大别山双河硬玉石英岩的超高压变质和退变质事件——SHRIMP测年的证据

应用北京SHRIMPⅡ,精确地测定了大别山双河硬玉石英岩中超高压变质锆石的中心、幔和壳的年龄。大部分锆石中心和幔的年龄集中于239～255Ma之间,加权平均值为243±1Ma(n=23)。壳和含矿物包体的晶域年龄集中在225～234Ma,加权平均值为228±2Ma(n=8)。这些锆石的中心、幔和壳都具有极低的Th/U(0.01～0.09)和REE总量,以及重REE平坦型的配分模式。因此,以锆石内部结构、矿物包体、Th/U值和REE地球化学特征为依据,本文提出了大别山超高压变质作用发生于243±1Ma,退变质作用发生于228±2Ma的新观点。     

大别山菖蒲硬玉石英岩退变质作用过程中岩石地球化学的变异

在大别山菖蒲地区新鲜硬玉石英岩逐步退变为片麻岩的变质作用过程中,其岩相学以及地球化学元素发生了一系列有规律的变化。ＳｉＯ２,ＦｅＯ,微量元素Ｂａ,Ｚｒ,Ｇａ以及稀土元素Ｌａ,Ｃｅ,Ｐｒ,Ｎｄ,Ｓｍ,Ｅｕ逐步升高,而ＴｉＯ２,Ｎａ２Ｏ,Ｆｅ２Ｏ３微量元素Ｒｂ,Ｙ,Ｎｂ以及稀土元素Ｇｄ,Ｔｂ,Ｄｙ,Ｈｏ,Ｅｒ,Ｔｍ,Ｙｂ则逐步降低。这反映了矿物晶内的元素的迁移以及外来流体的参与在一定的程度上制约一岩相     

中国东部大别山超高压变质杂岩中的石英硬玉岩带

大别山的石英硬玉岩是大别山超高压变质杂岩中的重要成员,与大理岩和榴辉岩紧密共生,呈大小不等的构造透镜体产出在云母斜长片麻岩和含硬玉片麻岩中,分布在长约４０ｋｍ,宽约１ｋｍ的带内。透镜体中心常为花岗变晶结构,边部有不同程度退变并面理化,向外围逐渐变为含硬玉片麻岩。岩石的主要矿物组成为硬玉、石英、石榴石、金红石。退变的石英硬玉岩中还有钠长石、霓石、霓辉石、榍石等。硬玉和石榴石中都有柯石英包体。硬玉的Ｊｄ端元组分为８１．２５％～９０．２７％。恢复的石英硬玉岩的原岩为硬砂岩,与大理岩伴生的榴辉岩的原岩为泥灰岩。因此,石英硬玉岩与共生的大理岩和榴辉岩都属于榴辉岩相变质的表壳岩系,它的成带分布、其中有柯石英的产出,进一步证明大陆地壳能够俯冲到１００ｋｍ左右深度并迅速折返地壳后使其中的高压标志保存完好。     

缅甸硬玉岩中硬玉矿物的结构水表征

本文介绍了名义上无水的辉石族矿物中结构水的研究现状,特别是硬玉矿物的结构水红外表征和含量。且笔者以缅甸硬玉岩为研究对象,使用显微红外光谱、电子探针等测试手段,从微观角度研究其中硬玉矿物的结构水表征。研究结果表明:缅甸硬玉岩中硬玉矿物的结构水在红外光谱中主要表征为3 610~3 620 cm-1和3 540~3 550cm-1两个区域的吸收峰,且结构疏松的硬玉岩中硬玉矿物的结构水含量呈现外侧多中间少,结构致密的硬玉矿物的结构水含量各部位较为均一。结构水的含量差异和变化趋势可能是硬玉岩形成时板块俯冲和折返过程中的流体参与作用的结果,进一步为缅甸硬玉岩成因提供了的佐证。     

大别山高压变质杂岩中的硬玉

本文描述了在大别山高压变质杂岩中新近发现的石榴硬玉石英岩的岩石学物质特征。对高压指示性矿物硬玉的物理性质、光学性质、化学成分及结构进行了精确测定和研究。认为石榴硬玉石英岩与柯石英榴辉岩形成于同一高温超高压物理化学条件，硬玉的出现主要受控于原岩特定的化学成分。     

大别山榴辉岩中石榴石的结构水:红外光谱分析

对大别山(包括南大别和北大别)几个典型产地榴辉岩中的石榴石进行了傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,结果显示所有石榴石颗粒都含有一定量的结构水,以OH-的形式存在,结构水含量w(H2O)最高可达1859×10-6。水含量在同一榴辉岩样品不同石榴石颗粒间表现出较大的差异,反映了原岩中水含量的不均一分布。与以前报道的南大别碧溪岭榴辉岩中石榴石情况相似,水含量的不均一性表明:①榴辉岩原岩经历的水-岩交换作用的方式是“隧道式”而非“弥散式”;②超高压变质过程中流体的活动性十分有限;③整个超高压板块俯冲-折返的过程十分快速。南大别石榴石水含量总体上高于北大别,这种差异可能与北大别所经历的高温麻粒岩相变质作用有关。     

大别山双河硬玉石英岩石英中的纳米-亚微米级流体包裹体

用透射电子显微镜(TEM)观察产于大剐山双河地区含柯石英硬玉石英岩矿物石英中纳米级至亚微米级的流体包裹体超微观结构特征发现：大多数包裹体呈圆形或负晶形(粒径大多为10nm～350nm),构成宽的密集的包裹体串。TEM揭示了柯石英和寄主矿物石英之间为共晶格取向连生关系,并寻找到在峰期变质条件下高盐流体存在的有力证据。流体包裹体经常伴随着许多相互连接的位错,并且与位错和位错壁等交生在一起,形成网络分布,这是在光学显微镜尺度下所不能探测到的。非爆裂的流体渗漏可能通过H2O或CO2分子沿位错的管道扩散,从包裹体进入寄主矿物石英,因而导致原来包裹体密度和成分的变化。     

超高压变质岩矿物中的显微构造缺陷:来自TEM和FTIR研究的证据

超高压变质矿物的某些显微构造缺陷可能指示了岩石短暂和快速抬升过程。文中报道了中国大别山双河地区超高压硬玉石英岩矿物显微构造缺陷的透射电镜(TEM)和Fourier变换红外光谱(FTIR)的研究结果。用TEM研究方法,在硬玉石英岩中硬玉包裹体内发现了亚微米级天然蒙钠长石(MA,C2/m)、高钠长石(HA,C)和低钠长石(LA,C)三种多形变体。表明岩石在折返过程经历过高温变质作用(>930℃),以及退变质过程的快速冷却;在石英包裹体内发现了纳米级柯石英和石盐子矿物,提供了柯石英转变为石英以及峰期变质条件下高盐流体存在的证据。"名义上无水矿物"(NAMs)的结构水(OH/H2O)是以缺陷形式赋存于矿物结构中。FTIR分析结果显示硬玉、石榴石、金红石和石英中结构水的平均含量分别为1000×10-6、(900~1600)×10-6、>2000×10-6和<4×10-6,硬玉石英岩全岩含水量为(490~600)×10-6,表明在高压-超高压变质作用过程中,地壳或原岩中的水可以通过这些NAMs携带到地球深部。该类显微构造缺陷可能是大陆碰撞造山带在高应变速率下的局部弱化和深部断层作用的结果。     

大别山硬玉石英岩中发现α-PbO2型TiO2超高压相

大陆深俯冲深度对于了解大陆碰撞造山带中超高压变质岩的折返动力学具有重要意义.2005年笔者在中国大别山石马地区含柯石英榴辉岩绿辉石中发现了α-PbO2型TiO2晶体,最近笔者用高分辨透射电子显微镜和能量散射X-射线谱仪测试技术在中国大别山双河地区超高压硬玉石英岩硬玉中鉴别出纳米级α-PbO2型结构的TiO2天然超高压相.α-PbO2型TiO2晶体的保存,为超高压变质作用(6~7GPa,730~870°C)提供了新的证据,同时指示陆壳物质的俯冲深度大于170~200km,也指示了俯冲陆壳到地表的抬升,虽然其速率还不能确定,但可能是相当快速的.     

大别山超高压变质带层析地震调查

１９９７年３月中德合作进行了大别山科学钻探选址区层析地震调查,研究结果揭示出大别山超高压变质带（ＵＨＰ）地壳精细结构。郯庐断裂带近垂直延伸至Ｍｏｈｏ界面（可能更深）,在Ｍｏｈｏ界面以上郯庐断裂带西侧大别山地壳物质没有迁移进入其东侧。在主测线（横中至潜山镇）２０ｋｍ深度发现一个由西向东倾斜的强反射层,推测可能是一个大的滑脱层。超高压变质岩石（或地幔物质）可能由地幔深处通过郯庐断裂带再沿此滑脱层析返到     

大别山超高压榴辉岩中金红石的微量结构水

对6个大别山超高压榴辉岩中的粒间金红石进行了显微傅立叶变换红外光谱(Micro-FTIR)观察和电子探针(EMP)分析。结果显示所有金红石颗粒都在3280cm-1和3295cm-1出现强的吸收峰,少数颗粒在约3360cm-1出现较弱且宽的峰,这3组峰都是由金红石中的结构OH引起的。与高温高压合成实验结果比较发现,3280cm-1峰主要是由Ti3 H Ti4 取代引起的,3295cm-1峰可能是由Fe3 H Ti4 造成的,而约3360cm-1的峰与Mg2 取代Ti4 的电荷补偿有关。由目前认为较可靠的两个金红石红外吸收系数获得结构水的含量(质量分数)分别为:161×10-6~854×10-6和202×10-6~1075×10-6,不同的IR吸收系数导致计算的水含量相差4~5倍,因此,前人所得到的金红石高水含量可能需要重新评估。与共存的石榴石和绿辉石相似,不同样品间的金红石水含量也表现出不均一分布,指示着超高压过程中有限的流体活动和快速的板块俯冲-折返过程。     

大别山双河超高压榴辉岩中的水: 微区红外光谱分析

大陆深俯冲板块到一定深度后(约90~110km), 几乎没有含水矿物存在, 超高压岩石中名义上无水矿物(NAMs) 成为俯冲板块中水的主要载体, 是示踪超高压变质流体的重要途径.对大别山双河地区超高压榴辉岩中的石榴石和绿辉石进行了详细的微区傅立叶变换红外光谱(MicroFTIR) 分析.FTIR结果显示所有石榴石和绿辉石颗粒都含有结构水, 以OH的形式存在, 其含量范围分别为(30~1860)×10-6和(360~620)×10-6.榴辉岩全岩水含量为(300~750)×10-6, 表明即使是在超高压变质作用的温压条件下, 榴辉岩也可以至少携带数百10-6的水进入深部地球.对石榴石颗粒内部的多点观察发现, 结构水含量的分布出现2种情况: (1) 颗粒内部的均一分布; (2) 核部水含量高而边部低.石榴石颗粒边部的低水含量可能是抬升过程中由于压力降低引起的H扩散所致, 扩散出来的H可能构成了早期退变质流体的重要来源.对于同一样品来说, 结构水含量在绿辉石和石榴石之间的比值为0.5~3.5.      

Role of Water in Deformed Omphacite in UHP Eclogite from the Dabie Mountains, Eastern China

Omphacite grains from UHP eclogite of the Dabie Mountains in eastern China are elongated and show strong lattice preferred orientations (LPOs). Observations by the transmission electron microscopy (TEM) identified not only structures of plastic deformation occurring as free dislocation, dislocation loops and dislocation walls, but also bubbles of water present in the deformed omphacite. The bubbles attach to the dislocation loops which are often connected to one another via a common bubble. Using infrared spectroscopy (IR), two types of hydrous components are identified as hydroxyl and free-water in the omphacite. An analysis of deformation mechanism of microstructure in omphacite suggests that the mineral deformed plastically under UHP metamorphic conditions by dislocation creep through hydrolitic weakening.     

大别山超高压变质带的大地构造框架

依据岩石学、地球化学、同位素年代学的新资料,对大别山造山带研究中诸如蛇绿混杂岩、碰撞时代、超高压变质岩与围岩的关系、俯冲极性等问题进行了论证,指出大别山超高压变质带是中朝陆块与扬子陆块间碰撞造山的产物。在三叠纪发生的陆－陆碰撞中,扬子陆块向北俯冲至华北陆块之下,但至今尚无发现残存的蛇绿混杂岩,碰撞时缝合带的位置被已经折返出露地表的南大别碰撞杂岩带所取代。     

大别山东部榴辉岩同位素体系和变质作用的关系

大别山东部榴辉岩同位素地质年代学研究反映出三方面的问题:(1)Sm-Nd两点等时线的不确定性;(2)部分高压-超高压变质年龄实际是片麻岩的分析结果;(3)首批发表的"C型榴辉岩"Sm-Nd年龄,测定岩石不是榴辉岩.大别山东部榴辉岩年龄反映的是加里东期高压-超高压变质的年代学信息.进一步研究应着重于榴辉岩锆石成因及Sm-Nd体系适用性.岩相学是研究榴辉岩锆石成因的重要方法.     

大别山中生代构造演化:来自盆地充填记录的启示

通过对大别山周缘盆地的对比分析,研究了大别山中生代构造演化格局。盆地充填序列分析表明,尽管中生代大别山南、北盆山耦合关系不同,但构造体制均经历了前白垩纪挠曲向白垩纪伸展的转化;砂岩物源再造反映中生代南大别山源区剥露尚未大规模触及岩浆弧“根”,剥露深度浅于北大别单元。大别山邻区晚中生代巨厚磨拉石是陆内造山强烈阶段的沉积记录,它们的产出及相关的造山带隆升与该区超高压变质岩快速折返没有直接关系。进一步讨论了恢复大别山物源结构、建立盆地类磨拉石精细地层年代学格架等在造山带构造研究中的重要性及其现存的关键问题。     

大别山及苏鲁地区微粒金刚石分类及其大地构造意义

1992年发现大别山首例微粒金刚石之后，又于2003年和2004年在大别山和苏鲁地区的榴辉岩薄片中和榴辉岩的人工重砂中发现了微粒金刚石。本文报道其中尚未发表的7颗，并对2颗较大的薄片中的微粒金刚石和2颗自由晶体金刚石进行拉曼光谱和红外光谱测试。研究结果表明，本区所有微粒金刚石都为IaA和IaB型金刚石的混合体。缺少Ib型金刚石，表明没有人造金刚石的混入。薄片中的金刚石大部分为石榴子石的包裹体，少数产出于颗粒之间，直径为30-180μm。自由颗粒微粒金刚石直径为400-700μm。在大别山北部，不但又一次找到了微粒金刚石，还在石榴子石中发现有单斜辉石、磷灰石和金红石的出溶。这表明北大剐不但是超高压地质体，而且可能是本区俯冲最深的地质体。     

Accelerated Exhumation During the Cenozoic in the Dabie Mountains: Evidence from Fission-Track Ages

Zircon and apatite fission-track dating indicates that the exhumation of the Dabie Mountains tended to be accelerated in the Cenozoic and that the exhumation of the eastern Dabie Mountains was more and more intense from south to north, which is in accordance with the more and more intense dissection from south to north, as is reflected by the modern geomorphologic features of the Dabie Mountains. The accelerated exhumation during the Cenozoic was related to the high elevation of the Dabie Mountains resulting from Late Cretaceous-Palaeogene detachment faulting and subsequent fault-block uplift and subsidence. The average elevation at that time was at least about 660 m higher than that at the present. The intense exhumation lagged behind intense uplift.     

大别山超高压榴辉岩流变强度——来自高温高压实验的证据

利用Griggs型 5GPa高压仪器 ,在柯石英稳定域围压条件下 ( >3GPa)完成大别山超高压榴辉岩流变学实验 ,建立了榴辉岩流变状态本构方程 (流动律 ) : ε=Aexp( -Q/RT)σn ,应力指数 (n)为 3 .4 ,活化能 (Q)为 4 80kJ/mol,结构常数 (A)为 10 3.3.实验结果表明 :( 1)作为两相矿物组成的榴辉岩 ,其流变学强度在很大程度上取决于强相矿物 (石榴石 )和弱相矿物 (绿辉石 )含量比例 ;( 2 )天然榴辉岩塑性变形机制是以位错蠕变为主 ;( 3 )根据实验成果比较榴辉岩和上地幔方辉橄榄岩流变学强度相当 ,两者耦合在大陆深俯冲 10 0km左右深度发生拆沉作用可能性很小 ,与上地幔上隆 (upwelling)作用有关的造山期后伸展作用对超高压岩石折返更具有重要意义 .