大别山下地壳岩石及其深俯冲

本文对大别山下地壳岩石的主要组成及其变质岩石学和年代学特征进行了系统总结,并首次报道了作者等最近在罗田穹隆中发现的镁铁质下地壳岩石俯冲变质成因的榴辉岩及其有关片麻岩的 SHRIMP 锆石 U-Pb 同位素年代学的最新研究成果。大别山这种不寻常的镁铁质下地壳俯冲成因榴辉岩为研究大陆深俯冲和陆壳物质再循环以及对地幔不均一性的影响提供了重要对象和可能性。根据阴极发光图像及矿物包体组合,罗田榴辉岩中继承锆石可分为两种即具有岩浆结晶环带的岩浆锆石和含有石榴子石 紫苏辉石 斜长石等麻粒岩相变质矿物包体的变质锆石,而且这两种继承锆石常具有舍石榴子石 绿辉石等榴辉岩相矿物包体的增生边。SHRIMP U-Pb 定年结果表明,继承岩浆锆石的~(206)Pb/~(238)U 年龄为791±9Ma、含麻粒岩相矿物包体的继承变质锆石的~(206)Pb/~(238)U 年龄为794±10Ma、含榴辉岩相矿物包体的锆石增生边的~(206)Pb/~(238)U 年龄值为212±10Ma。罗田榴辉岩的围岩——含石榴子石英云闪长质片麻岩中锆石的 CL 图像具有特征的核-幔-边结构即表现为继承岩浆锆石核-高压变质幔-退变质增生边,高压变质幔给出罗田片麻岩中印支期高压变质的精确年龄为218±3Ma。因此,罗田榴辉岩的原岩时代与早期麻粒岩相变质时代一致,均为晚元古代,证明华南陆块北缘晚元古代岩浆板底垫托的存在。而且,大别山下地壳岩石参与了印支期大陆深俯冲,但与南大别带具有不同的折返过程即前者经历了麻粒岩相退变质过程。此外,北大别带榴辉岩的印支期峰期变质时代(212±4Ma)比南大别带年轻(226±3Ma),这可用大陆叠瓦式深俯冲模式来解释。     

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.     

青藏高原拉萨地块松多榴辉岩的岩相学特征和变质演化过程

松多榴辉岩出露于拉萨地块的石英片岩中,主要由较为基性的金红石榴辉岩和较为酸性的石英榴辉岩组成。榴辉岩相矿物组合为石榴子石 绿辉石 绿帘石±多硅白云母±石英±金红石。岩石发生了较强烈的退变质作用,退变质矿物有角闪石、绿帘石、石英、钠长石及绿泥石。石榴子石变斑晶具有生长环带结构,变斑晶和基质石榴子石主要落入C类榴辉岩区,少数石榴子石变斑晶边部和基质石榴子石落入B类榴辉岩区;单斜辉石主要为绿辉石,少数Ⅰ世代和Ⅲ世代为普通辉石;角闪石均为钙质角闪石。根据石榴子石-绿辉石-多硅白云母矿物温压计计算,获得的温压范围为630～777℃和2.58～2.70GPa,峰期变质条件接近于石英-柯石英转变线。榴辉岩的原岩经历了从高绿片岩相、角闪岩相、榴辉岩相、角闪岩相到高绿片岩相的变质过程,这反映了与古特提斯洋闭合有关的俯冲进变质作用和随后的折返退变质作用。     

大别山北部超高压变质大理岩及其地质意义

岩石学研究表明 ,大别山北部镁铁 超镁铁质岩带中白云质大理岩至少经历过三期变质阶段 :(1)榴辉岩相峰期变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 +白云石 +金红石 +镁橄榄石 +钛 斜硅镁石 +富镁的钛铁矿±文石±石榴子石 ;(2 )麻粒岩相退变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 +白云石 +金云母 +镁橄榄石 +透辉石 +钛铁矿 +尖晶石±斜方辉石等 ;(3)角闪岩相退变质阶段 ,主要矿物组合为方解石 +白云石 +磷灰石 +磁铁矿+榍石等。它的峰期变质矿物组合 ,类似于苏 鲁超高压大理岩 ,形成压力至少大于 2 .5GPa。这进一步证明 ,大别山北部大多数高级变质岩 (包括大理岩等 )都曾经过超高压变质作用 ,应属于印支期扬子俯冲陆壳的一部分。     

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中榴辉岩的分布与变质温压条件

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中的榴辉岩主要有两种产状,一是产于变形较强(面理化)的橄榄岩中,另一种是产于片麻岩中。其中,绿辉石中硬玉端元组分大多为Jd=20mol％～52mol％。产于橄榄岩和片麻岩中榴辉岩的石榴子石成分分别相当于Coleman的B型和C型榴辉岩。石榴子石成分特征及钠质单斜辉石中石英针状出溶体的出现表明,本区榴辉岩早期可能经历过超高压变质作用,且至少经历了3个变质阶段,即:①榴辉岩相峰期变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+绿辉石+金红石±蓝晶石+石英(或柯石英假象?),p≥2.5GPa、t=595～874℃;②高压麻粒岩相变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+透辉石+紫苏辉石+钛铁矿+尖晶石+斜长石等,p=1.1～1.37GPa、t=817～909℃;③角闪岩相变质阶段,主要矿物共生组合为角闪石+斜长石+磁铁矿等,p=0.5～0.6GPa、t=500～600℃。该区榴辉岩独特的麻粒岩相退变质阶段,表明榴辉岩在折返初期并未能上升到中上地壳,而处于下地壳,它与南部超高压变质岩有不同的p-t演化史,即在榴辉岩相峰期变质之后经历了近等温减压(或稍升温减压)和降温减压变质过程。     

北大别洪庙榴辉岩相岩石Sm-Nd年龄:峰期变质时代

前人工作认为北大别榴辉岩在榴辉岩相变质后,经历了麻粒岩相退变质作用,因此获得的Sm-Nd矿物等时线年龄代表了麻粒岩相变质时代.本文对北大别安徽洪庙百丈岩榴辉岩相岩石(辉石石榴石岩)的研究表明,该岩石经历了三叠纪超高压变质作用,经历了角闪岩相退变质.所研究样品在峰期变质之后是否经历了麻粒岩相退变质尚不能明确界定.结合矿物氧同位素体系平衡判据,辉石石榴石岩在峰期变质时达到了Sm-Nd同位素体系的均一化和平衡,并且在后期角闪岩相退变质中该同位素体系未出现明显的扰动,因此其Sm-Nd矿物等时线年龄[(225±14)Ma和(229±13)Ma]代表了榴辉岩相变质时代.同时,样品中矿物的同位素组成表明,在俯冲板块折返和退变质过程中,岩石受到外来和内部流体的不均匀作用,造成退变的单斜辉石在同位素组成上的不均一.     

华北古陆块北缘退变榴辉岩的矿物化学与退变质作用

华北古陆块北缘退变榴辉岩呈透镜状产于角闪岩相变质的早元古宙红旗营子群黑云斜长片麻岩中，岩相学研究显示它经历了峰期榴辉岩相、减压过程中的高压麻粒岩相和角闪岩相变质作用。峰期榴辉岩相的矿物组合为石榴子石、绿辉石、金红石和石英等，变质条件为680～730℃和大于1．40～1．50GPa。在退变质早期，绿辉石分解形成钠质透辉石和斜长石(An=20．4～30．7)的蠕虫状后生合晶，榴辉岩转变成高压麻粒岩；晚期的退变质作用表现为高压麻粒岩相矿物组合转变成由钙质角闪石和斜长石(An=31．6～54.8)组成的角闪岩相矿物平衡共生组合。在结构上，主要表现为石榴子石颗粒边部的次变边、保留石榴子石假象的粒状后生合晶和保留辉石假象的蠕虫状后生合晶等，其变质温压条件为530～610℃和0．67～0．81GPa。     

大别山北大别杂岩的大地构造属性

北大别杂岩主要由花岗质片麻岩及斜长角闪岩组成 ,含有不同类型、大小不等的麻粒岩岩块和变质超镁铁质岩块 ,侵入有大量白垩纪花岗岩和辉石 -辉长岩类。其中的花岗质片麻岩、斜长角闪岩具有岛弧环境的岩石地球化学特征 ,代表拼贴于扬子陆块北缘的新元古代古岛弧。北大别杂岩北可与庐镇关群相连 ,南俯于超高压变质岩之下 ,在三叠纪扬子陆块与华北陆块的碰撞过程中 ,曾与超高压变质岩一起俯冲到地幔深度并经受榴辉岩相变质作用 ,然后在折返过程中叠加了麻粒岩相及角闪岩相变质作用 ,是扬子陆块北缘陆壳俯冲基底的一部分     

大别山超高压变质岩的显微构造与有效黏度

超高压变质岩提供了研究大陆俯冲隧道中岩石的变形机制和流变差异性的窗口。文章使用电子背散射衍射技术分析了大别山超高压变质带的榴辉岩和长英质片麻岩的显微构造。榴辉岩中的石榴子石基本呈无序分布,绿辉石发育较强烈的晶格优选定向,[001]轴的极密平行或近平行于拉伸线理,(100)面的法线近垂直于面理,退变榴辉岩中角闪石的(100)[001]组构可能继承了绿辉石的晶格优选定向。退变榴辉岩和长英质片麻岩中的石英记录了(0001)低温底面滑移和{1010}中温 柱面滑移,反映了超高压变质岩折返到中地壳的韧性变形;而斜长石的(001)<110>和(010)[100]组构形成于折返到下地壳的角闪岩相变质条件（>600℃）。根据主要矿物的流变律计算了俯冲与折返过程中无水矿物的有效黏度变化。俯冲过程中,钠长石=硬玉+石英的分解反应以及石英-柯石英相变导致长英质片麻岩的有效黏度和密度都显著增高,有利于陆壳深俯冲。但是折返过程中由于温度较高,这两个反应带来的有效黏度变化较小。>80 km深度,石榴子石的流变强度>硬玉>绿辉 石>柯石英,俯冲上地壳的流变由柯石英和硬玉控制,下地壳的流变由绿辉石和石榴子石控制。超高压变质岩流变强度的差异有助于上—下地壳力学解耦,使相对低密度、低黏度的上地壳物质在俯冲隧道内快速折返。     

南阿尔金高压-超高温麻粒岩变质作用:大陆地壳超深俯冲与折返过程的记录

南阿尔金造山带是目前报道的具有最深俯冲记录的大陆超高压变质带,其内出露有高压-超高温麻粒岩,它们对深入理解大陆地壳岩石超深俯冲与折返过程具有重要意义.介绍了对南阿尔金巴什瓦克地区长英质麻粒岩和基性麻粒岩的岩相学、矿物化学、相平衡模拟及锆石U-Pb年代学研究成果.其中基性麻粒岩主要记录了深俯冲大陆地壳折返过程的变质演化:包括高压榴辉岩相、高压-超高温麻粒岩相、低压-超高温麻粒岩相及随后的近等压降温演化阶段;长英质麻粒岩除了记录与基性麻粒岩相似的折返过程外,还记录了从角闪岩相到超高压榴辉岩相的进变质演化过程.结合已有研究资料,确定超高压榴辉岩阶段峰期条件> 7~9 GPa和>1 000℃,可达到斯石英稳定域.锆石年代学显示两种岩石类型的原岩和变质年龄均分别在900 Ma和500 Ma左右.变质作用与年代学研究表明,南阿尔金大陆地壳岩石在早古生代发生超深俯冲至200~300 km后,折返至加厚地壳底部发生高压-超高温变质作用,随后被快速抬升至地壳浅部发生低压-超高温变质作用并经历迅速冷却.      

大别山北部榴辉岩的Sm-Nd年龄测定及其对麻粒相退变质时间的制约

报道了大别山北部三个榴辉岩样品的矿物 Sm- Nd等时线年龄，它们分别为 (210± 6) Ma或 (214± 6) Ma、 (208± 38) Ma和 (208± 4) Ma。氧同位素研究表明，这些样品中的石榴子石与绿辉石之间处于氧同位素平衡状态，因此，该 Sm- Nd等时线定年结果可靠。本区榴辉岩的高压麻粒岩相退变质阶段的冷却年龄为 210 Ma左右；榴辉岩的钕同位素初始比ε Nd(t)(两个样品一个为－ 10左右，另一个为－ 2)基本上表现为陆壳岩石特征，可能类似于南部超高压带中的榴辉岩，为印支期扬子陆壳俯冲变质成因。它们的全岩δ 18O值较低，为＋ 2.4‰～＋ 3.6‰，可能指示其原岩同大别山南部超高压带中榴辉岩一样，在板块俯冲之前，经受过高温地表水热液蚀变。年代学结果表明，大别山北部榴辉岩在 230～ 210 Ma期间经历的是一等温或升温过程，这与大别山南部含柯石英榴辉岩在这一时期的快速冷却过程形成强烈对比，这对理解俯冲陆壳中不同构造岩片折返过程的差异有重要意义。     

Tectonic Affinity, T-t Path and Uplift Trajectory of Eclogites from Northern Dabie Mountains, Central-Eastern China

INTRODUCTIONTheDabieMountainsaretheeasternsectionoftheE WtrendingQinling DabieorogenicbeltbetweentheNorthChinablockandYangtzeblock ,andistransectedatitseasternendbyTan Lufault.Ultrahigh pressuremetamorphic (UHPM)rocksincludingcoesites (Okayetal.,1989;Wangetal.,1989)andmicrodiamonds (Xuetal.,1992b)bearingeclogitesareexposedintheDabieMountainsandSu Luorogen ,whichisthelargestUHPMbeltontheearthsurface .TheUHPMrocksarecomposedofdifferentkindsofmetamorphicrockssuchascoesite anddiamo…     

西南大别榴辉岩和麻粒岩的氧同位素地球化学

报道了大别造山带西南部湖北红安榴辉岩和罗田麻粒岩的氧同位素组成，并讨论了氧扩散作用对矿物氧同位素平衡的影响，结果得到，红安榴辉岩的全岩δ^18O值为6．4－7．3‰，罗田黄土岭麻粒岩的全岩δ^18O值为6．6－7．8‰，罗田惠兰山麻粒岩的全岩δ^18O值为3．9‰，这些榴辉岩和麻粒岩全岩的氧同位素组成保持了峰期变质条件下的平衡分馏特征，得到的氧同位素温度对于红安榴辉岩425－620度，对于罗田麻粒岩为740－945度。根据快速颗粒边界扩散模型计算的矿物对氧同位素温度不仅与大多数实测氧同位素温度一致，而且与岩石学测温结果相吻合，因此，这些岩石与东大别榴辉岩一样在形成后经历了快速冷却过程，退变质反应过程中没有外来流体加入。     

Ultrahigh-pressure eclogite transformed from mafic granulite in the Dabie orogen, east-central China

Although ultrahigh‐pressure (UHP) metamorphic rocks are present in many collisional orogenic belts, almost all exposed UHP metamorphic rocks are subducted upper or felsic lower continental crust with minor mafic boudins. Eclogites formed by subduction of mafic lower continental crust have not been identified yet. Here an eclogite occurrence that formed during subduction of the mafic lower continental crust in the Dabie orogen, east‐central China is reported. At least four generations of metamorphic mineral assemblages can be discerned: (i) hypersthene + plagioclase ± garnet; (ii) omphacite + garnet + rutile + quartz; (iii) symplectite stage of garnet + diopside + hypersthene + ilmenite + plagioclase; (iv) amphibole + plagioclase + magnetite, which correspond to four metamorphic stages: (a) an early granulite facies, (b) eclogite facies, (c) retrograde metamorphism of high‐pressure granulite facies and (d) retrograde metamorphism of amphibolite facies. Mineral inclusion assemblages and cathodoluminescence images show that zircon is characterized by distinctive domains of core and a thin overgrowth rim. The zircon core domains are classified into two types: the first is igneous with clear oscillatory zonation ± apatite and quartz inclusions; and the second is metamorphic containing a granulite facies mineral assemblage of garnet, hypersthene and plagioclase (andesine). The zircon rims contain garnet, omphacite and rutile inclusions, indicating a metamorphic overgrowth at eclogite facies. The almost identical ages of the two types of core domains (magmatic = 791 ± 9 Ma and granulite facies metamorphic zircon = 794 ± 10 Ma), and the Triassic age (212 ± 10 Ma) of eclogitic facies metamorphic overgrowth zircon rim are interpreted as indicating that the protolith of the eclogite is mafic granulite that originated from underplating of mantle‐derived magma onto the base of continental crust during the Neoproterozoic (c. 800 Ma) and then subducted during the Triassic, experiencing UHP eclogite facies metamorphism at mantle depths. The new finding has two‐fold significance: (i) voluminous mafic lower continental crust can increase the average density of subducted continental lithosphere, thus promoting its deep subduction; (ii) because of the current absence of mafic lower continental crust in the Dabie orogen, delamination or recycling of subducted mafic lower continental crust can be inferred as the geochemical cause for the mantle heterogeneity and the unusually evolved crustal composition.     

PTtD Path and Fluid Evolution of HighPressure Eclogites from the Dabie Mountains,Central East China

１．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ＴｈｅＱｉｎｌｉｎｇＤａｂｉｅｏｒｏｇｅｎｉｃｂｅｌｔｗａｓｆｏｒｍｅｄｂｙｃｏｌｌｉｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａａｎｄＹａｎｇｔｚｅｂｌｏｃｋｓ．Ｔｈｅｃｏｒｅｐａｒｔｏｆｔｈｅｏｒｏｇｅｎｉｃｂｅｌｔｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｒｏｃｋｇｒｏｕｐｓ,ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅＤａｂｉｅ（Ｔｏｎｇｂａｉ）ｃｏｍｐｌｅｘ,Ｈｏｎｇ’ａｎ（Ｓｕｓｏｎｇ）ｇｒｏｕｐ,ＳｕｊｉａｈｅｇｒｏｕｐａｎｄＳｕｉｘｉａｎ（Ｙａｏ…     

大别山超高压变质带的构造背景

大别山南部的超高压变质带具有特征的榴辉岩相矿物组合，榴辉岩的岩石化学及稀土元素特征及其伴生的岩石组合，表明这个带是以陆壳成分为主混有少量上地幔及洋壳成分的混杂岩，榴辉岩相围岩和大别群具有不同的变质和变形特征。超高压变质带形成于扬子和中朝板块大陆碰撞的构造环境，是扬子板块陆壳向北俯冲到一定深度的变质产物。     

Retrogressive Microstructures of the Eclogites from the Northern Dabie Mountains, Central China： Evidence for Rapid Exhumation

The ultrahigh-pressure eclogites from the northern Dabie Mountains in central China occurred as tectonic lens or blocks within granitic gneisses or meta-peridotites. Petrologic studies suggest that the studied eclogites experienced strongly retrogressive metamorphism and produced a series of characteristic retrogressive microstructures. The retrograde structures mainly include: (1) oriented needle mineral exsolution, e. g. , quartz needles in Na-clinopyroxene and rotile, clinopyroxene and apatite exsolution in garnet formed under decreasing pressure conditions during exhumation; (2) symplectite, especially, two generations of symplectites developed outside the garnet grains, which are called ““double symplectite““ here; (3) compositional zoning of minerals such as garnet and clinopyroxene; (4) minerals with a reaction rim or retrograde rim, e.g. , omphacite with a diopside rim, diopside with an amphibole rim and rutile with a rim of ilmenite. These retrograde textures, especially mineral zoning and symplectite, provide important petrologic evidence for the exhumation process and uplift of high-grade metamorphic rocks such as eclogite in the northern Dabie Mountains, indicating a rapid exhumation process.     

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。     

大别山榴辉岩岩石学及地球化学特征

本文分析了大别山地区榴辉岩的产出特点,矿物化学、岩石化学及元素地球化学特征。所获资料表明大别山榴辉岩与围岩一起经历了超高压变质作用,但其化学成分特征与围岩存在一定的差异,兼有大陆玄武岩和大洋玄武岩的特征。这些岩石大部分可能为板块俯冲过程中带入的大洋岩石残片。在深部变质形成榴辉岩后又随大别杂岩一起被抬升到地表,在抬升过程中经历了不同程度的退变质作用。