：如中低压绿帘角闪岩相，高压角闪岩相和超高压榴辉岩相。通过对大别山南部超高压榴辉岩区、高压榴辉岩区和宿松变质杂岩带中的云母片岩和片麻岩进行详细的岩相学及相平衡研究表明：它们的变质条件分别为610℃～690℃，1．2～1．4GPa；590～600℃、1．3～1．5GPa；520～590℃，0．9～1．4GPa，相当于高压绿帘角闪岩相、高压角闪岩相与榴辉岩相之间的过渡。依据超高压榴辉岩区绿帘石黑云片麻岩中的石榴石环带特征推测，它们很可能经过超高压变质阶段。现有矿物组合记录了抬升阶段的条件。但是高压榴辉岩区的石榴石绿帘石二云片麻岩和宿松变质杂岩带中石榴石云母片岩中的石榴石环带特征表明，其现有矿物组合记录了变质峰期条件，不应该经历更高压变质阶段。在KFMASH体系的PT视剖面图上计算多硅白云母Si含量等值线表明，在多数矿物组合中白云母的Si含量可作为地质压力计，但Si等值线的斜率受到矿物组合的控制。     

柴北缘野马滩超高压榴辉岩中副片麻岩夹层的锆石U-Pb定年及其地质意义

榴辉岩与围岩的变质程度和变质年龄研究是超高压竞质地体形成机制研究的关键.已有研究表明,柴北缘野马滩榴辉岩和围岩副片麻岩共同经历了超高压变质作用,榴辉岩的变质年龄为458±7Ma,但有关副片麻岩的变质时代存在争议,从而制约了本区超高压变质地体形成机制的讨论.本文选择新发现的野马滩超高压榴辉岩中的副片麻岩夹层进行详细的年代学和地球化学研究.锆石的阴极发光图象显示所选锆石具有清晰的核.边结构,为典型的变质碎屑锆石特征.LA-ICP-MS定年方法获得锆石核部原岩形成年龄为大于1000Ma,边部变质事件年龄为458±6Ma.该年龄与紧邻的超高压榴辉岩的变质年龄一致,指示二者形成于同一地质事件.岩石地球化学研究表明,片麻岩的原岩为形成于陆缘环境的含泥硅质岩.综合榴辉岩与片麻岩原岩形成构造背景、变质程度及产状关系,提出野马滩榴辉岩与围岩属"原地"关系,可能形成于陆壳的深俯冲作用.     

大别超高压变质过程中部分熔融作用的地球化学约束

报道了大别超高压变质带西部麻城四道河榴辉岩-围岩剖面系统的元素和同位素地球化学研究成果, 对超高压变质榴辉岩在俯冲和折返过程中的部分熔融作用进行了探讨. 研究表明, 榴辉岩原岩性质类似于N-MORB, 其长英质围岩可分为TTG片麻岩和含石榴石花岗岩; 两类长英质围岩Sm -Nd同位素特征与其寄主的榴辉岩相似; REE特征、w (Nb)/w (Ta) 比值、Nd同位素组成及锆石U -Pb定年等地球化学证据支持了TTG片麻岩为大别地区陆壳俯冲过程中发生部分熔融作用而形成, 其与超高压榴辉岩的关系属特殊的异地关系; 含榴花岗岩为超高压榴辉岩折返过程中的部分熔融作用形成, 但因其形成环境为石榴石稳定场的深度, 故含榴花岗岩与超高压榴辉岩被视为近似原地的构造关系.      

北秦岭松树沟及其邻区高压-超高压榴辉岩的确定及其构造地质意义

详细的岩相学观察和激光拉曼矿物包裹体研究,在松树沟及其邻区秦岭群片麻岩中的榴闪岩和斜长角闪岩透镜体中发现了石榴石+绿辉石的典型榴辉岩相矿物组合,以及指示超高压变质的微粒柯石英包裹体,表明北秦岭松树沟及其邻区是超高压变质作用的产物。北秦岭松树沟超镁铁质岩体旁侧的榴闪岩一直以来都存在着接触交代变质(黄月华等,1984)、麻粒岩相变质(钱加慧等,2013)和退变榴辉岩(刘良等,2013;Zhang et al.,1999)等多种成因观点。本次研究在该榴闪岩的基质矿物角闪石的核部、石榴石变斑晶的幔部包裹体及锆石包体中都发现了残留绿辉石,而且发现石榴石变斑晶保存了很好的进变质矿物包裹体和主、微量元素成分环带,表明松树沟榴闪岩为榴辉岩相退变质的产物,至少经历了从角闪岩相到榴辉岩相再到角闪岩相的三阶段顺时针p-T演化。另外,采用激光拉曼光谱分析方法,对丹凤地区秦岭群片麻岩的多个榴闪岩和斜长角闪岩透镜体进行了详细的锆石包裹体矿物学分析,在其中的一个斜长角闪岩的锆石中发现了超高压矿物柯石英,表明该斜长角闪岩为超高压榴辉岩退变质的产物。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,得到松树沟榴辉岩的峰期变质年龄为(500±8)Ma,原岩结晶时代为(796±16)Ma;得到丹凤地区斜长角闪岩的峰期变质时代为(498±3)Ma,同时得到~450 Ma和~420 Ma两期退变质事件年龄;得到斜长角闪岩的围岩片麻岩的变质年龄为(502±4)Ma。其中榴辉岩和斜长角闪岩的~500 Ma的变质年龄分别来自锆石的石榴石+绿辉石以及柯石英包体的微区,应代表本区高压-超高压榴辉岩相变质的年龄。该年龄与秦岭岩群中已发现的官坡含金刚石榴辉岩(~500 Ma,杨经绥等,2002;陈丹玲等,2011)、清油河含金刚石斜长角闪岩(490±5.8 Ma;Wang et al.,2014)的峰期变质年龄一致,也与秦岭岩群区域片麻岩的~500 Ma的变质时代在误差范围内完全一致(刘良等,2013;Diwu et al.,2014),表明松树沟及其邻区榴辉岩与北秦岭造山带已发现的高压-超高压变质岩石一起都应是古生代大陆深俯冲作用的结果。     

超高压变质作用(UHPM)地质学及构造环境

地壳超高压变质作用在世界上不同地区出现,其形成需要令人难以置信的物理参数。目前在四个分离的研究程度较高的造山带多期变形和变质基底片麻岩块中均发现了柯石英和(或)金刚石,它们是挪威西部片麻岩区(约150×350km)、哈萨克斯坦北部科克切塔夫地块(约150×300km)、中国中东部的大别山和苏鲁地区(约100×450km)及欧洲西阿尔卑斯(约75×200km)柯石英和(或)金刚石的残留体以包体形式存在于较小榴辉岩透镜体(约1～10m)的石榴石、绿辉石或锆石中,或者存在于石英岩或片麻岩的石榴石中。围岩通常为     

超高压——高压剪切带

超高压－高压剪切带是大陆碰撞造山过程中变质－变形分解作用形成的一类特殊的剪切带。剪切带内的构造以含柯石英、金刚石等超高压－高压矿物的榴辉岩、面理化超基性－基性岩、片麻岩、大理岩为特征，具有复杂的变形组构和变形历史。最终形成布丁－基质或残斑－基质结构。深入研究超高压－高压剪切带的几何学、运动学和流变学特征，对分析超高压－高压变质岩石的形成－折返过程及碰撞造山动力学，具有重要的实际和理论意义。