大陆俯冲带大规模的变质流体活动:来自大别造山带超高压硬玉石英岩的记录

硬玉石英岩是一种稀少且与流体作用相关的变质岩,同时出露于高压或超高压洋壳和陆壳俯冲带中.通过对中国东部大别造山带中出露达50 km2的含柯石英的超高压硬玉石英岩进行研究,综合全岩主微量元素、矿物Mg-O同位素和锆石学研究.结果表明,硬玉石英岩的原岩为古元古代TTG岩石,经历过弱化学风化和强物理风化作用,然后在三叠纪时期受到围岩富黑云母片麻岩分解脱水而产生的大量重Mg同位素流体交代,从而形成硬玉石英岩.考虑到这种受流体交代成因的硬玉石英岩在大别山广泛出露,表明其在三叠纪大陆深俯冲过程中存在着大规模的变质流体活动,这项研究首次报道了大陆俯冲带有大规模的流体活动存在,同时也挑战了传统观点认为的大陆俯冲带缺乏岛弧岩浆作用主要原因是缺乏足够量的流体活动.      

大别造山带超高压变质带中含金钛-铁氧化物

大别造山带ＨＰ（高压）－ ＵＨＰ（ 超高压） 变质岩中的钛－ 铁氧化物系列矿物和其寄主岩石同是ＨＰ－ ＵＨＰ变质作用过程的重要地质记录,经研究发现这些钛－ 铁氧化物中金元素浓度较高。对榴辉岩相、角闪岩相变质岩中金红石、钛铁矿电子探针微区分析发现其含金值高达０－０１ ％ ～０－６１ ％ ;微区电子探针浓度扫描揭露金呈超微粒包体、弥散状态分布于金红石、钛铁矿中。钛－ 铁氧化物矿物中出现这种含金形式不仅是金在ＨＰ－ ＵＨＰ变质作用下具有亲铁性质的表现,也可能是金在地幔岩石中的主要赋存状态。     

俯冲大陆熔融:大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩锆石U-Pb年龄和地球化学证据

板块俯冲物质再循环的岩浆岩表现形式,是化学地球动力学研究的核心问题.在海底扩张和板块构造学说发展过程中诞生的化学地球动力学,在研究大洋地质的许多基本问题中已经取得了巨大成功.     

大别超高压变质过程中流体作用的微量元素效应及其地球化学意义

对大别地区角闪岩相－麻粒岩相和榴辉岩相岩石进行较系统的地球化学研究,探讨了超高压俯冲变质及折返过程中元素的再分配行为,并就其对变质过程中的部分熔融作用和流体交代作用的指示进行了分析。研究表明,大别榴辉岩原岩在其俯冲过程中发生了部分熔融作用,并在其早期脱水和后期退变质作用过程中与变质流体相之间产生了交换。脱水作用使榴辉岩Ｎｂ／Ｔａ比值升高,但后期的退变质作用使榴辉岩与其寄主围岩间的Ｎｂ／Ｔａ比值相对     

大别造山带燕山期变质作用与部分熔融:来自混合岩的证据

<正>大陆俯冲碰撞带中高压—超高压岩变质岩的折返以及碰撞后去根过程中往往会伴随着部分熔融,因此对经历过部分熔融作用的岩石的地球化学以及年代学研究是了解俯冲带演化和相关岩石成因的关键。大规模的部分熔融产生巨量的熔体,往往广泛发育混合岩化作用,其带来的热量也会对周围岩体产生后续影响,使其发生不同程度的热变质。目前,岩石的元素地球化学研究以及锆石的U-Pb同位素年代学研究为限定部分熔融及其相关过程的年代与条件提供了重要的依据。     

变质锆石拉曼光谱研究--以大别造山带为例

对大别山的道士冲辉石岩、双河榴辉岩和碧溪岭石榴橄缆岩的锆石进行了激光拉曼探针，阴极发光（CL）观察和U、Th等微量元素的微区分析及U－Pb同位素测定，发现锆石拉曼光谱波数和半高宽都能指示其蜕晶化程度，但对于高度蜕晶化锆石，波数已经不再完全适用，而只能通过其特征谱峰半高宽来确定。碧溪岭石榴橄榄岩锆石微区微量元素和拉曼探针分析发现，半高宽和Th/U比正相关，这是由岩浆锆石在变质过程中不同程度的固态重结晶作用造成的，其可能曾经遭受过约220Ma的热事件扰动。双河榴辉岩锆石则可能遭受了流体参与下的变质重结晶作用的影响。锆石重结晶作用是变质岩中锆石年龄和化学组成变化的主要原因。     

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。     

大陆板片-地幔相互作用:来自大别造山带碰撞后安山质火山岩的地球化学证据

俯冲到地幔深度的地壳物质不可避免地在板片-地幔界面与地幔楔发生相互作用,由此形成的超镁铁质交代岩就是造山带镁铁质火成岩的地幔源区.因此,造山带镁铁质火成岩为研究俯冲地壳物质再循环和壳-幔相互作用提供了重要研究对象.为了揭示俯冲陆壳物质再循环的机制和过程,对大别造山带碰撞后安山质火山岩开展了元素和同位素地球化学研究.这些安山质火山岩的SIMS锆石U-Pb年龄为124±3~130±2 Ma,表明其形成于早白垩世.此外,残留锆石的U-Pb年龄为中新元古代和三叠纪,分别对应于大别-苏鲁造山带超高压变火成岩的原岩年龄和变质年龄.它们具有岛弧型微量元素特征、富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,以及变化的且大多不同于正常地幔的锆石δ18O值.这些元素和同位素特征指示,这些安山质火山岩是交代富集的造山带岩石圈地幔部分熔融的产物.在三叠纪华南陆块俯冲于华北陆块之下的过程中,俯冲华南陆壳来源的长英质熔体交代了上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,大陆俯冲隧道内的熔体-橄榄岩反应产生了富沃、富集的镁铁质地幔交代岩.这种地幔交代岩在早白垩世发生部分熔融,就形成了所观察到的安山质火山岩.因此,碰撞造山带镁铁质岩浆岩的地幔源区是通过大陆俯冲隧道内板片-地幔相互作用形成的,而加入地幔楔中长英质熔体的比例决定了这些镁铁质岩浆岩的岩石化学和地球化学成分.      

大别超高压变质过程中部分熔融作用的地球化学约束

报道了大别超高压变质带西部麻城四道河榴辉岩-围岩剖面系统的元素和同位素地球化学研究成果, 对超高压变质榴辉岩在俯冲和折返过程中的部分熔融作用进行了探讨. 研究表明, 榴辉岩原岩性质类似于N-MORB, 其长英质围岩可分为TTG片麻岩和含石榴石花岗岩; 两类长英质围岩Sm -Nd同位素特征与其寄主的榴辉岩相似; REE特征、w (Nb)/w (Ta) 比值、Nd同位素组成及锆石U -Pb定年等地球化学证据支持了TTG片麻岩为大别地区陆壳俯冲过程中发生部分熔融作用而形成, 其与超高压榴辉岩的关系属特殊的异地关系; 含榴花岗岩为超高压榴辉岩折返过程中的部分熔融作用形成, 但因其形成环境为石榴石稳定场的深度, 故含榴花岗岩与超高压榴辉岩被视为近似原地的构造关系.      

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。     

俯冲带深部流体:来自超高压变质锆石晶内结构和包裹物的证据

利用阴极发光和激光拉曼研究了大别山俯冲带超高压基性和长英质变质岩中的锆石。超高压变质增生锆石环带或新生锆石颗粒从不同角度反映了俯冲带地幔深度流体作用信息。其一,在超高压变质锆石生长域中存在微米级流体包裹体。由于其十分细小,组成往往难以测定。但是在变基性岩中检测到富CO2的负晶形包裹体。其二,在超高压锆石生长域中较普遍地发现富含挥发份的多硅白云母和磷灰石包裹体,其与典型的超高压变质矿物———柯石英稳定共生。副矿物研究表明,即使是在新鲜的弱退变质的榴辉岩中,富含挥发份的矿物相———磷灰石仍是含量较高的矿物,说明在俯冲带的深部(>100km),流体仍可以稳定地保存在高挥发份的矿物晶体格架中。其三,超高压变质增生锆石环带的边界呈蚕食状或港湾状,指示流体参与了锆石的变质生长过程,即通过流体与锆石之间的相互作用导致原有锆石的溶解和新生锆石的沉淀结晶。考虑到如此高的锆溶解度,认为在地幔俯冲深度,流体的成分复杂,并不是简单的富水体系,其化学组成与深熔融体相似,且赋存状态应为含水融体相。     

大别—胶南造山带温泉中天然气地球化学特征

大别－胶南造山带温泉气中的ＣＯ２含量较低（多数在１．００％以上）,δ＾１３Ｃ变化范围为－２０．３４‰至－３．０‰,主要为源于地壳浅层的有机成因气。整个造山带各温泉气体成分均以Ｎ２为主（９０％左右）,其来源除大气Ｎ２以外,可能为地壳岩石释放或地层中有机体演休形成。稀有气体同位素组成表明,Ａｒ主要来源于大气,Ｈｅ为壳内岩石放射成因。本区温泉气体地球化学特征可能与现今中国东部的构造应力场有关,即大别－胶     

大陆俯冲隧道板片-地幔楔界面反向流体交代作用:西阿尔卑斯造山带超高压变质白片岩的地球化学证据

前人对深俯冲板片释放熔/流体交代地幔楔形成弧岩浆源区的过程和机制已得到充分认识,然而对地幔楔岩石能否脱水交代深俯冲地壳并不清楚.在对欧洲西阿尔卑斯造山带Dora-Maira地体白片岩的地球化学研究中,首次发现地幔楔交代岩能够脱水反向交代深俯冲地壳岩石,从而极大影响俯冲地壳的地球化学组成.结合白片岩和围岩的全岩地球化学特征以及锆石学结果,查明了白片岩的原岩为S型花岗岩,澄清了关于Dora-Maira白片岩原岩属性的长期争议.在此基础上,发现白片岩中变质锆石相对残留岩浆锆石δ18O值显著降低,指示原岩形成后受到低δ18O变质流体的交代作用.白片岩具有高温岩石中最高的δ26Mg值达0.75‰,显著高于围岩变花岗岩,指示交代流体具有重Mg同位素组成.基于地球主要岩石储库的Mg同位素组成,推测交代流体来自俯冲隧道中富滑石地幔楔蛇纹岩在弧下深度的脱水分解,而这些地幔楔蛇纹岩是新特提斯洋壳在弧前深度变质脱水产生的流体与地幔楔浅部橄榄岩反应形成.这些结果不仅提供了利用Mg-O同位素示踪俯冲隧道中流体来源的新思路,也提供了地幔楔蛇纹岩来源流体反向交代深俯冲地壳岩石的首个典型实例.这种反向交代不仅极大改变了深俯冲地壳的地球化学组成,而且对弧岩浆岩重Mg同位素成因具有重要意义.      

大别造山带的流体系统与成矿作用

大别山是大别造山带的主体部分，流体活动贯穿于俯冲－碰撞－折返整个造山过程。印支期俯冲－碰撞阶段的流体，以具高挥发份、高盐度为特点，流体中保留有原岩在地表时的天水－岩石以及超高压变质过程中的地幔流体－岩石同位素交换的信息。燕山期折返隆升阶段的流体是大量天水与深部流体发生混合的产物，流体中盐度降低，但水－岩相互作用增强。大别造山带的流体系统可称为“天水与深部流体混合系统”，并可分为流体富集区、流体贫乏区和流体排泄区三个部分。成矿作用主要发生在流体富集区。     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。     

大别山超高压硬玉石英岩中的水:来自红外光谱的证据

为了探讨大别山“名义上无水矿物”(NAMs)中结构水的分布特征, 研究相关的流体活动、矿物变形以及板块俯冲和折返动力学过程提供重要的微观信息.对大别山双河和碧溪岭地区超高压硬玉石英岩中的石英、硬玉、石榴石和金红石进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析, 研究结果显示这些矿物都含有以OH-或者H₂O形式存在的氢, 硬玉中结构水平均含量在1000×10-6左右; 石榴石结构水含量在(900~1600)×10-6之间, 各样品颗粒结构水的分布不均匀; 副矿物金红石结构水含量在2000×10-6以上, 而石英结构中基本不含或仅含微量水(< 4×10-6).双河和碧溪岭地区的硬玉石英岩全岩含水量分别为(490~600)×10-6和545×10-6, 不同地区同一种NAMs中结构水含量基本相同.表明在高压-超高压变质岩的形成过程中, 地壳或原岩中的水可以通过这些超高压变质岩中的NAMs携带到地球深部.      

大别—苏鲁造山带超高压—高压变质岩原位成因的构造证据

大别—苏鲁造山带超高压—高压变质岩的原位或外来成因是长期以来争论不休的问题。研究证明,现今所见的在大别—苏鲁造山带超高压和高压单元中所保留的榴辉岩和其他超高压和高压变质岩石仅占5％～10％,它们不是构造     

大别造山带南部浅变质岩的锆石U-Pb年龄

在大别造山带南部,出露与超高压榴辉岩伴生,仅经过绿片岩相变质作用的浅变质岩。浅变质岩的锆石U- Pb 年龄表明,其原岩形成时代为晋宁早期(1100 ±140 Ma) ,与扬子地块南缘的一些岩浆岩的年龄相似。浅变质岩不一致线下交点年龄及超高压地块区域片麻岩的锆石测定结果表明,它们均受到加里东期构造热事件的影响,印支期超高压变质作用仅使浅变质岩的Rb- Sr 体系重置而没有影响到其U- Pb 体系。     

桐柏—大别造山带南缘七尖峰花岗岩成因：来自地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素的制约

以桐柏—大别造山带南缘七尖峰花岗岩体为研究对象,进行了详细的同位素年代学和元素-同位素地球化学研究,对其岩石成因和桐柏—大别造山带南缘早白垩世构造背景与钼成矿作用进行了探讨。锆石LA-ICP-MS UPb定年结果表明,七尖峰花岗岩形成年龄为(140±1) Ma,说明其为早白垩世岩浆活动的产物。地球化学研究表明,七尖峰花岗岩具有高SiO2(72.88%～73.60%)、低MgO(0.33%～0.36%),高Sr(620×10-6～642×10-6)、Sr/Y(107～111)比值,低Y(5.65×10-6～5.95×10-6)、Yb(0.52×10-6～0.59×10-6)、无Eu负异常的地球化学特征,是典型的埃达克岩。岩体富K2O、贫Cr和Ni,具有富集的Sr-Nd同位素组成(ISr=0.7075～0.7078,εNd(t)=-15.5～-15.1),锆石εHf(t)值在-19.9～-13.2变化,对应的两阶段Nd和Hf模式年龄分别介于2.15～2.19 Ga和2.00～2.43 Ga,暗示七尖峰花岗岩是由古老的加厚下地壳含石榴石角闪岩部分熔融形成。结合前人的研究成果,认为桐柏—大别造山带白垩纪存在两期与钼成矿密切相关的岩浆事件,早期(130 Ma)与加厚下地壳部分熔融有关,晚期(130 Ma)则形成于非加厚地壳部分熔融,证明桐柏—大别造山带南缘早白垩世(约130 Ma)经历了从碰撞挤压地壳加厚到碰撞后伸展地壳减薄的构造垮塌演化过程。     

北大别片麻岩的超高压变质证据——来自锆石提供的信息

本文对北大别片麻岩锆石中矿物包体及年代学进行了研究,首次发现了北大别片麻岩的超高压变质作用证据。结合阴极发光图像和同位素定年,片麻岩锆石中矿物包体组合至少可分出三期:(1)原岩岩浆矿物组合,即斜长石、黑云母、石英和磷灰石;(2)超高压变质矿物组合,即金刚石、石榴子石和金红石等;(3)麻粒岩相退变质矿物组合,如透辉石等。其中,金刚石和石榴子石主要以包体形式被包裹于透辉石中,而透辉石是北大别麻粒岩相退变质阶段形成的代表性矿物。锆石SHRIMP U-Pb定年结果表明,北大别片麻岩的峰期变质时代和麻粒岩相退变质时代分别为218±3Ma和199±10Ma。这些证明北大别片麻岩,如同其中的榴辉岩一样,经过了印支期超高压变质作用。