苏鲁榴辉岩在俯冲峰期-折返早期的递进塑性变形过程及对超高压变质岩石折返动力学的启示

榴辉岩的变形特征严重影响俯冲板片的流变学行为,而石榴石的变形机制又直接制约着榴辉岩的变形属性。本文在结合前人研究的基础上,通过对中国大陆科学钻探（CCSD）主孔榴辉岩中石榴子石的典型变形特征的详细对比和分析,进一步证明了榴辉岩在俯冲峰期条件下可以发生强烈的塑性变形。且俯冲峰期-折返早期经历了从以恢复作用主导的位错蠕变,到动态重结晶、扩散蠕变,再到静态重结晶和矿物生长的连续递进变形过程。其中,从动态重结晶到高温静态重结晶的转换,结合短时增温、局部熔融等证据,共同证明了在苏鲁超高压变质岩石折返过程中存在一个短暂的低应力“热”区间,在此前后,折返机制和驱动力发生了转变,由浮力作用下的快速折返转为以挤压透入性剪应力作用下的缓慢抬升阶段。     

柴达木北缘鱼卡河榴辉岩变质时代及其折返过程

为揭示柴北缘超高压变质带的变质时代与折返过程,利用Ar--Ar同位素定年法对鱼卡河和锡铁山地区的榴辉岩进行了研究。结果表明,鱼卡河榴辉岩的峰期变质作用发生在早—中奥陶世(477～466 Ma),而锡铁山榴辉岩中的韭闪石年龄((407±4)Ma)指示了早泥盆世的退变质时间。综合前人研究成果可知柴北缘超高压变质带形成于495～421 Ma,且具有明显的两阶段特征(477～466 Ma与434～421 Ma),其中早阶段为洋壳俯冲的产物,晚阶段为大洋关闭后陆壳深俯冲的结果。祁连陆块与柴达木—东昆仑板块在早泥盆世发生不同方位的俯冲挤压,并导致超高压变质带折返,超高压变质体普遍发生部分熔融和退变质,出现以榴辉岩为中心向外榴辉岩--榴闪岩--斜长角闪岩--花岗片麻岩渐变过渡的退变质带。     

大别造山带岩石圈结构与超高压变质岩折返的另类模型

氦同位素研究确定,大别山榴辉岩等超高压岩石矿物并非来自地幔,而是生成于岩石圈地幔顶部。结合深部地球物理,提出一个岩石圈地幔顶部形成超高压矿物的模型。即表壳岩石俯冲到岩石圈地幔顶部,形成超高压变质岩,然后由于地壳隆升、剥蚀,出露到地表。冲入大别山地区岩石圈地幔顶部的表壳岩石之所以会形成超高压变质岩是因为它同时受到板块会聚的强大压力和蘑菇云地幔产生的高温。沿六安—黄石综合地球物理、地球化学剖面实测的热流剖面显示,南大别构造带的莫霍面温度达到1307℃,超高压变质作用所需要的高温条件至今依然存在。已有文献表明黏塑性的大陆板块在碰撞俯冲时,岩石圈地幔的变形远比通常认定的那种刚性板块俯冲要复杂。俯冲呈对冲形式,方向大都向下,在岩石圈地幔中,俯冲板块和制动板块像麻花一样相互楔入,在深部甚至改变俯冲方向,制动板块反而向俯冲板块俯冲。当岩石圈地幔顶部局部熔融时,无疑俯冲物质将向局部熔融层扩散,在高温高压下发生超高压变质作用。大别山变形晚期,在核部形成“背形穹隆”。将形成于岩石圈地幔顶部的超高压变质岩带到地表,接受剥蚀而出露地表。已有资料表明,全球主要超高压变质岩的分布带与古特提斯洋分布有关,古特提斯洋碰撞带是全球最长的一条陆内碰撞俯冲带。它们是否均为黏塑性板块之间的软碰撞、在邻近碰撞带的岩石圈地幔顶部是否都有高温的区域则尚待验证。     

柴达木北缘超高压变质带形成与折返的时限及机制

位于青藏高原北缘的祁连山加里东造山带的形成是阿拉善板块、祁连微板块及柴达木一东昆仑板块在加里东期间汇聚和碰撞的结果。祁连微板块和柴达木一东昆仑板块之间的柴(达木)北缘超高压变质带形成于495～440Ma,是继南祁连洋壳向北俯冲于祁连微板块下形成增生的柴北缘火山岛弧带之后,陆壳深俯冲的产物。柴北缘超高压变质带是在祁连微板块及柴达木一东昆仑板块之间的“正向陆内俯冲”向“斜向陆内俯冲”转化过程中“斜向挤出”机制下折返的,开始折返年龄为470～460Ma,最后的折返时间为400～406Ma。折返构造很好地保存在超高压变质岩石中,并且记录了广泛的退变质作用。     

全球典型大陆造山带中榴辉岩的折返机制:来自变质岩和地球物理的限制

大陆岩石圈深俯冲作用是地球科学领域的前沿热点,榴辉岩的折返机制是板块构造及动力学的关键科学问题。全球著名的大陆造山带中榴辉岩的p-T轨迹呈现差异性折返特征,为了揭示榴辉岩的折返机制,本文结合变质岩石学和地球物理学研究,选取3个典型大陆造山带——中生代—新生代的阿尔卑斯造山带、中生代的苏鲁—大别造山带和新生代的喜马拉雅造山带中的榴辉岩进行阐述。在阿尔卑斯造山带地区,地球物理研究结果发现,欧洲板块的俯冲造成了Adria地区下方的岩石圈存在明显厚度差异。同时,阿尔卑斯造山带Doria Maria和Pohorje地区以及Pohorje地区内部,榴辉岩折返历史也不尽相同,原因可能是亚德里亚大洋岩石圈断离后不同期次的逆冲推覆作用使其差异性斜向挤出。苏鲁—大别造山带中榴辉岩的快速折返,原因可能是华南板块与华北板块碰撞后岩石圈的拆沉或断离作用。在喜马拉雅造山带,西构造结和中喜马拉雅榴辉岩的折返存在差异性。在西构造结,那让和卡甘榴辉岩呈现不同的p-T轨迹和折返速率,变质岩石学和地球物理研究结果都表明它们的差异性折返很可能与印度-欧亚大陆碰撞过程中的构造挤压作用以及印度大陆岩石圈的断离作用有关。喜马拉雅造山带是年轻的正在进行造山活动的造山带,相较于古老的苏鲁-大别造山带,它更适合变质岩石学和地球物理学的综合研究。因此西构造结高压/超高压榴辉岩的折返机制——构造挤压和俯冲板块断离可应用于全球造山带。     

大别造山带加里东期高压超高压变质作用的确定及其意义

文中综述了对大别造山带高压超高压变质作用形成时代的 3种观点。重点从高压超高压变质作用同位素定年技术、方法的完善与更新和大别造山带早古生代区域地质构造背景两个方面论证了大别造山带加里东期高压超高压变质作用的存在 ,得出了大别造山带高压超高压变质作用主要为加里东期的结论。这一认识对揭示世界一些大型造山带构造演化规律、研究中国加里东期区域构造格局和在大别造山带及邻区寻找金刚石、金红石、各种宝石、金、铜等矿产都有积极的意义。     

北大别超高压榴辉岩的快速折返与缓慢冷却过程

岩石学研究表明,北大别超高压榴辉岩经过了超高压和高压榴辉岩相变质作用以及麻粒岩相叠加和角闪岩相退变质作用.其中,高压麻粒岩相和角闪岩相变质阶段形成的后成合晶以及石榴子石和单斜辉石等矿物中成分分带的存在,证明该区榴辉岩经历了一个快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩在峰期超高压变质作用之后又经历了一个缓慢冷却过程.超高压岩石折返期间的缓慢冷却过程也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压证据的重要原因.因此,本文为大别山不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据.     

地壳俯冲与折返过程的变质作用演化:来自高压-超高压榴辉岩相平衡模拟的证据

本文以大别山双河柯石英榴辉岩为基础,在NCKMnFMASHO体系中计算了P-T、T-M(H₂O)和P-M(H₂O)一系列相图。这些相图表明在地壳冷俯冲(地热梯度约为6℃·km^-1)过程中饱和水的变质基性岩通过脱水反应导致矿物组合演化,随着P-T条件增加,约在2.2GPa(80km)处,绿泥石被滑石取代,在2.4GPa处,蓝闪石消失,在2.5GPa处,滑石消失,在2.9GPa(105km)处,硬柱石消失。相应地可出现硬柱石蓝片岩、蓝闪石-硬柱石榴辉岩、硬柱石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩等高压-超高压组合。俯冲基性岩中即使含有很少量的水(如0.3%~0.5%),都会在超高压硬柱石榴辉岩相条件下达到饱和。因此硬柱石会广泛出现于经历冷俯冲地壳的变质基性岩中。高压-超高压榴辉岩的折返过程受折返温度及峰期矿物组合的控制。当峰期矿物组合中含有硬柱石(±蓝闪石±滑石,T=540~600℃)时,其早期折返发生在硬柱石稳定域,受脱水反应控制,难以保存峰期矿物组合;晚期折返发生在绿帘石稳定域,岩石处于流体缺失状态,有利于保存硬柱石消失后的高压矿物组合。当峰期矿物组合中含有绿泥石、硬柱石和蓝闪石时(T<540℃),其折返过程中的脱水作用仅发生在硬柱石与绿帘石共生的狭窄区域,在硬柱石稳定域的早期折返与绿帘石稳定域的晚期折返阶段,都不发生脱水作用,岩石处于流体缺失状态,因此,虽然峰期形成的硬柱石难以保存,但峰期形成的其他矿物可能仅受轻微改造。当硬柱石消失 (T>600℃) 后,多硅白云母高压-超高压榴辉岩中含有很少量水,在早期折返过程中的很大压力范围内,岩石保持水含量不变,更容易保留峰期矿物组合。高压-超高压榴辉岩在减压至1.5GPa以下时,由于外来流体注入,发生部分水化,形成含有钠钙质、钙质角闪石榴辉岩, 它们一般不是平衡矿物组合。榴辉岩中名义上的无水矿物在减压过程中释放的水有助于榴辉岩部分水化,但不足以形成水饱和的斜长角闪岩。     

大别山含柯石英榴辉岩区—一个晚太古代的超高压变质带

安徽碧溪岭岩体的锆石U-Pb年龄为2774±24Ma。它显示大别山的含柯石英榴辉岩可能形成于晚太古代。榴辉岩多硅白云母的Ar-Ar等时线年龄(662±13Ma)也同样限定其退变质作用的上界年龄在寒武纪。同位素年代学结果与该类榴辉岩严格产出在由大别群组成的太古宙地块中的地质特征一致。我们相信,大别山含柯石英榴辉岩变质地区可能是一个晚太古代的超高压变质带。大别山地区在中生代三叠纪时期处于南秦岭构造带的东延部分。大别群以及赋存其中的含柯石英榴辉岩共同遭受晚期的区域动力变质事件。作者分别测得斜长片麻岩白云母Ar-Ar等时线年龄为192.6±3.8Ma,榴辉岩中低角闪岩相普通角闪石Ar-Ar坪年龄230.7±4.6Ma。它们代表大别群片麻岩和榴辉岩两种原始变质岩的印支期改造年龄。     

大别造山带北缘石炭系胡油坊组砾石特征及其构造意义

大别造山带北缘晚石炭世胡油坊组内含有一套岩块砾岩层 ,砾石主要由绿片岩相的石英片岩、绢云母石英片岩、石英岩和千枚岩组成 ,其次有变余砂岩和碳酸盐岩等。Rb- Sr同位素测定表明 ,绿片岩相砾石经历了晚元古代末期和晚古生代两期变质事件 ,全岩等时线年龄为 5 6 5± 30 Ma和 30 7Ma。变质岩砾石不是来源于佛子岭群或信阳群 ,而可能来自于扬子陆块的中、晚元古代地层。砾石以及古生物的证据还表明 ,大别山在古生代时存在一个主要由扬子陆块早古生代碳酸盐岩和中、晚元古代变质岩组成的构造剥露区 ,不存在一个大别山古岛弧。     

大别山超高压变质岩的退变质赤微构造：折返过程的启示

大别山超高压变质岩中发现了一系列退变质显微构造,其主要类型有：①由于出溶而产生的定一包裹物;②由于多型转变而产生的假像替代;③固→固反应产生的冠状体;④涉及流体的退变质反应产生的冠状体或后成合晶。借助显微构造关系,可以建立超高压变质岩的退变质演化阶段,从而构筑其ＰＴ演化趋势、识别出碰撞造山和超高压变质峰期之后的两阶段隆升历史;早期为“挤出”作用诱发的近等温减压退变质;晚期则是地壳伸展体制下的退变质     

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。     

Retrogressive Microstructures:A Key to Post Collisional Uplift and Extension Tectonics of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks from Dabie Orogenic Belt,China

ThereisanunanimousunderstandingthattheUHPmetamorphisminDabie-SuluareaswasformedduringtheTri-assiccollisioneventbetweentheYangtzeandNorthChinacratons(Congetal.,l994$Zhouetal-,l996;Liouetal.,l994)-Eclogiteisthemostimportantrocktypeamongtheul-trahigh-pressure(UHP)metamorphicrocks.Accordingtotheiroccurrencethereare3typesofeclogites:typeIisen-clavesinultramaficintrusionsandasmembersinthelayeredmafic-ultramaficcomplex(Jahnl998);typeIispodsorlay-ersinthehighlymetamorphicsupracrustals(mainlying…     

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     

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。     

大别山菖蒲—碧溪岭地区高压—超高压榴辉岩相变质岩和有关岩石的岩石类型及其原岩性质

安徽岳西菖蒲—碧溪岭地区出露两条北北西向的高压—超高压变质岩带:西带由土桥冲至菖蒲水电站,该带由层状硬玉石英岩类、大理岩及少量的石英深色榴辉岩以及浅色榴辉岩等组成;东带由小南山岭至碧溪岭,主要由层状的浅色榴辉岩系列和层状深色榴辉岩系列岩石组成。该区发育的层状浅色榴辉岩和层状的深色榴辉岩两种榴辉岩在岩石组合、矿物组合、矿物成分等方面有明显差别。浅色榴辉岩一般由硬玉质绿辉石(Jd 65～45)、+镁铝以及钙铝端元成分(Pyr+Gro,60±)的石榴子石+蓝晶石±多硅白云母±石英及次生的角闪石、绿帘石组成。其中夹有硬玉质绿辉石石英岩、富蓝晶石岩石、石榴子石岩和硬玉石榴白云片岩等岩石薄层。深色榴辉岩由绿辉石(Jd20～50)±富铁铝端元的石榴子石(Alm 50～60)+金红石±石英及次生的角闪石等组成。石英深色榴辉岩由绿辉石(Jd 40～45)+镁铝端元的石榴子石(Pyr 10～30)+石英+金红石及次生的角闪石、长石组成。深色榴辉岩与石榴橄榄岩分布上紧密相随。浅色榴辉岩的原岩为基性凝灰质沉积岩,相伴随的硬玉石英岩、硬玉岩、白云片岩的原岩大致分别为粉砂岩、长石砂岩、泥质粉砂岩;深色榴辉岩为基性凝灰质熔岩。大理岩的原岩为灰岩。同时,本文的研究表明,在相同的变质作用条件下,榴辉岩相岩石中石榴     

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。     

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中榴辉岩的分布与变质温压条件

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中的榴辉岩主要有两种产状,一是产于变形较强(面理化)的橄榄岩中,另一种是产于片麻岩中。其中,绿辉石中硬玉端元组分大多为Jd=20mol％～52mol％。产于橄榄岩和片麻岩中榴辉岩的石榴子石成分分别相当于Coleman的B型和C型榴辉岩。石榴子石成分特征及钠质单斜辉石中石英针状出溶体的出现表明,本区榴辉岩早期可能经历过超高压变质作用,且至少经历了3个变质阶段,即:①榴辉岩相峰期变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+绿辉石+金红石±蓝晶石+石英(或柯石英假象?),p≥2.5GPa、t=595～874℃;②高压麻粒岩相变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+透辉石+紫苏辉石+钛铁矿+尖晶石+斜长石等,p=1.1～1.37GPa、t=817～909℃;③角闪岩相变质阶段,主要矿物共生组合为角闪石+斜长石+磁铁矿等,p=0.5～0.6GPa、t=500～600℃。该区榴辉岩独特的麻粒岩相退变质阶段,表明榴辉岩在折返初期并未能上升到中上地壳,而处于下地壳,它与南部超高压变质岩有不同的p-t演化史,即在榴辉岩相峰期变质之后经历了近等温减压(或稍升温减压)和降温减压变质过程。     

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。     

青海都兰榴辉岩的发现及对中国中央造山带内高压—超高压变质带？…

在青海都兰北东４０ｋｍ野马滩一带元古宙变质杂岩中,新发现走向近东西的榴辉岩;可分为南北两带,北带宽约５ｋｍ,南带宽３～５ｋｍ。北带榴辉岩相矿物组合为石榴石－绿辉石－多硅白云母－金红石,它们的退变质矿物主要为角闪石及少量高钠的斜长石类。而南带峰期变质矿物为石榴石－绿辉石－蓝晶石－金红石－黝帘石（？）,退变质矿物中则出现大量高钠质斜长石。带另一个明显的区别是北带铁铝榴石端元组分含量较南带的略高,而镁铝