大陆俯冲碰撞带高温超高压变质岩的多阶段折返与部分熔融

大陆碰撞造山带根部岩石经受高温(850℃)变质作用,特别是俯冲带超高压变质岩受到高温叠加变质,对超高压岩片折返期间的元素和同位素行为、部分熔融作用及其地球动力学效应等具有重要意义.本文简要介绍了世界上5个典型的发育高温超高压变质岩的大陆碰撞带,包括中国大别山、哈萨克斯坦Kokchetav地块、格陵兰东加里东造山带、希腊罗多彼山以及德国厄尔士山,分析了它们的高温超高压变质作用及演化特点,讨论了高温超高压岩石的变质P-T-t轨迹和多阶段折返过程以及折返期间的部分熔融作用、超高压指示性矿物的保存和退变质作用等及其可能的机制.在此基础之上,提出了大陆俯冲隧道内高温超高压变质岩的未来研究方向和重点.     

滇西点苍山变质杂岩中叠加低温糜棱岩的变形-变质、流体及地质意义

点苍山变质杂岩是发育在哀牢山-红河走滑断层带上的四个变质杂岩体之一,其遭受了多阶段的变质-变形改造,特别是自晚渐新世以来其深变质岩石广泛遭受了高温韧性剪切变形及从地壳深部剥露到地表过程.本文在前人研究成果及详细的野外地质观测的基础上,对新生代点苍山杂岩的深变质岩石变形-变质作用和剥露过程开展了相关研究,尤其是重点针对叠加低温糜棱岩开展了详细的研究.其中通过光学显微镜、扫描电子显微镜的附件电子背散射衍射以及结合阴极发光技术方法和手段,开展了叠加低温糜棱岩的显微构造、变形矿物晶格优选定向以及矿物相的深入分析.研究结果表明:(1)点苍山深变质杂岩经历了早期的高温左行剪切变形以及晚期的伸展快速剥露过程,其低温变形-变质构造特征和矿物组合叠加在早期的高温变形-变质基础之上,且高温显微构造和组构部分或全部遭受晚期叠加低温剪切变形作用改造;(2)叠加低温变形-变质出现在韧-脆性转换过程中;(3)同构造剪切叠加低温变形-变质过程中的流体非常活跃,以及伴随由动态重结晶作用和/或伴随的破裂-微破裂作用导致岩石中主要组成矿物强烈细粒化,并进一步致使变形应变局部化(如微剪切带发育),其常常伴随着岩石强度的降低,并在进一步的演变过程中影响着岩石的整体流变性.     

河南信阳古消减杂岩

在秦岭构造带东段大别山北麓的河南信阳附近,作者发现了一个古消减带,其中消减杂岩由蛇绿岩:混杂岩及低温高压变质带的岩石组成。推断古板块会聚边缘的构造发育史可以划分为以下三个阶段: Ⅰ、晚元古代(约800—7000百万年前),东秦岭古洋壳向北朝华北古陆之下俯冲,产生了初始的桐柏岛弧及弧后的边缘海。 Ⅱ、元古代末(约700—600百万年前),俯冲带极性反向,边缘海洋壳向南朝桐柏岛弧之下消减,从而产生了信阳消减杂岩。 Ⅲ、早古生代初(约600—500百万年前),边缘海闭合,桐柏岛弧增生于华北古陆的南缘,东秦岭古洋壳沿岛弧之南的一个新贝尼奥夫带再次向北俯冲     

从北淮阳构造带的多期变形透视大别山构造演化

大别山北部的北淮阳构造带主体由佛子岭群和庐镇关群构成. 北淮阳构造带没有经历超高压变质作用, 但却具有与大别山其他地区相同的构造变形形式. 通过几何学、运动学及多期构造变形的研究, 论证了北淮阳构造带具有与其他地质单元相同的动力学背景. 同大别山中部穹隆及南部超高压变质地体相比, 由于北淮阳构造带的俯冲深度较浅, 从而保留了超高压变质作用之前的构造变形形迹. 结合同位素年代学的测量结果, 把北淮阳构造带的岩石变形划分为五期, 分别代表了早期板块会聚的变形痕迹(D1), 早期的构造折返(D2), 表示主变形期的晚三叠世的伸展作用(D3), 晚三叠世的重力滑脱伸展作用(D4)和白垩纪的伸展作用(D5). 结合大别山的岩石变形, 可以认为华南与华北板块碰撞造山过程大致经历了陆壳俯冲阶段, 同俯冲期的折返作用, 穹窿及其边缘的重力滑脱变形和混合岩化及岩浆侵入作用.     

豫鄂境内桐柏山—大别山双变质带

本文根据变质程度、标型矿物组合特征及多硅白云母b_0值等,将研究区的变质岩系从南向北分为三个不同压力类型的变质带:Ⅰ带(高压带)、Ⅱ带(中高压带)、Ⅲ带(低压带)。这三个不同压力类型的变质带很可能是两对时代不同的双变质带。在Ⅰ、Ⅱ带内均出露有蛇绿岩系和混杂堆积,其中之基性火山岩属深海拉斑玄武岩,它们很可能形成于大洋脊,侵位堆积于消减带     

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     

西南天山洋壳高压-超高压变质岩石的俯冲隧道折返机制

出露于造山带的高压-超高压榴辉岩记录了地壳俯冲到地幔深度而后又折返回地表的过程,其俯冲过程与折返机制的研究对理解俯冲带性质、演化、地球动力学过程乃至板块构造理论都有着非常重要的作用.相对于较轻的陆壳长英质高压-超高压岩石,基性洋壳榴辉岩密度大,其折返难度大且过程复杂.折返过程除了受内在浮力的影响,还受外在构造力(如隧道流)的制约,另外板片构造环境(如板片后撤和板片断离)的作用也不可忽视.中国西南天山高压-超高压变质带是典型的经历过深俯冲变质作用的增生混杂岩带,主要由高压-超高压变质沉积岩及夹杂其中的变基性岩透镜体组成,但长期以来其折返模式一直不太清楚.根据其野外产状、岩相学特征、峰期变质温压条件和峰期变质年龄等多方面的综合分析,可以采用沉积岩型"俯冲隧道折返模式"来概括西南天山高压-超高压变质带的形成和演化.部分经历多期变质作用的榴辉岩岩块记录了多期俯冲-折返循环,反映了俯冲隧道内的上下环流运动,有力证明了俯冲隧道的存在.最后,本文对目前研究存在的问题和未来的探索方向进行了展望.     

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.     

苏鲁-大别山变质带岩石大地构造学

大别山变质带分隔了华北和扬子两个陆块,它们可以分为3个主要的岩石构造单元、分别相当于安第斯岩浆弧根部变质杂岩,碰撞带根部变质杂岩和扬子陆块边缘的变质沉积杂岩,3个岩石构造单元在空间分布上是有规律的,即在大别山区是由北向南逐个排列,在被郊庐断裂破坏的较为严重的苏鲁地区,也大致是从西北到东南依次排列,此外,中生代碰撞型花岗岩和碱性岩墙群在空间上有规律地分布,出露于北大别和南大别变质杂岩中,尤其在北大别更发育,含超高压变质岩的南大别变质杂岩是陆陆碰撞带的根部带,它们代表了两个大陆的缝合线.超高压变质岩石或岩片构造侵位于非高压变质的围岩片麻岩中,是俯冲到深部的岩石在碰撞之后抬升和就位于中、上地壳中的,现在出露于地表的超高压变质岩及其有关的岩石至少经历了两个主要阶段的抬升和折返过程.     

秦岭和华北地区地壳低速层的成因探讨──岩石高温高压波速实验证据

对秦岭和华北地区地壳主要岩类１３８个样品进行高温高压实验，测量其纵波速度的结果表明，其中５４个样品出现了纵波低速现象．对出现该现象的样品的实验产物所做的肉眼和镜下观察、电子探针分析以及综合对比显示，微裂隙不是产生低速现象的决定因素，而主要是含水矿物（角闪石、黑云母等）的脱水相交和由之引发的岩石部分熔融导致岩石出现纵波低速现象．通过实验条件与中、下地壳的温度和压力等条件的类比揭示，秦岭和华北地区中、下地壳存在的低速（高导）层也可能是由含水矿物的脱水相变或岩石部分熔融引起的．     

日本海俯冲带的热结构及热源的影响

在对温度场计算所需的初始条件、边界条件、热源条件和介质热参数进行讨论和计算的基础上,利用二维热传导问题的有限单元法,计算了日本海俯冲带热结构的演化.发现400℃等温线在板块俯冲7Ma后趋于稳定,最大深度约60km;800℃等温线在板块俯冲11Ma后趋于稳定,最大深度约280km;1200℃等温线在板块俯冲50Ma后趋于稳定,最大深度约530km.通过计算不同热源组合情况下日本海俯冲带的热结构,讨论了热源的因素对俯冲带热结构的影响.结果表明,剪切生热和脱水热只对俯冲带浅部热结构有很大影响,绝热压缩生热对热结构的影响范围最大,而橄榄石→尖晶石相变生热是400km深度以下热结构的控制性热源因素.     

桐柏山-大别山的地体构造特征和构造演化

本文讨论了桐柏山-大别山的地质构造特征。对该区三个地体进行了研究,指出:南部随州-广济高压浅变质地体具有俯冲杂岩性质;北部北淮阳高压浅变质地体中、西段具有俯冲杂岩性质,东段具有构造混杂岩特征;中部桐柏-大别山地体早期是洋盆中的大陆地壳残块,后期演化成岛弧。在加里东或海西-印支时期三地体先后碰撞造山。随州-广济地体和北淮阳地体分别向北、向南逆掩或推覆到桐柏-大别地体之上     

帕米尔-兴都库什地区地震空间分布特征及应力场特征

本文研究了兴都库什及帕米尔地区地震的空间分布.发现h<70km的地震分布广泛,h≥100km的地震形成-S形的倾斜中源地震带.在71.5°E以西,中源地震带倾向接近正北,倾角随深度变化,在深部接近垂直,且倾角自西向东逐渐变陡,在71.5°E以东,倾向逐渐由东南变为正南. 分析了121个m_b≥5.0地震的机制解.浅源地震机制解的P轴大多位于NS和NNW-SSE方向,且多近水平,反映此区受到NS或NNW-SSE方向挤压.各剖面应力轴分布规律性强,在150km以下,总的趋势是机制解的T轴接近于倾斜的中源地震带的下倾方向,而P轴倾角较小且垂直于倾斜的中源地震带的走向.     

南海北部陆缘地震带基本特征及区域稳定性初步分析

讨论了南海北部陆缘断裂构造的格局及其活动性，提出南海北部陆缘地震带与邻区其它地震带有别的新观点，对该区各地震带的地震活动进行了探讨，分析了强震构造与活动断裂的关系。通过综合分析，将该区划分为强活动、中等活动和微弱活动三大区域。     

安徽霍山地震区深部电性结构和发震构造特征

霍山地震区位于大别造山带北缘华北板块与扬子板块接触带上,是大别造山带及周边地震活动最频繁、最集中的地区.83个大地电磁测点组成的大地电磁三维阵列覆盖了整个霍山地震区.用多重网格法、印模迭代重构法和非线性共轭梯度法对阵列数据进行三维带地形反演,获得了地震区深部三维电性结构.电性结构显示,北大别、北淮阳区的中上地壳为电阻率1000Ωm以上的高阻区,中下地壳为电阻率数十欧姆米的相对低阻区;六安盆地电阻率整体较低,中地壳存在显著的电阻率为几欧姆米的壳内高导层.北西向的晓天—磨子潭断裂分隔了北大别高阻层和北淮阳高阻层,在浅部向NE倾,深部向SW倾;北东向的落儿岭—土地岭断裂切穿北大别上地壳高阻层.小震双差定位结果表明,地震主要发生在NE向延伸的落儿岭—土地岭断裂附近的北大别、北淮阳中上地壳的高阻区,并集中于NW向的晓天—磨子潭断裂运动所造成的构造薄弱带中;2014年M S4.3霍山地震震源深度较深,位于北大别高阻区内部的电性梯度较大的区域.综合上述结果我们认为,霍山地震区的主要发震断裂为落儿岭—土地岭断裂,断裂的运动变形充分利用了晓天—磨子潭断裂早先活动所形成的构造薄弱带,断裂下方壳源高导体中的流体沿断层传播使断层强度弱化,使得这些薄弱带区易于发生小地震.由于北大别、北淮阳构造区显著高阻层的存在,我们认为霍山地震区存在发生6级以上中强震的深部孕震环境.     

An introduction to ultrahigh-pressure metamorphism

Abstract Ultrahigh-pressure (UHP) metamorphism refers to mineralogical and structural readjustment of supracrustal protoliths and associated mafic-ultramafic rocks at mantle pressures greater than ∼ 25 kbar (80-90 km). Typical products include metapelite, quartzite, marble, granulite, eclogite, paragneiss and orthogneiss; minor mafic and ultramafic rocks occur as eclogitic-ultramafic layers or blocks of various dimensions within the supracrustal rocks. For appropriate bulk compositions, metamorphism at great depths produces coesite, microdiamond and other characteristic UHP minerals with unusual compositions. Thus far, at least seven coesite-bearing eclogitic terranes and three diamond-bearing UHP regions have been documented. All lie within major continental collision belts in Eurasia, have similar supracrustal protoliths and metamorphic assemblages, occur in long, discontinuous belts that may extend several hundred kilometers or more, and typically are associated with contemporaneous high-P blueschist belts. This paper defines the P-T regimes of UHP metamorphism and describes mineralogical, petrological and tectonic characteristics for a few representative UHP terranes including the western gneiss region of Norway, the Dora Maira massif of the western Alps, the Dabie Mountains and the Su-Lu region of east-central China, and the Kokchetav massif of the former USSR. Prograde P-T paths for coesite-bearing eclogites require abnormally low geothermal gradients (approximately 7°C/km) that can be accomplished only by subduction of cold, oceanic crust-capped lithosphere ± pelagic sediments or an old, cold continent. The preservation of coesite inclusions in garnet, zircon, omphacite, kyanite and epidote, and microdiamond inclusions in garnet and zircon during exhumation of an UHP terrane requires either an extraordinarily fast rate of denudation (up to 10 cm/year) or continuous refrigeration in an extensional regime (retreating subduction zone).     

中、缅、印交界地区的地震分布特征及震源机制解的研究

利用1965——1981年mb4.0的580个地震,研究了中、缅、印交界地区的地震空间分布特征,得到地震主要在阿萨姆块体周围及凹向块体的断裂带上成带或成群分布;在缅甸北部大约由20N到26N存在倾斜地震带,其倾向由南到北逐渐由东转向南东东,其倾角由30变为50;地震带厚度为20——30km;作了38个地震的机制解,机制解表明,在缅甸北部、阿萨姆块体及其相邻地区压力轴为北东方向且近于水平,反映了印度板块以北东方向挤压欧亚板块.      

RAYLEIGH WAVE TOMOGRAPHY IN THE CRUST AND UPPER MANTLE OF THE DABIE-TANLU OROGENIC ZONE

Dabie Orogen has a series of special tectonic and geological features which make it important to the study of the tectonic evolution of mainland China and East Asia. The distribution of high pressure/ultra-high pressure metamorphic rocks discovered on the surface, the specific location of a series of deep and shallow sutures in the collisional convergence collage, and the seismogenic environment of shallow earthquakes attract many scientists continuously to study the interesting Dabie Orogen. In this paper, we used waveform records of 200 broadband seismic stations deployed by China Digital Seismograph Network and vertical component records of 21 mobile seismic stations located in the Dabie-Tanlu orogenic zone and its surrounding areas. Based on seismic ambient noise tomography, we have obtained the phase velocity distributions of Rayleigh surface wave with the periods between 8~40s, with the resolution higher than 50km. The high velocity anomalies are observed on the Hong'an-Tongbo region in the images of 8~16s phase velocity, which decreases with increasing periods. These high velocity anomalies are in consistence with the ultra-high pressure(UHP)metamorphic rocks of the region. It leads us an estimation of the extension of UHP metamorphic rocks at various depths. The distribution of these anomalies found in phase velocity maps of 8s to 16s indicates that the estimated depth is up to~20km. The horizontal distribution forms a heart shape, which is narrower on western side and wider on the eastern side. It is very much consistent with the surface observations. The whole shape is similar to a cone that laterally extends its wings on the southwest. It indicates that the high-pressure/ultra-high pressure metamorphic rocks had experienced quick exhumation after they broke and formed a drag at the tail, and the residual area formed by the fast exhumation was likely to be invaded by magma. We agree that it has experienced complex structural history, such as stretching, magmatic emplacement and tectonic extrusion, resulting in the high-pressure/UHP metamorphic rocks finally exhuming on the surface with the structural pattern of narrower on the western margin and wider on the eastern margin in the Hong'an-Tongbo area. The significant phase velocity difference from the period of 8s to 35s on both sides of the southern Tanlu fault zone enables us to infer that the Tanlu fault zone is a deep and huge fault, and the entire crust of the eastern zone of Dabie was cut by the Tanlu fault zone. It demonstrates that the Dabie block is separated from the northern Subei Basin and southern Yangtze blocks, which forms a seismogenic environment suitable for the generation of small-to-intermediate earthquakes in this region. Most of earthquakes in Anhui and adjacent provinces are distributed in those areas where the phase velocities changed dramatically, which are in consistence with the small faults of the upper crust in shallow layers of the Dabie-Tanlu orogenic belt. The shallow-source earthquakes mainly occur in velocity contrast regions, as demonstrated by the short period images. Earthquakes distribution and velocity maps show that the possible distribution of tiny faults of the upper crust can be roughly inferred from the geological structure. It helps to understand the seismogenic environment and seismic hazard in the Dabie areas. We conclude that the shallower faults with different velocity on either side of this region are still seismically active. These results have important significance for understanding the tectonic activity of the research areas.More detail work and further discussion are needed on the velocity structure of the Dabie orogen.