秦岭-大别造山带根部超高压变质岩隆升的岩石学证迹

岩相学证据表明大别山区超高压榴辉岩是绿帘角闪岩相岩石经超高压变质而成;碰撞造山峰期超高压变质之后,由于造山带的演化,地体隆升,超高压榴辉岩普遍表现近等温减压退变质,经高压榴辉岩相至角闪岩相,然后降温降压为绿帘角闪岩相及绿片岩相,有些超高压岩石则通过等压冷却过程达绿帘蓝片岩相而后降压降温为绿片岩相,随着退变质作用的进行,岩石经历多期变形可识别出6个世代,从塑性到脆性。减压P-T轨迹亦见于流体包裹体的演化,捕获压力可从2.05GPa近等温减压至<1.0GPa,含盐度显著降低,流体的Br/Cl和I/Cl比高于海水和全球平均值,说明流体来源是深部变质水。     

新疆西南天山科克苏河新发现榴辉岩岩石学特征和相平衡研究及其地质意义

西南天山高压-超高压变质带东段特克斯县科克苏河一带首次发现了榴辉岩和含绿辉石的蓝片岩,通过详细的岩石学研究,并运用THERMOCALC软件、在MnNC(K)FMASHO体系下对其进行了相平衡模拟.选择的样品为新鲜的榴辉岩TK003,含绿辉石包体的蓝片岩TK026-8及退变榴辉岩TK027.3个样品石榴石成分均显示出从核部到边部Xpy和Xgrs逐渐升高,Xsps不断降低的变质生长环带特征.相平衡模拟结果显示,榴辉岩和蓝片岩经历了相似的P-T演化轨迹,早期近等压条件下升温至峰期,达到榴辉岩相变质作用温压范围,峰期温压条件为T=480~515℃,P=2.0~2.3 GPa;而后在近等温条件下快速降压,退变初期经历的温压条件为515~519℃,1.78~1.93 GPa.不同样品中变质矿物组合及其含量的不同主要受全岩成分控制的退变路径不同所引起,此外还可能与体系含水量有关.峰期温压条件及其地热梯度(6~7℃km-1)表明科克苏河流域出露的高压变质岩石同样经历了冷俯冲榴辉岩相变质作用,它与西端的昭苏境内的榴辉岩-蓝片岩带相连,构成了东西向长约200 km的榴辉岩相变质带.但在该区并未发现超高压变质矿物,说明西南天山东段的科克苏河一带可能没有俯冲到达发生超高压变质作用的深度.     

苏胶地体榴辉岩相岩石中流体包裹体的初步研究

高压低温变质岩的流体包裹体研究程度很低，本文选择苏胶地体四个有代表性的榴辉岩相岩石，蓝晶石榴辉石，石英榴辉岩，蓝晶石石英岩和绿帘石石英脉作了初步研究。研究结果表明，各类榴辉岩相岩石的流体包裹体均程度不同地发生了次生变化，未发现原生包裹体。蓝晶石榴辉岩中的石英包裹体表现为变质峰期的流体成分特征：均一温度较高，冰点相对较低，成分复杂多样，且深源特性，而其它样品则代表退变质阶段之产物；成分简单，盐度较小     

大别山-苏鲁地体超高压变质年代学——Ⅰ.Sm-Nd同位素体系

原岩是辉长岩的含柯石英榴辉岩,其超高压变质作用将在“干”条件下进行,矿物具有较高的封闭温度,并能观察到Nd同位素不平衡现象.若榴辉岩原岩是变玄武岩,在超高压变质时,角闪石将分解并释放出水,因而矿物Nd同位素封闭温度较低,并可达到Nd同位素平衡.岩石后期蚀变及与深部流体的相互作用是影响Sm-Nd定年的最主要因素.大别山含柯石英榴辉岩的可靠Sm-Nd同位素年龄集中在221～232Ma,虽然数值略低,但接近榴辉岩的峰期变质时代.苏家河低温榴辉岩有可能是古生代洋壳俯冲成因.     

桐柏-红安造山带的构造演化:从大洋俯冲/增生到陆陆碰撞

桐柏-红安造山带位于秦岭与大别-苏鲁造山带之间,因其完好地保存了古生代增生造山体系和古生代末-中生代碰撞造山体系而成为了解华北-华南陆块之间构造演化的关键地区.近20年来的可利用研究资料表明,桐柏-红安造山带显生宙的总体构造演化框架包括以下4个主要阶段:(1)早古生代(490~420 Ma)大洋俯冲、岛弧增生与弧陆碰撞,从而于早古生代末在华北陆块南缘形成一个新的安第斯型大陆边缘;(2)晚古生代(340~310 Ma)大洋俯冲与增生,进而在商丹-松扒断裂南侧形成变质时代相同,但变质作用类型不同的"双变质带",即被分割的武关-龟山中级变质杂岩带和熊店高压榴辉岩带;(3)晚古生代末-早中生代(255~200 Ma)大陆俯冲与陆陆碰撞,通过华南大陆岩板东深西浅的俯冲和多层次拆离/折返形成桐柏高压变质地体和红安高压/超高压变质地体;(4)晚中生代(140~120 Ma)伸展、大规模岩浆侵位与构造挤出,造成桐柏-红安-大别高压/超高压变质地体最终出露地表及东宽西窄的构造格局.然而,对每一构造演化阶段的具体细节以及早期地质历史的认识方面还存在着诸多争议和(或)难以解释的问题.未来的研究除在桐柏-红安造山带继续开展深入细致的工作外,还需与西部"软碰撞"的秦岭造山带和东部"硬碰撞"的大别-苏鲁造山带的研究紧密结合,以期建立适合于整个秦岭-桐柏-红安-大别-苏鲁造山带从古生代到中生代的经典构造演化模型.     

柴北缘鱼卡河榴辉岩的超高压变质年龄:锆石LA-ICP-MS微区定年

锆石的阴极发光图像观察发现,柴北缘鱼卡河两种类型超高压榴辉岩-粗粒多硅白云母榴辉岩和细粒块状榴辉岩的锆石均呈半自形柱状形态,部分出现核-边结构.核部为继承性锆石,边部及无核颗粒显示扇状、面状和斑杂状等典型变质锆石的结构特征.LA-ICP-MS锆石原位微量元素分析揭示锆石核部具有明显高的稀土总量、重稀土富集型稀土配分模式以及高的Th/U比值,为原岩锆石的残留;边部及无核颗粒测点的稀土总量降低,稀土配分曲线上重稀土富集程度、Eu的负异常程度都明显减小,部分甚至出现Eu的正异常,指示矿物组合中石榴石的存在和斜长石的缺失,表明其形成在榴辉岩相条件下.LA-ICP-MS微区定年给出两类榴辉岩近乎一致的变质年龄和原岩年龄分别为(436±3)和(431±4)Ma以及783～793和748～759Ma.取两种榴辉岩变质年龄的加权平均值(434±2)Ma代表鱼卡河超高压榴辉岩的变质年龄.该研究表明榴辉岩的原岩为形成在750～800Ma的新元古代火山岩,在早古生代时期经历超高压变质作用,其间存在300Ma的年龄差距,远大于洋壳从洋中脊处形成到海沟处俯冲消减所需要的最大年龄(200Ma),结合新进获得的该剖面两类榴辉岩直接围岩的变质年龄(431±3)Ma和(432±18Ma)以及野外地质特征,提出鱼卡河榴辉岩是先期就位地壳的新元古代火山岩在古生代随陆壳一起俯冲遭受超高压变质而成,(434±2)Ma应代表本区大陆深俯冲的时代.     

大别山榴辉岩氢氧同位素组成及其地球动力学意义

对大别山东部超高压榴辉岩氧同位素研究表明,这些榴辉岩的δ~(18)O值分布表现出显著不均一性,从低达一2.6‰变化至十7.0‰.榴辉岩中各矿物之间的氧同位素分馏达到并保持了平衡,表明岩石在遭受超高压变质作用之前与亏损~(18)O的流体进行过相互作用.含羟基矿物的δD值为一 5l‰～一83‰,指示参与的流体是古大气降水,它与榴辉岩原岩(某种玄武质岩石)发生过显著的氧同位素交换.超高压变质榴辉岩中大气降水同位素信息的保存表明,这种榴辉告的原岩曾经出露于大陆地壳表面,并且当包含榴辉岩原岩的板块俯冲至地幔深度时,地壳与地幔之间的物质交换非常有限,因此滞留时间非常短暂(<20 Ma).不同矿物对的氧同位素平衡温度基本一致,反映出这种超高压变质榴辉告在地幔深度下形成之后,经历了一个快速的冷却和上升过程.     

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.     

大别山榴辉岩中石英脉的氧同位素研究

对大别造山带榴辉岩中石英脉矿物及其围岩全岩进行了氧同位素分析．结合脉与围岩之间的构造和岩石学关系，从时间顺序上可将这些石英脉划分为如下三种类型：（１）榴辉岩相同变质脉，不仅脉石英与围岩榴辉岩的氧同位素组成接近，而且脉中矿物对氧同位素温度与榴辉岩相峰变质温度接近，因此成脉流体来源于榴辉岩；（２）脉形成于退变质作用早期，但成脉流体来源与高压／超高压变质矿物组合有关；（３）脉形成于退变质作用期间，成脉流体与榴辉岩无关．同变质石英脉形成于板块折返过程中榴辉岩相重结晶之前的压力降低阶段，裂隙式局部流体对流迁移是成脉的主要机制．尽管脉中的氧同位素均一化尺度比榴辉岩中的氧同位素均一化尺度大得多，但总的流体流量是非常有限的．     

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别-苏鲁是全球最大的超高压变质带,本文基于地球物理资料的分析和综合研究,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性.在扬子与中朝克拉通碰撞后大别-苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用.之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件.扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹.然而由于南北压挤力的继续作用与大别-苏鲁地体的折返,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲.这种陆-陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔,诱发部分熔融和后期的地幔上隆.本文给出了大别-苏鲁演化动力学的修正模型.     

南大别黄镇低温榴辉岩多同位素体系年代学研究

首次对南大别黄镇低温榴辉岩和围岩花岗片麻岩进行了锆石U/Pb热电离质谱(TIMS)和二次离子质谱(SIMS)定年、云母和角闪石⁴⁰Ar-³⁹Ar定年和矿物内部Sm-Nd同位素体系研究. 一个榴辉岩样品锆石U-Pb SIMS权平均年龄为231.6±9.7 Ma, 云母的⁴⁰Ar-³⁹Ar等时年龄为232.6±2.1 Ma, 最低坪年龄为221.7±2.4 Ma; 另一榴辉岩锆石U-Pb TIMS一致年龄为221.3±1.4~222.5±2.3 Ma, 围岩花岗片麻岩锆石SIMS下交点年龄为221±35 Ma. 退变质角闪岩中角闪石⁴⁰Ar-³⁹Ar等时年龄为205.9±1.0 Ma. 除云母可能含有过剩氩外, 上述各年龄代表了低温榴辉岩峰期变质作用和退变质作用时间. 南大别黄镇低温榴辉岩变质时代不同于北大别北部熊店低温榴辉岩, 它和南大别高温榴辉岩同属统一的南大别高压-超高压地体, 高温榴辉岩和低温榴辉岩的区别可能在于它们不同的俯冲深度或折返时不同的冷却速率.     

大别杂岩减压变质过程与造山带深部区域性快速构造折返

大别杂岩的变质岩岩石可分出麻粒岩相带和角闪岩相带.麻粒岩相中石榴石内带的生长成分环带保存完好,角闪岩相石榴石内带无成分变化,但近外带为生长环带,反映两个变质相带早期具有不同的变质历史.但是,两个变质相带普遍发育反映减压的反应结构和成分演化趋势.矿物温度计压力计估算麻粒岩相带减压△P≈-0.70GPa;角闪岩相带减压△P≈-0.85GPa.变质P-T轨迹具碰撞和俯冲变质的双重特点,表明大别杂岩经受了快速下沉和快速构造折返.区内高压超高压榴辉岩折返可能与之同期.     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

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.     

大别山双河超高压变质岩变形构造

小于1km²,包含柯石英榴辉岩、硬玉石英岩及高压片麻岩、片岩的双河超高压变质岩片,其内部榴辉岩与高压片麻岩为非构造接触,而超高压岩片与外围低压片麻岩则呈现构造侵位关系。可能的解释是超高压变质岩片受后期构造影响构造侵位到中上地壳。     

变形组构引起的超高压榴辉岩地震波速各向异性

超高压榴辉岩通常显示了强塑性变形和地震各向异性特征. 对实验和天然变形超高压榴辉岩中主要矿物的地震波速性质及其变形晶格优选方位(CPO)与榴辉岩地震波速和各向异性之间的成因关系研究结果表明: (1) 除石榴石表现为近地震波速各向同性外, 榴辉岩中其他矿物都具有强地震各向异性(AV_p = 23.0%~40.9%, Max. AV_s = 18.5%~47.1%), 是造成榴辉岩地震各向异性的主要来源矿物, 石榴石和金红石的平均地震波速相对较高, 绿辉石和柯石英中等, 石英最小; (2) 变形榴辉岩最大纵波波速(8.33~8.75 km/s)方向近平行变形线理或面理, 最小纵波波速(8.25~8.62 km/s)近垂直线理或面理, 纵波波速各向异性1.0%~1.7%, 平均横波波速4.93~4.97 km/s, 其各向异性在同时与线理和面理成近45°方位接近最大(0.73%~1.78%), 在面理面上接近垂直线理方位达到最小, 横波快波极化取向近平行面理. 超高压峰值变质条件(3~5 GPa, 900~1100℃)下榴辉岩地震纵波和横波波速预计比常温常压下分别高出3.4%~7.2%和6.3%~12.1%; (3) 绿辉石矿物组分主导了榴辉岩各向异性基本特征, 而石榴石矿物组分则起到了降低榴辉岩各向异性程度和增加地震波速的作用, 石英矿物组分对榴辉岩地震各向异性影响不大但可以一定程度上降低榴辉岩的地震波速, 金红石矿物组分的作用基本可以忽略; (4) 榴辉岩地震波速在纯石榴石岩中最大但各向异性接近于零, 随绿辉石含量的增加, 地震波速逐步降低, 各向异性逐步升高, 纯绿辉石岩比纯石榴石岩地震波速低6%~8%, 而各向异性则达到3%~4%. 根据榴辉岩组成矿物的单晶弹性性质和变形CPO计算的榴辉岩地震物性与前人实测结果基本相当. 研究成果获得了超高压变形榴辉岩的三维地震物性资料和相关的矿物物理成因解释.     

大洋岩石层拖曳窄条陆壳俯冲的极限尺度分析——以新西兰南岛和大别山超高压变质带为例

超高压变质研究涉及的一个基本力学问题是为什么低密度的大陆地壳岩石能克服浮力俯冲到高密度地幔100多公里的深度.本文的三维有限单元法计算表明:俯冲海洋板块可以拖曳侧面相邻宽度不超过150km的一窄条大陆板块,俯冲到超高压变质深度,形成少见的大规模超高压变质带.十几公里乃至几十公里尺度的陆壳块体,可能被俯冲地幔裹挟至超高压变质深度,在造山带内形成零星出露的超高压变质岩.成熟的陆-陆碰撞带则不可能使陆壳俯冲到超高压变质深度.     

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     

榴辉岩的泊松比及其对造山带下地壳拆沉作用的指示

对大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩的实验测定以及前人的实验结果表明, 水化作用将明显增加榴辉岩的泊松比, 新鲜未退变榴辉岩(H₂O⁺ < 1.0%)的平均泊松比为0.24~0.25, 该值与实验和理论计算结果相一致, 而明显低于前人给出的榴辉岩平均泊松比(0.27±0.02). 未退变榴辉岩的泊松比显著低于下地壳镁铁质麻粒岩, 也低于上地幔橄榄岩. 大别超高压带、青藏高原和安第斯山脉现今下地壳和上地幔的泊松比均大于0.26, 加之它们均具有正常的上地幔V_p值, 表明由于拆沉作用榴辉岩在这些俯冲-碰撞造山带下地壳和上地幔已不存在或不是重要组成. 榴辉岩从形成至拆沉是在<15 Ma的十分短暂时间内完成的.     

南大别山超高压岩区变质作用的P—T—t研究——兼论花岗片麻？…

南大别山超高压变质杂岩与花岗片麻岩具有不同的变质矿物组合和结构特征,显示它们之间变质作用条件和过程可能存在着差异。超高压榴辉岩峰期变质的温度为７５４－８６６℃,压力大于２．７Ｇｐａ,退变到榴闪岩和角闪岩的温度、压条件分别为０．５５－０．６９Ｇａｐ和４７０－５７０℃。花岗片麻岩中所见到的最高变质作用为角闪岩相,变质的温、压条件分别为４５０－５１５℃和０．６０－０．７５Ｇｐａ。花岗片麻岩的变质条件与超