大兴安岭北部诺敏河地幔金云母及钾质地幔熔体研究

在大兴安岭北部诺敏河第四纪钾质火山岩携带的地幔捕虏体中,发现少量金云母矿物和富钾地幔熔体。金云母颗粒大小1~5mm,呈网脉状充填在橄榄石和辉石、石榴子石等地幔矿物间隙。电子探针研究表明地幔橄榄石、单斜辉石、斜方辉石和石榴石等矿物几乎不含钾质成分(K2O0.01%),而金云母矿物成分具有高钾(K2O~10%)、高钛(Ti O25.41%~7.74%)的特点,暗示区域地幔钾的富集与金云母矿物有密切关系。地幔金云母的成因往往与富钾地幔流体/熔体的交代作用有关,在地幔捕虏体矿物反应边的硅酸盐熔体(囊体)中,发现富硅、富钾的熔体,K2O 4%~8%。结合前人地幔熔体研究,认为区域地幔经历了多期、不同成分地幔熔体的富集作用,其中富钾熔体对地幔钾质成分的富集起到重要作用。诺敏钾质火山正是富钾地幔部分熔融的产物,钾质熔体成分的来源可能与俯冲再循环的壳源物质有关。     

喜马拉雅造山带两种不同类型榴辉岩与印度大陆差异性俯冲

印度与亚洲大陆新生代碰撞-俯冲形成的喜马拉雅造山带核部由高压和超高压变质岩组成.超高压榴辉岩分布在喜马拉雅造山带西段,由石榴石、绿辉石、柯石英、多硅白云母、帘石、蓝晶石和金红石组成.超高压榴辉岩的峰期变质条件为2.6～2.8GPa和600～620℃,其经历了角闪岩相退变质作用和低程度熔融.超高压榴辉岩的进变质、峰期和退变质年龄分别为～50Ma、45～47Ma和35～40Ma,指示一个快速俯冲与快速折返过程.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中-东段,由石榴石、绿辉石、多硅白云母、石英和金红石组成.高压榴辉岩的峰期变质条件为>2.1GPa和>750℃,叠加了高温麻粒岩相退变质作用与强烈部分熔融.高压榴辉岩的峰期和退变质年龄可能分别是～38 Ma和14～17 Ma,很可能经历了一个缓慢俯冲与缓慢折返过程.喜马拉雅造山带两种不同类型榴辉岩的存在表明,印度与亚洲大陆约在51～53Ma碰撞后,印度大陆地壳的西北缘陡俯冲到了地幔深度,导致表壳岩石经历了超高压变质作用,而印度大陆地壳的东北缘平缓俯冲到亚洲大陆之下,导致表壳岩石经历了高压变质作用.     

俯冲带部分熔融

俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。     

埃达克岩的Na亏损及其对地幔Na交代的指示意义

埃达克岩是玄武质洋壳部分熔融的产物。然而,与实验室玄武岩部分熔融产生的埃达克质熔体相比,天然埃达克岩明显地高Mg、Cr和Ni,这表明埃达克岩浆在上升过程中有地幔成分的加入。本文的观察结果表明,全球新生代埃达克岩的Na2O含量低于5.8%,大约95%的新生代埃达克岩样品Na2O含量小于5.0%。然而,在埃达克岩产生的压力范围(1.5～3.0GPa),实验的玄武岩部分熔体大多数Na2O含量超过5.0%,最高达到9.0%,显示埃达克岩具有明显的Na亏损现象。我们认为这是埃达克熔体在热的地幔楔中与地幔橄榄岩反应的结果。在俯冲带,大洋板片熔融产生的熔体(埃达克熔体)上升并与地幔橄榄岩发生反应,原始的埃达克熔体获得MgO、Cr及Ni等地幔组分,但其Na2O和SiO2等通过反应进入地幔,导致地幔交代作用。根据长英质熔体与橄榄岩反应体系的相关系,我们认为,地幔单斜辉石、橄榄石、尖晶石的混染作用以及钠质角闪石和斜方辉石的分离结晶作用,是改变埃达克熔体组成并导致其Na亏损的一个重要的过程。埃达克岩的Na亏损为地幔Na交代作用和一些富Na的弧岩浆成因提供了重要证据。     

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。     

大别-苏鲁区超高压(UHP)变质岩的多阶段构造折返过程

追溯和重塑超高压变质岩由100多千米地幔深度折返至上地壳及地表的过程,对理解会聚板块边缘及大陆碰撞带的运动学和动力学是极为重要的.主要依据构造学、岩石学、地球化学和可利用的地质年代学资料,结合区域多期变形分析,大别-苏鲁区超高压变质岩的折返过程至少可分解出4个大的阶段.块状榴辉岩记录了三叠纪(约250~230 Ma)大陆壳岩石的深俯冲/碰撞作用.超高压变质岩早期迅速折返发生于超高压峰期变质作用(P＞3.1~4.0 GPa,T≈800±50 ℃)之后,处于地幔深度和柯石英稳定域,相当于区域D₂变形期阶段.分别与区域变形期D₃、D₄和D₅对应的折返过程,以及后成合晶、冠状体等卸载不平衡结构发育和减压部分熔融作用2个中间性构造热事件,均发生在地壳层次. 网络状剪切带在折返过程的不同阶段和不同层次均有发育,标志着在超高压变质带内的变质和变形分解作用曾重复进行.着重指出,超高压变质岩的折返,主要是由大陆壳的深俯冲/碰撞和伸展作用控制的构造过程,且受到俯冲带内、带外诸多因素的约束,其中水流体就起关键作用.      

俯冲带壳-幔相互作用的高温高压实验:对地幔不均一性成因的启示

使用活塞-圆筒式高温高压装置进行一系列榴辉岩部分熔融熔体与橄榄岩反应实验,可以为深入了解俯冲带壳-幔相互作用的影响因素及地幔不均一性的成因提供重要信息.实验使用反应偶的方法,并在0.8~3.0 GPa和1 200~1 425℃条件下进行.实验结果表明,榴辉岩部分熔融熔体-橄榄岩反应的动力学和结果受控于熔体主量元素成分、熔体中的H₂O、温度、压力和橄榄岩的物理状态等因素.大陆俯冲带地幔岩石中斜方辉石的富集是再循环陆壳熔体与上覆地幔反应的结果,地幔岩石中斜方辉石岩脉的形成与含水熔体交代有关,地幔岩石中的石榴辉石岩和石榴石岩可能形成于高压、低温条件下的熔体-橄榄岩反应.      

内蒙古达里诺尔含金云母辉石岩的发现及其地质意义

对华北克拉通北缘达里诺尔地区鸽子山附近玄武岩中的含金云母辉石岩捕虏体进行了岩石学、矿物学的研究,并对其中的单斜辉石、斜方辉石、金云母和粒间熔体进行了原位微区主、微量元素分析。结果显示,单斜辉石和斜方辉石具有低的Mg^#、Cr 2O 3和高的Al2O3含量,斜方辉石还具有高的MnO含量,这些特征表明辉石岩代表了交代熔体在地幔中冷却固结堆晶形成的岩脉。辉石岩中金云母、粒间熔体的出现及其不平衡的地球化学特征说明辉石岩形成以后又遭受到了多期次的硅酸盐熔体地幔交代作用。结晶出单斜辉石的母岩浆在蛛网图上具有K、Pb元素的弱负异常但不具有Nb、Ta、Ti元素的负异常,推测形成辉石岩的熔体可能来自软流圈地幔。粒间熔体的低SiO2,高MgO和FeO的特征指示其形成于地幔超基性岩的部分熔融,蛛网图上明显的K、Pb正异常以及Nb、Ta负异常说明其源区也存在俯冲沉积物的贡献。基于此,认为中国东部新生代岩石圈地幔经历了多期次地幔交代作用。     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约:(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式:陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

大别超高压变质地体四道河地区岩石学研究

对四道河地区超高压变质岩剖面的研究分析显示,该剖面有3种岩石类型:榴辉岩类、片麻岩和面理化含榴花岗岩。榴辉岩具不同程度的退变质现象,呈透镜体状产出于斜长角闪岩、片麻岩和面理化含榴花岗岩中,原生矿物组合为石榴石、绿辉石、柯石英和金红石。榴辉岩退变为斜长角闪岩近于等化学系列;片麻岩在主量成分上与榴辉岩及其退变产物(斜长角闪岩)存在突变关系,但微量元素与榴辉岩有一定的相似性;面理化含榴花岗岩主量元素和微量元素地球化学特点为:富SiO2 、K2 O Na2 O和高价阳离子Ga、Y以及REE ,K2 O/Na2 O值低,贫Al、Ca、Mg、Ti、P ,结合构造环境、同位素及年代学资料分析,其应属于后碰撞造山A型花岗岩。基于以上认识推断:大陆板片俯冲至上地幔经历了超高压变质作用,表壳岩变质形成榴辉岩;当超高压变质岩石折返至中下地壳时发生了强烈的减压退变质作用形成斜长角闪岩,随后,与片麻岩及面理化含榴花岗岩一道从中下地壳向地表进一步折返,并一同经历了后期的变质变形作用。     

Partial melting of ultrahigh-pressure metamorphic rocks at convergent continental margins: Evidences,melt compositions and physical effects

Ultrahigh-pressure(UHP) metamorphic rocks are distinctive products of crustal deep subduction,and are mainly exposed in continental subduction-collision terranes. UHP slices of continental crust are usually involved in multistage exhumation and partial melting, which has obvious influence on the rheological features of the rocks, and thus significantly affect the dynamic behavior of subducted slices. Moreover,partial melting of UHP rocks have significant influence on element mobility and related isotope behavior within continental subduction zones, which is in turn crucial to chemical differentiation of the continental crust and to crust-mantle interaction.Partial melting can occur before, during or after the peak metamorphism of UHP rocks. Post-peak decompression melting has been better constrained by remelting experiments; however, because of multiple stages of decompression, retrogression and deformation, evidence of former melts in UHP rocks is often erased. Field evidence is among the most reliable criteria to infer partial melting. Glass and nanogranitoid inclusions are generally considered conclusive petrographic evidence. The residual assemblages after melt extraction are also significant to indicate partial melting in some cases. Besides field and petrographic evidence, bulk-rock and zircon trace-element geochemical features are also effective tools for recognizing partial melting of UHP rocks. Phase equilibrium modeling is an important petrological tool that is becoming more and more popular in P-T estimation of the evolution of metamorphic rocks; by taking into account the activity model of silicate melt, it can predict when partial melting occurred if the P-T path of a given rock is provided.UHP silicate melt is commonly leucogranitic and peraluminous in composition with high SiO_2,low MgO, FeO, MnO, TiO_2 and CaO, and variable K_2 O and Na_2 O contents. Mineralogy of nanogranites found in UHP rocks mainly consists of plagioclase + K-feldspar + quartz, plagioclase being commonly albite-rich.Trace element pattern of the melt is characterized by significant enrichment of large ion lithophile elements(LILE), depletion of heavy rare earth elements(HREE) and high field strength elements(HFSE),indicating garnet and rutile stability in the residual assemblage. In eclogites, significant Mg-isotope fractionation occurs between garnet and phengite; therefore, Mg isotopes may become an effective indicator for partial melting of eclogites.     

北大别的多阶段高温变质作用与部分熔融及其地球动力学过程和大地构造意义

北大别经历了三叠纪高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而榴辉岩中广泛发育多期减压结构,极少保留早期的超高压变质记录,这为它们不同变质阶段的温度条件估算带来了巨大困难。然而,目前流行的微量元素温度计为北大别榴辉岩的峰期及之后的退变质阶段温度的确定提供了可能性。根据锆石中Ti和金红石中Zr温度计,结合传统矿物对温度计的计算数据,获得了北大别榴辉岩中多阶段高温（>900 ℃）条件的数据,证明研究区经历了从超高压榴辉岩相→石英榴辉岩相→高压麻粒岩相阶段的高温变质过程。并且,北大别经历了折返初期（207±4 Ma）的减压熔融和碰撞后燕山期（约130 Ma）的加热熔融作用。长时间的高温变质作用与多期部分熔融也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压变质证据等的重要原因。因此,这些成果有助于甄别北大别的岩石成因和演化过程以及大别山多岩片差异折返模型的建立和完善。     

苏鲁超高压变质带胡家林超镁铁质岩成因及构造意义

胡家林超镁铁质杂岩体产于苏鲁超高压变质带中部,纯橄岩和(石榴)单斜辉石岩呈不连续透镜体产于蛇纹石化橄榄岩中。纯橄岩遭受了部分蛇纹石化(烧失量=6.6%～13.2%),全岩富集强相容元素(Ni、Cr、Co)和Ir族PGE(IPGE;Ir、Os、Ru)及高IPGE/PPGE值,亏损Al、Ti、V,具高Mg~#橄榄石(Fo=91.7～92.4)和高Cr~#(0.68～0.76)尖晶石。纯橄岩高耐熔地球化学及矿物化学特征和古老的大陆岩石圈地幔相一致,表明其原岩来源于弧前地幔,代表了华北克拉通古老的大陆岩石圈地幔残留。(石榴)单斜辉石岩全岩呈相对低含量的强相容元素(Cr、Ni、Co)和IPGE,高含量的Al、Ti、V和流体迁移元素(Sr、Pb和Ba),球粒陨石标准化REE配分图呈明显"上凸"型,具低Mg~#橄榄石(Fo=76.6～76.8)和低Al_2O_3(2.76%)和高SiO_2(54.56%～56.87%)的单斜辉石。全岩组成和矿物化学表明其原岩为俯冲带内超镁铁质火成堆晶岩,最初岩浆由地幔岩高程度部分熔融的熔体和俯冲带中富H_2O流体和/或熔体构成。(石榴)单斜辉石岩原岩曾被地幔流带入扬子大陆俯冲板片和上覆地幔楔之间的俯冲通道,经历了超高压变质作用和生成大量石榴石。(石榴)单斜辉石岩在折返过程中,与大陆岩石圈地幔楔剥离的蛇纹石化橄榄岩及纯橄岩相结合,形成超镁铁质杂岩体,整体被低密度的俯冲板片(主要由花岗质片麻岩和变质沉积岩组成)裹挟,折返至地壳浅部。     

The formation of foliated (garnet-bearing) granites in the Tongbai-Dabie orogenic belt: partial melting of subducted continental crust during exhumation

Foliated (garnet-bearing) (FGB) granites are associated closely with and are usually the major wall rocks of the high-pressure (HP) and ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic rocks in the Tongbai-Dabie region, the mid segment of the Qinling-Dabie-Sulu orogenic belt in central China. These granites appear either as small plutons or as veins, which commonly intrude into or surround the HP and UHP metamorphic eclogites or gneisses. The veins of FGB granites usually penetrate into the retrograded eclogites or gneisses along the foliations. Condensation rims can occasionally be found along the margins of granite veins. These granites are rich in Si and alkali with high Ga/Al ratios, and depleted in Ca, Mg, Al, Ti, Sc, V, Ni, Co, Cr and Sr, which are similar to A-type granites. In a chondrite normalized diagram, the samples are light rare earth elements enriched with different extent of negative Eu anomaly. Moreover, Rb, Nb, Ta, Sr, P and Ti show different degrees of negative anomalies, whereas Ba, K, La, Zr and Hf show positive anomalies in the primitive mantle normalized diagram. Negative anomalies of Eu and Sr indicate strong influence of plagioclase. In conventional discrimination diagrams, these FGB granites belong to the A-type granite, with geochemical characteristics affinitive to post-collisional granites. The εNd (230 Ma) values (−15.80 to −2.52) and T _DM values (1.02–2.07 Ga) suggest that magma for the FGB granites were derived from a heterogeneous crustal source. Therefore, the FGB granites may provide clues for deciphering the formation of post-collisional granites. It is proposed that the magma of the FGB granites both in the HP and UHP units was formed in an extensional tectonic setting slightly post-dating the HP and UHP metamorphism, most likely as a result of decompressional partial melting of UHP retrograded eclogites during exhumation.     

北大别超高压榴辉岩的快速折返与缓慢冷却过程

岩石学研究表明,北大别超高压榴辉岩经过了超高压和高压榴辉岩相变质作用以及麻粒岩相叠加和角闪岩相退变质作用.其中,高压麻粒岩相和角闪岩相变质阶段形成的后成合晶以及石榴子石和单斜辉石等矿物中成分分带的存在,证明该区榴辉岩经历了一个快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩在峰期超高压变质作用之后又经历了一个缓慢冷却过程.超高压岩石折返期间的缓慢冷却过程也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压证据的重要原因.因此,本文为大别山不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据.     

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室.高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部.这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定.含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程.在约5 Myr内,超高压变质岩从＞100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融.高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融.因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性.     

Experimental peridotite–melt reaction at one atmosphere: a textural and chemical study

Sieve-textured clinopyroxene and spinel are common in mantle xenoliths and have been interpreted to be the result of partial melting, mantle metasomatism and host magma–xenolith reaction during transport. In this paper, we test the latter hypothesis with a series of reduced and oxidized experiments at 1,200 and 1,156°C at one atmosphere using a synthetic leucitite melt and discs of natural peridotite. Our results show that sieve texture development on clinopyroxene and spinel in mantle xenoliths is the result of a multistage reaction process. In the first step, orthopyroxene undergoes incongruent dissolution to produce a silica and alkali-rich melt together with olivine. As this melt migrates along grain boundaries it causes incongruent dissolution of clinopyroxene and spinel. The incongruent dissolution mechanism involves complete dissolution of the clinopyroxene or spinel followed by nucleation and growth of a secondary clinopyroxene or spinel once the reacting melt is saturated. The reaction of orthopyroxene, clinopyroxene and spinel with infiltrated host magma results in a range of melt compositions that are very similar to those interpreted to be due to very small degrees of partial melting. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.     

V／Sc在CCSD主孔榴辉岩中的系统关系：一种可透视变质作用并指示基性岩浆作用的地球化学工具

和Fe一样，V和Sc都是过渡族金属元素，它们在地幔部分熔融和岩浆分异中的地球化学行为是近年来行星地质和岩石地球化学的研究热点之一。通过分析V和Sc在部分熔融和岩浆分异过程中的地球化学行为，发现V／Sc是可以透视岩浆成岩后所经历的变质、交代或流体作用的新的地球化学工具。本文通过系统分析中国大陆科学钻探工程主孔100～600米榴辉岩，尤其是540～600米钛铁矿一赤铁矿榴辉岩的V／Sc比值的变化特征，来进一步限定榴辉岩原岩可能的成岩过程。在CCSD主孔岩心中，和100～540m榴辉岩相比，540～600m段榴辉岩表现出以下十分特别的地球化学特征：（1）相当高的V，但十分低的Nb和Ta；（2）较高的TFeO，Fe2O3／FeO比值，高度变化且较高的Eu正异常（Eu／Eu^＋高达2.9）；（3）异常高的V／Sc比值（8．39～43．23，平均15．07），V／Sc比值和MgO之间呈负相关关系，但和Fe2O3／FeO之间呈正相关关系；（4）近乎正相同步变化的V和Fe2O3/、／FeO，但反相变化的V和Eu／Eu^＋。这些地球化学特征反映了原岩形成过程中，高度动态的斜长石分离结晶作用与岩浆氧逸度之间的负耦合关系，即在原始基性岩浆中，斜长石的分离结晶作用导致岩浆氧逸度升高，诱发钛磁铁矿和斜长石及单斜辉石的同步分离结晶作用，优先猎取大量的V和Fe，Sc主要分布在单斜辉石，导致所成堆晶的V和Fe含量升高及高度变化且增高的V／Sc比值，同时MgO，SiO2相对降低。这种过程导致上述的V和Fe2O3／FeO之间近乎同相变化关系．但反相变化的V和Eu／Eu^＋。CCSD主孔100～600m榴辉岩的V／Sc和MgO系统关系实际上透视了上述的过程，即除橄榄石堆晶作用外，含钛铁矿物相的分离结晶作用对形成的堆晶及相应岩浆的V、Sc和V／Sc比值的强烈控制作用。CCSD及区域地质所揭示的南北长约2000m，宽约500m的反S型、层序较完整的基性-超基性杂岩体所经历的岩浆过程有可能代表着大别-苏鲁超高压带中榴辉岩原岩经历了类似的过程。通过对较大规模榴辉岩及其伴生的超基性岩的V、Sc和V／Sc系统关系的系统研究可能进一步揭示更多类似的基性-超基性杂岩体，为厘定大别-苏鲁超高压带的碰撞前的物理和化学状态提供更好的限定。     

西南极菲尔德斯半岛第三纪钙碱性火山岩的生成与演化

西南极菲尔德斯半岛第三纪火山岩的岩石学和岩石化学特征表明,它们基本属于钙碱性火山岩系列,是岛弧火山作用的产物。该岩石组合中,随岩石中SiO_2含量的增加,斜长石斑晶数量减少,微量元素Cr、V丰度降低,Sr、Ba丰度下降,这些揭示了岩浆中斜长石和单斜辉石的分离结晶作用。稀土元素的系统变化也证明了这一点。主元素和微量元素的定量计算所验证了岩浆的分离结晶作用演化过程。     

Evidence for UHP anatexis in the Shuanghe UHP paragneiss from inclusions in clinozoisite,garnet, and zircon

The Shuanghe garnet-bearing paragneiss from the Dabie ultra-high–pressure (UHP) orogen occurs as an interlayer within partially retrogressed eclogite. A first UHP metamorphic stage at 680°C, 3.8–4.1 GPa is documented by Zr-in-rutile temperatures coupled with phengite inclusions (Si = 3.55) in clinozoisite and grossular-rich garnet. Relic matrix phengite and phengite inclusions in zircon rims display lower Si of 3.42. Combined with garnet compositions and Ti-in-zircon temperatures, they provide evidence for a second UHP metamorphic stage at 800–850°C, ~3.8 GPa. Such isobaric heating at UHP conditions has not been documented so far from the adjacent eclogites and other rock types in the Dabie orogen and indicates proximity to the hot, convecting mantle wedge. The dominant mineral assemblage consisting of plagioclase, epidote, biotite, and amphibole provides evidence for widespread retrogression during the exhumation of the UHP paragneiss. Several types of polyphase mineral inclusions were identified. Phengite inclusions hosted by clinozoisite are partially replaced by kyanite and K-feldspar, whereas inclusions in host garnet consist of relic phengite, K-feldspar, and garnet, indicating limited sub-solidus dehydration of phengite by the reaction Ph→Kfs+Ky±Grt+fluid. Tightly intergrown K-feldspar and quartz are preserved as inclusions with sharp boundaries and radial cracks in garnet. Analyses of whole inclusions also show small enrichments in light rare earth elements. These inclusions are interpreted to be derived from melting of an inclusion assemblage consisting of Ph+Coe±Czo. A third type of polyphase inclusion consists of typical nanogranite (Ab+Kfs+Qz±Ep) inclusions in recrystallized metamorphic zircon. Ti-in-zircon thermometry and the Si content of phengite included in these zircon domains indicate that melting occurred at 800–850°C and 3.8–4.0 GPa during isobaric heating at UHP conditions. The partial melting event led to an equilibration of trace elements in garnet, phengite, and apatite. Using published partition coefficients between these minerals and hydrous granitic melt, the trace element composition of the UHP anatectic melt can be constrained. The melts are characterized by high LILE contents and pronounced relative enrichments of U over Th and Ta over Nb. The REE are below primitive mantle values, likely due to the presence of residual clinozoisite and garnet during partial melting. So far, no major granitic bodies have been found that share the same trace element pattern as the partial melts from the UHP anatexis of the Shuanghe paragneiss.