碳酸盐化泥质岩在6.0 GPa下的部分熔融行为研究

深俯冲碳酸盐化泥质岩的部分熔融行为研究是探索地球深部碳循环必不可少的方向之一,对地球深部物质循环、岩浆形成以及地幔化学成分不均一等过程起着不容忽视的作用。本文利用多顶砧大压机探索了6.0 GPa、800~1 600℃下碳酸盐化泥质岩的部分熔融行为,实验产物主要包括石榴子石、单斜辉石、柯石英、蓝晶石、碳酸盐矿物、多硅白云母以及熔体。碳酸盐矿物为方解石和菱镁矿,存在于6.0 GPa固相线以下的实验产物中。相对于同等压力下其它碳酸盐化体系,本文实验体系具有最低的固相线。部分熔融产生的熔体为硅酸盐熔体,且随着温度的升高,熔体比例逐渐增加,熔体成分也发生了明显的变化。     

变泥质岩的深熔作用与具铈（Ce）负异常熔体的成因

对美国加州南Sierra Nevada岩基中一个典型的中生代变质表壳岩及其混合岩带进行了详细的野外观察和元素地球化学研究。研究发现:在持久(约为150Ma)的花岗岩侵位作用下,早白垩世变泥质岩发生达角闪岩相的中高级变质作用和部分熔融,导致Isabella混合岩的形成;浅色体具有和变泥质岩及混合岩近平行的REE分布模式,但浅色体的LREE含量相对较低;和变泥质岩相似,混合岩中的浅色体具有显著的Ce负异常。野外观测、岩相观察及元素地球化学特征表明,浅色体显著的Ce负异常是继承了原岩的Ce负异常特征,而不是由于副矿物(磷灰石、独居石或锆石)的差异溶解或结晶分异作用造成的。早白垩世变泥质岩(浅色体的原岩)主要由泥质及沙质海相沉积物组成,局部夹基性火山灰和火山碎屑,形成于与大陆岛弧密切相关的浅海环境。原岩的Ce负异常反映了较还原的浅海沉积环境。具有Ce负异常浅色体的产出表明,如果俯冲带上的沉积岩在俯冲过程中发生部分熔融作用并且所产生的熔体参与大洋型岛弧岩浆作用,最终可以导致具有Ce异常的基性岩浆生成。     

高温高压下辉闪岩的部分熔融与弹性波速

在YJ-3000t高压装置上,利用超声波脉冲透射-反射法,测量了压力0.6～2.0GPa、室温至1 091℃条件下辉闪岩的纵波波速(vp),并对实验中间产物进行了取样和详细的显微观测统计。结果显示,0.6GPa压力下,室温至763℃,样品的vp下降了3.7%,vp的温度系数vp/T为-0.3×10-3 km/(s.℃),而763～1 025℃,vp快速下降了36.1%,vp/T达-9.7×10-3 km/(s.℃);1.0GPa压力下,室温至808℃,vp下降了3.2%,vp/T=-0.3×10-3 km/(s.℃),808～1 091℃时vp快速下降了41.5%,vp/T为-9.9×10-3 km/(s.℃);2.0GPa压力下,室温至927℃,vp下降了4.3%,vp/T为-0.2×10-3 km/(s.℃),927～1 087℃时,vp下降了20.9%,vp/T达-9.6×10-3 km/(s.℃)。实验产物观测表明,恒压下辉闪岩的vp首先随温度近线性缓慢降低,后由于岩石的脱水和部分熔融作用,导致vp急剧下降。随温度升高,实验产物中熔体的含量增加;同时形态上从封闭囊状逐渐向连通管状或薄膜状演化,连通程度增加。从角闪石一侧向斜长石一侧,熔体颜色变浅。样品初熔阶段,低黏度的熔体在矿物颗粒边界和裂隙中形成的微细薄膜,导致岩石vp随熔体含量增加急剧下降。研究证实,含水矿物脱水和岩石部分熔融是中、下地壳低速层的重要成因。     

俯冲带部分熔融

俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。     

800MPa下泥质岩部分熔融实验研究：残留相及熔体相REE地球化学特征

利用JL-3600t压机实验研究了800MPa、不同温度条件下泥质岩部分熔融过程,利用EMPA和LA-ICPMS分别测定了熔体相和残留相中主要化学组成以及微量元素（包括REE）组成。实验结果表明,泥质岩低程度部分熔融（〈25％）形成的熔体中REE含量分布于308．8-3565μg／g较大范围内,显示较大的不均匀性,其REE球粒陨石标准化分布模式显示弱的M型REE“四分组效应”,而残留相矿物石榴子石中REE含量变化于167．5—1008μg／g范围,也显示有明显的不均匀性,其REE球粒陨石标准化分布模式显示明显的W型REE“四分组效应”,尤以第一段La-Nd最为显著;随着部分熔融程度的增加（〉30％）,其形成的熔体中REE集中在523．2—1130μg／g范围,残留相石榴子石中BEE集中在288．6—512．7μg／g范围,均显示相对均匀;熔体相和残留相石榴子石矿物的REE球粒陨石标准化分布模式不发育REE“四分组效应”。实验前后Cl质量平衡计算的结果表明该实验过程中并没有产生岩浆挥发分相。上述特征表明S型花岗岩中的REE“四分组效应”现象很可能与泥质岩低程度部分熔融具有成因联系。     

铬铁矿预富集和上地幔部分熔融关系的实验研究

用合成地幔岩为原始材料，在温度１２２５℃和严格控制氧分压１０＾－５－１０＾１２ａｔｍ条件下，对上地幔部分熔融作用与铬铁矿预富集关系进行实验研究。实验结果表明：（１）在达到稳态熔融结构时５％－８％的玄武质硅酸盐熔体主要存在矿物三联点之间，它为铬元素从地幔岩中萃取运移和预富集提供了先决条件；（２）在部分熔融过程中原岩的尖晶石和辉石提供的铬元素相结合，形成了富铬尖晶石和铬铁矿。     

深俯冲陆壳部分熔融初始熔体的厘定:来自苏鲁超高压地体混合岩中浅色体证据

深俯冲陆壳物质部分熔融产生的熔体,实验岩石学方面已有广泛报道,而天然初始熔体的组分却难以厘定。对此,本文从苏鲁超高压地体荣成混合岩中识别出了深俯冲花岗质陆壳部分熔融产生的天然初始熔体组成。野外露头显示,混合岩中主要矿物组成为钾长石+斜长石+石英的浅色熔体呈不连续的条带状与残余体互层产出,指示了原位或近源区的部分熔融特征。混合岩浅色体锆石CL图像呈明显的核-边结构,继承核部为扬子板块来源的岩浆锆石,形成时代为721±24Ma;新生边部CL图像具震荡环带结构,微量元素上REE呈明显左倾,具有Eu的负异常及Ce的正异常,低的Hf/Y和Th/U比值,具深熔锆石特征,指示形成于花岗质陆壳物质的部分熔融。边部U-Pb谐和年龄为225.9±2Ma,略晚于苏鲁超高压地体超高压峰期变质年龄,表明初始熔融发生在超高压地体折返早期。浅色熔体的全岩地球化学特征表明,主量元素上具有高SiO_2、K_2O及Na_2O含量,低的Fe_2O_3~T、MgO及CaO含量,A/CNK=1.02~1.04,呈弱过铝质亚碱性花岗岩的特征,这与实验岩石学中富硅陆壳物质部分熔融产生的熔体组分极为相近;微量元素上富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、Pb等),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,REE呈较为平坦的配分模式,具弱的Eu负异常并亏损Sr。本文通过上述对天然样品研究,厘定了深俯冲花岗质陆壳部分熔融及其初始熔体的组成,为理解大陆俯冲带壳幔相互作用提供了关键依据。     

四川攀西康定群混合杂岩的成因

沿康滇地轴分布的前震旦系变质——混合杂岩为一套深变质的结晶岩石。据对混合岩及其中残留体的岩石化学、岩相学和显微结构的研究,这类混合岩是由区域变质岩原地部分熔融——重结晶方式形成的。各类混合岩及其中残留体在稀土配分型式上比较协调一致。用Shan的平衡部分熔融的方程估算,实际存在的熔体相为11～16％。混合岩成因模式:地壳深处岩石长期处于初熔温压条件下,以部分熔融的流体相为媒介,以重结晶方式转化成混合岩。     

亚东地区高喜马拉雅结晶岩系部分熔融的时限:来自乃堆拉混合岩锆石U-Pb年代学的约束

高喜马拉雅结晶岩系由中-高级变质岩和淡色花岗岩组成,是研究喜马拉雅造山带形成与演化的天然实验室.高喜马拉雅结晶岩系混合岩和淡色花岗岩中锆石和独居石的定年结果往往是分散的,对这些定年结果的解释还存在争议,严重制约了对高喜马拉雅结晶岩系变质、部分熔融作用的起始时间和持续过程的理解.对造山带中段亚东地区高喜马拉雅结晶岩系上部构造层位的乃堆拉混合岩进行了锆石U-Pb年代学研究.研究结果显示,乃堆拉混合岩暗色体给出了29.1~24.7 Ma的进变质和部分熔融的时间,混合岩浅色体获得了25.0~13.7 Ma的退变质和熔体结晶的时间,表明亚东地区高喜马拉雅结晶岩系的部分熔融作用大约开始于30 Ma并持续到13 Ma,暗示它是一个长期、持续的过程.亚东地区高喜马拉雅结晶岩系发生部分熔融的时间明显早于藏南拆离系和主中央断裂开始活动的时间,部分熔融可能在高喜马拉雅结晶岩系俯冲过程中就已经发生了.相关成果为建立造山带构造演化模型提供了新信息.      

含水大陆下地壳的部分熔融：大别山C型埃达克岩成因探讨

       根据大陆下地壳的成分、含水基性岩体系部分熔融的基本原理和实验岩石学资料,本文对大陆下地壳的熔融机制展 开了讨论,并在此基础上对比实验熔体与大别山C 型埃达克岩的成分,进而探讨约束源岩成分、熔融的温压条件和部分熔 融程度。研究结果表明,大陆下地壳总体上是中- 基性（SiO2　50%~60% ）和含少量水的,在缺乏流体相条件下伴随含水 矿物脱水的部分熔融是下地壳产生含水长英质熔体和无水残留体的主要机制。角闪岩在中等压力下（1.0~1.2 GPa,相当于 35~40 km）理论上能够产生石榴石含量超过~20% 的熔融残余,从而使得与之平衡的长英质熔体具有低Y,高Sr/Y 和La/Yb 比值等埃达克岩特征。基于水活度模型和变质基性岩p -t 相图的估算显示,含有40%~60% 角闪石的源岩（含水0.8%~1.2%） 在~950 ℃能够得到最大为15%~20% 的熔体,该熔体分数满足熔体分离的要求。大别山C型埃达克岩主要为高钾钙碱性系 列（K2O 3.5%~5%）,与实验熔体成分的对比可知,其无法由低钾源岩在合理的部分熔融程度形成。根据钾在角闪岩部分熔 融过程过表现为强不相容元素的原理,利用合理假设的残余体组合得到的分配系数,估算K2O 含量为~1% 的源岩在熔融程 度为15%~20% 的情况下能够得到类似大别山C 型埃达克岩成分的熔体。     

Scale of pluton/wall rock interaction near May Lake,Yosemite National Park,CA, USA

Interaction of magma with wall rock is an important process in igneous petrology, but the mechanisms by which interactions occur are poorly known. The western outer granodiorite of the Cretaceous Tuolumne Intrusive Suite of Yosemite National Park, California, intruded a variety of metasedimentary and igneous wall rocks at 93.1 Ma. The May Lake metamorphic screen is a metasedimentary remnant whose contact zone exhibits a variety of interaction phenomena including xenolith incorporation, disaggregation, and partial melting. The chemical contrast of these metasedimentary rocks with the invading pluton provides an excellent measure of pluton/wall rock interactions. Wall rock xenoliths (mostly pelitic quartzite) are predominantly located in an elongate horizon surrounded by a hybridized fine-grained granodiorite. Initial Sr and Nd isotopic ratios of the hybridized granodiorite indicate significant local incorporation of crustal material. Major- and trace-element geochemical data indicate that contamination of the granodiorite occurred via selective assimilation of both high-K and low-K, high-silica partial melts derived from pelitic quartzite. Although the hybridized granodiorite shows significant amounts of contamination, adjacent to xenoliths the proportion of contamination is undetectable more than a meter away. These results indicate that the chemical and isotopic variability of the Tuolumne Intrusive Suite is not caused by magma contamination via in situ wall rock assimilation.     

Mafic magmatic enclaves and mafic rocks associated with some granitoids of the central Sierra Nevada batholith, California: nature, origin, and relations with the hosts

The calc-alkaline granitoids of the central Sierra Nevada batholith are associated with abundant mafic rocks. These include both country-rock xenoliths and mafic magmatic enclaves (MME) that commonly have fine-grained and, less commonly, cumulate textures. Scarce composite enclaves consist of either xenoliths enclosed in MME, or of MME enclosed in other MME with different grain size and texture. Enclaves are often enclosed in mafic aggregates and form meter-size polygenic swarms, mostly in the margins of normally zoned plutons. Enclaves may locally divert schlieren layering. Mafic dikes, which also occur in swarms, are undisturbed, composite, or largely hybridized. In central Sierra Nevada, with the exception of xenoliths that completely differ from the other rocks, host granitoids, mafic aggregates, MME, and some composite dikes exhibit a bulk compositional diversity and, at the same time, important mineralogical and geochemical (including isotopic) similarities. MME and host granitoids display distinct major and trace element compositions. However, strong correlations between MME–host granitoid pairs indicate interactions and parallel evolution of MME and enclosing granitoid in each pluton. Identical mafic mineral compositions and isotopic features are the result of these interactions and parallel evolution. Mafic dikes have broadly the same major and trace element compositions as the MME although variations are large between the different dikes that are at distinctly different stages of hybridization and digestion by the host granitoids. The composition of the granitoids and various mafic rocks reflects three distinct stages of hybridization that occurred, respectively, at depth, during ascent and emplacement, and after emplacement. The occurrence and succession of hybridization processes were tightly controlled by the physical properties of the magmas. The sequential thorough or partial mixing and mingling were commonly followed by differentiation and segregation processes. Unusual MME that contain abundant large crystals of hornblende resulted from disruption of early cumulates at depth, whereas those richer in large crystals of biotite were formed by disruption of late mafic aggregates or schlieren layerings at the level of emplacement. MME and host granitoids are considered cogenetic, because both are hybrid rocks that were produced by the mixing of the same two components in different proportions. The felsic component was produced by partial melting of preexisting crustal materials, whereas the dominant mafic component was probably derived from the upper mantle. However, in the lack of a clear mantle signature, the origin of the mafic component remains questionable.     

盆-山油气关系实例浅析

克拉通盆地的前身常常是古老硬陆块,而有些巨型造山带的前身则是深海。深海中可以形成天然气水合物,并对其下方的游离气和深部的油气具有封盖意义,使它们得以向邻域的台地高处发生迁移,从而使现今造山带的烃源岩与盆地区的油气资源发生内在的联系。北美落基山区泥盆纪伍德福页岩、俄罗斯乌拉尔山区的烃源岩、中东的扎格罗斯山区烃源岩等都是确认的优良烃源岩,它们对油气储量具有积极贡献。我国四川盆地、塔里木盆地油气储量与盆地内烃源岩不匹配的难题也可由造山带(古大洋区)提供油气而得到解释。因此,石油工作者需重视造山带中烃源岩对克拉通盆地油气储量的贡献。     

混合岩中浅色体的有限迁移及其对变形分解的影响

熔体在地壳和地幔中怎样迁移及其动力学是地质学中的一个重要问题。作为地壳深融作用的产物 ,混合岩中的浅色体提供了一个极好的机会来探讨影响地壳熔体在中下地壳迁移的因素。为此 ,我们对美国加州南 Sierra Nevada岩基中典型的混合岩、变泥质岩及邻近的花岗闪长岩进行了详细的主要元素地球化学和野外构造变形分析 ,同时应用流体动力学理论估算了在中下地壳条件下 ,典型浅色体的迁移距离。南 Sierra Nevada岩基中的混合岩中的浅色体厚度为 1mm至 1cm。在部分熔融程度较高的区域 (>10 % ) ,浅色体相互连接而成网结状构造 ,应变的承载方式主要以 IWL(Interconnected Weak L ayers)形式进行 ,即熔融体表现为弱相而承载大部分的应变。相反地 ,在部分熔融程度较低的区域 (<5 % ) ,浅色体孤立地出现 ,应变的承载方式主要以 L BF(L oad- Bearing Frame-work)形式进行 ,即应变主要由非熔融体的基质来承担。这表明在混合岩形成过程中 ,熔体的出现强烈地制约着应变分解作用。应用 Shaw的岩石粘度模型 ,我们根据浅色体的主要元素地球化学成分计算了浅色体在熔融状态下的粘度。根据流体动力学原理 ,估算了浅色体在不同条件下的迁移距离。计算结果表明 :1和典型花岗岩相比 ,浅色体具有较高的粘度 ,为 10 9～ 10 1 2     

苏鲁造山带在朝鲜半岛的延伸:造山带、前寒武纪基底以及古生代沉积盆地的证据与制约

苏鲁超高压带是否延伸到朝鲜半岛以及用何种方式延伸,成为很多地质学家注目的科学问题。新的研究成果包括:(1)在朝鲜半岛前寒武纪京畿陆块中,识别出一个含有榴辉岩的变质杂岩(洪城杂岩),榴辉岩透镜体出露于花岗片麻岩中,榴辉岩的锆石SHRIMP年龄是230Ma和～880Ma,围岩片麻岩的年龄约为810～820Ma;(2)朝鲜半岛的3个陆块(狼林、京畿和岭南陆块)具有与华北克拉通相似的岩石组合与演化历史;(3)南北朝鲜两个主要的古生代沉积盆地与华北具有很好的可比性;(4)临津江带和沃川带都不具有碰撞造山带的变质特征。据此提出了地壳拆离与逆冲模式,即华北与扬子陆壳的碰撞带沿朝鲜半岛西缘、大致呈南北走向分布。扬子陆壳俯冲带的深部(超高压部分)未在朝鲜半岛地表出露,下地壳(高压部分)从俯冲带拆离并逆掩到地表(洪城杂岩),以透镜体(岩片)状插入京畿地块的前寒武纪基底杂岩中,没有形成横穿朝鲜半岛的变质(造山)带。临津江带和沃川带有可能是扬子陆块的上地壳,它们从下地壳拆离、逆掩到地表,现在的展布状态是受到中生代构造的控制。     

Geochronology,Petrogenesis and Tectonic Setting of the Late Jurassic I-type Granites in the North Qinling Orogenic Belt,Central China

The North Qinling Orogenic Belt(NQOB) is a composite orogenic belt in central China. It started evolving during the Meso–Neoproterozoic period and underwent multiple stages of plate subduction and collision before entering intra-continental orogeny in the Late Triassic. The Meso–Cenozoic intra-continental orogeny and tectonic evolution had different responses in various terranes of the belt, with the tectonic evolution of the middle part of the belt being particularly controversial. The granites...     

中亚地区中、南天山造山带构造演化及成矿背景分析

横贯中亚地区的中、南天山造山带,在元古宙末罗迪尼亚超大陆裂解时,先后以中天山南缘断裂为主线分裂出被洋区围限的众多大小不一的地块群。斜贯全区的塔拉斯-费尔干纳断裂,在古生代演化过程中具有转换断层性质,明显控制了南天山东西两侧的构造演化及成矿过程的差异性发展。中天山微板块北缘发育寒武纪-奥陶纪古洋盆,其南缘西段由寒武纪到中泥盆世经历两次扩张,形成多岛洋的构造格局,其中志留纪洋区被动陆缘上的碳硅质砂页岩建造成为金矿床的最佳赋存层位;东段洋区从震旦纪开始扩张,直到晚泥盆世闭合,晚石炭世南天山东西两侧在造山构造极性上发生西段由南向北、而东段由北向南呈相反方向逆掩推覆的造山过程,同时伴有碰撞型花岗岩浆活动,形成了钨、锡、铌-钽、钼、铜、铅锌等多金属矿床。晚二叠世-三叠纪塔拉斯-费尔干纳断裂以右旋走滑运动为特征,伴随有后碰撞型花岗岩浆活动,从而为汞锑成矿带的生成奠定了基础。侏罗纪塔拉斯-费尔干纳断裂进入走滑拉分期。新生代印度板块向北推挤,致使南天山发生挤压缩短而强烈抬升隆起。     

Contrasting behaviour of rare earth and major elements during partial melting in granulite facies migmatites, Wuluma Hills, Arunta Block, central Australia

Low‐P granulite facies metapelitic migmatites in the Wuluma Hills, Strangways Metamorphic Complex, Arunta Block, preserve evidence of polyphase deformation and migmatite formation which is of the same age of the c. 1730 Ma Wuluma granite. Mineral equilibria modelling of garnet‐orthoproxene‐cordierite‐bearing assemblages using thermocalc is consistent with peak S3 conditions of 6.0–6.5 kbar and 850–900 °C. The growth of orthopyroxene and garnet was primarily controlled by biotite breakdown during partial melting reactions. Whereas orthopyroxene in the cordierite‐biotite mesosome shows enrichment of heavy‐REE (HREE) relative to medium‐REE (MREE), orthopyroxene in adjacent garnet‐bearing leucosome shows depletion of HREE relative to MREE. There is no appreciable difference in major element contents of minerals common to both the mesosome and leucosome. The REE variations can be satisfactorily explained by decoupling of major element and REE partitioning, in the context of appropriate phase‐equilibria modelling of a prograde path at ～6 kbar. Sparse garnet nucleii formed at ～760 °C, along with concentrated leucosome development and preferentially partitioned HREE. Further heating to ～800 °C at constant or subtly increasing pressure conditions additionally stabilized orthopyroxene and decreased the garnet mode. Orthopyroxene in the leucosome inherited an REE pattern consequent to the partial consumption of garnet, it being distinct from the REE pattern in mesosome orthoproxene that was mostly controlled by biotite breakdown. Such within‐sample variability in the enrichment of heavy REE indicates that caution needs to be exercised in the application of common elemental partitioning coefficients in spatially complex metamorphic rocks.     

大别造山带毗邻新生代盆地物质平衡分析

沉积盆地的地层往往保留着源区构造演化的重要信息。本文利用物质平衡的方法,通过大别山周边十个沉积盆地的新生界地层信息,计算这些盆地中沉积物的堆积量和堆积速率,研究了新生代以来大别山的剥蚀过程和剥蚀速率。结果显示,大别造山带毗邻盆地在第四纪、新近纪和古近纪的平均总堆积速率分别为9．85×10^5～1．96×10^6m^3／a、4．48×10^5～8．27×10^5m^3／a和1．62×10^6～2．31×10^6m^3／a。十个盆地的大部分沉积物源自大别山,且大别山的大部分剥蚀物被沉积到了这十个盆地中。在估算中,我们假设这两个“大部分”在量上相等,即等效于盆地的沉积物全部源于大别山,且大别山的剥蚀物全部沉积于所计算的盆地之中,则大别造山带在新生代的平均剥蚀厚度为2．1～2．95km。平均剥蚀速率为32～49mm／ka。新生代以来大别造山带剥露速率与剥蚀速率相近．表明大别造山带在新生代已经总体处于剥露稳态。