内蒙古固阳朱拉沟基性麻粒岩T—P轨迹

本文通过对内蒙古朱拉沟基性麻粒岩的岩石学、矿物学及温度、压力等研究,建立了基性麻粒岩形成所经历的P-T轨迹,解释了基性麻粒岩形成的大地构造环境。     

中国显生宙造山带麻粒岩相高级变质岩石的地质特征、变质时代、P-T轨迹及其形成的大地构造背景

本文重点介绍我国显生宙造山带中麻粒岩的地质特征、岩石类型、P-T轨迹、变质时代及其形成的大地构造背景。我国显生宙造山带主要包括阿尔泰造山带、南天山-西南天山造山带、西昆仑造山带、东昆仑造山带、阿尔金-柴北缘造山带、北秦岭造山带、南秦岭勉略造山带、东秦岭-桐柏-大别造山带、班公湖-怒江造山带和喜马拉雅中东段造山带。这些造山带中麻粒岩的围岩有许多为蛇绿岩套或蛇绿混杂岩带,部分为副片麻岩和花岗质片麻岩,并一起经历了麻粒岩相变质改造,造山带中大多出现一种高压麻粒岩,有的与榴辉岩并存,但少数造山带中(例如阿尔泰造山带)多种压力类型麻粒岩并存,既有低-高压泥质麻粒岩、中低压基性麻粒岩、高压基性和长英质麻粒岩,又有高温-超高温泥质麻粒岩。变质时代除个别为新元古代晚期外,变质时间多为加里东、海西、印支、燕山、喜山期。麻粒岩的P-T轨迹除西天山木札尔特河低压麻粒岩具逆时针轨迹,反映大陆弧构造环境外,其它都是具有等温降压(ITC)特点的顺时针轨迹,形成的大地构造环境大部分为洋陆俯冲碰撞环境,少部分为陆-陆碰撞环境。目前显生宙造山带中麻粒岩的研究大多数尚在起步阶段,少数研究较详细,不少造山带中麻粒岩的类型和变质时代以及形成的构造背景还不清楚,有待深入研究,新的麻粒岩产地有待发现。     

西藏拉萨地体北部的前寒武纪高压变质作用及构造意义

高压基性麻粒岩以石榴石-单斜辉石-斜长石-石英共生为特征,是研究大洋或大陆地壳俯冲-碰撞的最好载体之一.西藏拉萨地体北部高压基性麻粒岩以构造块体的形式出现在早古生代沉积岩中.高压麻粒岩的原岩是辉长岩,它经历了四期变质作用,从早到晚分别是:角闪岩相变质(0.9～1.0GPa和710～720℃)、高压麻粒岩相峰期(1.55～1.65GPa和730～740℃)、麻粒岩相(0.82GPa和821℃)和角闪岩相退变质(0.60～0.68GPa和520～540℃)作用.整个变质作用的P-T轨迹是顺时针型的,包括一个近等压降温的早期角闪岩相变质过程,近等温升压的晚期进变质过程,以及加温降压的早期退变质过程和降温降压的晚期退变质过程.这表明,高压基性麻粒岩形成在较高地热梯度条件下,并且经历了加热变质过程.因此,纳木错高压基性麻粒岩并不是形成在典型的洋壳俯冲带构造环境,洋中脊俯冲和地幔柱作用是其成因的可能构造控制因素.     

西藏同卡地区高压麻粒岩的发现、PT轨迹及其大地构造意义

在班公湖-怒江缝合带的同卡地区发现了高压麻粒岩,它经历了至少两期变质作用,即高压麻粒岩相和退变质角闪岩相变质作用。峰期高压麻粒岩相矿物组合为:石榴石-单斜辉石-斜长石,退变质角闪岩相矿物组合:角闪石-斜长石。地质温压计的计算结果表明高压麻粒岩相的温压条件为600～750℃,11.0～13.0kb;退变质角闪岩相的温压条件为500～600℃,6.0kb左右,高压麻粒岩具有顺时针退变质的P-T轨迹特点。     

冀东地区新太古代麻粒岩相变质作用及其大地构造意义

冀东地区的早前寒武纪基底保留有太古宙克拉通普遍发育的"穹窿-龙骨构造",如卢龙-双山子表壳岩系呈近南北向带状分布于以TTG片麻岩为主构成的太平寨卵形构造域、迁安片麻岩穹窿和安子岭片麻岩穹窿之间,洒河桥线性构造带呈北东向切割太古宙构造线分布。在太平寨卵形域和洒河桥线性带中常见有零散分布的麻粒岩相表壳岩块体和古元古代变质基性岩墙。表壳岩块体包括基性和泥砂质麻粒岩和BIF型铁矿等,变质基性岩墙也发育高压麻粒岩相组合,变质锆石年龄为～1.81Ga。本文总结了近年来对该区麻粒岩的研究进展。太平寨卵形域中的基性麻粒岩以中粒二辉麻粒岩为主,有些样品的角闪石周围出现叠加变质形成的微粒矿物组合,个别样品见辉石周围发育石榴石冠状体,形成‘红眼圈’结构;利用稀土元素温度计确定二辉麻粒岩的峰期达到了～1000℃的超高温条件,麻粒岩中的锆石仅记录新太古代末期变质年龄(～2.50Ga),与周围TTG质岩石的结晶时间近于相同。洒河桥线性带中的基性麻粒岩以细粒高压麻粒岩组合为主,偶见中粒二辉麻粒岩残留,其峰期P-T条件分别为800～860℃/1.0～1.2GPa和950～1070℃/1.0GPa;麻粒岩中锆石主体记录新太古代末期变质年龄,但出现少量古元古代变质锆石(1.97～1.83Ga),石榴石-全岩Lu-Hf等时线年龄为1.77～1.78Ga。由此推测太平寨和洒河桥地区都经历了新太古代末期超高温麻粒岩相变质作用,又在古元古代晚期遭受了高压麻粒岩相差异性叠加,太平寨地区受叠加较弱,仍然保留太古宙的卵形构造,而洒河桥一带受叠加较强,形成了线性变形带。太平寨卵形域的泥砂质麻粒岩可识别出4阶段的变质矿物组合:包括包体组合、峰期组合、固相线(或最后)组合以及叠加组合。相平衡模拟表明固相线组合的P-T条件为870～890℃/～0.7GPa,峰期组合可达到1000℃/1.1GPa,石榴石中富钙斜长石包体指示麻粒岩早期经历了低压高温变质阶段。由此构建麻粒岩P-T轨迹为逆时针型,包括3个阶段:低压加热至超高温(AG-I),近等温升压至压力峰期(～1.1GPa)(AG-II),和峰后降压降温至固相线(AG-IIIa)以及在亚固相线下的降温降压过程(AG-IIIb)。锆石定年表明泥砂质麻粒岩原岩沉积年龄稍早于2.50Ga,变质年龄为2.48～2.50Ga。泥砂质麻粒岩的峰期变质条件和时代均与二辉麻粒岩一致,叠加组合的P-T条件与高压麻粒岩相似,反映泥砂质麻粒岩也受到了古元古代晚期变质作用影响。依据太平寨麻粒岩的逆时针型P-T轨迹,推测麻粒岩相变质作用包括如下构造过程:(i)AG-I指示表壳岩层受到后续地幔极高温岩浆喷发被埋深加热,或者受到下部TTG质岩浆海的加热过程;(ii)AG-II指示被加热的岩石(总伴有BIF铁矿层)被破碎并在在密度驱动下沉入岩浆海深部,达到下地壳深度;(iii)AG-IIIa/b对应沉入岩浆海深部的岩石伴随穹窿上升发生减压冷却的过程。很多地质观测和数值模拟研究表明太古宙克拉通的形成受太古宙特有的垂直构造体制控制,与太古代之后线性造山带的构造体制完全不同。     

新疆西南天山木扎尔特一带低压麻粒岩相变质作用P-T轨迹及其地质意义

本文首次报道在新疆西南天山木扎尔特一带发现了二辉石麻粒岩和麻粒岩相变质的堇青石榴矽线石片麻岩。二辉石麻粒岩的矿物组合为单斜辉石-斜方辉石-黑云母-角闪石-斜长石-石英。堇青石榴矽线石片麻岩矿物组合为堇青石-矽线石-石榴石-黑云母-斜长石-石英。岩石学和矿物学特征表明它们是典型的低压麻粒岩相变质岩石，其变质作用经历了两期演化：a．峰期麻粒岩相变质，T=681～705℃，P=5．4～5．8kbar；b．峰后角闪岩相退变阶段，T：571～637℃．P=4．7～5．3kbar。其变质作用P-T轨迹具有逆时针近等压降温(IBC)的特点，代表该地区可能为塔里木板块向伊犁．中天山板块俯冲过程中，在陆壳一侧所产生的陆源岩浆弧区域，由于受到下部岩浆热源的影响，在拉伸环境下出现低压麻粒岩相变质。通过分析低压麻粒岩相岩石与其南部高压一超高压变质带的大地构造位置和年代关系，我们认为该地区的低压麻粒岩相变质岩石可能与其南部的西天山高压一超高压变质带组成了双变质带。     

胶北地区早前寒武纪孔兹岩系的变质演化

在胶北地区出露大面积早前寒武纪孔兹岩,主体岩石为富铝片岩-片麻岩,夹有大理岩等变沉积岩。岩相学、成因矿物学和变质反应性质的研究以及温压条件估算结果表明,研究区孔兹岩系经历了四个阶段的变质演化。早期进变质阶段(M1)的矿物组合为石榴石及其内部的黑云母+斜长石+石英;峰期中-高压麻粒岩相变质阶段(M2)的矿物组合以含蓝晶石的麻粒岩相矿物组合为标志,该阶段最高的温压条件可达760℃、10.0kb;峰后近等温减压麻粒岩相退变质阶段(M3)发生一系列典型减压反应,以新生堇青石的出现为标志,形成了含堇青石的中-低压麻粒岩相矿物组合,稳定的温压条件为750～800℃、4.0～5.4kb;晚期降温退变质阶段(M4)以石榴石转变形成细小黑云母等退变矿物为特征,该阶段的温压条件为550～650℃、4.0kb。孔兹岩系变质演化P-T轨迹具有顺时针型式,先后经历了近等温减压(ITD)和近等压冷却(IBC)的P-T演化,标志着胶北地区早前寒武纪孔兹岩系曾经历了地壳加厚-构造隆升的动力学过程。     

大陆碰撞造山带的流体成分与演化:东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群高压麻粒岩的流体包裹体研究

位于喜马拉雅东构造结的南迦巴瓦岩群经历了高压麻粒岩相、中压麻粒岩相和角闪岩相三期变质作用.在高压麻粒岩中含有复杂的流体包裹体类型,按照捕获先后顺序有:H2O-CO2±CH4包裹体(Ⅰ型);CO2±CH4±N2包裹体(Ⅱ型);高盐度多相包裹体(Ш型);中.低盐度H2O包裹体(Ⅳ型)和极低密度气体包裹体或"空"包裹体(Ⅴ型).在基性麻粒岩中,被石榴石包裹石英中孤立分布的H2O-CO2 4-CH4包裹体,以及部分沿石榴石晶内裂隙分布的H2-CO2±CH4和H2O包裹体轨迹未穿过围绕石榴石的辉石 斜长石后成合晶冠状体,表明它们有可能是在麻粒岩相变质阶段捕获的.然而,所有流体包裹体的等容线均从麻粒岩相变质峰期P-T区间下方通过,说明麻粒岩相变质峰期捕获的包裹体均受到了不同程度的改造,包括部分爆裂、渗漏和流体-矿物相互作用等.现存的富CO2流体包裹体均具有较低密度,并且往往含有明显数量CH4和N2组分,不可能是麻粒岩相变质峰期捕获的包裹体.根据富CO2包裹体与具有不同相比的H2-CO2包裹体共存推测,大部分CO2包裹体是通过H2O-CO2包裹体中H2O的选择性泄漏而形成的.Ⅲ型高盐度盐水包裹体很可能是角闪岩相退变质过程中捕获的,因其等容线与退变质轨迹近于平行,这些包裹体很可能保存了其在角闪岩相阶段捕获时的原生物理化学特征.沿矿物颗粒裂隙分布的大量Ⅳ型和Ⅴ型包裹体,应该是角闪岩相或更晚期形成的次生包裹体,代表了浅成(近地表)环境的循环流体.与世界许多地区麻粒岩相岩石普遍舍高密度纯CO2流体包裹体不同,南迦巴瓦岩群高压麻粒岩以富含H2O-CO4±CH4和H2O包裹体为特征,这可能与高压麻粒岩与高温麻粒岩产出于不同的构造环境和经历的退变质轨迹有关.     

华北克拉通基底主要构造单元变质作用演化及其若干问题讨论

华北克拉通基底可分为三个太古宙微陆块(东部陆块、阴山陆块和鄂尔多斯陆块)和三个早元古宙活动带(孔兹岩带、华北中部带和胶-辽-吉带).这些构造单元具有不同的变质作用时间和P-T演化特征.东部陆块和阴山陆块晚太古宙基底岩系的变质作用发生在～2.5Ga,变质演化以等压冷却(IBC)逆时针P-T轨迹为特征,反映变质作用的成因与大规模地幔岩浆底侵有关.孔兹岩带主期变质作用发生在～1.95Ga,变质演化以近等温减压(ITD)顺时针P-T轨迹为特征,反映阴山陆块与鄂尔多斯陆块碰撞形成西部陆块的热构造过程.华北中部带变质作用发生在～1.85Ga,变质演化同样以近等温减压(ITD)顺时针P-T轨迹为特征,反映了西部陆块和东部陆块最终碰撞形成统一的华北克拉通基底的构造过程.早元古宙胶-辽-吉带变质作用表现‘双变质带'特征:西北带的北辽河群、老岭群和粉子山群的变质作用以中压顺时针P-T轨迹为特征,而东南带的南辽河群、吉安群和荆山群的变质作用以低压逆时针P-T演化为特征.华北克拉通基底变质作用演化地质图能更好地反映上述不同构造单元的变质作用演化特征.尽管岩浆弧、大陆裂谷和地幔柱模式都能解释东部陆块晚太古宙基底变质作用所具有的近等压冷却(IBC)逆时针P-T演化特征,地幔柱模式能够更合理解释东部陆块所存在的宽达800千米而时代近于相同的晚太古代火成岩带、大量科马提质超镁铁质岩石和双峰式火山岩、广泛发育的穹窿构造等.华北克拉通变质基底中具有石榴石-单斜辉石-斜长石-石英组合的高压基性麻粒岩和具有蓝晶石-钾长石组合的高压泥质麻粒岩的出露只局限在早元古宙华北中部带的北段和胶-辽-吉带的南端;这些高压麻粒岩形成在俯冲和陆-陆碰撞的构造环境中.西部陆块孔兹岩带含假蓝宝石麻粒岩是碰撞后(～1.92Ga)拉伸引发地幔岩浆底侵导致局部地带发生超高温(UHT)变质作用的产物.     

琼中麻粒岩的成因及地质意义

对琼中前寒武纪高级变质杂岩中的麻粒岩进行了较系统的岩石学和矿物学研究,并利用不同的矿物温压计估算了麻粒岩形成的温压条件。结果表明,本区麻粒岩形成于高温低压(低p/T)环境,属于典型的低压麻粒岩,其峰期变质温度为824±15℃,压力小于0.5GPa,晚期岩石发生了退变冷却,终止温度为705℃左右,压力与峰期时的压力相近;麻粒岩相变质作用具有顺时针的p-T轨迹,早期可能经历了一个缓慢降压升温的过程,峰期之后的退变则表现出近等压冷却(IBC)的特点。结合岩石变形作用较弱的特点及区域大地构造背景,认为琼中低压麻粒岩形成于陆缘拉张环境,其可能的机制是,由于地壳拉伸减薄,导致软流圈减压上隆产生岩浆,上覆地壳岩石(包括已经结晶的岩浆)受到下部岩浆热源的影响而发生进变质,随后受拉伸扰动的地热梯度向正常地热梯度恢复,从而形成具有降压升温过程和IBC过程的顺时针p-T轨迹。     

有效全岩成分的计算方法及其在变质相平衡模拟中的应用

变质相平衡模拟是变质岩领域近几十年最重要的进展之一，它已经成为确定变质作用P-T-t轨迹和探索变质演化过程的有力工具。变质岩的矿物组合不但与其形成的温度（T）和压力（P）条件有关，而且受控于岩石的全岩成分（X）。但是变质岩通常是不均匀的并且往往保留两期以上的矿物组合，因此计算不同成分域或不同变质演化期次的有效全岩成分是模拟P-T视剖面图的核心问题之一。在中-低温变质岩中，石榴石变斑晶的生长会不断地将其核部成分"冻结"而不参与后续变质反应，这导致根据实测全岩成分计算的P-T视剖面图无法有效地模拟石榴石幔部或边部生长阶段的变质演化过程。"瑞利分馏法"和"球体积法"利用电子探针实测的石榴石成分环带可以模拟计算石榴石各个生长阶段所对应的有效全岩成分，本文推荐使用这两个方法来处理石榴石变斑晶的分馏效应问题。相比较而言，石榴石在高温变质岩中通常无法保留生长阶段的成分环带特征，这是因为石榴石成分在高温条件下会发生扩散再平衡，并同时与多数基质矿物达到热力学平衡，这时一般不需要考虑石榴石的分馏效应。但是高温变质岩通常会发生部分熔融并伴随熔体的迁移，进而改变岩石的有效全岩成分。因此，通过P-T视剖面图模拟熔体迁移前后的变质演化过程需要使用"相平衡法"计算迁移的熔体成分以及熔体迁移前后岩石的有效全岩成分。此外，后成合晶与反应边是变质岩中最常见的退变质反应结构，但是后成合晶或反应边中的矿物之间并未达到热力学平衡。这种情况需要结合岩相学观察和矿物成分，利用最小二乘法确定后成合晶或反应边中发生的平衡反应方程式，进而获取变质反应发生时的有效全岩成分并通过计算P-T视剖面图来估算退变质的温压条件。除此之外，岩石体系中三价铁（Fe₂O₃）和H₂O含量的估算一直以来都是相平衡模拟研究中的难点，本文推荐使用P/T-X（Fe³⁺/Fe^tot，MH₂O）视剖面图来确定这两个组分的含量，这是因为P/T-X图可以估算各个变质演化阶段或特定矿物组合的Fe₂O₃或H₂O含量。     

Pan-African decompressional P-T path recorded by granulites from central Dronning Maud Land, Antarctica

A high-grade metamorphic complex is exposed in Filchnerfjella (6–8°E), central Dronning Maud Land. The metamorphic evolution of the complex has been recovered through a study of textural relationships, conventional geothermobarometry and pseudosection modelling. Relicts of an early, high-P assemblage are preserved within low-strain mafic pods. Subsequent granulite facies metamorphism resulted in formation of orthopyroxene in rocks of mafic, intermediate to felsic compositions, whereas spinel + quartz were part of the peak assemblage in pelitic gneisses. Peak conditions were attained at temperatures between 850–885 °C and 0.55–0.70 GPa. Reaction textures, including the replacement of amphibole and garnet by symplectites of orthopyroxene + plagioclase and partial replacement of garnet + sillimanite + spinel bearing assemblages by cordierite, indicate that the granulite facies metamorphism was accompanied and followed by decompression. The observed assemblages define a clock-wise P-T path including near-isothermal decompression. During decompression, localized melting led to formation of post-kinematic cordierite-melt assemblages, whereas mafic rocks contain melt patches with euhedral orthopyroxene. The granulite facies metamorphism, decompression and partial crustal melting occurred during the Cambrian Pan-African tectonothermal event.     

Phase equilibria modelling of kyanite‐bearing anatectic paragneisses from the central Grenville Province

Kyanite‐bearing paragneisses from the Manicouagan Imbricate Zone and its footwall (high‐P belt of the central Grenville Province) preserve evidence of partial melting with development of metamorphic textures involving biotite–garnet ± kyanite ± plagioclase ± K‐feldspar–quartz. Garnet in these rocks displays a variety of zoning patterns with respect to Ca. Pseudosection modelling in the Na₂O–CaO–K₂O–FeO–MgO–Al₂O₃–SiO₂–H₂O–TiO₂–O (NCKFMASHTO) system using measured bulk rock compositions accounts for the textural evolution of two aluminous and two sub‐aluminous samples from the presumed thermal peak to conditions at which retained melt solidified. The prograde features are best explained by pseudosections calculated with compositions to account for melt loss. The intersection of isopleths of grossular content and Fe/(Fe + Mg) relating to large porphyroblasts of garnet provide constraints on the P–T conditions of the metamorphic peak. These P–T estimates are considered to be minima because of the potential for diffusional modification of the composition of garnet at high‐T and during the early stages of cooling. However, they are consistent with textural observations and pseudosection topology, with peak assemblages best preserved in rocks for which the calculated pseudosections predict only small changes in mineral proportions in the P–T interval, in which retrograde reactions are inferred to have occurred between the thermal peak and the solidus. Maximum P–T conditions (14.5–15.5 kbar and 840–890 °C) and steep retrograde P–T paths inferred for rocks from the Manicouagan Imbricate Zone are comparable with those determined for mafic rocks from the same area. In contrast, maximum P–T conditions of 12.5–13 kbar and 815–830 °C and flatter P–T paths are inferred for the rocks of the footwall to the Manicouagan Imbricate Zone. The general consistency between textures, mineral compositions and the topologies of the calculated pseudosections suggests that the pseudosection approach is an appropriate tool for inferring the P–T evolution of high‐P anatectic quartzo‐feldspathic rocks.     

变质地质学研究中的一些困难问题

变质地质学研究中,首先需要准确判明变质过程是属于多期或单期、多峰或单峰变质作用。研究中应该对同一研究区不同类型的变质岩石开展综合研究,查明各种变质反应结构,以期对变质反应结构的解释尽可能准确,并对变质反应进行定量论证。同一变质岩内前、后两个世代变质矿物组合之间,并不存在所谓的热力学局部平衡。在应用方面,矿物温度计与压力计属于反演方法,热力学视剖面图模拟属于正演方法。本文指出了它们之间的相同之处和各种区别。众所周知,目前反演出的变质作用压力并无方向性,差异应力对总应力的贡献尚不明朗。最好根据同一视域或同一块变质岩石,来反演变质作用P-T-t轨迹。实际上,P-T-t轨迹一般不应该是圆滑的曲线,其构造意义的解释也还存在不确定性。同一地区变质作用PT条件的突变、P-T-t轨迹的明显差异,表明地质体之间存在断层接触关系。变形作用与变质作用的耦合研究需要加强,变质作用的定年也不能仅仅局限于变质副矿物。特别值得注意的是,同一造山带内范围有限的地域,也未必属于同一变质相系。     

Contrasting metamorphic histories of lenses of high‐pressure rocks and host migmatites with a flat orogenic fabric (Bohemian Massif,Czech Republic): a result of tectonic mixing within horizontal crustal flow?

Migmatites with sub‐horizontal fabrics at the eastern margin of the Variscan orogenic root in the Bohemian Massif host lenses of eclogite, kyanite‐K‐feldspar granulite and marble within a matrix of migmatitic paragneiss and amphibolite. Petrological study and pseudosection modelling have been used to establish whether the whole area experienced terrane‐wide exhumation of lower orogenic crust, or whether smaller portions of higher‐pressure lower crust were combined with a lower‐pressure matrix. Kyanite‐K‐feldspar granulite shows peak conditions of 16.5 kbar and 850 °C with no clear indications of prograde path, whereas in the eclogite the prograde path indicates burial from 10 kbar and 700 °C to a peak of 18 kbar and 800 °C. Two contrasting prograde paths are identified within the host migmatitic paragneiss. The first path is inferred from the presence of staurolite and kyanite inclusions in garnet that contains preserved prograde zoning that indicates burial with simultaneous heating to 11 kbar and 800 °C. The second path is inferred from garnet overgrowths of a flat foliation defined by sillimanite and biotite. Garnet growth in such an assemblage is possible only if the sample is heated at 7–8 kbar to around 700–840 °C. Decompression is associated with strong structural reworking in the flat fabric that involves growth of sillimanite in paragneiss and kyanite‐K‐feldspar granulite at 7–10 kbar and 750–850 °C. The contrasting prograde metamorphic histories indicate that kilometre‐scale portions of high‐pressure lower orogenic crust were exhumed to middle crustal levels, dismembered and mixed with a middle crustal migmatite matrix, with the simultaneous development of a flat foliation. The contrasting P–T paths with different pressure peaks show that tectonic models explaining high‐pressure boudins in such a fabric cannot be the result of heterogeneous retrogression during ductile rebound of the whole orogenic root. The P–T paths are compatible with a model of heterogeneous vertical extrusion of lower crust into middle crust, followed by sub‐horizontal flow.     

华北克拉通中部造山带早前寒武纪变质演化历史评述

根据变质作用程度不同,华北中部造山带早前寒武纪基底可以进一步分为高级区和花岗-绿岩带。前者变质程度可达高角闪岩相-麻粒岩相,包括太华、吕梁、阜平、恒山、怀安、宣化等杂岩,花岗-绿岩带的变质程度较低,多为绿片岩相-角闪岩相,包括登封、赞皇、五台等杂岩。已有变质演化研究表明,高级区恒山、怀安和宣化杂岩中的麻粒岩和(或)退变榴辉岩记录的峰期变质压力最高,恒山杂岩、阜平杂岩和宣化杂岩中的麻粒岩记录的峰期变质温度最高;花岗-绿岩带中的赞皇杂岩和五台杂岩出露高压斜长角闪岩和高压变泥质岩。中部带各变质杂岩中可识别出早期进变质、峰期、峰后快速降压和晚期冷却等变质阶段,拥有顺时针近等温降压型的变质作用P-T轨迹,与华北克拉通中部的俯冲碰撞有关。大量变质年代学数据显示,中部带各变质杂岩中至少记录了~1.85Ga、~1.95Ga和~2.5Ga三组变质年龄,其中,~1.85Ga的变质年龄占据了主导地位,大致与区域片麻理形成的时间一致,代表变质高峰期时代;~1.95Ga的变质年龄代表了峰期前的某个进变质片段;~2.5Ga的变质年龄则指示了更早一期的变质事件,推测与古老陆块~2.5Ga所遭受的大量幔源岩浆的侵入和底垫作用有关。然而,变质年龄与变质阶段的对应关系尚不明确。     

假蓝宝石(Sapphirine)的矿物学特征及其在超高温变质作用研究中的应用

假蓝宝石是Mg-Al质麻粒岩中一种特殊的高温矿物,对超高温变质作用的研究有重要的意义。本文通过对全球66个超高温麻粒岩中47个含假蓝宝石麻粒岩地区的文献调研,总结了几种最常见的含假蓝宝石矿物组合产出的结构位置和变质反应关系,以及假蓝宝石的矿物化学特征。假蓝宝石的化学成分一般位于7∶9∶3端元左右,X_(Mg)大于0. 7,XFe_(3+)变化范围很宽,为0～0. 7。含假蓝宝石矿物组合的形成和演化指示了岩石经历的P-T轨迹。岩石中保留的假蓝宝石取代尖晶石、Grt/Opx+Sil取代Spr+Qz组合,以及随后的Spr+Crd±Opx后成合晶取代Grt/Opx+Sil组合的结构,一般可能指示了逆时针P-T轨迹中冷却和随后减压的部分;岩石中Grt/Opx+Sil/Ky或富Mg十字石反应形成Spr+Qz组合的结构可能指示了顺时针P-T轨迹中减压升温的部分。超高温变质岩不同的P-T轨迹暗示着它们的成因机制并不单一,前者可能是幔源基性岩浆底侵或增生作用的结果,后者可能与长期的热造山作用相关。     

Reaction history of sapphirine granulites and a decompressional P-T path in a granulite complex from the Eastern Ghats

The sapphirine granulites from G. Madugula, Eastern Ghats preserve a variety of mineral textures and reactions. Corona and reaction textures are used in conjunction with mineral compositions to construct a sequence of metamorphic reactions describing the mineralogical evolution of sapphirine granulites. An early stage is characterized by the development of sapphirine + quartz, spinel + quartz in textural equilibrium, and possible relicts after osumilite during peak metamorphic conditions. Sapphirine/spinel crystals were later detached from quartz in the form of mineral coronas. During a subsequent sapphirine-cordierite stage, several cordierite forming reactions reflect decreasingP-T conditions. Finally during the late stage, a few samples show evidence of retrogressive hydration. Sapphirine is rather iron-rich (12.8 wt%) and the Mg number in the analysed minerals varies in the order: cordierite > phlogopite > sapphirine > orthopyroxene > spinel > garnet.P-T conditions of metamorphism have been constrained through the application of geothermobarometry and thermodynamically calibrated MAS equilibria.P-T vectors from granulite facies rocks in the G. Madugula area indicate that the rocks experienced substantial decompression (up to 3 kbar) and moderate cooling (150–200°C) subsequent to peak conditions of metamorphism (8.4 kbar, > 900°C). The decompressionalP-T history of sapphirine granulites interpreted from textural features and thermobarometric estimates suggest that they may have eventually resulted from exhumation of thickened crust.     

深熔过程中熔体成分与锆石行为模拟计算

发生深熔作用是高级变质作用的一个重要特征。深熔过程中产生的熔体可为淡色花岗岩提供潜在的源区;深熔过程中锆石的行为直接影响对变质锆石记年地质意义的理解。在含Zr体系下的相平衡模拟显示泥质成分深熔过程中产生熔体的成分在P-T空间中规律变化。温度升高时熔体Zr/Si值、Zr、FeO、MgO以及CaO等含量明显增加,压力较高时K2O含量也随温度升高而明显增加。Na2O含量随温度升高而降低,但随压力升高而增加。压力升高时Al/Si值显著升高。温度较高时Na/(Na+K)等值线较陡,减压熔融过程不会显著改变熔体Na/(Na+K)值,而升温减压过程以及近等压升温过程都会明显降低熔体Na/(Na+K)值。中压时随温度升高熔体Fe/(Fe+Mg)值缓慢升高,而石榴石的生长发育会迅速降低熔体Fe/(Fe+Mg)值。不同温压条件下对应的固相线熔融、白云母脱水熔融以及黑云母脱水熔融形成的熔体成分具有明显差异。对比模拟熔体成分在P-T空间的演化,喜马拉雅地区电气石淡色花岗岩对应熔体的形成温压条件应低于二云母淡色花岗岩,同类型淡色花岗岩之间在形成条件上也可能存在一定差异,并经历了差异性演化过程。含Zr体系下的相平衡关系显示进变过程是消耗锆石的过程,因而在进变过程中变质锆石难以生长,发生深熔作用的岩石中的变质锆石主要在退变过程中形成并记录退变质年龄。熔体丢失相关模拟显示不同温度阶段发生熔体丢失对锆石稳定性的影响不同。温度较低时Zr含量较少的熔体丢失会扩大持续进变过程中锆石的稳定范围,而温度较高时富Zr熔体的丢失会降低持续进变过程中锆石的稳定温度。类似于分离熔融作用的过程最利于残留相中剩余锆石在持续进变过程中的保存。     

高级变质岩中深熔作用的相平衡研究

深熔作用在高级变质岩中非常普遍并受到广泛关注。自20世纪90年代以来,随着变质相平衡研究的突破性发展,利用THERMOCALC程序和视剖面图方法可以定量研究固相线以上的熔体形成、熔体分馏和退变质反应。变质沉积岩中的熔融作用主要有三种机制饱和水固相线上的熔融、白云母脱水熔融和黑云母脱水熔融。在模拟泥质岩石的KFMASH体系和NCKFMASH体系中的相平衡计算表明,NCKFMASH体系中铁镁矿物的相平衡关系受KFMASH亚体系中矿物相平衡关系的控制,但KFMASH亚体系中固相线位置要比实际的高50~60℃。因此,模拟泥质岩石的固相线以上的相平衡关系最好在NCKFMASH或组分更多的体系中进行。相平衡研究表明麻粒岩相岩石的保存与熔体丢失有关;混合岩的形成过程包括部分熔融作用、不同程度熔体分凝与汲取和不同程度的逆反应和退变反应。