高压,超高压变质岩形成深度讨论

根据硅酸盐矿物缩系数的实测值与一些地质现象结合，提出岩石圈中壳幔边界处可能存在负压力与来自地幔的压力结合而形成一种复合的压力状态，可以在莫霍面附近造成形成含柯石英和金刚石的超高压变质岩的地质环境，其前提是造成来自地幔向上压力的过程的速率要大于地壳释放地压的地质过程中的速率，并同时提出了地深增压率的概念和在地质上的一些表征，最后结合桐柏－大别高压、超高压变质岩的地质事实提出了一高压，超高压变质成因的     

大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制

大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识,而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的ε_Nd为-6.2~-17,ε_Sr为18~42,且显示明显的Nd同位素的不平衡现象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明,这些榴辉岩的原岩在超高压变质前,不同程度地与贫18O的大气降水(或海水)发生过氧同位素交换,且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外,大别-苏鲁地区的榴辉岩的3He/4He比值都落在0.79×10-7~9.35×10-7范围内,显示陆壳岩石来源He的重要贡献。所有Sr-Nd、O和He同位素研究均表明:超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征,而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征,有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山带俯冲和折返的速度太快,表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换,故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强,因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma.在如此长的时间内,在100多公里地幔深处高于700℃的高温下发生超高压变质作用,表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反,如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成,则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。      

大别山陆一陆点碰撞和构造超压的形成

依据大别造山带的地质特征及古地磁证据,提出大陆动力学非规则边界陆-陆点碰撞模型,采用数值模拟方法,分析点碰撞所引起的构造应力集中及其影响因素,探讨构造压力在大别山超高压变质岩形成过程中所起的作用,推测可能形成的深度范围.研究表明:在本文的模拟条件下,(1)大陆碰撞初期产生的构造应力场中的平均压力在碰撞点附近增大了约5～9倍.在边界力为100 MPa的情况下,构造压力在超高压中所占的比例约为20%～35%;(2)由于有构造压力的作用和影响,超高压变质岩的形成深度有可能被提升20～35 km;(3)仅考虑碰撞方式,不计岩石物性差异和其他因素的影响,构造应力的影响有限,静岩压力在超高压变质岩形成过程中仍占据主导地位.     

超高压变质岩——造山带深部过程的见证

超高压变质岩是大陆碰撞过程中俯冲于地幔较深部位的地壳物质（包括早先从地幔就位于地壳的超基性岩）,记录了地球系统内部物质再循环的过程。了解折返至地壳的超高压岩石的峰变质深度,是讨论造山带深部变质作用、岩浆形成和流体活动的关键,也是讨论折返机制的基础。详细的岩相学和变质反应热力学分析通常还不足以对岩石峰变质物理条件作出判断。高压下矿物固溶体的稳定性、相转变及出溶机制是最终解决问题的前提知识。柯石英假象具有特征的结构。并非只有相变才能引起矿物包裹体周围的放射状裂开。柯石英在寄主矿物中的保存情况对岩石的ｐ Ｔ路径有指示意义。以构造过压为主导的超高压变质作用观点与现有地质观察和高压下岩石的力学状态分析不相一致。定量估计构造过压在岩石俯冲过程中的作用尚需更深入的理论分析和观察资料。准确的ｐ Ｔ路径对于理解俯冲、折返机制至关重要。流体和熔体是岩石俯冲至较深部位时与地幔围岩发生物质交换的主要介质。进变质过程中岩石多放出流体,但也有一些发生在超高压下的水化或碳化反应。退变质过程晚期围岩流体渗入折返的超高压变质岩,但在退变质过程早期,由于温度增高,一些超高压含水矿物可能发生脱水。典型的地壳岩石在俯冲带深部很容易发生部分熔融。高?     

大别山陆—陆点碰撞和构造超压的形成

依据大别造山带的地质特征及古地磁证据, 提出大陆动力学非规则边界陆-陆点碰撞模型, 采用数值模拟方法, 分析点碰撞所引起的构造应力集中及其影响因素, 探讨构造压力在大别山超高压变质岩形成过程中所起的作用, 推测可能形成的深度范围.研究表明: 在本文的模拟条件下, (1) 大陆碰撞初期产生的构造应力场中的平均压力在碰撞点附近增大了约5~9倍.在边界力为100 MPa的情况下, 构造压力在超高压中所占的比例约为20 %~35 %; (2) 由于有构造压力的作用和影响, 超高压变质岩的形成深度有可能被提升20~35 km; (3) 仅考虑碰撞方式, 不计岩石物性差异和其他因素的影响, 构造应力的影响有限, 静岩压力在超高压变质岩形成过程中仍占据主导地位.      

大别——苏鲁高压-超高压变质带的“构造增压壳内成因”研究

研究发现,高压-超高压变质岩基本都发育于全球或区域规模的大型构造带,产于强烈构造变形带中相对较弱应变的部位。苏鲁—大别超高压变质岩具有明显的构造变形,这成为追索构造应力-应变作用和探讨形成构造环境与演化过程的重要线索。本研究用成岩成矿深度的"构造校正测算方法",进行野外观察、岩石变形-应力测算及构造校正测算。其结果显示,超高压变质岩形成深度在23~55km之间。大别—苏鲁超高压变质岩的锆石SHRIMP年龄显示,具有环带的内核高压矿物年龄大于680 Ma,而其含柯石英幔圈里超高压变质矿物在(231±4)Ma形成,角闪岩相等退变质矿物形成在(211±4)Ma,可见超高压变质发生在陆缘和陆内的地质环境。综合研究其岩石矿物的Sr-Nd、O和He同位素含量,有力证明了岩石的壳内成因特征。深钻孔岩心的岩石矿物学系统显示,超高压变质岩及其几公里宽范围里的各类围岩普遍含有柯石英等高压-超高压矿物包体。上述实际资料,用超高压变质的"深俯冲-折返"模式已经不能得到科学的解释。本文提出大别—苏鲁超高压变质岩"构造增压壳内成因模式",认为这些超高压变质作用可能发育在陆内地块之间的强烈构造挤压环境。在230Ma左右,由于构造压力与重力压力叠加致使局部达到超高压及相应温度等条件,特别是当p≥2.8GPa时,变质的物理化学条件得到满足,可以在23~55km深处发生超高压变质作用,之后经应力松弛和拆离构造,岩石又逐步抬升并发生退变质作用。也可以说,该超高压变质岩具有构造物理化学成因。     

超高压变质作用压力模型的思考

<正>超高压变质岩的发现引起了地球科学家的广泛关注(从柏林和王清晨,1999;王方正,1996;吕古贤等,1998;王清晨等,1999;吕古贤和刘瑞,1999),成为20世纪末和21世纪初的研究热点。所谓超高压变质岩是指壳源的、含有柯石英和金刚石等超高压类矿物的岩石。目前认为其形成时的压力大于2.0~2.2GPa,这正处在岩石圈中地幔的压力范围。这就给人们提出了一个问题,它是如何到达地幔之中而后又如何折     

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止，非撞击型超高压变质作用均发生在陆陆碰－撞造山带，这在东半球许多地点已被证实，超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表，形成的温压环境为650－800℃，2.6-3.5GPa，研究证明大多数超高压岩石原是陆壳火山－沉积岩系，因此推断大陆深俯冲作用曾经发生，而超高压岩石现今又出露地表或浅表，意味着它们又从深部折返至地表，陆壳岩石深储冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点，但认识莫衷一是，争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石？是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表？本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带－大别山碰撞过程的动力学分析，探讨非规则边界的碰撞引起的构造附加压力对超高压石形成的影响作用。模拟计算表明，大陆板块的早期碰撞，会引起碰撞附近的局部应力集中现象（平均压力较周围增大了5－9倍），构造压力在超高压中所占的比例约为20％－35％，由此推测，大别山高压－超高压岩石形成深度可能为65－80km。为此本文提出超高压岩石新成因模式－大陆点碰撞模式。这种模式符合力学基本原理，也符合地质记录和地质过程，可以解释为什么超高压岩石并非沿碰撞造山带全线存在，而是出现某些特定部位。本文提出喜马拉雅山撞带的东西犄角是典型的点碰撞区域，陆壳岩石的超高压变质作用均发生在这两个特定的部位。     

大别造山带岩石圈结构与超高压变质岩折返的另类模型

氦同位素研究确定,大别山榴辉岩等超高压岩石矿物并非来自地幔,而是生成于岩石圈地幔顶部。结合深部地球物理,提出一个岩石圈地幔顶部形成超高压矿物的模型。即表壳岩石俯冲到岩石圈地幔顶部,形成超高压变质岩,然后由于地壳隆升、剥蚀,出露到地表。冲入大别山地区岩石圈地幔顶部的表壳岩石之所以会形成超高压变质岩是因为它同时受到板块会聚的强大压力和蘑菇云地幔产生的高温。沿六安—黄石综合地球物理、地球化学剖面实测的热流剖面显示,南大别构造带的莫霍面温度达到1307℃,超高压变质作用所需要的高温条件至今依然存在。已有文献表明黏塑性的大陆板块在碰撞俯冲时,岩石圈地幔的变形远比通常认定的那种刚性板块俯冲要复杂。俯冲呈对冲形式,方向大都向下,在岩石圈地幔中,俯冲板块和制动板块像麻花一样相互楔入,在深部甚至改变俯冲方向,制动板块反而向俯冲板块俯冲。当岩石圈地幔顶部局部熔融时,无疑俯冲物质将向局部熔融层扩散,在高温高压下发生超高压变质作用。大别山变形晚期,在核部形成“背形穹隆”。将形成于岩石圈地幔顶部的超高压变质岩带到地表,接受剥蚀而出露地表。已有资料表明,全球主要超高压变质岩的分布带与古特提斯洋分布有关,古特提斯洋碰撞带是全球最长的一条陆内碰撞俯冲带。它们是否均为黏塑性板块之间的软碰撞、在邻近碰撞带的岩石圈地幔顶部是否都有高温的区域则尚待验证。     

苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压与超高压变质带原岩的接触关系及其地质意义

苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压与超高压变质带接触关系的确定对该地区构造格局的建立具有重要的意义。研究表明苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压变质带内的锦屏群底部含砾岩层不整合覆盖于超高压变质带南部的朐山花岗片麻岩之上，含砾岩层中的砾石虽然经历了后期的塑性变形改造，但其地质特征仍展示出地层下部层位沉积砾石特有的性质。此外，同位素年代学研究揭示出朐山花岗片麻岩与锦屏群变质岩的原岩分别形成于859Ma和814Ma。这些都说明锦屏群变质岩与下伏朐山花岗片麻岩原岩之间的接触关系为角度不整合。在后期的构造运动过程中它们一起经历了高压-超高压变质变形作用，折返过程中锦屏群变质岩向北西西方向逆冲，形成叠加于不整合接触面的韧性剪切带。     

Deformation, high-pressure metamorphism and exhumation of ultramafic rocks in a deep subduction/collision setting (Cabo Ortegal, NW Spain)

New petrological and microstructural data from various metaperidotite 'boudins' within large ductile shear zones in the Cabo Ortegal allochthonous complex in NW Spain have important implications for the tectonic models of the area. The peridotites (mylonitic garnet harzburgite, Ti-clinohumite and magnesite–olivine orthopyroxenite) contain mineral assemblages that equilibrated at high- to ultra-high-pressure metamorphic conditions as well as microstructures of tectonic origin formed at temperatures well above 800  °C. Olivine and orthopyroxene fabrics resulted from flow at high temperature (>1000  °C) and solid-state non-coaxial plastic flow at intermediate temperature (800–900  °C). Flow caused dynamic recrystallization and formation of moderate to strong lattice preferred orientations under low to moderate differential stresses and strain rates characteristic of upper mantle and deep crustal deformation. The microstructures and textural relationships suggest that the mylonitic garnet harzburgite represents mantle fragments with lithospheric and asthenospheric imprints, whereas the olivine orthopyroxenite resulted from serpentinite burial to depths where it acquired a characteristic high/ultra-high-pressure metamorphic signature. Both types of ultramafites converged to a common site in a subduction zone that was later incorporated during continental collision to the NW Iberian Massif as exotic, allochthonous complexes that record structural and metamorphic evidence of the earliest phases of the Hercynian orogeny.     

Garnet inclusions in diamond and the state of the upper mantle

Temperature and pressure estimates for Earth's upper mantle generally are based on indirect information derived from phase equilibria studies and the measurement of temperature and pressure dependent physical and chemical properties for relevant mantle materials. This paper describes an alternative approach, based on solid-inclusion piezothermometry, which utilizes the thermoelastic properties of direct mantle derived mineral samples. In particular, this study provides the theoretical development, based on the Murnaghan equation of state for solids, for a simple method of calculating isomeke lines for host and inclusion minerals of cubic symmetry which may be extrapolated accurately to upper mantle pressure and temperature conditions. The method is demonstrated for the particular case of garnet inclusions in diamond, for which adequate laboratory thermoelastic data are available. A specific application is made in the evaluation of the depth of formation of the D1 garnet-diamond inclusion system described by Harris et al. (1970). The pressure and temperature conditions of inclusion formation lie along the calculated isomeke line within the range constrained by recent graphite-diamond phase equilibria data. However, because the isomeke line for the garnet-diamond system and the graphite-diamond phase transition are very similar in slope, a further constraint is required. Assuming, therefore, that temperature in the upper mantle is bounded by the “Oceanic” and “Shield” geotherms of Clark and Ringwood (1964), the present results indicate that the D1 garnet-diamond system formed within the depth range 138 to 155 km (about 45 to 53 kbar pressure). This result, which relates to the genesis of kimberlite xenoliths, is generally consistent with the results of other studies which utilize phase equilibria data.     

乌拉山金矿带成矿物质来源的初步研究

通过原岩的含金建造,岩石含金性讨论,微量元素、稀土元素、包裹体特征及硫、氢、氧、碳、铅同位素的研究,对乌拉山金矿带成矿物质来源作了探讨。认为上有太古界乌拉山群是金矿形成初始矿源层,铅、硫等成矿物质主要来自地壳及下层富含金的某些强烈活动带,而成矿流体主要为渗流加热大气降水,部分来自变质—岩浆水的混合水。原岩属幔源分熔的基性—中基性火山沉积建造,幔源物质经后期大陆增生,沉积壳叠加改造,由幔源变成壳源物质,后期地质事件产生能源,使矿源层中的成矿物质活化,转移,富集成矿。     

塔里木克拉通东北缘二叠纪镁铁质岩浆氧化物与硫化物成矿条件对比

塔里木克拉通东北缘坡北、磁海等地二叠纪幔源岩浆活动形成了镍钴硫化物矿床和铁钴氧化物矿床,两者赋矿镁铁-超镁铁岩体的年龄相近(290～260 Ma),主、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素组成相似,分配系数接近的微量元素比值分布于相同趋势线,揭示两者岩浆源区相同,可能为俯冲板片流体交代的亏损地幔或软流圈地幔。两类矿床镁铁-超镁铁质岩中Co与Ni含量正相关,Co主要富集在基性程度高的岩石中;块状硫化物与磁铁矿矿石中Co与Ni相关性差,Co和Ni具有不同的富集机制,Co热液富集作用明显。北山镁铁-超镁铁杂岩体是地幔柱相关软流圈上涌,诱发俯冲板片交代的亏损岩石圈地幔发生部分熔融,形成的高镁母岩浆演化过程中经历壳源混染、硫化物饱和富集镍钴形成铜镍钴硫化物矿床,富铁母岩浆氧逸度高、富水,岩浆分离结晶磁铁矿、叠加热液作用富集钴,形成铁钴氧化物矿床。     

Experiments of methane gas solubility in formation water under high temperature and high pressure and their geological significance

The solubility of methane in formation water and water content in the coexisting gas phase were measured under the conditions of high temperature and high pressure, using an ultra-high-pressure fluid PVT system, where the experimental temperature reached up to 453 K and pressure reached up to 130 MPa. Experimental results show the following (1) The two phases of gas and liquid still exhibit an obvious interphase interface even under high temperatures and pressures. (2) When temperatures exceed 353 K, the solubility of methane in formation water increases as the temperature and pressure rise. The growth rate of solubility is faster under a relatively low temperature and pressure, and slower at a relatively high temperature and pressure, but the solubility will not increase without limit. In this experiment, the solubility of methane in formation water reached its peak when the temperature was at 453 K and the pressure at 130 MPa. (3) Water content in the coexisting gas phase increases as temperature rises, with a smaller increase at relatively low temperatures and a much greater increase at relatively high temperatures but decreases with the increasing pressure, more rapidly under low pressure and more slowly under high pressure. The solubility of methane in formation water and the water content in the coexisting gas phase are controlled by both temperature and pressure, but using classic calculation models, these two parameters under high temperatures and pressures are inconsistent with our experimental data. Therefore, the study is significant and highlights other possible effects on solubility and condensate water content. Additionally, an example from the Yinggehai Basin in the South China Sea, where the temperature and the pressure are high, demonstrates the influence of solubility and phase behaviour on natural gas migration, its formation and the distribution of gas reservoirs.     

Mechanical Nature of Gravity and Tectonic Forces

There are two models of ultrahigh pressure metamorphism (UHPM) zone in Dabie: the model of under thrusting-returning which even arrives at the mantle and the superimposed model of tectonics in the crust. There are two points of view in the argument about formation depth of ultrahigh pressure metamorphism: (1) the depth can be calculated by hydrostatic equation; (2) the high pressure was composed of gravity, tectonic and other forces instead of merely gravity force. Some misunderstandings of mechanical conceptions presented in the paper showing the hydrostatic viewpoints should be open to question. The main conceptions are: (1) the confining pressure was only formed by gravity, and the differential stress was only formed by tectonic force; (2) the differential stress is not big enough to lead to form ultrahigh pressure metamorphism; (3) once tectonic overpressure goes beyond the limited strength of rocks the tectonic force would disappear and the rocks would be broken or rheomorphied at the same time. A short discussion in basic mechanics is made in this paper for a perfect process for discussing the argument.     

高压超高压变质作用中流体—熔体—岩石相互作用

在高压超高压变质作用过程中所释放的流体对俯冲板块的演化起着重要作用,与岛弧岩浆活动有着直接联系,随着温度和压力的增加,俯冲板片将发生高压到超高榴辉岩相转变,大量的水将通过含水矿物的消失反应释放出来,这些流体可引起上覆岩圈大规模水化,并促进地幔楔状体的部分熔融,同时,通过流体的向上迁移可将某些组分带入上覆岩石圈板块,并改变其总体组成,许多含水矿物,同变质脉体,高压自形晶体组成的布丁,原生液态包裹体和     

滇西时代不明变质岩系的解体和时代厘定

建立在岩石组合、变质、变形、碎屑组分和同位素年代学基础上的研究成果表明,滇西时代不明变质岩系是两个时代不同的构造岩片,分别相当于中元古界崇山群和二叠系吉东龙组,二者是喜山期构造混杂带的重要组成部分。崇山群在晚元古时期(727～956 Ma)发生区域性的动热变质作用,加里东时期(397 Ma)又叠加了一次变质作用。吉东龙组中有喜山期(32 Ma)变质作用的叠加。     

六合—仪征第三纪大陆碱性玄武岩微量元素地球化学

本文报道了六合-仪征第三纪大陆碱性玄武岩十八个样品的REE、Rb、Ba、Sr、Nb、Zr、Ni、Cr、V、Sc、Y、Ga、Zn、Cu等痕量元素含量,讨论了该岩套的成因及其地幔源区的特征。石榴石橄榄岩型地幔源区经较小程度部分熔融形成了基性原始岩浆;其后经过橄榄石和单斜辉石为主的结晶分异作用,演化后的岩浆喷出地表形成玄武岩套。本区碱性玄武岩的地幔源区曾受近期富集作用影响,具有富集LREE等不相容元素的特征。     

地壳深俯冲与富钾火山岩成因

富钾火山岩是一类兼具壳幔双重地球化学特征的特殊岩石组合 ,它们不可能由亏损或原始地幔所派生 ,成岩过程中必须有地壳物质的参与 ,将地壳物质引入富钾火山岩成岩过程的主要动力机制即是深俯冲作用。洋壳和陆壳均可以通过俯冲进入地幔 ,俯冲地壳物质析出流体对地幔岩石的交代作用是导致富钾火山岩具特殊地球化学特征的主要原因。根据对大别—苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩的实例研究 ,表明该区火山岩的形成均受到了俯冲洋壳析出流体的交代作用 ,但造山带北侧富钾火山岩的形成还叠加了俯冲的扬子陆壳析出流体的交代作用 ,是多次富集事件综合作用的结果。文中还对富钾火山岩成因研究中值得进一步深入探索的问题进行了讨论。