中国东部及西秦岭地区新生代岩石圈地幔中的相转变带及其温压条件

五相(橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴石 尖晶石)共存的地幔橄榄岩捕虏体是来自岩石圈地幔相转变带的直接样品。中国东部及西秦岭地区晚第三至第四纪碱性火山岩携带的少量五相共存的地幔橄榄岩捕虏体为探讨这些地区新生代岩石圈地幔中相转变带提供了宝贵的样品。本文根据地幔橄榄岩捕虏体中石榴石和尖晶石的产出状况,将这些橄榄岩捕虏体分为三类:第一类橄榄岩中尖晶石为粒状残核,尖晶石外缘被石榴石的反应边包围。这种橄榄岩捕虏体代表尖晶石一石榴石相转变带的上限,故称为尖晶石带橄榄岩;第二类橄榄岩中尖晶石和石榴石以单颗粒零散分布为特征,二者共存但未见明显的相转变关系。这类橄榄岩多位于相转变带中部,拟称为尖晶石-石榴石过渡带橄榄岩;第三类橄榄岩中以石榴石为主,尖晶石和辉石等微晶构成石榴石反应边。这类橄榄岩代表尖晶石-石榴石相转变带的下限,故称为石榴石带橄榄岩。因此,根据不同类型橄榄岩捕虏体中矿物的组成,结合温度压力估算即可确定岩石圈地幔中相转变带的深度和厚度。本文通过对中国东部及西秦岭地区晚第三至第四纪碱性火山岩携带的尖晶石-石榴石二辉橄榄岩捕虏体的温度压力估算来进一步厘定中国东部新生代岩石圈地幔中的相转变带深度和厚度。     

大兴安岭中部第四纪火山岩中石榴石橄榄岩捕虏体的初步研究

大兴安岭中部的绰尔河-哈拉河地区分布有近30座第四纪火山,初步分为更新世火山和全新世火山两期。火山岩中含有丰富的尖晶石橄榄岩和石榴石橄榄岩捕虏体,石榴石橄榄岩的类型主要是石榴石二辉橄榄岩。根据绰尔河新鲜的石榴石二辉橄榄岩P-T平衡条件估计（1164℃,2．36GPa）,其形成深度约76km。这与中国东部其它地方四相共存的石榴石二辉橄榄岩类似,区别于五相共存的尖晶石／石榴石二辉橄榄岩形成条件（〈70km）,证实它们是来自尖晶石二辉橄榄岩与石榴石二辉橄榄岩相转变带之下深度超过70km的石榴石橄榄岩稳定区。     

胶东—苏北石榴石二辉橄榄岩形成条件及年代

在胶东—苏北地区,由石榴石二辉橄榄岩、尖晶石二辉橄榄岩、石榴石辉石岩、榴辉岩、斜辉辉橄岩和纯橄岩组成的杂岩成群和成带分布,延长590km。该岩带越过郯庐断裂带延伸至大别山,全长约1200km。岩带内石榴石二辉橄榄岩与尖晶石橄榄岩伴生,组成较大的岩块,并且与榴辉岩伴生,曾被作者确定为一种有层序的岩套。石榴石二辉橄榄岩的Sm-Nd同位素年龄为925±53Ma,矿物地质温度计和压力计表明其形成于115—160km深部,温度为800—1371℃。该石榴石二辉橄榄岩平衡温度和压力符合大陆地温线,而不同于中国东部沿海地区玄武岩中包体石榴石二辉橄榄岩,后者的平衡温度压力符合于大洋地温线。     

苏北东海石榴石二辉橄榄岩初步研究

本文研究了东海地区石榴石二辉橄榄岩岩体的矿物、化学及微量元素特征。认为该区石榴石二辉橄榄岩来源于上地幔,是一种受过交代的弱亏损型地幔岩石。     

新疆西准噶尔地区两类蛇绿岩中橄榄岩的矿物学研究

两类蛇绿岩中变质橄榄岩的矿物表现出的共同特征是:从二辉橄榄岩→斜辉橄榄岩→斜辉辉橄岩→纯橄岩→铬铁矿石,其橄榄石、斜方辉石和单斜辉石的Mg/(Mg+Fe)(矿物牌号)依次升高,表现出富Mg贫Fe的演化趋势;铬尖晶石的Cr/(Cr+Al)亦同时升高,表现为富Cr贫Al的演化特征。 变质橄榄岩中的矿物均是原始上地幔岩部分熔融的残余物。在部分熔融过程中,橄榄石与铬尖晶石是生成相矿物,而斜方与单斜辉石则是消失相矿物,正是通过两种辉石的不断消失,岩石才从二辉橄榄岩依次转化为纯橄岩,并造成纯橄岩与铬铁矿的紧密伴生。在此过程中,矿物成分时刻都在变化,造岩矿物向富Mg贫Fe,金属矿物向富Cr贫Al方向调整,这与实际测定结果是一致的。     

福建明溪石榴石二辉橄榄岩包体的REE 及Pb Sr Nd同位素研究

本文研究了明溪地区尖晶石二辉橄榄岩、尖晶石-石榴石二辉橄榄岩和金云母-石榴石二辉橄榄岩包体的REE及Pb,Sr,Nd同位素。它们的Pb,Nd同位素成分表明该区上地幔在67—82km深度上是,MORB型亏损地幔。标本中放射性Sr同位素成分高于“地幔系列”可能解释为岛弧区俯冲大洋板块物质的加入。包体的sm-Nd、Rb-Sr年龄可能与十亿年前地幔亏损事件、早古生代H_2O,K_2O等地幔交代作用以及新生代的火山作用过程有关。     

女山地幔橄榄岩捕虏体Re-Os同位素地球化学

Re-Os同位素体系可以为大陆岩石圈地幔形成和演化提供重要制约.在近百个女山地幔橄榄岩捕虏体样品经不同程度的岩石学、岩石化学、矿物化学、单斜辉石微量元素等岩矿和地球化学研究基础上,选择了12个有代表性的样品作Re-Os同位素地球化学研究.其中有5个尖晶石二辉橄榄岩;1个尖晶石方辉橄榄岩;2个角闪石-尖晶石二辉橄榄岩;1个金云母-尖晶石二辉橄榄岩;3个石榴石-尖晶石二辉橄榄岩.     

地幔橄榄岩部分熔融及相转变（尖晶石相→斜长石相）过程中的固相化学成分演化──Ⅱ．在自然岩石中的应用

分析了全球一些有代表性的上地幔尖晶石橄榄岩和斜长石橄榄岩中各矿物的化学成分变化特征。发现在斜长石橄榄岩中，尖晶石和斜方辉石富Ｔｉ，且Ｔｉ含量随Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）的增大而增大；单斜辉石富Ｔｉ贫Ｎａ，其Ｔｉ含量随Ｎａ含量的增大而减少。据此，结合实验结果，可以肯定世界各地大多数斜长石二辉橄榄岩在斜长石相域内未经受部分熔融。岩体所曾经受的部分熔融只发生在尖晶石或石榴石相。它们的相对熔融度可以用下面两个指标来估计：（１）最贫Ｔｉ尖晶石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）；（２）单斜辉石的最高Ｎａ含量。对于尖晶石橄榄岩，从二辉橄榄岩、方辉橄榄岩到纯橄榄岩，其尖晶石和斜方辉石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）逐渐增大，而含量很低的Ｔｉ或Ｎａ在尖晶石、斜方辉石及单斜辉石中保持不变或趋向逐渐减小。尖晶石橄榄岩的相对熔融度可据尖晶石的Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ａｌ）和单斜辉石的Ｎａ含量来判断。     

吉林蛟河地幔橄榄岩捕虏体的Sr-Nd-Hf-Os同位素特征与岩石圈地幔时代

吉林省蛟河市境内大石河新生代玄武岩中含有丰富的地幔橄榄岩包体,详细的岩石学与矿物学研究显示,这些包体的主要岩石类型为尖晶石二辉橄榄岩-方辉橄榄岩,未发现石榴石橄榄岩。岩相学及地球化学资料显示它们都是经历过熔体抽取而形成的岩石圈地幔残留。矿物平衡温度计算发现,本区的这些地幔橄榄岩包体来自地下40～60km 深度,且下部以二辉橄榄岩为主,而上部以贫单斜辉石的二辉橄榄岩和方辉橄榄岩为主,显示明显的岩石圈地幔分层现象。Sr-Nd-Hf 同位素资料反映这些地幔包体均表现为亏损性质,而 Re-Os 同位素资料确定上述岩石圈地幔形成于中元古代,明显老于上覆地壳的新元古宙时代,反映壳幔年龄上的解耦。因此我们推测,该区曾经历过华北克拉通类似的早期岩石圈地幔的整体丢失事件,然后形成于其它地区的中元古宙岩石圈地幔在本区增生。     

中国东部某些地区碱性玄武岩中包体的温度、压力的计算

一、概述中国东部新生代碱性玄武岩系列的火山岩中广泛分布着超镁铁岩包体。这些包体是我们直接能观察到的该地区上地幔的标本。它对于了解该地区上地幔物质组成和地温分布具有重要的意义。现仅就收集到的包体资料,侧重对其温度压力条件进行估计,尝试着对这些地区上地幔的组成和地温分布进行一些讨论。超镁铁岩包体主要是尖晶石二辉橄榄岩。在浙江和福建等地还分布有石榴石二辉橄榄岩。此外,还有少量的纯橄榄岩、斜方辉石岩、单斜辉石岩、二辉石岩,含角闪石的尖晶石二辉橄榄岩     

大陆碰撞造山带的两类橄榄岩——以柴北缘超高压变质带为例

论述了大陆俯冲碰撞带中地幔橄榄岩的基本特征和成岩类型,并重点讨论柴北缘超高压变质带中不同性质的橄榄岩及其成因。根据岩石学特征,我们确定柴北缘超高压带中发育有两种类型的橄榄岩:(1)石榴橄榄岩,岩石类型包括石榴二辉橄榄岩、石榴方辉橄榄岩、纯橄岩和石榴辉石岩,是大陆型俯冲带的标志性岩石。金刚石包裹体、石榴石和橄榄石的出溶结构、温压计算等均反映其来源深度大于200km。地球化学特征表明该橄榄岩的原岩是岛弧环境下高镁岩浆在地幔环境下堆晶的产物。(2)大洋蛇绿岩型地幔橄榄岩,与变质的堆晶杂岩(包括石榴辉石岩、蓝晶石榴辉岩)和具有大洋玄武岩特征的榴辉岩构成典型的蛇绿岩剖面,代表大洋岩石圈残片。这两类橄榄岩的确定对了解柴北缘超高压变质带的性质和构造演化过程有重要意义。     

华北克拉通破坏的物理、化学过程:地幔橄榄岩证据

本文对比了华北东部不同时代、不同位置捕虏体/地质体橄榄岩的地幔属性,讨论了华北克拉通破坏的物理、化学过程。结果表明,拆沉作用不能很好地解释古老难熔、过渡型和新生饱满地幔并存的事实;单纯的熔体-橄榄岩相互作用也不易解释中、新生代岩石圈巨大减薄和新生饱满地幔Cpx中LREE亏损现象,即具复杂演化历史的克拉通地幔向演化历史简单的"大洋型"岩石圈的转换。华北东部克拉通破坏作用包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂的物理、化学过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体减薄过程。喷发时代为100 Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前有过地幔置换作用。     

Mineral Chemistry of Peridotites from Paleozoic, Mesozoic and Cenozoic Lithosphere: Constraints on Mantle Evolution beneath Eastern China

Major- and trace-element data on the constituent minerals ofgarnet peridotite xenoliths hosted in early Paleozoic (457–500Ma) kimberlites and Neogene (16–18 Ma) volcanic rockswithin the North China Craton are compared with those from thepre-pilot hole of the Chinese Continental Scientific DrillingProject (CCSD-PP1) in the tectonically exhumed Triassic (220Ma) Sulu ultrahigh-pressure (UHP) terrane along its southernmargin. P–T estimates for the Paleozoic and Neogene peridotitexenoliths reflect different model geotherms corresponding tosurface heat flows of 40 mW/m² (Paleozoic) and 80 mW/m² (Neogene).Garnet peridotite xenoliths or xenocrysts from the Paleozoickimberlites are strongly depleted, similar to peridotites fromother areas of cratonic mantle, with magnesium olivine (meanFo_92.7), Cr-rich garnet and clinopyroxene with high La/Yb. Garnet(and spinel) peridotite xenoliths hosted in Neogene basaltsare derived from fertile mantle; they have high Al₂O₃ and TiO₂contents, low-Mg-number olivine (mean Fo_89.5), low-Cr garnetand diopside with flat rare earth element (REE) patterns. Thedifferences between the Paleozoic and Neogene xenoliths suggestthat a buoyant refractory lithospheric keel present beneaththe eastern North China Craton in Paleozoic times was at leastpartly replaced by younger, hotter and more fertile lithosphericmantle during Mesozoic–Cenozoic times. Garnet peridotitesfrom the Sulu UHP terrane have less magnesian olivine (Fo_91.5),and lower-Cr garnet than the Paleozoic xenoliths. The diopsideshave low heavy REE (HREE) contents and sinusoidal to light REE(LREE)-enriched REE patterns. These features, and their highMg/Si and low CaO and Al₂O₃ contents, indicate that the CCSD-PP1peridotites represent a moderately refractory mantle protolith.Details of mineral chemistry indicate that this protolith experiencedcomplex metasomatism by asthenosphere-derived melts or fluidsin Mesoproterozoic, and subsolidus re-equilibration involvingfluids/melts derived from the subducted Yangtze continentalcrust during UHP metamorphism in the early Mesozoic. Tectonicextension of the subcontinental lithospheric mantle of the NorthChina Craton and exhumation of the Sulu UHP rocks in the earlyMesozoic induced upwelling of the asthenosphere. Peridotitessampled by the Neogene basalts represent newly formed lithospherederived by cooling of the upwelling asthenospheric mantle inJurassic–Cretaceous and Paleogene time. KEY WORDS: garnet peridotite xenoliths; North China Craton; lithospheric thinning; Sulu UHP terrane; UHP lithosphere evolution; mantle replacement     

大陆板片-地幔相互作用:来自大别造山带碰撞后安山质火山岩的地球化学证据

俯冲到地幔深度的地壳物质不可避免地在板片-地幔界面与地幔楔发生相互作用,由此形成的超镁铁质交代岩就是造山带镁铁质火成岩的地幔源区.因此,造山带镁铁质火成岩为研究俯冲地壳物质再循环和壳-幔相互作用提供了重要研究对象.为了揭示俯冲陆壳物质再循环的机制和过程,对大别造山带碰撞后安山质火山岩开展了元素和同位素地球化学研究.这些安山质火山岩的SIMS锆石U-Pb年龄为124±3~130±2 Ma,表明其形成于早白垩世.此外,残留锆石的U-Pb年龄为中新元古代和三叠纪,分别对应于大别-苏鲁造山带超高压变火成岩的原岩年龄和变质年龄.它们具有岛弧型微量元素特征、富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,以及变化的且大多不同于正常地幔的锆石δ18O值.这些元素和同位素特征指示,这些安山质火山岩是交代富集的造山带岩石圈地幔部分熔融的产物.在三叠纪华南陆块俯冲于华北陆块之下的过程中,俯冲华南陆壳来源的长英质熔体交代了上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,大陆俯冲隧道内的熔体-橄榄岩反应产生了富沃、富集的镁铁质地幔交代岩.这种地幔交代岩在早白垩世发生部分熔融,就形成了所观察到的安山质火山岩.因此,碰撞造山带镁铁质岩浆岩的地幔源区是通过大陆俯冲隧道内板片-地幔相互作用形成的,而加入地幔楔中长英质熔体的比例决定了这些镁铁质岩浆岩的岩石化学和地球化学成分.      

华北地区三类岩石圈的壳幔岩石学结构与化学结构及其大陆动力学意义

根据地质和地球物理特征表现出的岩石圈不连续，华北地区可区分出鄂尔多斯克拉通型、燕山-太行造山带型和华北平原裂谷型三类岩石圈。依据岩石学方法、壳幔演化模型、造山带形成过程以及地震波速与岩石化学成分之间的关系，建立了华北地区三类型岩石圈的壳幔岩石学结构和化学结构，讨论了不同岩石圈类型的壳幔物质结构、地壳和岩石圈地幔厚度的地质含义、岩石圈不连续在划分岩石圈单元中的作用及不同类型岩石圈形成的大陆动力学意义。     

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。     

中国西部及邻区岩石圈热状态与流变学强度特征

根据均衡原理制约的地热计算得到中国西部及邻区岩石圈的温度分布状态,以40、100km和莫霍面深度等温线图的形式表示,同时计算了以1 350℃等温面深度表示的中国西部及邻区的热岩石圈厚度。结果显示:中国大陆西北部地区、哈萨克斯坦东部地区以及上扬子地块、蒙古中西部地区和青藏高原中部的深部地温较低,青藏高原北部、东部以及天山褶皱带中部的深部地温高。在中国西部及邻区范围内,岩石圈厚度在180km以上的地区包括准噶尔盆地,塔里木盆地核心部位,西藏东部、中部以及祁连山地区。上扬子地块(四川盆地)岩石圈厚度为160km或更多,蒙古中西部地区以及哈萨克斯坦东部地区的岩石圈厚度为140～180km。青藏高原东部边缘和藏北地区以及天山中部吉尔吉斯伊塞克湖地区的岩石圈厚度较薄(<140km)。地热计算得到的结果与地震层析成像研究结果之间相互吻合。采用湿的上地幔流变学模型的计算结果表明,青藏高原及其东部边缘、天山褶皱带中部和蒙古中西部地区的岩石圈流变学强度模型为"奶油蛋糕(crèmebrlée)"型,其强度剖面显示强地壳而弱地幔的特点;上扬子地块(四川盆地)、准噶尔盆地、塔里木盆地和哈萨克斯坦东部地区岩石圈流变学强度模型为"果冻三明治(jelly sandwich)"型。     

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。     

Petrogenesis of UHP metamorphic rocks from Qinglongshan, southern Sulu, east-central China

Five kinds of UHP metamorphic rocks, including eclogite, orthogneiss, paragneiss, schist and quartzite are exposed in the Qinglongshan roadcut, southern Sulu orogenic belt of eastern central China. They comprise metamorphic supracrustal rocks with bimodal volcanic characteristics and continental affinity, and granitic intrusive associations. The preservation of coesite inclusions and/or its pseudomorphs in eclogite and other rocks indicate that they have been subjected to in-situ UHP metamorphism. Four stages of metamorphism were recognized by combining petrographic observations and compositions of minerals from various UHP rocks. Prograde epidote-amphibolite facies, UHP coesite–eclogite facies, post UHP quartz–eclogite facies, and retrograde amphibolite facies assemblages delineate an inferred P–T path with a clockwise trajectory and a retrograde event characterized by the coupling of decompression with a temperature decrease. Garnet porphyroblasts in UHP eclogites display a complex growth zoning and mineral distribution, and record a crucial segment of the prograde and retrograde metamorphic evolution. The preservation of growth zoning in eclogitic and gneissic garnets suggests that the UHP rocks had a short residence time before retrograde metamorphism and a very high uplift rate in order to preserve the prograde growth zoning.