造山带中地壳部分熔融：北大别混合岩的 地球化学证据

<正>造山带地壳的部分熔融是造山带演化的一个重要过程。部分熔融能极大的影响岩石的流变学性质,促进岩石的塑性变形,可能导致最终的造山带垮塌。部分熔融产生深熔熔体,其从源区的分离和迁移对大陆地壳的化学分异也有重要作用。混合岩广泛出露于世界各大造山带,混合岩的成因包括:     

北大别混合岩类型及其成因

大别造山带北大别超高压变质构造单元中广泛发育混合岩。基于对罗田和岳西穹隆中混合岩的野外观察、岩相学、矿物化学和锆石LA-ICP-MS U-Pb定年系统工作,发现北大别混合岩主要分为中等深熔混合岩和高度深熔混合岩两种类型。中等深熔混合岩为叠层状混合岩和膨胀结构混合岩;高度深熔混合岩为眼球状混合岩和析离体状混合岩。锆石U-Pb同位素定年结果表明,混合岩中新生锆石年龄范围为125 Ma~138 Ma,加权平均年龄为130.7 Ma±1.8 Ma;两个继承锆石的年龄分别为602.8 Ma±16.8 Ma和667.3 Ma±17.6 Ma;混合岩叠层状暗色体中锆石年龄连续且分布集中,加权平均年龄为703 Ma±10 Ma,代表原岩的形成年龄。北大别混合岩的原岩为新元古代的岩石,其混合岩化作用发生在140 Ma至125 Ma期间。不同浅色体中斜长石的含量和牌号差异显著,反映了浅色体形成于不同演化程度的熔体结晶。斜长石-角闪石温压计估算结果显示,混合岩形成的温压条件为723℃~768℃和370 MPa~520 MPa,对应于中上地壳环境。混合岩的成因机制以长英质片麻岩水饱和条件下的富水熔融为主。其反应为:黑云母+石英+斜长石+水=角闪石+斜长石(残留)+花岗质熔体。少数混合岩的成因机制为角闪片麻岩中角闪石的脱水熔融。其反应为:角闪石+斜长石+石英=单斜辉石+富水熔体。     

喜马拉雅造山带新生代花岗岩中两类石榴石的地球化学特征及其在地壳深熔作用中的意义

在喜马拉雅碰撞造山带中,石榴石是变泥质岩的主要造岩矿物,也是花岗岩或淡色体的重要副矿物,保存了有关地壳深熔作用的关键信息,是揭示大型碰撞造山带中-下地壳物质的物理和化学行为的重要载体。在喜马拉雅造山带内,新生代花岗质岩石(淡色花岗岩和混合岩中的淡色体)含两类石榴石,大多数为岩浆型石榴石,自形-半自形,不含包裹体,但淡色体中含有港湾状的混合型石榴石。岩浆型石榴石具有以下地球化学特征:(1)从核部到边部,显示了典型的"振荡型"生长环带;(2)富集HREE,亏损LREE,从核部到边部,Hf、Y和HREE含量降低;(3)显著的Eu负异常;(4)相对于源岩中变质石榴石,Mn和Zn的含量显著增高。岩相学和地球化学特征都表明:变泥质岩熔融形成的熔体(淡色体)捕获了源岩的变质石榴石,熔体与石榴石反应导致大部分元素的特征被改变,只在核部保留了源岩的部分信息。同时,在花岗质熔体结晶过程中,形成少量的岩浆型石榴石。这些石榴石摄取了熔体中大量的Zn,浓度显著升高,在斜长石和锆石同步分离结晶作用的共同影响下,石榴石中Eu为明显负异常,Hf、Y和HREE浓度从核部到边部逐渐降低。上述数据和结果表明,花岗岩中石榴石的矿物化学特征记录了精细的有关花岗岩岩浆演化的重要信息。     

碰撞造山带地壳深熔作用:来自纳米花岗岩包裹体的观测与实验约束

在碰撞造山带构造演化过程中,中下地壳深熔作用对于深部地壳物理性质与化学成分具有重要控制作用.作为深熔作用的"见证者",纳米花岗岩包裹体是寄主岩石部分熔融作用的产物,能够为确定陆壳岩石中天然熔体特征及分析熔融机制提供关键信息.在喜马拉雅东构造结南迦巴瓦岩群的代表性岩石单元（泥质片麻岩与长英质片麻岩）中,石榴石与锆石中常包含有典型的纳米花岗岩包裹体,其代表性子矿物组合为钾长石+斜长石+石英±黑云母,这是在黑云母脱水熔融过程中、寄主片麻岩中熔体被主要转熔矿物（如石榴石等）捕获所形成一类特殊包裹体.在观测基础上,采用高温高压与高温常压手段,对纳米花岗岩包裹体进行均一化实验并获得均一化玻璃质熔体.成分分析表明,均一化熔体成分以过铝质花岗岩为主,其主/微量元素特征能够有效反演部分熔融作用的演化过程.因此,纳米花岗岩包裹体的天然观测与实验研究对于确定天然熔体特征与深入剖析碰撞造山带的地壳深熔作用具有重要启示意义.      

东昆仑洪水川地区科科鄂阿龙岩体锆石U Pb年代学、地球化学及其地质意义

东昆仑地区出露大量呈带状分布的中生代花岗岩,是我国一条巨型花岗质岩浆岩带,它的发育与该地区岩石圈动力学演化有着密切联系.对东昆仑造山带东段南缘洪水川地区的科科鄂阿龙石英闪长岩体的岩相学、岩石地球化学和LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学研究结果显示,岩石具有3组谐和锆石年龄:第一组年龄大于402Ma,为捕获围岩的锆石年龄;第二组年龄为243.9±3.0Ma(MSWD=0.94),代表该区玄武质岩浆底侵事件;第三组年龄为218.3±1.4Ma(MSWD=0.52),代表岩体的结晶年龄.地球化学分析表明该岩体具有高Sr,低Y、Yb,高Sr/Y比值,轻重稀土分异明显,Eu异常不明显,其微量元素显示出埃达克质岩石特征.其较低的Nb、Ta和较高的Mg=、Cr、Ni含量,高Nb/Ta比值,说明了在金红石稳定域内部分熔融形成的熔体交代了岩石圈地幔.岩体的年代学及地球化学特征表明,东昆仑地区在218Ma的晚三叠世时期发生了岩石圈地壳拆沉作用,它是早期俯冲形成的玄武质岩浆底侵而形成的加厚下地壳,在高压缺水的条件下相变为榴辉岩相并拆沉进入软流圈,部分熔融的熔体在上升过程中先与岩石圈地幔反应,然后与地壳围岩发生同化混染作用,最终形成了科科鄂阿龙石英闪长岩.     

闽西北加里东期混合岩及花岗岩的成因:同变形地壳深熔作用

本文选取闽西北前寒武纪变质基底中的混合岩和花岗岩为研究对象,以探讨两者之间的成因联系.详细的岩石学和主量、微量元素地球化学以及锆石U-Pb年代学研究表明,闽西北混合岩是同变形地壳深熔作用的产物,基底变质岩中的黑云母在较低温(约800℃)、H2O不饱和的条件下发生脱水熔融反应产生熔体,构造变形作用在熔体的分离和迁移过程中起到了重要作用.闽西北基底变质岩可能为形成混合岩和花岗岩的源岩,其深熔产生的初始熔体发生结晶分异作用,堆晶产物形成了混合岩的浅色体,而残余熔体继续演化形成花岗岩.混合岩和相关花岗岩形成基本同时,其成岩年龄为437～441Ma.它们均为华南加里东期构造热事件的产物.     

信宜白石片麻状花岗质岩石的成因与年代探讨

混合岩作作用，花岗岩浆作用是同一作用过程（深熔作用）的不同发展阶段，混合岩、混合花岗岩、侵入型花岗岩是地壳物质经过选择性熔融所形成的不同程度熔融的产物，信宜白石岩石组合可作为这一过程的例子，该组合不同岩石类型在空间上紧密联系，套叠成近同心环状花岗岩穹隆的样式，并且在岩石矿物成分，结构构造和地球化学特征上，从边缘→中心呈有规律的变化，对单颗粒结晶锆石所进行的分层蒸发不同位素年代学研究也揭示了这一过程     

喜马拉雅碰撞造山带新生代地壳深熔作用与淡色花岗岩

自从印度-欧亚大陆碰撞以来,伴随着构造演化和温度-压力-成分(P-T-X)的变化,喜马拉雅造山带中下地壳变质岩发生不同类型的部分熔融反应,形成性质各异的过铝质花岗岩。这些花岗岩在形成时代、矿物组成、全岩元素和放射性同位素地球化学特征上都表现出巨大的差异性。始新世构造岩浆作用形成高Sr/Y二云母花岗岩和演化程度较高的淡色花岗岩和淡色花岗玢岩,它们具有相似的Sr-Nd同位素组成,是碰撞早期增厚下地壳部分熔融的产物。渐新世淡色花岗岩主要为演化程度较高的淡色花岗岩,可能指示了喜马拉雅造山带的快速剥露作用起始于渐新世。早中新世以来的淡色花岗岩是喜马拉雅造山带淡色花岗岩的主体,是变泥质岩部分熔融的产物,包含两类部分熔融作用——水致白云母部分熔融作用(A类)和白云母脱水熔融作用(B类)。这两类部分熔融作用形成的花岗质熔体在元素和同位素地球化学特征上都表现出明显的差异性,主要受控于两类部分熔融作用过程中主要造岩矿物和副矿物的溶解行为。这些不同期次的地壳深熔作用都伴随着高分异淡色花岗岩,伴随着关键金属元素(Nb、Ta、Sn、Be等)的富集,是未来矿产勘探的重要靶区。新的观测结果表明:在碰撞造山带中,花岗岩岩石学和地球化学性质的变化是深部地壳物质对构造过程响应的结果,是深入理解碰撞造山带深部地壳物理和化学行为的重要岩石探针。     

深俯冲陆壳部分熔融初始熔体的厘定:来自苏鲁超高压地体混合岩中浅色体证据

深俯冲陆壳物质部分熔融产生的熔体,实验岩石学方面已有广泛报道,而天然初始熔体的组分却难以厘定。对此,本文从苏鲁超高压地体荣成混合岩中识别出了深俯冲花岗质陆壳部分熔融产生的天然初始熔体组成。野外露头显示,混合岩中主要矿物组成为钾长石+斜长石+石英的浅色熔体呈不连续的条带状与残余体互层产出,指示了原位或近源区的部分熔融特征。混合岩浅色体锆石CL图像呈明显的核-边结构,继承核部为扬子板块来源的岩浆锆石,形成时代为721±24Ma;新生边部CL图像具震荡环带结构,微量元素上REE呈明显左倾,具有Eu的负异常及Ce的正异常,低的Hf/Y和Th/U比值,具深熔锆石特征,指示形成于花岗质陆壳物质的部分熔融。边部U-Pb谐和年龄为225.9±2Ma,略晚于苏鲁超高压地体超高压峰期变质年龄,表明初始熔融发生在超高压地体折返早期。浅色熔体的全岩地球化学特征表明,主量元素上具有高SiO_2、K_2O及Na_2O含量,低的Fe_2O_3~T、MgO及CaO含量,A/CNK=1.02~1.04,呈弱过铝质亚碱性花岗岩的特征,这与实验岩石学中富硅陆壳物质部分熔融产生的熔体组分极为相近;微量元素上富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、Pb等),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,REE呈较为平坦的配分模式,具弱的Eu负异常并亏损Sr。本文通过上述对天然样品研究,厘定了深俯冲花岗质陆壳部分熔融及其初始熔体的组成,为理解大陆俯冲带壳幔相互作用提供了关键依据。     

变基性岩部分熔融过程中榍石的微量元素效应:以南迦巴瓦混合岩为例

南迦巴瓦地区广泛出露的中下地壳变基性岩部分熔融形成的层状混合岩和淡色花岗岩,为研究部分熔融过程中榍石的地球化学行为对熔体的微量元素组成的影响提供了良好的机会。相对于源岩或熔融残留体,淡色体亏损Ti、V、REE、Y、Nb、Ta、U等元素,与混合岩中榍石的微量元素特征互补。混合岩、淡色体和榍石微量元素特征表明南迦巴瓦角闪岩部分熔融形成的淡色体的微量元素特征主要受控于榍石的地球化学行为。角闪岩脱水部分熔融过程中,由于长英质熔体的低Ti溶解度,榍石以未熔残留体形式存在于暗色体中,导致熔体亏损Ti、REE、Nb、Ta、V、U等元素和Sr/Y比值相对升高。关键元素在榍石和熔体之间的配分系数受熔体成分影响明显。角闪岩中变质榍石D_Nb/Ta<1,因此变质榍石残留导致熔体Nb/Ta相对于源岩升高;而高Si-Al花岗质熔体中榍石D_Nb/Ta>1,因此与高Si-Al熔体平衡的榍石的分离（转熔或结晶分异）将导致熔体Nb/Ta比值相对源岩降低。榍石在部分熔融过程中的微量元素效应为理解变基性岩部分熔融产生熔体的地球化学特征提供新的认识。