大别-苏鲁区超高压(UHP)变质岩的多阶段构造折返过程

追溯和重塑超高压变质岩由100多千米地幔深度折返至上地壳及地表的过程,对理解会聚板块边缘及大陆碰撞带的运动学和动力学是极为重要的.主要依据构造学、岩石学、地球化学和可利用的地质年代学资料,结合区域多期变形分析,大别-苏鲁区超高压变质岩的折返过程至少可分解出4个大的阶段.块状榴辉岩记录了三叠纪(约250~230 Ma)大陆壳岩石的深俯冲/碰撞作用.超高压变质岩早期迅速折返发生于超高压峰期变质作用(P＞3.1~4.0 GPa,T≈800±50 ℃)之后,处于地幔深度和柯石英稳定域,相当于区域D₂变形期阶段.分别与区域变形期D₃、D₄和D₅对应的折返过程,以及后成合晶、冠状体等卸载不平衡结构发育和减压部分熔融作用2个中间性构造热事件,均发生在地壳层次. 网络状剪切带在折返过程的不同阶段和不同层次均有发育,标志着在超高压变质带内的变质和变形分解作用曾重复进行.着重指出,超高压变质岩的折返,主要是由大陆壳的深俯冲/碰撞和伸展作用控制的构造过程,且受到俯冲带内、带外诸多因素的约束,其中水流体就起关键作用.      

Helium Isotope Geochemistry of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Eclogites From the Dabie-Sulu Terrane in East China

The 3He/4He ratios of most eclogites from the Dabie-Sulu terrane range from 0.056 to 0.67 Ra; the data points fall into the mixing part of the crust and the mantle in the 3He-4He diagram. The 3He/4He ratios of eclogites are obviously correlated with the types of their surrounding rocks. The helium isotope composition of the eclogites from the Bixiling complex possesses characters of mantle-derived rocks with the 3He/4He ratio being 5.6 Ra. The 4He concentration of the eclogites exhibits visible inverse correlation with the δ18O value of the quartz in the eclogites from the Sulu area. The δ18O values of the eclogites change synchronously with those of the country rocks. Those results suggest that protoliths of the eclogites were basic-ultrabasic rock bodies or veins intruding into the continental crust in the early stage; strong exchange and hybridization between the basic-ultrabasic rocks and continental rocks and the atmospheric water during the intrusion led to abrupt increase of the 3He/4He ratios,     

大别—苏鲁超高压变质带内的块状榴辉岩及其构造意义

大别—苏鲁超高压(> 27× 108Pa) 变质带内的榴辉岩, 在大陆深俯冲、碰撞和折返剥露过程中, 大都遭受了强烈的变形和变质作用的重置与再造.但是, 大型榴辉岩体核部以及包裹于大理岩和石榴橄榄岩体内部的块状榴辉岩, 往往保留其初始简单的矿物组合、中-细粒状变晶结构和块状构造.详细地分析了块状榴辉岩的几何学、岩相学及变质作用特征, 指出它们是超高压榴辉岩递进及多期变质变形分解作用的残留体, 位于尺度不同的弱应变域内, 是大陆深俯冲及碰撞作用的真正记录.      

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。     

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.      

北苏鲁超高压变质岩锆石中的矿物包体

北苏鲁莒南—岚山头—日照—桃行—仰口—荣成—威海一带榴辉岩的围岩经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压矿物组合已完全被后期退变矿物组合所取代。锆石微区阴极发光图像和矿物包体激光拉曼测试研究结果表明,132件不同类型岩石(包括榴辉岩、斜长角闪岩、正片麻岩、副片麻岩、大理岩、蓝晶石英岩、云母片岩和钙镁硅酸盐类变质岩等)锆石中,普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体。此外,在南苏鲁东海及其邻区的地表露头和一系列钻孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的超高压矿物包体。该项研究成果表明,在苏鲁地体由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的陆壳岩石(约320km×20km×5km)曾发生过巨量物质深俯冲—超高压变质的壮观地质事件。     

Partial Melting Processes During Exhumation of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks in Dabieshan, China

INTRODUCTIONUptonowthereisinagreementonthetectonic-dynamicbackgroundoftheformationofUHPmetamorphicrocks,i.e.,theUHPMrocksareproductsofobliquecollisionbe-tweentheYangtzeandSinokoreancratonsinIndosinianstage(Jahn,1998lWangandCong,l998,1996;Lietal.,l997,l996iHackeretal.,l996ILiouet.al.,l9961Okay;Sen-gor,l993,CongandWang,l994;Sengor,1993).Buthowthesemetamorphicrocksareformedatmantledepthexhumedbacktothesurfacesorapidlyisstillastandingproblem-TheexhumationofUHPMrocksisacomplextectoni…     

大别山超高压变质岩的显微构造与有效黏度

超高压变质岩提供了研究大陆俯冲隧道中岩石的变形机制和流变差异性的窗口。文章使用电子背散射衍射技术分析了大别山超高压变质带的榴辉岩和长英质片麻岩的显微构造。榴辉岩中的石榴子石基本呈无序分布,绿辉石发育较强烈的晶格优选定向,[001]轴的极密平行或近平行于拉伸线理,(100)面的法线近垂直于面理,退变榴辉岩中角闪石的(100)[001]组构可能继承了绿辉石的晶格优选定向。退变榴辉岩和长英质片麻岩中的石英记录了(0001)低温底面滑移和{1010}中温 柱面滑移,反映了超高压变质岩折返到中地壳的韧性变形;而斜长石的(001)<110>和(010)[100]组构形成于折返到下地壳的角闪岩相变质条件（>600℃）。根据主要矿物的流变律计算了俯冲与折返过程中无水矿物的有效黏度变化。俯冲过程中,钠长石=硬玉+石英的分解反应以及石英-柯石英相变导致长英质片麻岩的有效黏度和密度都显著增高,有利于陆壳深俯冲。但是折返过程中由于温度较高,这两个反应带来的有效黏度变化较小。>80 km深度,石榴子石的流变强度>硬玉>绿辉 石>柯石英,俯冲上地壳的流变由柯石英和硬玉控制,下地壳的流变由绿辉石和石榴子石控制。超高压变质岩流变强度的差异有助于上—下地壳力学解耦,使相对低密度、低黏度的上地壳物质在俯冲隧道内快速折返。     

利用超高压变质岩的P波速度估算地下岩石的热导率

岩石热导率是了解地球内部热传导过程的重要参数之一, 但热导率的测量在室内和野外都比较复杂.如何利用容易获得的岩石物理参数(如超声波速度) 来估算岩石的热导率就显得非常重要.通过对中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔655件样品热导率和超声波速度的相关分析, 把样品分为新鲜榴辉岩、退变质榴辉岩、副片麻岩和正片麻岩4类, 并分别建立了利用岩石P波速度估算热导率的计算方程.回归计算表明, 榴辉岩热导率和P波速度之间的相关性较大, 相关系数在0.7左右, 片麻岩显示的相关系数比较小, 在0.4~0.5之间.鉴于样本数量较大, 这种结果足以表明热导率和P波速度之间可以用给定的线性关系来表达.为了检验获得的方程, 在CCSD主孔中选取典型的岩性单元, 利用测得的P波速度估算相应的热导率, 结果显示估算值和实测热导率平均值非常接近, 表明利用P波估算岩石热导率的方程是可行和实用的, 为本区和相似地区大地热流和热结构计算提供了热导率的计算方法和依据, 因而具有重要的岩石物理学和地球物理意义.      

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。     

Elastic and Seismic Properties of Dabie-Sulu Ultrahigh Pressure Metamorphic Rocks

Lamé modulus (λ) and shear modulus (μ) are among the most important,intrinsic,elastic constants of rocks.Using λ and μ could be much more advantageous than using P- and S-wave velocities (Vp and Vs).He...     

北苏鲁威海地区伟晶岩的形成过程及其与超高压岩石深熔作用的成因关系

在北苏鲁超高压变质带的威海地区,普遍发育与含黑云母正片麻岩深熔作用存在密切成因关系的伟晶岩,它们主要以规模不一的脉体、无根不规则的透镜体赋存于超高压的含黑云母正片麻岩中.锆石中矿物包体的激光拉曼鉴定、锆石阴极发光图像分析、不同性质锆石微区U-Pb定年以及锆石原位微量元素和Lu-Hf同位素测试等综合研究结果表明,伟晶岩 (WH19) 中的锆石成因相对复杂,可划分为两种类型:第一类具有强发光效应 (白色) 的继承性岩浆结晶锆石的核 (Ic)、强发光效应 (灰白色) 新生岩浆结晶锆石的幔 (m) 和相对弱发光效应 (黑色) 的岩浆结晶锆石的边 (r);第二类具有强发光效应 (灰白色) 新生岩浆结晶锆石的核 (c) 和相对弱发光效应 (黑色) 的岩浆结晶锆石的边 (r).其中继承性岩浆结晶锆石核部 (Ic) 的矿物包体为Qtz + Kfs + Pl + Ap,与围岩含黑云母正片麻岩的基质矿物组合十分相似.继承性岩浆结晶锆石核部 (Ic) 记录的~(206)Pb/~(238)U年龄为769～228 Ma, 所组成的不一致线的上交点年龄为788±21 Ma,下交点年龄为225±20 Ma,这两组年龄分别与围岩含黑云母正片麻岩的原岩形成时代和超高压变质时代完全一致,表明该类继承性岩浆锆石来源于围岩含黑云母正片麻岩.新生岩浆结晶锆石的核部 (c) 和幔部 (m) 的矿物包体为Qtz + Kfs + Ap,与伟晶岩的基质矿物组合相似,记录的~(206)Pb/~(238)U年龄为223～217 Ma, 谐和年龄为219.5±1.4 Ma,应代表伟晶质岩浆的形成年龄或新生岩浆的初始结晶年龄.这组年龄比含黑云母正片麻岩的超高压年龄偏新,表明深熔作用应滞后于苏鲁地体超高压变质时代,更有可能发生于构造折返麻粒岩相升温减压退变质阶段.新生岩浆结晶锆石的边部 (r) 矿物包体相对较少,记录的~(206)Pb/~(238)U年龄为217～211 Ma, 谐和年龄为214.6±1.7 Ma,应代表伟晶质岩浆结晶结束的时代.继承性岩浆结晶锆石 (Ic) 的176Lu/177Hf = 0.00031～0.00360,~(176)Hf/~(177)Hf(t) = 0.282051 ～0.282348,εHf(t) = -8.3～2.4,T_(DM2) = 1.43～2.02 Ga,与围岩含黑云母正片麻岩中岩浆结晶锆石的Lu-Hf同位素特征完全一致,这进一步充分证明了新元古代含黑云母正片麻岩是深熔作用形成的伟晶质岩浆的母岩.麻粒岩相退变质阶段形成的新的岩浆结晶锆石的核部 (c) 和幔部 (m) 与继承性岩浆结晶锆石的Hf同位素特征存在明显差异,176Lu/177Hf = 0.00031～0.00099,~(176)Hf/~(177)Hf(t) = 0.282175～0.282225,εHf(t) = -16.7～-14.9,T_(DM2) = 1.91～2.0 Ga,表明在麻粒岩相退变质阶段,围岩含黑云母花岗岩的深熔作用是在开放体系条件下进行的.与新生岩浆结晶锆石核部 (c) 和幔部 (m) 对比,新生岩浆结晶锆石的边部 (r) 具有偏低的~(176)Hf/~(177)Hf(t)、εHf(t) 和更加离散的176Lu/177Hf(t) 值,176Lu/177Hf(t) = 0.00059～0.00288,~(176)Hf/~(177)Hf(t) = 0.282110～0.282168,εHf(t) = -20.6～-17.3,T_(DM2) = 2.03～2.21 Ma,表明伟晶质岩浆在临近结晶结束时仍然处在一个相对开放的体系条件.     

超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制

了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.      

粤北澜河变质岩的地球化学特征及其地质意义

粤北澜河变质岩主要由黑云母变粒岩和白云母绿泥片岩组成。根据主要元素、微量元素与稀土元素组成以及在各种相关判别图解上的投影,黑云母变粒岩的原岩为砂质岩,白云母绿泥片岩的原岩为泥质岩,它们主要是在被动大陆边缘的沉积环境中形成。根据黑云母变粒岩中单颗粒碎屑锆石最小U—Pb年龄为725Ma以及加里东期或早于加里东期变质的事实,原岩的沉积时间为早古生代。澜河变质岩的Sm—Nd同位素组成表明,它们的物源区为古元古代地壳,形成过程中没有年轻地壳物质加入。     

大别-苏鲁超高压变质带榴辉岩部分熔融的证据——微量元素和铅同位素

俯冲玄武质洋壳的部分熔融作用是一种重要的大陆生长作用，但是陆壳物质在俯冲过程中能否发生部分熔融缺少直接的证据。笔者利用已有的微量元素分配系数，讨论了岛弧玄武岩在脱水和部分熔融2种过程中微量元素行为和铅同位素演化的差异。Pb在2种过程中都属于不相容元素，但在脱水过程中其不相容性明显高于Rb、Ba、Th、U，而在熔融过程中则低于上述元素，在ω(Rb)/ω(Pb)-ω(Rb)、ω（Ba)/ω(Pb)-ω(Ba)、ω（Th)/ω(Pb)-ω(Th)、ω（U）／ω(Pb)-ω(U)相关图上2种过程的演化方向差别明显。此外，Pb和Th、U的相容性的差异也使得石榴石和绿辉石的单矿物铅同位素在2种过程中明显不同。在此基础上，结合大别－苏鲁榴辉岩的实测数据，认为大别－苏鲁榴辉岩可能部分是岛弧玄武岩部分熔融后的残余体，部分为单纯脱水的产物。大陆玄武质岩石在俯冲过程中也可能发生部分熔融作用。     

大别山高压、超高压变质岩结构构造的演化规律(PTt-D轨迹)

根据大别山高压、超高压变质岩的中尺度-显微构造分析及PTt研究,建立它们的结构和构造随变质作用（前榴辉岩相、超高压变质峰期、前角闪岩相和角闪岩相）有序演化的PTt-D轨迹。这一演化主要包括：在岩石的矿物结构方面从石榴石静态重结晶结构到柯石英假像及放射状张裂隙构造;在岩石组构方面从L>S到L-S和S>L榴辉岩;以及在中尺度构造方面发育的D1和D2变形构造。该PTt-D轨迹同时可以提供有关高压、超高压变质岩折返模式的信息。     

新疆新源县城南石炭纪火山岩岩石学和元素地球化学研究

新疆新源县南部那拉提山北坡出露的石炭纪火山岩主要由玄武岩、玄武质粗面安山岩、粗面安山岩、安山岩、流纹岩和火山碎屑岩组成。该火山岩中玄武岩属于钙碱性系列,安山质岩石和流纹岩属于高钾钙碱性系列,其中轻稀土轻微富集而重稀土相对亏损,玄武岩富集大离子亲石元素、U、Th和Pb,亏损高场强元素。研究表明,该火山岩岩浆可能是由俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔后,地幔楔发生部分熔融的结果。微量元素模拟计算表明,该玄武岩岩浆可以由石榴石二辉橄榄岩经3％～6％的部分熔融得到;安山质岩浆可由玄武岩岩浆经15％-28％的分离结晶形成。     

Sm/Nd,Rb/Sr,and 40Ar/39Ar Isotopic Systematics of the Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks in the Dabie-Sulu Belt,Central China: A Retrospective View

Because of a complicated metamorphic history, the isotopic systematics of the ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic rocks in the Dabie-Sulu belt, east China, appear to be rather different from what were expected. Depending on the degree of retrograde metamorphism and on the retentivity of isotopes, the radiogenic isotopic systematics in the UHP metamorphic rocks yielded a wide range of radiometric ages. Some of these ages are geologically meaningful, but others may not be. In some fine-grained UHP metamorphic rocks, Sm/Nd isotopic systematics appear to be in equilibrium among the UHP phases, showing the best estimate for the age of peak metamorphism at 226 ± 3 Ma. On the other hand, retrograde overprinting often makes the interpretation of isotopic data more difficult. It is common to find that the Sm/Nd and Rb/Sr isotopic systematics among the UHP phases and retrograde phases are not in equilibrium. Regression of isotopic data involving both UHP and retrograde minerals in isotopic correlation diagrams often yields geologically meaningless ages. Although ⁴⁰Ar/³⁹Ar dating of UHP metamorphic rocks has been reported not to be very helpful in establishing the thermal history because of the presence of excess argon, a good correlation between excess argon and rock type in the Dabie-Sulu belt would provide a criterion in identifying the possible sources of excess argon. By taking all the possible effects into consideration, a T-t path with two rapid cooling stages for UHP metamorphic rocks from the Dabie-Sulu belt can be postulated. An initial rapid cooling stage in the period from 226 to 219 Ma may have resulted from rapid exhumation of UHP metamorphic rocks immediately after the peak metamorphism. The second rapid cooling stage, from 450°C to 300°C, may have been caused by the exhumation of the entire terrane, including UHP metamorphic units and their host gneisses, during the period from 180 to 167 Ma.     

大别-苏鲁超高压和高压变质带构造演化

大别—苏鲁是世界上超高压 (UHP) ( >2 .7GPa)和高压 (HP)变质岩石出露最为广泛的地区。通过区域研究 ,尤其是在选择的 30多个关键位置上不同尺度构造记录的深入观察 ,结合已有的可利用的变质、热事件及同位素年代学资料分析 ,揭示出它们曾遭受过一个复杂的从深俯冲到折返构造演化历程 ,识别出 5个主要的构造变质事件 :( 1)由块状榴辉岩中发育的微弱面理和线理所代表的第 1期变形变质事件 (D1) ;( 2 )面状榴辉岩中发育的含拉伸线理的透入性主面理、中小型鞘状褶皱及网络状韧性剪切带 ,代表第 2期构造变质事件 (D2 ) ;( 3)第 3期变形事件主体发生于麻粒岩 /角闪岩相后成合晶形成之后 ,主要构造记录是区域性陡倾斜面理及不均一置换的成分层、榴辉岩透镜体及布丁群、面理内褶皱、网状韧性剪切带系统以及减压部分熔融作用形成的混合岩和含榴花岗质岩石组构 ;( 4)区域性的碰撞期后地壳韧性薄化及剪张作用 (D4)形成缓倾斜角闪岩相主面理及线理、穹状及弧形构造和多层韧性拆离带 ,它们主导了现今观察到的大别—苏鲁超高压和高压变质带的区域构造几何图像 ;( 5 )第 5期构造热事件 (D5)表现为不均一断块抬升、红色沉积盆地发育及大规模的岩体和岩脉就位 ,代表造山晚期的构造揭顶及坍陷作用 ,该期构造控制着造山带