"罗田穹隆"中的下地壳俯冲成因榴辉岩及其地质意义

在“罗田穹隆”中发现了下地壳俯冲成因榴辉岩．榴辉岩呈透镜状或板状产于含石榴子石条带状片麻岩中．新鲜的榴辉岩主要由石榴子石、绿辉石、金红石等组成．含少量退变质的角闪石、斜长石、紫苏辉石、透辉石、(钛)磁铁矿和石英等．研究区榴辉岩以保留早期麻粒岩相变质矿物残留体以及经受晚期麻粒岩相和角闪岩相退变为特征．指示它们由扬子镁铁质下地壳麻粒岩相岩石俯冲到深部发生变质并形成榴辉岩．然后折返至下地壳发生麻粒岩相退变，由于麻粒岩相退变质阶段仅以后成合晶形式出现．因而它们可能在下地壳停留时间不长．就又进一步被构造抬升至中上地壳而发生角闪岩相退变．大别山造山带乃至扬子板块北缘现今缺乏厚层镁铁质下地壳．它们也很少出露地表．推测这些俯冲的镁铁质下地壳可能已拆离再循环进人地幔．从而为“罗田穹隆”的形成和演化以及大别山高压-超高压岩石的形成与折返机制等研究提供了关键性的岩石学证据。     

地壳深俯冲与富钾火山岩成因

富钾火山岩是一类兼具壳幔双重地球化学特征的特殊岩石组合 ,它们不可能由亏损或原始地幔所派生 ,成岩过程中必须有地壳物质的参与 ,将地壳物质引入富钾火山岩成岩过程的主要动力机制即是深俯冲作用。洋壳和陆壳均可以通过俯冲进入地幔 ,俯冲地壳物质析出流体对地幔岩石的交代作用是导致富钾火山岩具特殊地球化学特征的主要原因。根据对大别—苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩的实例研究 ,表明该区火山岩的形成均受到了俯冲洋壳析出流体的交代作用 ,但造山带北侧富钾火山岩的形成还叠加了俯冲的扬子陆壳析出流体的交代作用 ,是多次富集事件综合作用的结果。文中还对富钾火山岩成因研究中值得进一步深入探索的问题进行了讨论。     

大陆下地壳的热源,热传递和岩石类型——来自深钻的推断

深钻（ＤＤ）终孔深度以下的构造、岩石性质及各种地质作用是目前地质学的主要研究对象（窥视钻头前面的东西）。本文讨论了如何获得放射性热源的分布、主要的传热机制、温度场及评价正在争论的地壳范围（这里指深钻孔底至莫霍面）内的岩石学性质。得出这些问题的结论需要采集大量的数据，其中大部分可在确定深钻场地特征和／或深钻实施过程中获得，文中介绍的方法导致深钻的选址必须要有特定的要求。     

大别山北部榴辉岩的Pb同位素特征

大别山北部榴辉岩的全岩 Pb同位素研究结果表明 ,Pb同位素比值 N(2 0 6 Pb) /N (2 0 4 Pb) =16 .773～ 18.339,N (2 0 7Pb) /N (2 0 4 Pb) =15 .346～ 15 .5 16 ,N (2 0 8Pb) /N (2 0 4 Pb) =37.133～ 38.346 ,平均值分别为 17.6 5 ,15 .4 5和 37.81)明显接近于下地壳成分 N(2 0 6 Pb) /N(2 0 4 Pb) ,N(2 0 7Pb) /N(2 0 4 Pb) ,N(2 0 8Pb) /N(2 0 4 Pb)值分别为 17.6 2 ,15 .35和 38.75 ) ,同时 ,北部榴辉岩的 U /Pb比 (0 .0 0 2～ 0 .0 0 9)及 U质量分数 (0 .0 4× 10 - 6 ～ 0 .2 3× 10 - 6 )稍低于下地壳平均值 ,而 Pb质量分数 (6 .72× 10 - 6～ 2 6 .6 4× 10 - 6 )则接近于或略高于地壳平均值 ,但是 ,U/Pb比则明显偏离上地壳平均值、也不同于大别山南部榴辉岩及有关岩石 (较低的 Pb质量分数和较高的 U/Pb比 )。此外 ,考虑到研究区榴辉岩的岩石地球化学及 Sr,Nd同位素年代学方面研究已证明它们大多数为印支期扬子陆壳俯冲变质成因。由此进一步表明 ,大别山北部榴辉岩的原岩大多数应来自于扬子大陆下地壳。这对正确认识大别山碰撞造山带的构造格局和演化具有重要意义。     

大别山区深部地壳的变质岩石学证迹：罗田惠兰山一带的麻粒岩研究

大别杂岩中新太古代或古元古代麻粒岩相岩石分布具一定的区域规模。罗田黄土岭、惠兰山一带出露中性和基性麻粒岩,其矿物组合分别为;１．Ｇｒｔ＋Ｏｐｘ１＋Ｂｉ＋Ｋｆｓ＋Ｐｌ（Ａｎ２０）（中性）,２．Ｇｒｔ＋Ｈｂ１＋Ｏｐｘ＋Ｃｐｘ＋Ｐｌ（Ａｎ４Ｏ）＋Ｉｌｍ（基性）,它们的高峰变质条件分别为ＰＯ．８９～１．０４Ｇｐａ、Ｔ７５０～８５０℃（中性）以及Ｐ０．９～１．２９ＧＰａ、Ｔ６８２～８８０℃,平均７７１±５３℃（基性）,说明其形成深度在３０ｋｍ以上。在中性麻粒岩中发现堇青石＋石英和堇青石＋黑云母的后成合晶,分别位于Ｇｒｔ与Ｏｐｘ１之间或穿插于Ｇｒｔ晶内,退变质反应条件为Ｐ为０．４１～０．５５ＧＰａ,Ｔ＝７１０℃,属减压退变质性质;后成合晶的形态与区域面理无关,说明减压退变质反映了碰撞造山带后期的近绝热隆升。区域花岗岩或地幔热流可能是绝热隆升的热源,现今出露的深源麻粒岩有过长期居留下地壳的历史,它们的抬升剥露是后期构造事件所致。     

板块俯冲起始与大陆地壳演化

组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程:地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前,基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式,其中,地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆,同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时,地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂,产生下滑力,诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动,产生大量的岩浆岩,如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位,再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳,是大陆地壳生长的主要途径。同时,板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育,也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时,大陆地壳不断风化剥蚀,其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔,而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程,将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。     

下地壳深成地质作用的研究进展

下地壳深成地质作用的研究内容既有变质的和变形的，也有岩石成分及其物性，还有地球化学和地球物理的．明了某一方面的变化和演化必须综合考虑其它富面．强调多学科的系统运用．研究手段从包裹体、地震波速、实验、超深钻到大陆地壳的出露剖面和近垂直地震反射剖面等的系统性和完整性使地学家对大陆下地壳深成地质作用认识向前迈进一大步．同时必须明确下地壳深成作用研究方法在许多方面是不同于常规的研究浅部地壳层次的方法，而且必须配之以精密的仪器、先进的技术和理论．     

南阿尔金高压-超高温麻粒岩变质作用:大陆地壳超深俯冲与折返过程的记录

南阿尔金造山带是目前报道的具有最深俯冲记录的大陆超高压变质带,其内出露有高压-超高温麻粒岩,它们对深入理解大陆地壳岩石超深俯冲与折返过程具有重要意义.介绍了对南阿尔金巴什瓦克地区长英质麻粒岩和基性麻粒岩的岩相学、矿物化学、相平衡模拟及锆石U-Pb年代学研究成果.其中基性麻粒岩主要记录了深俯冲大陆地壳折返过程的变质演化:包括高压榴辉岩相、高压-超高温麻粒岩相、低压-超高温麻粒岩相及随后的近等压降温演化阶段;长英质麻粒岩除了记录与基性麻粒岩相似的折返过程外,还记录了从角闪岩相到超高压榴辉岩相的进变质演化过程.结合已有研究资料,确定超高压榴辉岩阶段峰期条件> 7~9 GPa和>1 000℃,可达到斯石英稳定域.锆石年代学显示两种岩石类型的原岩和变质年龄均分别在900 Ma和500 Ma左右.变质作用与年代学研究表明,南阿尔金大陆地壳岩石在早古生代发生超深俯冲至200~300 km后,折返至加厚地壳底部发生高压-超高温变质作用,随后被快速抬升至地壳浅部发生低压-超高温变质作用并经历迅速冷却.      

大别山北部榴辉岩的Sm-Nd年龄测定及其对麻粒相退变质时间的制约

报道了大别山北部三个榴辉岩样品的矿物 Sm- Nd等时线年龄，它们分别为 (210± 6) Ma或 (214± 6) Ma、 (208± 38) Ma和 (208± 4) Ma。氧同位素研究表明，这些样品中的石榴子石与绿辉石之间处于氧同位素平衡状态，因此，该 Sm- Nd等时线定年结果可靠。本区榴辉岩的高压麻粒岩相退变质阶段的冷却年龄为 210 Ma左右；榴辉岩的钕同位素初始比ε Nd(t)(两个样品一个为－ 10左右，另一个为－ 2)基本上表现为陆壳岩石特征，可能类似于南部超高压带中的榴辉岩，为印支期扬子陆壳俯冲变质成因。它们的全岩δ 18O值较低，为＋ 2.4‰～＋ 3.6‰，可能指示其原岩同大别山南部超高压带中榴辉岩一样，在板块俯冲之前，经受过高温地表水热液蚀变。年代学结果表明，大别山北部榴辉岩在 230～ 210 Ma期间经历的是一等温或升温过程，这与大别山南部含柯石英榴辉岩在这一时期的快速冷却过程形成强烈对比，这对理解俯冲陆壳中不同构造岩片折返过程的差异有重要意义。     

Ultrahigh-pressure eclogite transformed from mafic granulite in the Dabie orogen, east-central China

Although ultrahigh‐pressure (UHP) metamorphic rocks are present in many collisional orogenic belts, almost all exposed UHP metamorphic rocks are subducted upper or felsic lower continental crust with minor mafic boudins. Eclogites formed by subduction of mafic lower continental crust have not been identified yet. Here an eclogite occurrence that formed during subduction of the mafic lower continental crust in the Dabie orogen, east‐central China is reported. At least four generations of metamorphic mineral assemblages can be discerned: (i) hypersthene + plagioclase ± garnet; (ii) omphacite + garnet + rutile + quartz; (iii) symplectite stage of garnet + diopside + hypersthene + ilmenite + plagioclase; (iv) amphibole + plagioclase + magnetite, which correspond to four metamorphic stages: (a) an early granulite facies, (b) eclogite facies, (c) retrograde metamorphism of high‐pressure granulite facies and (d) retrograde metamorphism of amphibolite facies. Mineral inclusion assemblages and cathodoluminescence images show that zircon is characterized by distinctive domains of core and a thin overgrowth rim. The zircon core domains are classified into two types: the first is igneous with clear oscillatory zonation ± apatite and quartz inclusions; and the second is metamorphic containing a granulite facies mineral assemblage of garnet, hypersthene and plagioclase (andesine). The zircon rims contain garnet, omphacite and rutile inclusions, indicating a metamorphic overgrowth at eclogite facies. The almost identical ages of the two types of core domains (magmatic = 791 ± 9 Ma and granulite facies metamorphic zircon = 794 ± 10 Ma), and the Triassic age (212 ± 10 Ma) of eclogitic facies metamorphic overgrowth zircon rim are interpreted as indicating that the protolith of the eclogite is mafic granulite that originated from underplating of mantle‐derived magma onto the base of continental crust during the Neoproterozoic (c. 800 Ma) and then subducted during the Triassic, experiencing UHP eclogite facies metamorphism at mantle depths. The new finding has two‐fold significance: (i) voluminous mafic lower continental crust can increase the average density of subducted continental lithosphere, thus promoting its deep subduction; (ii) because of the current absence of mafic lower continental crust in the Dabie orogen, delamination or recycling of subducted mafic lower continental crust can be inferred as the geochemical cause for the mantle heterogeneity and the unusually evolved crustal composition.     

大陆俯冲隧道中的应变不均一分布：来自大别山超高压变质岩的记录

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质- 变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河地区超高压变质岩的岩石学和年代学研究成果,在双河地区开展了地质填图、应变分析和三维构造重建。通过将超高压变质岩的变形特征与P- T- t轨迹结合,识别出超高压变质岩折返过程中的三期韧性变形。在双河北部发现了一个上盘向NW剪切的千米尺度的榴辉岩相鞘褶皱,枢纽向SE倾伏,倾伏角约20°,与榴辉岩、片岩和长英质片麻岩的拉伸线理平行,表明超高压变质岩初始折返阶段的流体活动使榴辉岩的强度显著降低,榴辉岩与围岩一起发生韧性变形。该期变形被角闪岩相退变质阶段上盘向NW的剪切叠加,此时应变集中于片麻岩、片岩、大理岩等非能干层,强度较高的榴辉岩成为构造透镜体。而绿片岩相变质阶段上盘向SE方向的剪切与早白垩世北大别花岗片麻岩穹隆的形成有关。对双河南部弱变形花岗片麻岩的锆石U- Pb定年揭示了757±14 Ma的原岩年龄和 240~216 Ma的变质年龄,与双河北部含柯石英强变形花岗片麻岩类似,暗示其也经历了三叠纪超高压变质作用及随后的角闪岩相退变质作用。通过计算长英质片麻岩的有效黏度,发现无水碱长花岗片麻岩的有效黏度高于黑云斜长片麻岩,折返阶段的流体活动使超高压变质岩的强度显著降低,当局部的流体活动不足以弱化碱长花岗岩体时,应变集中于黑云斜长片麻岩。因此,大陆俯冲隧道中的应变分布受矿物组成、流体活动和岩体规模的共同影响。     

大别高压和超高压榴辉岩中绿辉石的透射电镜研究

近年来有关大别山超高压变质岩的研究取得了重要进展。但对榴辉岩的显微和超微构造的研究仍然不足。榴辉岩主要由石榴石和绿辉石组成,其中石榴石基本上相当于刚性体,除非在很高温条件下石榴石才发生韧性变形［１～４］。因此,笔者对高压和超高压榴辉岩中的绿辉石进行了...     

Multistage metamorphism of the Huangtuling granulite, Northern Dabie Orogen, eastern China: implications for the tectonometamorphic evolution of subducted lower continental crust

Granulites from Huangtuling in the North Dabie metamorphic core complex in eastern China preserve rare mineralogical and mineral chemical evidence for multistage metamorphism related to Palaeoproterozoic metamorphic processes, Triassic continental subduction‐collision and Cretaceous collapse of the Dabie Orogen. Six stages of metamorphism are resolved, based on detailed mineralogical and petrological studies: (I) amphibolite facies (6.3–7.0 kbar, 520–550 °C); (II) high‐pressure/high‐temperature granulite facies (12–15.5 kbar, 920–980 °C); (III) cooling and decompression (4.8–6.0 kbar, 630–700 °C); (IV) medium‐pressure granulite facies (7.7–9.0 kbar, 690–790 °C); (V) low‐pressure/high‐temperature granulite facies (4.0–4.7 kbar, 860–920 °C); (VI) retrograde greenschist facies overprint (1–2 kbar, 340–370 °C). The P–T history derived in this study and existing geochronological data indicate that the Huangtuling granulite records two cycles of orogenic crustal thickening events. The earlier three stages of metamorphism define a clockwise P–T path, implying crustal thickening and thinning events, possibly related to the assembly and breakup of the Columbia Supercontinent at c. 2000 Ma. Stage IV metamorphism indicates another crustal thickening event, which is attributed to Triassic subduction/collision between the Yangtze and Sino‐Korean Cratons. The dry lower crustal granulite persisted metastably during the Triassic subduction/collision because of the lack of hydrous fluid and deformation. Stage V metamorphism records the Cretaceous collapse of the Dabie Orogen, possibly due to asthenosphere upwelling or removal of the lithospheric mantle resulting in heating of the granulite and partial melting of the North Dabie metamorphic core complex. Comparison of the Huangtuling granulite in North Dabie and the high‐pressure–ultrahigh‐pressure metamorphic rocks in South Dabie indicates that the subducted upper (South Dabie) and lower (North Dabie) continental crusts underwent contrasting tectonometamorphic evolution during continental subduction‐collision and orogenic collapse.     

关于大别山榴辉岩相变质作用

大别山产出的榴辉岩相岩石包括石榴橄榄岩、榴辉岩、榴云片岩、榴辉片麻岩、榴玉英岩和榴辉大理岩等不同系列,它们均分布于花岗质片麻岩中。矿物共生序列研究表明,榴辉岩相岩石经历了从绿帘角闪岩相、柯石英榴辉岩相、角闪榴辉岩相、绿帘角闪岩相到绿片岩相的演化过程。花岗质片麻岩及变质火山—沉积岩系并未经历超高压变质作用,但却与榴辉岩相岩石经历了同一期绿帘角闪岩相变质事件,证明二者在地壳范围内发生了构造合并     

大别山北部榴辉岩的退变质特征及其地质意义

研究了大别山北部榴辉岩的变质岩岩石学。结果表明，该区榴辉岩相变质作用可分为早期(超高压)和晚期(高压)两个阶段，并在折返过程中形成了一系列特征性的退变质显微构造。其中，退变质结构主要包括：(1)由于压力降低而出溶形成的一些定向针状或叶片状矿物包裹体，如钠质单斜辉石中石英及石榴子石中的金红石、单斜辉石和磷灰石等；(2)冠状体或后成合晶，特别是石榴子石外围发育两期(“双层”)后成合晶；(3)反应边或退变边，如绿辉石的透辉石退变边、透辉石的角闪石退变边和金红石的钛铁矿退变边等。这些退变质结构为本区榴辉岩高级变质岩的快速折返过程和抬升历史提供了强有力的岩石学依据；石榴子石中针状矿物出溶体进一步证明研究区榴辉岩早期经历了超高压变质作用，峰期变质压力应大干4．0GPa，甚至可能达到5～7GPa或更高。     

大别山榴辉岩岩石学及地球化学特征

本文分析了大别山地区榴辉岩的产出特点,矿物化学、岩石化学及元素地球化学特征。所获资料表明大别山榴辉岩与围岩一起经历了超高压变质作用,但其化学成分特征与围岩存在一定的差异,兼有大陆玄武岩和大洋玄武岩的特征。这些岩石大部分可能为板块俯冲过程中带入的大洋岩石残片。在深部变质形成榴辉岩后又随大别杂岩一起被抬升到地表,在抬升过程中经历了不同程度的退变质作用。     

大陆深俯冲的最大深度——来自数值模拟实验的结果

采用粘弹性材料8块体有限元模型并设定温度场后进行的大陆深俯冲二维数值模拟表明,在组合载荷（负浮力、洋中脊推力从上到下10～30MPa和地幔对流拖曳力100MPa）作用下,陆壳俯冲实际垂向位移可达117km,最终俯冲深度达到147km,而洋壳实际垂向位移约162km,最终俯冲深度达到231km;在洋壳、陆壳俯冲到一定深度以前,它们的俯冲速度基本保持不变,表现为洋壳、陆壳底端的位移一时间曲线近似为直线;当俯冲时间超过9Ma,洋壳、陆壳分别达到167km、96km深度后,俯冲速度会越来越慢。