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.     

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．     

苏鲁地体副片麻岩锆石微区的矿物包体及其对SHRIMP定年的意义

采用激光拉曼和阴极发光技术, 确认南苏鲁副片麻岩中锆石微区的矿物包体分布特征与阴极发光图像存在完好的对应关系. 在同一副片麻岩锆石样品中, 有的锆石具有继承性(碎屑) 锆石的核部、超高压的幔部和退变边, 其中核部包体矿物为Qtz + Phe + Ap + 杂质和Qtz + Phe + 杂质等, 超高压幔部的矿物包体为Coe和Coe + Phe 等, 表明该类锆石是在继承原岩碎屑锆石的基础上, 于超高压变质阶段开始增生; 而有的锆石则具有超高压变质的核部和幔部以及退变边, 其中核部和幔部超高压矿物包体以Coe, Coe + Ap和Coe + Phe为特征, 而退变边的矿物包体则为Qtz等, 表明该类锆石是在超高压变质阶段开始结晶生长, 并经历了后期退变质作用的改造. 采用SHRIMP离子探针技术, 在上述副片麻岩不同成因类型的锆石微区中进行定年测试, 结果表明继承性 (碎屑) 锆石微区的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为284~754 Ma, 离散性强, 表明片麻岩的原岩继承性碎屑锆石来源的复杂性, 并明显经历了超高压变质事件的改造; 含柯石英锆石微区所记录的超高压变质年龄为238~266 Ma, 平均值为245 ± 14 Ma; 而锆石的退变边所记录的退变质年龄则为213~223 Ma之间, 平均值为217 ± 15 Ma. 这些SHRIMP定年结果表明, 苏鲁超高压变质带在220 Ma左右开始折返抬升.     

榴辉岩

榴辉岩是一种高温高压变质岩,含绿辉石、石榴子石,常常含蓝闪石等矿物。超高压环境形成的榴辉岩可含柯石英和（或）金刚石。     

胶东海阳所高压变质基性岩的岩石化学和地球化学

胶东海阳所一带有大量变质基性岩呈巨大的岩块或构造透镜体发育在高度变形的花岗质片麻岩中. 这些岩石主要是石榴辉石麻粒岩、榴辉岩化的麻粒岩以及角闪 岩, 原岩成分从橄榄拉斑玄武岩到石英拉斑玄武岩, 表现出由富Mg向富Fe方向演化的拉斑玄武岩趋势. Pearce元素比值斜率法证明, 这些基性岩是由同一岩浆系列, 经由斜长石、橄榄石和单斜辉石为主的分离结晶作用形成. 尽管大离子亲石元素受到变质作用的改变, 微量元素组成也显示了结晶分异作用特征, 如微量和稀土元素相互平行的配分型式、Ni和Ce的相关关系以及Sr的逐渐增强的亏损, Nd同位素资料与微量元素资料一致指示了亏损地幔的来源. 海阳所变质基性岩不是蛇绿岩的碎片, 其形成也与俯冲消减作用无关, 很可能是大陆环境的岩浆系列. Sm-Nd全岩等时线年龄2252±180 Ma大致指示了原岩的形成时代. 因此, 早在三叠纪晚期大别-苏鲁超高压碰撞造山带形成以前, 海阳所基性岩就已经作为扬子板块基底的一部分存在了大约2000 Ma.     

超高压变质作用：固体地球科学领域的新挑战

本文简述了国际上超高压变质岩研究领域中十年来的主要进展。含柯石英变沉积岩的发现暗示了上地壳物质可被迅速带至地下９０ｋｍ或更深处经受超高压变质作用，并在八千万年中很快折返出露地表。这一研究在实验岩石学、造岩矿物学、同位素年代学和大陆造山带的地球动力学等四个方面给固体地球科学领域带来了一系列重大突破。预计在今后五至十年内，这一研究将保持其热点地位，并围绕超高压变质作用过程和超高压变质岩折返的动力学过程展开工作。     

俯冲陆壳与上地幔的相互作用——Ⅱ.大别山同碰撞镁铁-超镁铁岩的Sr,Nd同位素地球化学

北大别具有Nb ,Zr,Ti负异常的同碰撞镁铁 超镁铁侵入岩的Sr ,Nd同位素组成具有EMI特征 ,其初始εNd值为 - 2 .4～ - 1 8.6 .与其片麻岩围岩和南大别含柯石英榴辉岩类似 .用与俯冲洋壳有关的地幔交代作用及陆壳混染均不能解释这一特征 .他们最可能源于俯冲陆壳析出流体交代的楔形地幔     

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.     

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.     

大别地体新店榴辉岩变质锆石U-Pb年龄和氧同位素研究

对大别山南部新店超高压榴辉岩两件锆石样品进行了详细的阴极发光、微区U-Pb年龄和氧同位素研究, 发现存在两类锆石. 一类为短粗、等轴状锆石, 量大, 是原岩岩浆锆石, 并遭受了一定程度的重结晶, 形成时间在811±22 Ma. 另一类为自形、棱柱状锆石, 量少, 有核-边结构, 边部是超高压变质时期形成的变质增生锆石, 变质作用发生在221~217 Ma. 所有原岩岩浆锆石的Th/U比均在1.3左右, 随变质重结晶程度增加, Th/U比下降, 变质增生锆石Th/U比均低于0.1. 锆石阴极发光强度主要由U和Th含量控制. 无论是岩浆锆石还是变质锆石的δ¹⁸O值都很低, 平均值分别为1.8‰和2.8‰. 原岩锆石的低δ¹⁸O值表明其形成时源区有显著的大气降水加 入, 这可能和全球范围内晚前寒武纪雪球地球事件有关, 也表明在大别山变质环境下, 榴辉岩相变质作用不能使原岩锆石氧同位素发生明显再造.     

东大别黄镇和石马地区榴辉岩及其中磷灰石的碳同位素研究

应用ＥＡ－ＭＳ在线技术,对大别山东南部太湖附近黄镇和石马两地榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳同位素分析．结果得到,榴辉岩全岩的δ~１３Ｃ值变化较大（＋１．５‰～－３０．７‰）,而所含磷灰石中结构碳酸根的６~１３Ｃ值变化较小并显著亏损~１３Ｃ（－２１．０‰～－２８．１‰）．部分榴辉岩具有高的全岩~δ１３Ｃ值,指示其形成后受到过含ＣＯ_２流体的退化蚀变．低的磷灰石δ１３Ｃ值指示,榴辉岩中含有地表有机碳,因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表,在超高压变质阶段流体以亏损~１３Ｃ为特征。     

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.     

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.     

大别山东缘片麻状变质花岗岩的锆石U-Pb 年代学与地球化学: 对扬子板块北东缘新元古构造-岩浆作用的启示

在大别山超高压变质带的东缘, 广泛出露原岩为新元古代岩浆活动产物的片麻状变质花岗岩. 对区内5个典型岩体(黄镇、大坝、石马、双河和三祖寺)进行了详细的年代学和地球化学研究, 旨在确定这些岩石的原岩属性, 并探讨它们对扬子板块北东缘新元古构造-岩浆作用的启示. 这些岩石的组成矿物主要为石英、钠长石(更长石)、钾长石和少量角闪石、黑云母等, 部分岩体还发育霓石或霓辉石等碱性铁镁矿物, 由于经历超高压变质作用, 岩石中还常见多硅白云母、绿帘石及少量蓝晶石、石榴石等变质成因矿物. 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明, 区内片麻状变质花岗岩的原岩形成于新元古中期(770~780 Ma), 于早中生代时经历超高压变质作用, 并在215 Ma左右遭受高压榴辉岩相重结晶的改造. 地球化学上, 它们均具有高硅(SiO₂%=70.23%~77.23%)、准铝-弱过铝(ASI=0.90~1.05)的特征, 但不同岩体的地球化学组成仍存在差别, 与三祖寺岩体相比, 黄镇、大坝、石马和双河地区的片麻状变质花岗岩全碱含量(ALK=7.76%~9.45%)、铁镁比值[FeO^*/(FeO^*+MgO)=0.82~0.96]、高场强元素和Ga的含量均偏高, 10⁴×Ga/Al平均值高达3.07, 结合岩石中常含霓辉石, 以及锆石饱和温度较高(=816~918℃)等特点, 表明它们的原岩应为过碱性A型花岗岩. 三祖寺片麻状变质花岗岩的铁镁矿物主要为黑云母和由角闪石变质形成的绿帘石, 化学成分上富钙贫钾, K₂O/Na₂O=0.42~0.54, 其原岩应归属钙碱性花岗岩类(I型). 这些片麻状变质花岗岩同时具有“弧”和“裂谷”双重岩浆活动的地球化学印记, 其原岩为先前俯冲形成的弧来源地壳物质于伸展引张环境再造的产物, 指示扬子北东缘在新元古中期应处于被动裂谷的初始阶段, 而不应为地幔柱上涌引发的主动裂谷环境.     

中国大别山双河超高压变质大理岩的氧、碳同位素

中国大别山双河超高压变质岩板中发育了一系列大理岩层和透镜体 ,其δ18O值介于 1 1 1‰～ 2 0 5‰ (SMOW)间 ,δ13 C值介于 1 .0‰～ 5 .7‰ (PDB)间 .详细调查表明 ,大理岩的氧、碳同位素值在厘米尺度上表现出均一化 ,但在大于1m的范围内则不均一 .与已经同地幔中的碳发生均一化的挪威榴辉岩相大理岩不同 ,双河超高压大理岩的碳同位素则保留了沉积碳酸盐岩的特征 ,而且表现出白云石含量与δ13 C间的负相关关系 .与原岩相比 ,双河大理岩18O有所亏损 .这种亏损来自 3种可能的地质过程 :( 1 )在超高压变质作用前曾与亏损18O的水发生过氧同位素交换 ;( 2 )在超高压变质过程中发生过脱碳酸盐作用 ;( 3)在退变质过程中与围岩片麻岩在接触部位发生过有限的氧同位素交换 .氧、碳同位素研究表明 ,超高压变质岩的俯冲和折返过程历时较短 ,且在该过程中 ,流体的活动性极为有限 .     

江苏东海红土山、青龙山榴辉岩的变质作用和成因问题

本文就红土山和青龙山榴辉岩的矿物、岩石组分和矿物共生组合特征,参照矿物、岩石实验数据和实验曲线,计算出该榴辉岩是在T=890°-1270℃,P=17.25-24.75Kb,相当于52—74公里深度的区域变质作用条件下形成。其原岩可能来源于拉斑玄武岩。榴辉岩在成岩后又遭受了剪切挤压的动力变质作用,使其经历了进变质和退变质作用。推测榴辉岩的成岩和迁移,所经历的条件是温度由1080℃±190℃降到750℃±80℃,压力由21.0Kb±3.75Kb 降到4.3Kb±2.5Kb,并被挤压到壳内混合岩化片麻岩系中,以大小不等的透镜体产出。动力变质的退变质作用,其温度、压力条件,本文计算的方程式为P(Kb)=0.0506T(℃)-33.65,为地震地质提供构造演变的条件和有关能量计算问题     

大别地体新店超高压榴辉岩锆石Lu-Hf同位素研究

对大别山南部新店超高压变质榴辉岩中变质锆石进行了原位LA-MC-ICP-MS的Lu-Hf同位素分析，发现变质增生锆石有低¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf （0.000004-0.000211）和高¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf（0.282544-0.282612）同位素组成，原岩继承锆石和重结晶锆石具有高¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf（0.000090-0.002144）和低¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf（0.282266-0.282466）组成. 增生锆石的低¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比是变质作用导致锆石中Lu降低和Hf增高造成的, 增生锆石的高¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf特性继承自岩石中其它高Lu/Hf比矿物长期演化所生成的高放射成因Hf. 原岩锆石变质重结晶作用不会引起锆石的Lu-Hf同位素明显再造，锆石Lu-Hf体系比U－Pb体系有更好的稳定性. 有可能根据锆石的Lu－Hf同位素特征来区别它们是增生锆石还是原岩继承锆石. 增生锆石形成时的Hf同位素组成能代表同时刻的变质全岩体系的Hf同位素组成. 新店榴辉岩原岩锆石形成时的ε_Hf值+3.0，表明其物源主要来自弱亏损地幔，或者亏损地幔和古老地壳物质的混合.     

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。     

豫南鄂北大别山中部和北部的榴辉岩类

一个高压超高压地体出现在豫南鄂北大别山中.高压超高压地体包括6个亚单元,其中的4个发育有榴辉岩.4个亚单元的榴辉岩在变质条件和变质历史上是不同的.