碧溪岭岩体中石榴橄榄岩的锆石显微结构及离子探针定年

对碧溪岭岩体中石榴橄榄岩的锆石进行了BSE和CL显微结构分析，并在此基础上用离子探针进行了锆石微区U－Pb定年。锆石CL图像显示其有明显的核边结构，核部具岩浆锆石，边部是变质增生锆石的特征。结合锆石的外形特征认为，边部的变质锆石是在超高压变质作用中重结晶形成的。离子探针分析结果在一致曲线图中构成不一致线，得到上下交点 年龄分别为824±39Ma和254±38Ma。结合CL图像认为上交点824±39Ma的年龄代表其原岩形成年龄，下交点254±38Ma为基超高压变质作用的年龄。另有少量较年龄的捕虏晶锆石，可能来自岩浆上升过程中同化混染的围岩。     

苏鲁-大别山超高压变质带迟家店和碧溪岭石榴二辉橄榄岩橄榄石组构

大别山碧溪岭和山东荣成分别发育壳源和幔源的石榴二辉橄榄岩.它们在扬子板块向华北板块的俯冲过程中与俯冲板片一起经历了超高压变质作用.这两种原岩来源不同的石榴橄榄岩中的橄榄石具有相似的结晶学优选方位（LPO）：[100]轴主极密垂直于面理面,[010]轴主极密平行于线理,这种橄榄石结晶学优选方位明显不同于高温地幔橄榄岩包体中的橄榄石组构,也不同于最近在超高压变质地体中发现的水导致的橄榄石组构.我们认为碧溪岭和荣成石榴二辉橄榄岩中的这种橄榄石组构可能是在相对较干的超高压变质条件下形成的.本研究为大陆深俯冲超高压变质石榴橄榄岩橄榄石组构特征提供了第一手资料.     

大别山碧溪岭地区超高压变质岩构造分析

大比例尺 (1∶10 0 0 0 )构造制图及构造分析表明 ,碧溪岭地区超高压变质岩石含有丰富的构造演化历史记录。同碰撞或挤压组构只保留于榴辉岩及其它超高压变质岩透镜体内部 ,表现为高角度网络状超高压剪切带与弱应变透镜体域规律组合格式。前者由面理或糜棱岩化榴辉岩组成 ,后者由块状榴辉岩及石榴橄榄岩组成。碰撞期后伸展构造表现为区域性的假单斜状 ,内部呈低缓角度的网络状强应变带及所环绕的透镜状弱应变域组合格式 ,强应变带的岩石为由榴辉岩退变成的角闪岩相高压片麻岩及部分熔融形成的含榴花岗岩 ,透镜状弱应变域的岩石为弱角闪相改造的榴辉岩及石榴橄榄岩。不同尺度上同碰撞或挤压组构及碰撞期后伸展组构所显示的这种残斑基质流变学结构样式 ,虽然与先期原岩成分、结构、流变学的不均一性有关 ,但主要是多期递进应变分解作用的结果 ,支持榴辉岩“原地”成因模式。依据构造学证据和可利用的岩石学及同位素年代学资料 ,分析了超高压变质岩石的形成及折返过程 ,指出碧溪岭地区超高压变质岩石是在 2 45～ 2 10Ma形成的 ,碰撞期后伸展作用主要发生在 2 0 0～ 170Ma。在超高压变质岩石向地壳表层折返过程中 ,张扭作用可能有重要功能 ,不支持碧溪岭地区遭受过多期超高压变质作用的推论。     

碧溪岭石榴石橄榄岩的橄榄石中针状磁铁矿出溶体成分的不均匀性

运用电子探针Map图分析技术在碧溪岭石榴石橄榄岩的橄榄石中发现了磁铁矿针状出溶体成分不均匀的现象，即同一岩石样品的橄榄石中针状出溶体既有前人发现的含钛一铬磁铁矿，也有本文发现的含铬钛磁铁矿和磁铁矿两种针状出溶体。研究认为，针状出溶体成分出现的差异可能是由于Ti和Cr在原始的β-橄榄石相中分布不均匀所致，这种出溶体的出现暗示这些橄榄石可能是由地幔特有的尖晶石结构相转变而成，为确定这些橄榄岩的来源深度和大陆俯冲过程提供了有意义的信息。     

碧溪岭石榴异剥橄榄岩的显微构造及成因机制

对超高压变质带中橄榄岩变形显微构造的研究, 有助于了解板块边界构造环境中地幔物质的流变性质和变形机制, 进而探讨其在深俯冲/折返过程中的地球动力学过程的作用.采用光学显微镜、电子探针、红外光谱、电子背散射衍射(EBSD)、位错氧化缀饰等多种方法系统研究了来自中国大别碧溪岭的石榴异剥橄榄岩中的变形显微构造.研究结果表明: (1)碧溪岭石榴异剥橄榄岩发育较好的形状优选方位, 但只有单斜辉石显示了强晶格优选方位, 而橄榄石晶格优选方位很弱, 与常见上地幔橄榄岩中单斜辉石组构弱而橄榄石组构强的特点差异显著, 反映了单斜辉石经历位错蠕变而橄榄石经历位错调节的颗粒边界滑移变形; (2)碧溪岭异剥橄榄岩中单斜辉石和橄榄石均含有一定量的结构水, 其中单斜辉石含水量124×10-6~274×10-6, 橄榄石含水量38×10-6~80×10-6, 高于常见造山带橄榄岩中各矿物的含水量, 可能反映了壳源物质混染引起的高含水量变形环境; (3)橄榄石中发育显著位错显微构造, 根据位错显微构造计算的变形差异应力为230~600 MPa, 高于正常上地幔稳态流变应力, 反映了俯冲带中的相对低温变形环境.综合分析研究表明, 超高压变质带中的高压、低温、高差异应力和高结构水含量是形成碧溪岭相对独特的橄榄石、单斜辉石变形显微构造的原因.      

大别山超高压岩石的流变学研究

本文利用野外构造解析、透射电镜、岩组等手段,对大别山地区超高压岩石的变形表象及变形机制进行了详细的观察和研究,从而动态地建立了超高压岩石折返的PTtD轨迹。结果表明:超高压石榴橄榄岩经历了高温和低温两种变形,其中橄榄石中发育高温[001](100)和中低温[010](100)两种滑移系。超高压榴辉岩中绿辉石的位错构造发育,位错密度为4.98×10~7/cm~2。绿辉石亚颗粒的特征显示存在颗粒边界迁移和扩散蠕变。绿辉石的组构测定表明,绿辉石晶内塑性流动形成了[001]极密,该极密平行于线理,属L型收缩组构。组构对称型显示本区榴辉岩以共轴变形为主,由于应变分解,部分地区含非共轴成分。付林图解表明,绿辉石和石榴子石的变形均属于收缩型椭球,拉伸型应变,这与绿辉石组构测定结果一致。石榴子石位错密度为3.54×10~7/cm~2,部分地区的石榴子石发育动态重结晶及核幔构造等,形成榴辉岩相糜棱岩。另外根据不同超高压岩石中石英的位错密度或亚颗粒大小,计算了超高压岩石折返时各个阶段的应力大小。     

大别—苏鲁超高压变质带内变形分解作用对榴辉岩透镜体群发育的影响——以碧溪岭地区为例

确定超高压高压岩体的大小、分布、构造关系及变质演化，是理解超高压变质岩形成和折返动力学过程的关键。在大别－苏鲁超高压变质带内，榴辉岩及变质的镁铁质－超镁铁质岩石，一般成厘米至公里尺度的布丁或透镜体，散布于片麻岩及面理化含榴花岗岩内。区域系统性的岩石学及构造学观察，尤其是在安徽省碧溪岭区1：1万比例尺的精细制图中证实，榴辉岩及其它超高压变质岩透镜体群的形成，主要是多期及递进变形分解作用的结果，造成了网络状线形强应变带与透镜状弱应变域流变学组合型式。榴辉岩与围岩片麻岩的过渡关系也证实，超高压变质的榴辉岩体是“原地”形成的。榴辉岩体的形态、大小及空间分布规律特征，不支持超高压变质带岩石属构造混杂岩的推论，而是反映了超高压及角闪岩相条件下不均匀韧性流动的应变图像。     

大别造山带碧溪岭橄榄岩中锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究

在详细形态和内部结构研究基础上,对碧溪岭橄榄岩锆石进行了配套的U-Pb年龄和Hf同位素分析.碧溪岭橄榄岩锆石主体是变质成因的,但有少量岩浆锆石残留.这些锆石主体给出了220～210 Ma的变质生长/重结晶作用年龄;一颗具较高Th/U比值的锆石给出646 Ma的近协和年龄,限定了早期岩浆结晶作用的最小年龄.真正的侵位年龄可以由745 Ma的上交点年龄来限定;210～222 Ma则记录着深俯冲陆壳折返过程中的锆石生长.除少数颗粒的εHf为负值外（-2.9）,大部分锆石的εHf是正的（高速＋8.1）并具新元古代的亏损地幔模式年龄（0.6～1.0 Ga,平均0.8 Ga）.这些结果说明碧溪岭橄榄岩的初始物质是扬子大陆岩石圈内新元古代岩浆堆积作用产物.这样的岩浆堆积物来源于亏损的软流圈地幔,侵入于扬子的深部地壳之中（如底侵）并部分混染了古老地壳组分.它们随扬子向华北之下深俯冲碰撞和造山带折返过程中经历着复杂的变质改造作用.     

分步淋洗方法研究碧溪岭榴辉岩Pb同位素组成及其演化

根据大量年代学、地球化学和岩石学等方面的研究,前人对碧溪岭榴辉岩的形成及变质历史有了较明确的认识,但这些研究对超高压变质前后过程中元素和同位素的变化涉及较少。通过分步淋洗方法对碧溪岭榴辉岩中石榴石的Pb同位素研究发现,不同淋洗步骤的Pb同位素组成明显不同,但对不同的石榴石样品以及同一样品用不同的淋洗流程,得到的淋洗规律以及Pb同位素组成变化范围基本一致。不同淋洗步骤的Pb同位素组成构成等时线,给出表面年龄为30亿年左右,与前人报道的碧溪岭地区榴辉岩原岩形成及超高压变质的年龄数据有明显差异。结合前人研究可以判断,这些年龄不具有明确的地质意义,属于假等时线。但分步淋洗结果能反映碧溪岭榴辉岩中Pb同位素的来源可能由地幔组分和上地壳组分混合而成,地幔组分的Pb反映了碧溪岭榴辉岩的原岩是地幔成因的,上地壳组分的Pb表明在榴辉岩快速折返过程中,受到具有上地壳Pb同位素组成的含水流体交代     

超高压变质作用不同阶段的流体变化：碧溪岭榴辉岩的氢、硼同位素分析

大别山碧溪岭榴辉岩中有三种含水矿物:多硅白云母、角闪石和黑云母,它们分别是超高压(UHP)阶段(即柯石英榴辉岩相阶段)或者石英榴辉岩相阶段、退变质后成合晶阶段和角闪岩相退变质阶段的产物,本文利用离子探针技术对它们进行了氢同位素和硼同位素的分析。三种矿物内部的同位素组成都是均一的,多硅白云母的δD为-105‰±9‰,δ~(11)B为-25.9‰±2.0‰;角闪石的δD为-100‰±9‰,δ~(11)B为-24.4‰±0.9‰;黑云母的δD为-65‰±4‰,δ~(11)B为-19.3‰±1.3‰。多硅白云母和角闪石的氢-硼同位素组成在误差范围内是相同的,而和黑云母则有明显的差别,这表明,从UHP阶段或者石英榴辉岩相阶段到随后的后成合晶阶段,变质流体是内部缓冲的,而在角闪岩相变质阶段,则有了外来流体的加入,这个流体是相对富集D和~(11)B的。碧溪岭榴辉岩矿物相对于其地壳原岩表现出低δ~(11)B的特征,说明俯冲过程中板块经历了强烈的脱硼。     

大别山南山岭石榴橄榄岩成因的岩石学研究

大别山罗田穹隆东南侧的南山岭石榴橄榄岩岩体面积小(173×133m2),由贵橄榄石(75%).透辉石(10%)和镁铝石榴石(15%)组成.本文通过岩石学及地球化学研究,并与大别山的碧溪岭、毛屋、饶拔寨、芝麻坊岩体以及其他地区的基性岩浆杂岩体(如红格岩体、元宝山岩体、柴北缘岩体)、残留地幔块体(五大连池、鹤壁、山旺)等不同成因的超镁铁岩进行对比后认为,该岩体属于火成成因,是镬铁-超锾铁杂岩体的一部分.表现在橄榄岩呈块状构造,矿物分布均匀未见定向排列.镜下呈现典型的火成结构;FeOT.含量高(21.36%),Mg#(0.77)低,Mg Ni/Fe Mn(3.06)＜7,V(175.5×10-6)含量高于地幔块体成因的橄榄岩;REE总量偏低,LREE弱富集,(La/Yb)N=3.1,低于饶拔寨、芝麻坊等残留地幔块体成因的橄榄岩.南山岭橄榄岩在微量元素蛛网图中,具有Ba、U、Pb、Zr、Eu的正异常和Nb的负异常,石榴橄榄岩全岩以及透辉石单矿物都具有高87Sr/86Sr(0.7088,0.7086)和低εNd(t)(-6.55～-6.01)的特征,尽管南山岭与碧溪岭岩体距离很近而且都属于火成成因,但岩石的结构构造、变质变形的印记、REE配分形式和同位素特征都有区别,表明二者的源区及演化经历不同,相比之下.南山岭岩浆源区地壳组分的作用更为明显.在εNd(t)-(87Sr/86Sr),图解中南山岭橄榄岩的投点十分靠近大别山北麓120～130Ma侵位的祝家铺辉石岩-辉长岩岩体群的投点分布范围,暗示可能有与罗田穹窿西北侧祝家铺岩体群的岩浆活动相对应.     

南大别山碧溪岭榴辉岩加里东期 Ar-Ar年代学信息

笔者曾尝试把热液矿床流体包裹体 Ar- Ar定年技术应用于碧溪岭超高压变质榴辉岩石榴子石流体包裹体定年研究 , 并获得了石榴子石流体包裹体 Ar- Ar等时线年龄～ 450Ma.为了探索这个年龄信息的地质意义 , 继续开展了更广泛的研究工作 , 结果表明,加里东期年龄信息也记录于碧溪岭其他榴辉岩露头的石榴子石流体包裹体中 , 它们的 Ar- Ar年龄谱和等时线非常相似 ; 而碧溪岭榴辉岩体中的花岗片麻岩之角闪石和黑云母的 Ar- Ar年龄谱平坦 , 其等时线年龄分别为 (275± 18) Ma和 (273± 4) Ma, 明显早于当前主流学术观点的超高压峰期变质年龄 240～ 220 Ma.这些 Ar- Ar年龄将有助于进一步认识大别-苏鲁地区超高压变质作用历史.     

利用石榴橄榄岩重建大陆俯冲带的古动力学环境及其演化过程

本文提出一种对于造山带石榴橄榄岩的简单概念分类模型。该模型将造山带石榴橄榄岩划分为地幔楔型和俯冲带型两种类型,根据所记录温压条件及P-T轨迹的差异,地幔楔型石榴橄榄岩进而被划分为A-D四个亚类,分别对应不同厚度的克拉通型岩石圈地幔及普通大陆岩石圈地幔环境中冷的/古老的/稳定的地幔环境及与之对应的相对热的/年轻的/活动地幔环境。我们选择研究程度较高的斯堪的纳维亚加里东期造山带及我国柴北缘造山带中出露的石榴橄榄岩来检验该模型的适用性。出露于挪威西片麻岩地区的Mg-Cr型及Fe-Ti型石榴橄榄岩分别属于地幔楔型的A亚类(来自于古老的/冷的/厚的/亏损的克拉通岩石圈地幔)及壳源俯冲带石榴橄榄岩,而来自Seve,Troms和Linds地体的石榴橄榄岩则属于地幔楔型的C亚类(来自于古老的/冷的/薄的/亏损的大陆岩石圈地幔)后经历俯冲过程变为俯冲带石榴橄榄岩。对我国柴北缘超高压带绿梁山石榴橄榄岩的检验结果相对复杂。前人的研究表明绿梁山石榴橄榄岩存在三种不同的成因方式,对应分类模型中的:1)D亚类橄榄岩(阿拉斯加型岩浆岩堆晶体);2)壳源俯冲带型石榴橄榄岩;3)A亚类来自克拉通岩石圈地幔的太古代石榴橄榄岩。检验结果表明,该分类模型能较好的解释斯堪的纳维亚加里东期造山带中的石榴橄榄岩的出露规律,岩石学及矿物学特征及不同期次矿物之间的年代学关系,但对于我国绿梁山石榴橄榄岩的成因分类仍需进一步研究。假设该分类模型能适用于大多研究程度较高的造山带石榴橄榄岩,起到决定性作用的两个分类参数为地幔楔形成初期的平均温度(T)及造山带岩石圈地幔的厚度(P)。熔融作用发生的时间及深度同样是区分不同类型石榴橄榄岩的重要因素。     

大别山碧溪岭石榴橄榄岩—榴辉岩体的原岩性质及同位素年代学的启示

碧溪岭橄榄岩一榴辉岩体的原岩为形成於岛弧环境并经受结晶分离作用的镁铁－超镁铁质侵入体。它们形成于２２１０±３９Ｍａ或更早,于８００～１０００Ｍａ时经受超高压变质之后上升于壳幔边界附近,并经受多期次高压退变质作用及韧性变形（６６０～４１０Ｍａ）,于２１０～２５０Ｍａ时折返上升至地壳并伴随发生石榴石的重结晶以及随后在地壳条件下榴辉岩的角闪岩化。     

东海地区超高压石榴橄榄岩超微构造特征——快速折返的新证据

利用透射电子显微镜对中国大陆科学钻探(CCSD)主孔超高压石榴橄榄岩中石榴石、橄榄石及透辉石的超微构造特征进行了详细研究。石榴石、橄榄石及透辉石中的大部分区域都没有位错,在局部区域发育高密度位错及位错壁。石榴石局部区域的位错密度达到1．34×109／cm2以上,滑移系以1／2{110}为主。在石榴石中发现一部分熔融条带,条带由熔体和磁铁矿球粒构成,在附近的石榴石基体中有高密度的小位错圈。橄榄石局部区域的位错密度达到2．64×108／cm2以上,并发育杆状钛铁矿和含铬钛磁铁矿出溶体。透辉石局部区域发育有位错壁,在部分位错壁部位形成了微裂隙。透辉石内部存在类“多边化”区域,不同区域之间存在小角度差。分析认为该石榴橄榄岩加入俯冲板片之后,在超高压变质峰期及早期快速折返阶段发生了较强的塑性变形,在石榴石、橄榄石及透辉石中形成了高密度的位错、位错壁及亚颗粒。在折返过程中,该石榴橄榄岩曾经发生了减压部分熔融和静态重结晶,导致石榴石、橄榄石及透辉石中大部分区域的位错消失。石榴石中部分熔融条带得以保存,表明在发生减压部分熔融和静态重结晶之后所经历的折返过程非常迅速,具有很高的抬升速率及降温速率。     

安徽省岳西县碧溪岭片麻岩地球化学和锆石U-Pb年龄研究

本文通过对碧溪岭片麻岩综合研究表明,岩石化学成分高硅(SiO2=73.18%～75.60%)、低铝(Al2O3=11.93%～12.79%)、富碱(Na2O+K2O=6.11%～7.23%)和高钠(Na2O/K2O=1.51～1.94); 微量元素富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U等和Pb,贫Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高场强元素; 稀土元素含量范围变化较大(TREE=142.38～308.44×10-6),富集轻稀土(LREE/HREE=5.93～6.01),和铕负异常明显(δEu=0.42～0.64)等。造岩矿物中斜长石聚片双晶常垂直晶体延长方向,以及继承锆石大部分是不同时代的岩浆碎屑锆石等,暗示其寄主岩是沉积岩; 锆石LA-ICP-MS定年结果: 1)获得超高压变质锆石U-Pb年龄为242 Ma; 2)继承锆石U-Pb年龄,除了有比较多的属于元古代(768～639 Ma),还有大量的属于古生代(590～358 Ma)等,表明其寄主岩的时代不会早于古生代。     

超高压变质岩的塑性流变学

岩石流变作用是大陆造山作用的基本特征,超高压岩石的形成和折返过程也是大陆深俯冲带内物质的复杂流变过程。要深入理解大陆造山带的造山作用和大陆壳岩石的深俯冲和折返动力学过程,必须对大陆地壳及地幔岩石的流变学进行深入研究。岩石圈流变学的主要研究内容主要包括流变学分层性、变形分解和应变局部化及大陆壳岩石部分熔融作用的流变学效应等。应用岩石圈流变学的基本原理和方法,分析了大别-苏鲁超高压变质带中超高压变质岩的塑性流变特点,探讨了超高压变质岩形成和折返过程的塑性流变学。     

南阿尔金巴什瓦克石榴橄榄岩的变质演化

南阿尔金巴什瓦克地区石榴橄榄岩在空间上呈透镜体状与高压基性麻粒岩和含石榴子石长英质片麻岩伴生.基于矿物共生组合关系和变质反应结构特征,并结合矿物化学详细分析以及温压条件的估算,我们将该区石榴橄榄岩的变质演化划分为3个阶段:峰期变质阶段(Ml)、峰后早期退变质阶段(M2)和晚期角闪岩相-绿片岩相退变质阶段(M3).M1阶段的矿物组合为石榴子石(Grt)+橄榄石(O1)+斜方辉石(Opx)+单斜辉石(Cpx),所估算的温压条件为:T=891～ 1054℃、P=17.2 ～24.7kbar; M2阶段以石榴子石周围出现斜方辉石(Opx)+单斜辉石(Cpx)+尖晶石(Spl)的次生边为特征,在P=10kbar时,估算的温度条件为:T=711 ～ 796℃;M3阶段以形成角闪石(Amp)+蛇纹石(Srp)+金云母(Phl)+绿泥石(Chl)+磁铁矿(Mag)±滑石(Tlc)为特征.石榴橄榄岩具有与相邻的长英质麻粒岩和基性麻粒岩类似的P-T演化历史.结合成因矿物学和初步的地球化学特征,我们认为石榴橄榄岩的原岩可能为侵位于大陆地壳的镁铁质-超镁铁质杂岩,并在早古生代与长英质地壳物质一起俯冲,经历高压(超高压?)/高温变质作用以及随后的变质和地球动力学演化.     

超高压榴辉岩流变学研究

大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别。因此,现有板块构造不完全适合于大陆构造。大陆地壳和上地幔流变学的综合研究是认识大陆构造最佳途径之一。流变学研究是大陆造山带几何学、运动学和动力学的桥梁。大陆岩石圈对构造作用、重力不稳定性和热结构的响应在很大程度上取决于岩石流变强度。岩石圈流变性质是岩石圈分层、构造复杂性和塑性流动的主导控制因素。超高压榴辉岩在地幔对流、壳-幔物质循环和俯冲带动力学起着重要作用。榴辉岩的流变性质和变形机制对于阐明大陆造山带和大陆深俯冲的动力学过程具有十分重要的意义。本文主要内容包括以下4个方面：（1）岩石流变学研究在地球动力学中地位和重要性;（2）回顾池际尚先生对岩石流变学实验的贡献;（3）近几年来超高压榴辉岩流变学研究成果;（4）国外岩石流变学实验研究发展态势和启示。