大别山造山带高压-超高压变质岩的折返过程

高压-超高压变质岩的形成与折返是地球动力学过程,虽人眼不能见及,但在岩石中留下种种记录。本文以大别山为例对高压-超高压变质岩的折返过程进行了探讨。文中(1) 综合构造地质学和地球物理学观测资料,剖析了大别山造山带的结构构造,指出了作为高压-超高压变质岩折返通道的莫霍面断口和折返形成的挤压穹隆地壳结构;(2) 综合变质岩石学P-T-t轨迹研究资料,追踪高压-超高压变质岩在地下的运动轨迹,揭示了其在俯冲-折返过程不同时段经过的深度和运动速率,并指出其向南的折返极性;(3) 结合沉积岩石学研究资料,利用合肥盆地中砾岩成分和碎屑白云母Si含量记录,限定了高压-超高压变质岩折返至地表的时间为中侏罗世前。基于上述资料,本文重建了大别山高压-超高压变质岩的三阶段折返过程,指出大别山包含三个岩片,于230Ma左右分别从不同深度快速折返,折返速率为3~10km/Ma,于210Ma左右进入中地壳,并于180Ma左右快速折返(折返速率为3km/Ma左右) 至上地壳,白垩纪折返速率极慢(0.1km/Ma左右)。

     

包含变质岩分类三要素的主要变质岩分类表

变质岩分类的三要素是:变质岩的物质成分(化学成分、矿物成分)、变质岩的组构(结构、构造)和变质岩的成因(变质作用类型和形成变质岩的物理化学条件).由于变质岩的化学成分、矿物成分、组构特征和形成变质岩的地质环境十分复杂,致使至今尚无以变质岩分类三要素为基础的、内容比较完善的分类方案.本文中主要变质岩的分类是以其分类三要素为基础编制的,首次将不同成因的变质岩类并列于同一表中、将鉴定变质岩的主要标志性矿物成分和组构特征列入同一分类表中.该分类对鉴定变质岩石具有可操作性和实用性,分类表中涵盖了自然界主要的变质岩石.     

中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及俯冲/折返机制的探讨

造山带中发现超高压矿物柯石英和金刚石,被认为与洋壳或陆壳岩片的深俯冲(>100km)有关。但探讨这些岩片是如何俯冲和折返的？却是一个极具挑战的难题。目前,中国境内含榴辉岩的高压超高压（HP/UHP）变质带已经发现11条,此外,世界各地发现的高压超高压变质带还有至少20条。高压超高压变质带,特别是中国众多的HP-UHP变质带,在什么特定的大地构造条件中形成？又是在怎样的构造背景下折返而剥露地表？中国大陆上为什么出现众多规模可观的HP-UHP变质带？为什么出现洋壳（深）俯冲与陆壳（深）俯冲不同类型的HP-UHP带？这是本文试探讨的问题。根据中国境内的11条高压/超高压变质带形成时代和区域构造背景,将其分为4类：Ⅰ.始特提斯（早古生代）高压/超高压变质带,包括（1）柴北缘-南阿尔金超高压变质带,（2）北祁连-北阿尔金高压变质带,（3）东秦岭超高压变质带;Ⅱ.古特提斯高压/超高压变质带,包括（4）大别高压/超高压变质带,（5）苏鲁高压/超高压变质带,（6）西藏羌塘高压变质带;（7）西藏松多（超）高压变质带;Ⅲ.新特提斯高压/超高压变质带,包括（8）雅鲁藏布江东构造结南迦巴瓦（超）高压变质带;Ⅳ.古亚洲域南缘高压/超高压变质带,包括（9）新疆西南天山超高压变质带,（10）甘肃北山高压变质带,和（11）冀北高压变质带。中国高压/超高压变质带形成的大地构造背景有洋壳（深）俯冲和陆壳（深）俯冲两大成因类型,认为前者大都与始-古特提斯洋盆中微陆块之间的汇聚碰撞有关;后者为大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片深俯冲的产物。由于中国（邻区）大陆是三大陆块与许多小陆块聚集构成的巨大拼合体,小陆块在特提斯洋盆（特别是始、古特提斯洋盆）中的独特位置,使陆块之间的刚性洋盆岩石圈得以（深）俯冲插入小陆块之下。而大陆块之间特殊部位的碰撞为陆壳（深）俯冲创造条件。研究表明,高压/超高压变质岩石和蛇绿岩、混杂堆积、俯冲增生楔一起构成俯冲/折返杂岩带;认为代表印支造山带山根物质的大别-苏鲁高压/超高压俯冲/折返杂岩带,呈面形推覆岩片的构造样式叠置在扬子陆块之上,提出汇聚陆块边缘深部地幔物质折返的“斜向挤出”和“沿岩石圈板片的多层隧道的多重/分片挤出”的两种模式;认为走滑断裂在高压/超高压变质岩石的快速折返中起重要作用,即阿尔金走滑断裂、郯庐走滑断裂和喀喇昆仑走滑断裂,分别制约了阿尔金和祁连山中的南北两条早古生代高压/超高压变质带、大别-苏鲁印支期超高压变质带和喜马拉雅西构造结的喜山期超高压变质带的快速折返。     

Timing of Himalayan ultrahigh-pressure metamorphism: sinking rate and subduction angle of the Indian continental crust beneath Asia

Coesite relics were discovered as inclusions in clinopyroxene in eclogite and as inclusions in zircon in felsic and pelitic gneisses from Higher Himalayan Crystalline rocks in the upper Kaghan Valley, north‐west Himalaya. The metamorphic peak conditions of the coesite‐bearing eclogites are estimated to be 27–32 kbar and 700–770 °C, using garnet–pyroxene–phengite geobarometry and garnet–pyroxene geothermometry, respectively. Cathodoluminescence (CL) and backscattered electron (BSE) imaging distinguished three different domains in zircon: inner detrital core, widely spaced euhedral oscillatory zones, and thin, broadly zoned outermost rims. Each zircon domain contains a characteristic suite of micrometre‐sized mineral inclusions which were identified by in situ laser Raman microspectroscopy. Core and mantle domains contain quartz, apatite, plagioclase, muscovite and rutile. In contrast, the rim domains contain coesite and minor muscovite. Quartz inclusions were identified in all coesite‐bearing zircon grains, but not coexisting with coesite in the same growth domain (rim domain). ²⁰⁶Pb/²³⁸U zircon ages reveal that the quartz‐bearing mantle domains and the coesite‐bearing rim were formed at c. 50 Ma and 46.2 ± 0.7 Ma, respectively. These facts demonstrate that the continental materials were buried to 100 km within 7–9 Myr after initiation of the India–Asia collision (palaeomagnetic data from the Indian oceanic floor supports an initial India‐Asia contact at 55–53 Ma). Combination of the sinking rate of 1.1–1.4 cm year^?1 with Indian plate velocity of 4.5 cm year^?1 suggests that the Indian continent subducted to about 100 km depth at an average subduction angle of 14–19°.     

北祁连山古大洋俯冲带高压变质岩研究评述

北祁连山是中国研究古板块构造和俯冲带的经典地区,肖序常先生在此进行了开创性的研究工作。该俯冲带记录了490~440Ma的高压变质年龄,是目前世界上最老的大洋冷俯冲带之一。较系统地总结了北祁连造山带的研究历史、近年来在高压变质岩及相关岩石研究领域的最新进展,并根据详细的矿物学、岩石学、地球化学和同位素年代学资料,对本区大洋扩张、俯冲和大陆碰撞造山的构造演化过程进行了新的透视和评述。     

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。     

天文事件与一种超高压变质杂岩成因的地球动力学模式

超高压变质杂岩成因模式的关键是折返机制的解释,笔者将天文事件作为一种地球动力学模式来解释超高压变质杂岩的成因,较好地阐明了这个关键问题。该“天文模式”认为超高压变质杂岩分形成、折返和剥露三个阶段形成。天体撞击陆壳所产生的高温高压形成超高压变质杂岩;撞击后新的动力平衡使陆壳重熔的片麻岩里携超高压变质杂岩沿撞击形成的压力薄弱部位向地表折返运移;后期表层的剥蚀使超高压变质杂岩剥露。     

苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压与超高压变质带原岩的接触关系及其地质意义

苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压与超高压变质带接触关系的确定对该地区构造格局的建立具有重要的意义。研究表明苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压变质带内的锦屏群底部含砾岩层不整合覆盖于超高压变质带南部的朐山花岗片麻岩之上，含砾岩层中的砾石虽然经历了后期的塑性变形改造，但其地质特征仍展示出地层下部层位沉积砾石特有的性质。此外，同位素年代学研究揭示出朐山花岗片麻岩与锦屏群变质岩的原岩分别形成于859Ma和814Ma。这些都说明锦屏群变质岩与下伏朐山花岗片麻岩原岩之间的接触关系为角度不整合。在后期的构造运动过程中它们一起经历了高压-超高压变质变形作用，折返过程中锦屏群变质岩向北西西方向逆冲，形成叠加于不整合接触面的韧性剪切带。     

苏鲁超高压变质带中海阳所地区变基性岩的地球化学性质及变质演化特征

苏鲁超高压变质带的海阳所地区广泛分布各类变基性岩,它们主要由"红眼圈"结构的变辉长岩、(石榴)斜长角闪岩组成,且以透镜状或似层状赋存于片麻岩中。根据主量元素和微量元素特征,可将海阳所地区变基性岩划分为两种类型:第一类(A组)样品轻稀土相对富集,其稀土元素配分曲线具有右倾型的特征,微量元素具有Nb、Ta、Zr、Hf、Ti的明显负异常,其蛛网图配分曲线微弱右倾,类似于岛弧玄武岩IAB的特征;第二类(B组)样品稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图配分曲线均相对平坦,Nb、Ta、Zr、Hf、Ti略微亏损,与洋中脊玄武岩E-MORB具有一定的相似性。所有变基性岩样品均属于拉斑玄武岩系列,成因类型部分与岛弧环境相关,另一部分则可能与洋中脊环境关系密切。根据岩相学、矿物相转变、变质反应以及温压条件估算的综合研究结果,识别出海阳所变基性岩可能经历了两期变质作用,其中第一期中-高压麻粒岩相变质作用(M1)的标志性矿物组合以基质中保存的粗粒石榴石(Grt1)+粗粒单斜辉石(Cpx1)+粗粒斜长石(Pl1)±石英(Qtz)组合为特征,形成的温压条件为T=725~845℃、P=9.5~12.4kbar;第二期峰期高压麻粒岩相变质阶段(M12)以发育"红眼圈"结构为特征,典型的矿物组合为新生的细粒石榴石(Grt12)+单斜辉石(Cpx12)+斜长石(Pl12)±石英(Qtz),形成的温压条件为T=765~845℃、P=14.8~17.5kbar,而峰后角闪岩相退变质阶段(M12)以形成低温退变质矿物组合绿色角闪石(Amp22)+斜长石(Pl22)±石英(Qtz)±石榴石(Grt22)为特征,形成的温压条件为T=575~680℃、P=6.0~8.0kbar。第二期变质演化P-T轨迹具有近等温降压至减压冷却的顺时针型式。海阳所变基性岩记录的多期变质演化的信息及其P-T条件与苏鲁-大别超高压变质带存在明显差异。结合以往变基性岩新太古代-古元古代原岩年龄信息,可以判断海阳所地区的变基性岩可能来自于华北克拉通东南缘胶北地体的古老变质基底,并卷入苏鲁-大别地体中-晚三叠世造山事件中。这一重要成果对于揭示海阳所及其邻区变基性岩和围岩的成因、胶北地体古老基底的形成演化过程以及重塑苏鲁-大别超高压变质带的构造演化模式具有重要的科学意义。     

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。     

Origin of zircon in jadeitite from the Nishisonogi metamorphic rocks,Kyushu, Japan

On the basis of internal structures, laser ablation U–Pb ages and trace element compositions, the origin of zircon in jadeitite in the Nishisonogi metamorphic rocks was examined. The zircon comprises euhedral zoned cores overgrown by euhedral rims. The cores contain inclusions of muscovite, quartz, albite and possibly K‐feldspar, yield ²³⁸U–²⁰⁶Pb ages of 126 ± 6 Ma (±2 SD, n = 45, MSWD = 1.0), and have Th/U ratios of 0.48–1.64. The rims contain inclusions of jadeite, yield ²³⁸U–²⁰⁶Pb ages of 84 ± 6 Ma (±2 SD, n = 14, MSWD = 1.1), and have Th/U ratios of <0.06. The cores are richer in Y, Th, Ti and rare earth elements (REEs), but the rims are richer in Hf and U. Chondrite‐normalized REE patterns of the cores indicate higher Sm_N/La_N ratios, lower Yb_N/Gd_N ratios and larger positive Ce anomalies compared with those of the rims. Thus, the cores and rims have different ²³⁸U–²⁰⁶Pb ages and trace element compositions, suggesting two stages of zircon growth. Although the ²³⁸U–²⁰⁶Pb ages of the rims are consistent with the reported ⁴⁰Ar/³⁹Ar spot‐fusion ages of matrix muscovite in the jadeitite, the ²³⁸U–²⁰⁶Pb ages of the cores are older. The mineral inclusions and high Th/U ratios in the cores are best explained by crystallization from felsic magma. Therefore, the cores are considered relicts from igneous precursor rocks. The rims surrounding the inherited cores possibly precipitated from aqueous fluids during jadeitite formation. The elevated U concentrations in the rims suggest that infiltration of external fluids was responsible for the precipitation. This study provides an example of jadeitite formation by metasomatic replacement of a protolith.     

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室.高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部.这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定.含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程.在约5 Myr内,超高压变质岩从＞100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融.高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融.因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性.     

大陆板片多重性俯冲与折返的动力学模式——苏鲁高压-超高压变质地体的折返年龄限定

苏鲁高压超高压变质地体自南而北由高压(HP)、很高压(VHP)和超高压(UHP)变质叠覆岩片组成,前者依次叠覆在后者之上,岩片之间的界限为韧性剪切带。根据超高压变质岩片中角闪岩相岩石与高压变质岩片中绿片岩相岩石的黑云母和白云母Ar_Ar和Rb_Sr测年新结果,结合前人在该区所做的锆石SHRI MP U_Pb、全岩Sm_Nd、Rb_Sr等测年数据综合分析表明,超高压变质岩石的峰期变质年龄为240~220Ma,折返年龄为220~200Ma;而高压变质岩石的峰期变质年龄大于258Ma,起始折返年龄为258~240Ma,折返年龄比超高压变质岩石早30~40Ma。这说明扬子板片并不是整体俯冲和折返的。由于具组分和密度差异,俯冲板块的不同部位沿岩性或构造界面先后分片俯冲和折返,在北苏鲁超高压变质板片开始俯冲时,南苏鲁高压变质板片已开始折返。     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

Deep root of a continent-continent collision belt: Evidence from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole in the Sulu ultrahigh-pressure (HP-UHP) metamorphic terrane, China

The Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole, which reached a depth of 5158 m in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic terrane, provides a new window into the deep root of a continent-continent collision belt, and the tectonic processes by which supracrustal material is recycled into the mantle by subduction and then uplifted to the surface. Major research themes of the CCSD project were to: (1) determine the three-dimensional composition, structure and geophysical character of the deep root of this orogenic belt; (2) investigate the nature and timing of the UHP metamorphism; (3) investigate the processes of crust-mantle interaction involved in the formation and exhumation of the UHP rocks; (4) study the process of fluid circulation and mineralization during subduction and exhumation; (5) study the rheological properties of the various rocks during subduction and exhumation; (6) develop and refine dynamic models for deep subduction and exhumation of crustal rocks, and (7) establish a long-term, natural laboratory for the study of present-day crustal dynamics (e.g., stress, strain, fluid activity). The CCSD has developed precise oriented profiles of the main borehole in terms of lithology, geochemistry, oxygen isotopes, zircon SHRIMP U-Pb ages, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages, deformation, rheology, mineralization, physical properties of the rocks, petrophysical logs, seismic reflections and underground fluids. The present paper summarizes the integrated research results of this project, especially the new findings concerning the deep root of a continent-continent collision.     

中国大陆科学钻探主孔100-2000m岩心的磁化率各向异性及其地质意义

在常温常压条件下获得了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔331块岩心的磁化率各向异性(AMS)数据,并建立了主孔100—2000m的体积磁化率和AMS连续剖面。数据统计分析显示,主孔100—2000m岩心的磁化率(κ)介于1．05×10-4SI和0．12SI之间,几何平均值为1．855×10-3SI;磁化率各向异性度(Pj)介于1．04和2．10之间,几何平均值为1．155。该井段出露的主要岩石类型有榴辉岩、退变质榴辉岩、角闪岩、正片麻岩、副片麻岩和蛇纹石化橄榄岩,它们的垂向分布特征控制着磁化率剖面的变化。主孔的超高压变质岩石在折返过程中普遍经历了强烈的角闪岩相退变质作用的改造。其磁化率特征也发生相应的改变。蛇纹石化橄榄岩具有很高的磁化率(8．58×10-2SI)和各向异性度(1．335)。这主要源于橄榄岩蛇纹石化过程中产生的大量磁铁矿。榴辉岩、退变质榴辉岩和角闪岩代表榴辉岩从新鲜到完全退变质的三个阶段,它们的磁化率和磁化率各向异性度分别为榴辉岩(1．28×10-3SI、1．077)、退变质榴辉岩(3．19×10-3SI、1．206)、角闪岩(1．02×10-3SI、1．104)。正片麻岩的磁化率和各向异性度分别为5．34×10-3SI和1．167。副片麻岩的磁化率和各向异性度分别为3．46×10-4SI和1．150。对58个变形岩石的AMS测试结果显示,其磁化率椭球体的主轴方向与岩石组构基本一致,即最大磁化率主轴κ1平行矿物线理,最小磁化率主轴κ3垂直岩石面理。同时,这些变形岩石的AMS椭球体多呈现明显的压扁状特征,反映超高压变质岩石在折返过程中处于强烈挤压变形的构造应力环境,为苏鲁超高压变质板片的挤出折返模式提供了佐证。该研究成果也为超高压变质岩石地区磁学研究、地球物理调查和测井成果的解释提供了重要的实验约束。     

CCSD(0～5158m)HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体研究

本文对中国大陆科学钻探(CCSD)0～5158m HP-UHP变质岩石英脉中流体包裹体进行了研究,通过冷热台与拉曼光谱测定发现其中含有4种流体包裹体(Ⅰ型)盐水溶液包裹体,并进一步分为高盐度盐水溶液包裹体(Ⅰa型)、中高盐度盐水溶液包襄体(Ⅰb型)、中等盐度盐水溶液包裹体(Ⅰc型)和低盐度盐水溶液包裹体;(Ⅱ型)N2-CH4纯气相包襄体;(Ⅲ型)含方解石子矿物的流体包裹体;(Ⅳ型)CO2-NaCl-H2O包裹体及纯CO2包裹体.其中Ⅲ和Ⅳ型流体包裹体是CCSD石英脉中首次发现.Ⅰa、Ⅰb型流体包裹体主要以原生的形式赋存在榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中,它们主要是被捕获于折返早期高压变质重结晶阶段;Ⅰc和Ⅰd两类包裹体则主要以次生的形式赋存于榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中.说明它们是在超高压变质岩折返过程的较晚阶段捕获的.以原生形式出现的含方解石子晶及CO2包裹体,指示部分石英脉及其围岩可能经历过超高压变质作用甚至麻粒岩相阶段.CCSD中的石英脉可能主要形成于折返早期高压变质重结晶阶段,其中的HP-UHP岩石在板决折返及其以后退变质过程中释放出的变质流体活动范围有限,没有经历大规模的流动或迁移.     

特提斯喜马拉雅带中段东部三叠纪火山岩的地球化学和岩石成因

三叠纪火山岩分布于特提斯喜马拉雅带中段东部,古地理上位于大印度北东部.分别采用原子吸收分光度法、ICP-MS和全岩同位素稀释法对三叠纪火山岩的主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素进行了分析,并用来研究其成分特征和成因.岩相学和地球化学指标显示三叠纪火山岩为玄武岩,MgO含量均很低（范围在4.27%～7.72%）,属于演化岩浆.早三叠世热马组和中三叠世桑康组具有较高的TiO2、TFeO和P2O5含量,稀土元素总量和轻重稀土元素的分馏程度均较高,Ti/V、Ti/Y、Zr/Y比值较高,富集高场强元素（如Nb、Zr等）,地球化学特征与峨眉山高Ti玄武岩相似,以更富集La、Ce、Zr、Hf等元素而有别于夏威夷碱性玄武岩,它们属大陆边缘裂谷背景的具有OIB型地球化学特征的碱性玄武岩;晚三叠世涅如组玄武岩以较低TiO2、TFeO和P2O5含量为特征,稀土元素总量和轻重稀土分馏程度均较低,高场强元素（如Nb、Zr等）丰度很低,为大陆边缘裂谷背景的具有E-MORB地球化学特征的拉斑玄武岩.三叠纪玄武岩Nd同位素组成随时间从轻度富集到亏损（εNd（t）=-1.2→-0.5→4.4）,指示岩浆源区具有从轻度富集到亏损的演化趋势.不相容元素（如La/Sm、La/Ta以及（Th/Ta）PM、（La/Nb）PM等）指示热马组和桑康组玄武岩遭受了一定程度下地壳混染,而涅如组没有遭受地壳混染.热马组和桑康组玄武岩还显示岩石圈地幔物质的印记,并与石榴石相二辉橄榄岩的低度部分熔融有关,而涅如组玄武岩除了具有E-MORB特征外,还与尖晶石相二辉橄榄岩的较高程度部分熔融有关.它们被解释为上涌的软流圈地幔物质与岩石圈地幔物质混合后在不同程度的拉张背景下发生减压熔融的产物.特提斯喜马拉雅带的三叠纪裂谷作用很可能具有主动裂谷作用的性质,较小规模的火山岩浆作用可用裂谷带之下上涌的地幔物质由于传导作用而变冷或正在孕育的地幔柱成因模式来解释.     

中国大陆科学钻探主孔100～2000米超高压变质岩中的钛矿化

中国大陆科学钻探工程100～2000m的岩心、矿心的观察、编录揭示主要有经济价值的舍钛相是金红石．其次是钛磁铁矿。主要含矿岩石是普通金红石榴辉岩和石英金红石榴辉岩,其次有多硅白云母金红石榴辉岩,蓝晶石金红石榴辉岩,金红石黑云绿帘纤闪石岩(退变的石榴辉石岩)和金红石-含钒钛磁铁矿榴辉岩。划分了四个矿化层位。金红石在矿层中的含量一般为2％～5％(体积),多高达8％～10％。金红石的TiO2含量在95％(重量)以上,多产于石英榴辉岩、多硅白云母榴辉岩中。钛磁铁矿的TiO2含量在49％～55％(重量),钛磁铁矿多见于黄铁矿-金红石-钛磁铁矿榴辉岩(546～608m岩性段)中,含钛磁铁矿5％～25％,石榴单辉橄榄岩(608～683m岩性段),含钛磁铁矿达5％～10％和第三含矿层中局部黑云绿帘角闪岩夹层内,舍钛磁铁矿可达6％。30个榴辉岩和超铁镁质岩中8种主要造岩矿物148个点的电子探针分析结果揭示：榴辉岩可分为壳源和幔源两大类,钛磁铁矿富含V、Ni、Cr说明来自幔源,大部分金红石则来自壳源榴辉岩,它们的原岩是曾经居留地表的基性火成岩,在深俯冲的过程中经超高压变质成为含柯石英的榴辉岩。岩石薄片中金红石和柯石英的假像共存于同一石榴石或绿辉石晶粒中,也见金红石粒内有“柯石英”假象,这清楚说明金红石结晶于超高压的峰期变质阶段,在后继的变质地体隆升过程中,钛磁铁矿和金红石都有退变质成为钛铁矿和榍石的种种岩石记录,因此,退变质作用势必导致钛矿品位的降低。     

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明，苏鲁-大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高，且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别；而莫霍面下凹程度不如大别地区，地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动，与大别地区相比，有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表；然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明，苏鲁-大别地段的造山、演化过程中，在构造运动基本相似的背景下，存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用，有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是，郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NXV—SE向扩张应力场的影响。其中，中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。