中国中部高铝质超高压变质岩

我国中部在超高压条件下形成的高铝质变质岩石, 以蓝晶黄玉石英岩为特征, 具有以蓝晶石、富水黄玉、富镁硬绿泥石、柯石英、硬水铝石等为代表的高压－超高压变质矿物, 矿物组合主要为蓝晶石＋ 黄玉＋ 石英 （柯石英）、蓝晶石＋ 蓝刚玉±富镁硬绿泥石等。化学成分富铝而贫镁, 其原岩为陆缘高铝质泥质沉积岩。实验岩石学的研究表明, 蓝晶石＋ 黄玉在１０００℃～１２００℃,３．１～３．７７ＧＰａ 条件下仍可稳定存在,而石英已部分转变为柯石英。蓝晶石＋ 黄玉与柯石英一起稳定于超高压条件下。这表明以高铝质岩石为代表的地壳物质已进入到地幔深度, 达到这样的深度只能由会聚板块的俯冲作用而引起。因此,高铝质岩石的存在可以作为Ａ型俯冲作用的指示剂。超高压变质的高铝质岩石将成为陆－陆碰撞事件的重要研究内容。     

地壳岩石在地幔深度内的变质作用:变泥质岩石中的高压矿物和矿物组合

变质相的范围,经典的概念是在大陆莫霍面的深度内,其压力在10～12kb,并可延至30kb。即使是明显的地壳来源的岩石,例如,泥质变质岩。根据新近发现的阿尔卑斯和地中海地区的高压变泥质岩和MgO-Al_2O_3-SiO_2-H_2O、K_2O-MgO-Al_2O_3-SiO_2-H_2O系的高压实验研究,提出了一种新的观点:即地质变质作用新领域内特别重要的指示矿物是Mg—Fe纤锰柱石(Carpholite)、富Mg硬绿泥石(Mg—chloritoid)、镁铝榴石、柯石英、多硅白云母和ellenbergrite;主要的矿物组合是滑石+蓝晶石,滑石+硬绿泥石,滑石+镁铁榴石,滑石+多硅白云母,硬玉+石英,和硬玉+蓝晶石。由于在西部阿尔卑斯的Dofa Maira地块惊奇的出现了镁铝榴石—柯石英岩石,这对新概念的形成起了主要作用。它相当于白片岩(滑石—蓝晶石岩石)是极高压的岩石。它反映了陆壳板块的俯冲作用深度至少为90km。这种岩石遭受了蓝片岩相的退化变质作用,蓝闪石交代了镁铝榴石。在大陆与大陆碰撞期间,假如俯冲角度很大,那么陆壳的俯冲深度可以非常深。然而,利用地球动力学的原理仍不能较好的解释这种岩石返回到地表的机制。尤其重要的是早期造山阶段,碰撞带内达到地热平衡之前地壳俯冲的岩石就返回到较浅部位,以及当构造运移期间与冷却有关而发生减压时,非常高压的矿物能保留下来是可能的。如果不是这种情况,偶然上升到陆壳较浅部位,将导致高压岩石麻粒岩相和角闪岩相的矿物重新达到平衡,详细的显微电子探针工作是必要的。它可以探测正常的高级变质岩中高压条件的信息。     

河南大别山区榴辉岩及蓝晶石石英岩中柯石英的发现

团麻断裂以西的河南大别山区榴辉岩及其围岩蓝晶石石英岩中首次发现柯石英。含柯石英榴辉岩的矿物共生组合为石榴石+绿辉石+蓝晶石+多硅白云母+石英(柯石英)+金红石,其形成温压条件为T=610～740℃,P≥2.8 GPa。含柯石英榴辉岩及其围岩同时经历了超高压变质作用,可能由扬子板块向华北板块深俯冲作用形成,俯冲深度可迭90km以上。河南大别山区含柯石英榴辉岩的发现扩大了中国中东部含柯石英榴辉岩带的分布区。     

中国大陆科学钻探主孔0～4500米变质岩石锆石中保存的超高压矿物包体

中国大陆科学钻探主孔0-4500米的岩心主要由榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩、正片麻岩以及少量的超基性岩所组成。岩相学研究结果表明,榴辉岩的围岩普遍经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压变质的矿物组合已完全被后期退变质过程中角闪岩相矿物组合所替代。采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,发现主孔224件岩心中有121件(包括榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩和正片麻岩)样品的锆石中普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体,且不同岩石类型锆石中所保存的超高压矿物包体组合存在明显差异。(含多硅白云母)金红石石英榴辉岩锆石中保存的典型超高压包体矿物组合为柯石英 石榴石、柯石英 石榴石 绿辉石 金红石和柯石英 多硅白云母 磷灰石。黑云绿帘斜长角闪岩锆石中保存的超高压矿物组合为柯石英 石榴石 绿辉石、柯石英 石榴石 多硅白云母和柯石英 绿辉石 金红石,与榴辉岩所保存的超高压矿物组合十分相似,表明该类斜长角闪岩是由超高压榴辉岩在构造折返过程中退变质而成。在副片麻岩类岩石,如石榴绿帘黑云二长片麻岩锆石中,代表性的超高压包体矿物组合为柯石英 多硅白云母和柯石英 石榴石等;而在石榴黑云角闪钠长片麻岩锆石中,则保存柯石英 硬玉 石榴石 磷灰石、柯石英 硬玉 多硅白云母 磷灰石和柯石英 石榴石 磷灰石等超高压矿物包体。在正片麻岩锆石中,标志性的超高压矿物包体为柯石英、柯石英 多硅白云母、柯石英 蓝晶石 磷灰石和柯石英 蓝晶石 榍石等。此外,在南苏鲁东海至临沭一带的地表露头以及一系列卫星孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的标志性超高压矿物包体,表明在南苏鲁地区由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的巨量陆壳物质(方圆>5000km2,厚度超过4.5km)曾整体发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。该项研究对于重塑苏鲁-大别超高压变质带俯冲-折返的动力学模式有着重要的科学意义。     

大别山西段含蓝闪石-蓝晶石榴辉岩的相平衡研究

目前对于大别山西段超高压榴辉岩仍存在一些不清楚的问题和模糊的认识,如蓝闪石和蓝晶石组合的稳定范围,峰期温压条件和矿物组合,以及早期退变质过程的矿物演化和流体作用。本文对取自大别山西段新县高压-超高压榴辉岩单元内不同地点的超高压榴辉岩样品进行了详细的岩石学和矿物学研究,在此基础上使用相平衡定量分析方法的 PT 视剖面图对它们进行了正演模拟计算,结果表明:含蓝闪石和蓝晶石榴辉岩处于相对低温或低压的蓝闪石榴辉岩和相对高温高压的蓝晶石榴辉岩的过渡区,其稳定的温压范围大致为温度590～700℃,压力1.7～3.3GPa,而且压力大于2.5GPa 时温度范围很窄,为600～640℃。由石榴石边缘成分和 PT 视剖面图确定的榴辉岩峰期温压条件为压力2.85～2.95GPa 和温度625～630℃,峰期矿物组合为石榴石 绿辉石 蓝闪石 蓝晶石 硬柱石 柯石英±多硅白云母。峰期之后,榴辉岩经历了快速近等温降压(ITD)的早期高压退变质作用,这是一个非平衡过程,所发生的主要变化如下:柯石英→石英,硬柱石→黝帘石 蓝晶石,在相对富镁岩石中出现滑石,当水含量较高时可以出现钠云母,蓝闪石在原来基础上有一定量的生长,并且绿辉石和多硅白云母很可能只部分地发生了成分变化,而石榴石几乎未发生改变。这样形成了目前观察到的矿物组成为石榴石 绿辉石 蓝闪石 蓝晶石 黝帘石/绿帘石 石英±多硅白云母±钠云母±滑石,它代表了 UHP 榴辉岩在早期高压退变质阶段结束时所具有的矿物组成,这一阶段结束时的温压条件大致为2.0～2.2GPa 和600～630℃;早期高压退变质阶段是脱水过程,流体是内部缓冲的。     

华中高压－超高压变质富铝岩石的温压条件研究及其地质意义

华中高压－超高压变质富铝岩石为陆壳岩石经变质而成，其典型的岩石类型为蓝晶石黄玉石英岩。矿物温压计估算其ｐ－Ｔ条件为Ｔ＝７００℃，ｐ＝１．２ＧＰａ；高温高压实验结果表明，蓝晶石＋黄玉组合在Ｔ＝１０００～１２００℃，Ｐ＝３．１～３．７７ＧＰａ范围内可以稳定存在，是高压－超高压变质作用产物。在蓝晶石石英岩中发现柯石英及柯石英假象，区域上其它岩石组合也有高压－超高压变质作用的证据。变质富铝岩石为榴辉岩相变质作用产物，从而证明陆壳岩石可以经历＞２．０ＧＰａ的变质压力条件。     

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.     

青藏高原北缘早古生代板块构造演化和大陆深俯冲

青藏高原北缘北祁连山和柴达木盆地北缘分别发育有2类不同的高压和超高压变质带.北祁连山为典型的环太平洋型俯冲带,榴辉岩锆石的SHRIMP年龄为464 Ma±5 Ma.而柴北缘为典型的大陆俯冲型变质带,片麻岩锆石中的柯石英证明柴北缘是一超高压变质带.石榴橄榄岩中的超硅石榴子石和橄榄石中的钛铁矿等出溶反映其形成深度大于200 km.柴北缘榴辉岩的原岩具有MORB和OIB的特征,并与北祁连山榴辉岩的年龄相同,代表早古生代祁连洋俯冲变质的时代.而含柯石英片麻岩的锆石和石榴橄榄岩超高压变质年龄均为423 Ma,代表大陆地壳深俯冲发生的时间.北祁连山和柴北缘很可能是一个俯冲带从大洋俯冲到大陆碰撞的不同阶段的产物.     

苏北高压变质带及其与北侧超高压变质带的关系

在苏北超高压变质带以南存在一条与之平行的高压变质带。带内由东南向西北可进一步划分出蓝闪石-黑硬绿泥石带,石榴石-绿帘石带和蓝晶石-黄玉带三个变质亚带。从蓝门石-黑硬绿泥石带到蓝晶石-黄玉带变质温压逐渐升高,其峰期地热梯度为15±3℃/km,属于高压变质相系。北侧超高压变质带的典型矿物组合是石榴石+绿辉石+柯石英+金红石,地热梯度为9±2℃/km。高压变质带峰期变质与北侧超高压带峰期变质的地热梯度明显不同,而与超高压变质体的退变质地热梯度相吻合。结合同位素年代学资料,本文指出本区的高压变质作用与北侧的超高压变质作用不是同时发生,而是与超高压变质体的退变质作用同时发生于中生代的印支期。含柯石英榴辉岩的超高压峰期变质早于印支期,并经两次抬升出露于地表。     

超高压变质岩中柯石英→石英相变研究的进展

柯石英是石英的高压同质多相变体，是超高压变质作用的产物，它是识别超高压变质作用的重要标志矿物。柯石英的发现表明了近地表的岩石随板块运动曾被俯冲至地下大于90km的深度并经受了超高压变质作用。研究柯石英→石英相变过程中的微结构变化，对进一步研究超高压变质作用的机理及超高压变质岩折返过程的动力学机制具有重要意义。本文简述了近年来有关超高压变质岩中柯石英→石英相变研究的一些进展。     

大陆深俯冲与超高压变质的化学地球动力学

近十几年来大陆动力学研究最重要的进展之一,是对超高压变质岩和大陆深俯冲作用的认识.按照传统的板块构造学说,大陆地壳由于其密度低,不可能俯冲到高密度的地幔中.然而,上世纪80年代两位法国科学家分别在西阿尔卑斯和挪威西部的变质表壳岩中,发现了超高压变质矿物柯石英,证明大陆地壳曾俯冲到至少80 km深,然后折返回地表.     

大别山区变质岩中蓝晶石的几种退变质反应及其所指示的动力学过程

蓝晶石在大别山含柯石英和不含柯石英的榴辉岩、高压变质的副片麻岩、非高压变质的宿松群的变质沉积岩中都是重要的变质矿物。它们多有冠状或其它的变质反应结构，形成多样化的退变质反应矿物。有些退变质反应是十分罕见的。本文报道了８种蓝晶石的矿物组合和退变质反应，推测和计算了变质反应的温度－压力条件，从而探讨了它们代表的近等温降压、升温降压和流体为重要因素的降温降压的不同的动力学过程。这些数据与用其它变质矿物所得到的温度压力条件和ＰＴｔ演化基本一致。为探讨大别山超高压变质带的构造演化提供了新的依据。     

超高压矿物研究进展

我国超高压矿物研究近十年来取得了重要进展.参与发现了5个超高压新矿物及若干待命名高压相,被国际矿物协会新矿物、命名与分类委员会批准和命名的超高压矿物包括涂氏磷钙石、塞石英、玲根石、谢氏超晶石、阿考寨石等.在冲击变质陨石中发现了后尖晶石结构的超高压相,即谢氏超晶石和CF相,引起了高压地质学及大地构造学界的关注.揭示了从冲击成因二氧化硅熔体中结晶的柯石英,合理地限定了冲击变质成因柯石英的形成压力温度条件,为我国首个地外天体撞击构造——岫岩陨石坑的证实提供了关键的矿物物理证据.     

木兰山低温高压微变质体中SiO_2非晶相的特征和意义

木兰山低温高压变质岩中的石英脉及其围岩的矿物组成、变质结构和界面特征的光学显微镜和电子探针研究表明,该石英脉为同构造重结晶脉,经历过低温高压变质作用,其变质温度压力条件与围岩矿物的形成条件相同。透射电镜亚微米纳米尺度分析表明,该石英脉中存在一种已部分转变成α-石英纳米晶的SiO2非晶相,且观察到类似于柯石英假象的胀裂现象。并认为SiO2非晶相的形成及其变化特征可能是大别山高压超高压变质带南缘蓝片岩的一次俯冲和快速折返过程的超显微证据。     

超高压榴辉岩-脉体体系成因和俯冲带变质流体演化

超高压岩石-脉体体系是认识俯冲带流体性质和行为的天然实验室.通过总结大别超高压变质带3个榴辉岩（角闪岩）-脉体体系的研究成果,探讨了大陆俯冲带变质流体的溶解-结晶过程和氧逸度变化规律以及流体对轻元素硼的迁移过程.对榴辉岩-复合高压脉体的研究发现超高压流体通过溶解矿物富集溶质组分,流体随后经历3期结晶过程,分别形成绿辉石-绿帘石脉、绿帘石-石英脉和蓝晶石-绿帘石-石英脉.绿帘石La、Cr和δEu值是判断结晶次序的关键指标.对榴辉岩-角闪岩-低压脉体研究表明大陆俯冲带低压变质流体的氧逸度明显高于高压-超高压变质流体.高氧逸度条件也导致一些反常矿物（如退变金红石）的生长.对含电气石榴辉岩-脉体研究揭示变质碳酸盐岩是大陆俯冲板片中重硼同位素的重要储库,其在汇聚板块边界的脱硼作用显著影响深部硼循环.上述研究成果为理解俯冲带变质流体演化和物质循环提供重要科学依据.      

木兰山低温高压微变质体中SiO2非晶相的特征和意义

木兰山低温高压变质岩中的石英脉及其围岩的矿物组成，变质结构和界面特征的光学显微镜和电子探针研究表明，该石英脉为同构造重结晶脉，经历过低温高压变质作用，其变质温度压力条件与围岩矿物的形成条件相同，透射电镜亚微米纳米尺度分析表明，该石英脉中存在一种已部分转变成α-石英纳米晶的SiO2非晶相，且观察到类似于柯石英假象的胀裂现象。并认为SiO2非晶相的形成及其变化特征可能是大别山高压超高压变质带南缘蓝片岩的一次俯冲和快速折返过程的超显微证据。     

柴北缘鱼卡含硬柱石假象榴辉岩的发现、P-T-t轨迹及控制硬柱石形成的主要因素

硬柱石是大洋冷俯冲带的代表性矿物之一,富含水和Sr、Pb及稀土等微量元素,其形成和分解对于俯冲带流体活动、壳幔水和微量元素循环、地幔楔交代和熔融及岛弧岩浆作用等具有重要影响.但由于硬柱石对温度和压力的改变非常敏感,在板片折返过程中很容易分解,因此目前全球出露的硬柱石榴辉岩极为稀少.总结了榴辉岩中早期硬柱石存在的识别标志,并据此确定柴北缘超高压带西段鱼卡地区的含蓝晶石榴辉岩和斜黝帘石榴辉岩是峰期硬柱石榴辉岩退变质改造的结果.该发现说明柴北缘成为继大别造山带之后全球第二例出露硬柱石榴辉岩的大陆俯冲型造山带.利用相平衡计算方法恢复了这两种榴辉岩的变质演化过程,其中含蓝晶石榴辉岩的P-T轨迹和峰期变质条件均与区内大陆俯冲型含柯石英多硅白云母榴辉岩相似,而斜黝帘石榴辉岩峰期变质温压则略低.锆石定年获得含蓝晶石榴辉岩和斜黝帘石榴辉岩的变质时代分别为437 Ma和436 Ma,与带内已有超高压榴辉岩相变质时代相同,同时获得含蓝晶石榴辉岩的原岩结晶时代为1 273 Ma.相似的变质P-T轨迹和变质时代表明含蓝晶石榴辉岩与同剖面含柯石英多硅白云母榴辉岩共同经历了大陆深俯冲作用.这一结果表明,硬柱石榴辉岩并非大洋冷俯冲带特有,决定榴辉岩中是否出现硬柱石的主要因素是原岩成分和变质条件.在鱼卡地区,榴辉岩的矿物组合中能否出现硬柱石的最主要控制因素是原岩中的Mg含量,由高Mg#的基性岩变质形成的榴辉岩峰期矿物组合中易出现硬柱石.      

苏鲁地体超高压矿物的三维空间分布

采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,确认苏鲁地体大多数花岗质片麻岩,所有类型片麻岩、斜长角闪岩、蓝晶石英岩和大理岩的锆石中均隐藏以柯石英为代表的超高压包体矿物组合。其中花岗质片麻岩典型超高压包体矿物为柯石英±多硅白云母;副片麻岩为柯石英+石榴子石+绿辉石、柯石英±石榴子石+硬玉+多硅白云母+磷灰石、柯石英+多硅白云母±磷灰石;斜长角闪岩为柯石英+石榴子石+绿辉石±金红石;蓝晶石英岩为柯石英+蓝晶石+金红石+磷灰石、柯石英+蓝晶石+多硅白云母+金红石;大理岩为柯石英+透辉石、柯石英+橄榄石。表明苏鲁地体由榴辉岩及其围岩所组成的巨量陆壳物质曾普遍发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。锆石的矿物包体分布特征及相应的阴极发光图像研究表明,在同一样品中,锆石的成因特征存在明显差异。有的锆石显示继承性(碎屑)锆石的核(core)、超高压变质的幔(mantle)和退变质的边(rim);有的锆石则具有超高压的核、幔和退变质的边;而有的锆石却记录了深俯冲的核、超高压的幔和退变质的边。标志着苏鲁超高压变质带各类岩石副矿物锆石均具有十分复杂的结晶生长演化历史。因此,在充分研究锆石中矿物包体性质、分布特征以及相应阴极发光图像的基础上,采用SHRIMP离子探针技术,在锆石晶体的不同     

多硅白云母地质压力计应用于超高压变质岩石的可能性

从最近发表的柯石英岩石看,富Si多硅白云母在遭受超高压变质作用的泥质岩和基性岩中均为主要矿物组分。 Chopin(1984)报道了西阿尔卑斯Dora Maira地块中每单位化学式中Si量3.55的多硅白云母,它与蓝晶石、滑石和柯石英共生,据Massonne和Schreyer(1989)的实验校正,其形成的变质压力约为3.6GPa,Reinecke(1991)也报道了一个类似的产状,他推测     

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。