大别-苏鲁超高压变质岩研究新思路: 偏光显微镜阴极发光技术的应用

利用偏光显微镜阴极发光技术可观察到其他常规成分结构测试法不易识别或容易忽略的多种矿物的生长结构, 该技术是进行后续成分分析的有效预研究手段, 可为重建矿物形成演化过程提供重要信息.该技术在国际岩石矿物学、油气储层及矿床学领域应用广泛, 但在变质岩研究领域的应用较薄弱.综述该技术在国际超高压变质岩研究领域的应用, 并利用其对大别-苏鲁超高压变质带经典地区的超高压榴辉岩、云母片岩、大理岩进行初步研究, 讨论它在多期微细矿物相快速鉴别、生长环带、微量元素分布规律、双晶纹、出溶结构等内部结构表征方面的应用价值和前景.偏光显微镜阴极发光技术与拉曼光谱、扫描电镜、电子探针等分析技术相结合, 可为我国超高压变质岩的研究开辟和扩展一条新思路.      

中国超高压变质岩十五年研究进展

本文对20世纪80年代以来中国超高压变质岩研究的历史做了简要回顾，列举了该领域的5项重要进展，即：①发现了大批超高压变质岩，使中国的大别山-苏鲁超高压变质岩带成为世界之最；②通过细致的矿物学研究，确认低密度的陆壳岩石可以被俯冲到地下200多公里深处，经历超高压变质作用；③多种同位素体系定年结果表明，大别山-苏鲁超高压变质作用是在中生代早期扬子板块俯冲到中朝板块之下时发生的；④对超高压变质岩中O、C、H等同位素的研究进一步表明，超高压变质作用过程中并无大规模流体活动，大气水的O同位素成分可被带到地幔深处而不改变；⑤通过对岩石学、矿物学、年代学、构造地质学、地球物理学等多学科资料的综合研究，提出了超高压变质地体的多阶段折返模式。文中对目前超高压变质岩研究中的几个争论焦点做了归纳。     

苏鲁超高压变质带南部浅变质岩的全岩Rb-Sr同位素年龄

提供了苏鲁超高压变质带南部震旦纪浅变质千枚岩的全岩Rb Sr同位素年龄测试数据 ,获得了 2 2 1± 14Ma的等时线年龄。对测试结果的分析认为 :该年龄为浅变质岩的变质年龄。区域调查对比表明 ,低绿片岩相变质作用在造山带组成岩石中普遍存在 ,并叠加于超高压变质岩石 ,因而上述年龄代表在印支期存在普遍的退变质作用年龄。浅变质岩中印支期同位素年龄的获得 ,对正确认识超高压变质带的演化具有重要意义。     

苏北榴辉岩中水晶的形成时代及其对超高压变质岩折返的示踪意义

江苏东海水晶以其晶体粒大和产量巨大而闻名，在地质上也因其产于高压超高压变质带而独具特色。在对大别—苏鲁超高压变质带的区域成矿作用进行研究和对中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔岩心进行编录的过程中，认识到超高压带存在着超低压成矿现象，包括中国最主要的水晶矿床成矿带在内的许多矿床都可能是在超高压变质之后退变质结束阶段的超低压环境中形成的，对水晶进行流体包裹体的Rb-Sr等时线年代学研究，获得208Ma的等时线年龄，表明成矿时代为印支期。该年代可视为超高压变质带折返并经历了退变质之后而“稳定”下来的时间。     

大别山碧溪岭地区超高压变质岩构造分析

大比例尺 (1∶10 0 0 0 )构造制图及构造分析表明 ,碧溪岭地区超高压变质岩石含有丰富的构造演化历史记录。同碰撞或挤压组构只保留于榴辉岩及其它超高压变质岩透镜体内部 ,表现为高角度网络状超高压剪切带与弱应变透镜体域规律组合格式。前者由面理或糜棱岩化榴辉岩组成 ,后者由块状榴辉岩及石榴橄榄岩组成。碰撞期后伸展构造表现为区域性的假单斜状 ,内部呈低缓角度的网络状强应变带及所环绕的透镜状弱应变域组合格式 ,强应变带的岩石为由榴辉岩退变成的角闪岩相高压片麻岩及部分熔融形成的含榴花岗岩 ,透镜状弱应变域的岩石为弱角闪相改造的榴辉岩及石榴橄榄岩。不同尺度上同碰撞或挤压组构及碰撞期后伸展组构所显示的这种残斑基质流变学结构样式 ,虽然与先期原岩成分、结构、流变学的不均一性有关 ,但主要是多期递进应变分解作用的结果 ,支持榴辉岩“原地”成因模式。依据构造学证据和可利用的岩石学及同位素年代学资料 ,分析了超高压变质岩石的形成及折返过程 ,指出碧溪岭地区超高压变质岩石是在 2 45～ 2 10Ma形成的 ,碰撞期后伸展作用主要发生在 2 0 0～ 170Ma。在超高压变质岩石向地壳表层折返过程中 ,张扭作用可能有重要功能 ,不支持碧溪岭地区遭受过多期超高压变质作用的推论。     

大别-苏鲁超高压榴辉岩中石榴子石和绿辉石的微量元素研究

对9件大别-苏鲁超高压榴辉岩主要矿物石榴子石和绿辉石进行的激光熔样-等离子质谱(LA-ICP-MS)微量元素研究结果表明,所研究的榴辉岩可由石榴子石稀土元素特征分为两类(Group 1和Group 2)Group 1的石榴子石具有一般石榴子石的贫轻稀土、富重稀土的平滑型配分模式,Group 2的石榴子石则表现出独特的高正Eu异常和平坦型重稀土元素的配分模式.可以认为Group 2的原岩属于堆晶辉长岩,而Group 1更可能是正常的玄武岩.矿物颗粒和两种主矿物的主量元素和微量元素分析表明,所研究的榴辉岩达到了矿物规模上的微量元素分配平衡.     

大别-苏鲁构造带三叠纪碰撞缝合线的位置

大别－苏鲁构造带内超高压（UHP）和高压（HP）变质岩石的分布和不同构造岩石单位间的关系表明, 三叠纪中朝与扬子克拉通碰撞及超高压和高压变质岩石形成时的古缝合线, 位于大别地块的北缘, 沿八里畈－磨子潭－晓天一线展布, 在苏鲁地区, 五莲－烟台断裂代表被强烈改造了的古缝合线的位置.大别山北部霍山县与岳西县交界地区以及舒城、桐城和潜山县交界地区UHP和HP单位岩石的大面积分布, 说明水吼－五河断裂不是UHP和HP榴辉岩相岩石的北限, 因而, 不代表缝合线位置, “南大别”与“北大别”地体的划分地质意义是不明确的.同时, 大别山北部的镁铁质及超镁铁质岩石块体群, 包括变形的方辉橄榄岩、纯橄榄岩组合及未变形的辉石岩、角闪辉石岩和辉长岩组合, 前者与榴辉岩相岩石有相同的变形变质及几何学特征, 后者是燕山期侵入体（123~130Ma）, 因此, 不是“变质蛇绿混杂岩”, 也不代表三叠纪陆－陆碰撞时期古缝合线.强调指出, 准确地鉴别三叠纪碰撞缝合线位置, 是正确理解UHP和HP岩石形成及折返动力学过程的关键.      

从Pb同位素组成看东秦岭官坡超高压变质岩片的走势

通过研究表明,东秦岭官坡超高压变质岩片具有较高的放射性成因铅同位素组成：^206Pb／^204Pb=18．089～18．772,^207Pb／^204Pb=15．571～15．631,^208Pb／^204Pb=38．299～38．829。其铅同位素组成与秦岭岩群及二郎岩坪群一致,而与大别超高压变质带有明显的区别。结合构造分析可以判断,东秦岭超高压变质带与大别超高压变质带是两个不同的构造带,中央造山带内可能至少发育有两条超高压变质带。     

大别-苏鲁区超高压变质岩的多期构造变质演化

对大别-苏鲁地区超高压(UHP)变质岩的详细构造和岩石学研究揭示了其复杂的构造变质演化历史。除前超高压事件外,至少可识别出5个相继发育的构造变质事件或阶段(D_1-D_5)。D_1和 D_2同超高压事件与三叠纪(250～230Ma)中朝克拉通和扬子克拉通间的大陆深俯冲及碰撞有关,而超高压后的 D_3和 D_4韧性变形及其伴生的减压部分熔融作用和退变质作用事件,则是超高压岩石向中上地壳折返过程中(230～140Ma)发生的。碰撞后形成的 D_4构造,主导了大别-苏鲁超高压和高压变质带区域尺度的构造格架。第5阶段的构造以摩擦或摩擦-粘性过渡性变形机制为主,并伴随有大规模的未变形的花岗质岩体就位,该期构造热事控制了现今大别-苏鲁地区的地貌学特征。新的构造和岩石学资料并结合可利用的地质年代学和地球化学等资料,提出一个涉及中朝与扬子克拉通间三叠纪大陆深俯冲、碰撞及相继超高压变质岩石向地表的多期折返构造变质演化模式。     

超高压变质岩中微粒金刚石的发现及其动力学意义

概述了目前仅有的几个发现微粒金刚石的地区如哈萨克斯坦，挪威西部和我国中等部地的超高压变质岩的最新研究成果，并指出这些变质岩中微粒金刚石为变质成因，变质流体对微粒金刚石的形成具有十分重要的意义。     

Li and B Isotope Systematics of Ultrahigh-pressure Metamorphic Rocks from the Chinese Continental Scientific Drilling Program

1 Introduction Recent improvements in the precision of Li and B isotope measurements have demonstrated the potential of these elements in tracing a wide range of geological processes. The Li and B isotope systematics of ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic rocks provides a unique opportunity to investigate the behaviour of Li and B during fluid-rock interaction at high temperatures and very high pressures and to constrain the fluid budget and the recycling of subducted crustal materials into the mantle during UHP metamorphism.     

Petrology of the Non-mafic UHP Metamorphic Rocks from a Drillhole in the Southern Sulu Orogenic Belt, Eastern-Central China

The Drillhole ZK703 with a depth of 558 m is located in the Donghai area of the southern Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt, eastern China, and penetrates typical UHP eclogites and various non-mafic rocks, including peridotite, gneiss, schist and quartzite. Their protoliths include ultramafic, mafic, intermediate, intermediate-acidic, acidic igneous rocks and sediments. These rocks are intimately interlayered, which are meters to millimeters thick with sharp and nontectonic contacts, suggesting in-situ metamorphism under UHP eclogite facies conditions. The following petrologic features indicate that the non-mafic rocks have experienced early-stage UHP metamorphism together with the eclogites: (1) phengite relics in gneisses and schists contain a high content of Si, up to 3.52 p.f.u. (per formula unit), while amphibolite-facies phengites have considerably low Si content (<3.26 p.f.u.); (2) jadeite relics are found in quartzite and jadeitite; (3) various types of symplectitic coronas and pseud     

苏鲁高压—超高压变质带的折返构造及折返机制

苏鲁高压—超高压变质带的折返构造是由韧性剪切叠覆构造岩片组成,具NWW-SEE向剪切矢量及SEE向NWW的剪切指向,与折返构造伴随的高压和超高压退变质反应过程与石英从高温—中温—低温的组构模式吻合。150～100Ma期间的伸展事件包含了北界韧性伸展转换性剪切带及莱阳盆地的形成、苏鲁高压—超高压变质带北部花岗岩侵位、折返面理弯曲形成背形构造及伴随的韧—脆性正滑构造。多学科的综合研究表明,240～220Ma扬子板块巨量物质往北深俯冲于北中国板块之下,220～200Ma高压—超高压变质岩石整体快速折返,折返板片中保存的自上而下变质岩石单元序列与剪切叠覆构造岩片的物质组成序列基本一致。提出苏鲁高压—超高压变质折返板片呈上拱的舌形体,变形分解表明苏鲁高压—超高压变质板片是在“挤出”机制下折返及受后期伸展事件的改造。     

中央造山带东段岩石圈的构造格架

笔者讨论了大别—苏鲁超高压变质带地球物理调查剖面及相关地球物理成果。分析大别—苏鲁地体的深部地质构造与岩石圈主要特征,并与东秦岭地区前人的探测结果进行对比。结果认为,中央造山带东段的地壳构造反映了扬子克拉通向北的陆内深俯冲作用。陆壳俯冲的角度在20°～30°之间,由于角度较缓,中央造山带东段发育了开阔的后陆盆地,其下方基底构造仍保留有造山带板块会聚的特征。造山带核部上中地壳存在着规模很大的岩浆岩体的显示,与造山期后的地质作用有关。大别—苏鲁的早中生代超高压变质带在东秦岭可能仍埋藏在地壳深处,不会出露于地表。     

大别山花凉亭-弥陀剪切带与超高压变质岩片的斜向差异折返

超高压变质岩的折返过程是陆陆碰撞边界演化的关键问题。南倾的花凉亭-弥陀剪切带位于南大别低温-超高压变质 带和中大别中温-超高压变质带之间,矿物拉伸线理倾伏向为SE,逆冲和走滑分量大致相等。电子背散射衍射分析表明： 花凉亭-弥陀剪切带大多数样品的石英组构记录了上盘向NW的剪切变形,反映了中大别超高压变质岩向SE的快速折返, 而部分样品的石英具有上盘向SE的剪切指向,与早白垩世花岗岩穹隆发育导致的区域伸展有关。对前人的岩石学和年代学 成果进行总结,发现大别山进变质和超高压变质峰期/退变质的锆石U-Pb年龄从南往北逐渐变新,南大别和中大别在215~ 225 Ma同时经历了高压榴辉岩相退变质作用,在191~195 Ma经历了绿片岩相变质作用。超高压变质岩的白云母和黑云母的 40Ar/39Ar年龄靠近郯庐断裂时偏年轻,可能受到郯庐断裂活动的影响。南大别和中大别变质峰期温压的等值线与花凉亭-弥 陀剪切带的走向斜交,反映了超高压变质岩的斜向折返。因此,南大别低温-超高压变质带在~236 Ma最先开始折返,之后 中大别和北大别依次发生快速折返,具有不同折返速率和折返角度的构造岩片通过韧性剪切带调节相对运动。     

苏鲁超高压变质岩中地震波速随围压的变化规律

我们在10~800MPa的静水压力下测量了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔岩心和采自苏鲁地区地表露头上的共68块典型超高压变质岩试样的地震波速,并建立了波速和围压的定量关系,成功地解释了描述这一定量关系方程中4个参数的物理意义。笔者相信,本文将为超高压变质岩地区以及新老俯冲带地震波资料的解释提供必不可少的理论和实验支撑。     

大别山五庙超高压变质岩的变形构造

含柯石英榴辉岩、高压片麻岩的五庙超高压变质岩与外围低压片麻岩以逆冲断层呈构造侵位关系,而在其内部榴辉岩与高压片麻岩为非构造接触,并且发育有榴辉岩相静态重结晶构造以及在纯剪应力状态下的前角闪岩相变形构造Ｄ１和在顶端指向ＮＮＷ运动的单剪应力状态下的角闪岩相变形构造Ｄ２。     

苏鲁造山带浅变质岩的成因及其大地构造意义

苏鲁造山带超高压变质带内部及其北缘,出露仅经过绿片岩相变质作用的浅变质岩系。通过对该浅变质岩的区域分布、地质特征及地球化学的综合研究,表明这些浅变质岩系与大别-苏鲁造山带大陆板块俯冲存在密切的成因关系,为扬子板块俯冲过程中被刮削下来的构造残片,构成大陆板块俯冲过程中形成的构造加积杂岩。在此基础上,厘定了苏鲁造山带的构造成因模型,并对苏鲁造山带的东延问题进行了讨论。     

The Lanshantou Kyanite-bearing Eclogite with Coesite Inclusions in the Sulu Ultrahigh-Pressure Metamorphic Belt and Its PTt Path

Coesite inclusions are found in kyanite from the Lanshantou eclogite in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt. This discovery extends the stable region of kyanite to over 2.4 GPa. As an important UHP metamorphic belt in China, the Sulu eclogite belt is the product of A-subduction induced by strong compression of the Yellow Sea terrane to the Jiaodong-northereastern Jiangsu terrane during the interaction of the Eurasian plate and Palaeo-Pacific plate in the Indosinian. It stretches about 350 km and contains over 1000 eclogite bodies. Most eclogites in this belt belong to Groups B and C in the classification of Coleman et al., and commonly contain kyanite, while the Lanshantou eclogite belongs to Group A and contains coesite. The MgO, CaO and FeO contents in garnet and pyroxene show regular variation from the core to the rim, which reveals the PTt paths of progressive metamorphism during the Early Mesozoic (240-200 Ma) and retrogressive metamorphism during the Late Mesozoic and Cenozoic exhum