含柯石英榴辉岩形成深度的构造校正测算

应用透射电子显微镜(TEM)对大别地区英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中石榴子石进行研究,结果表明在强塑性变形的三类岩石中,石榴子石的超微构造特征存在明显差异。在含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密度比角闪岩中的低。修正石榴子石材料系数α为0.25,用石榴子石位错密度估算了相对差异应力值,并讨论了在超高压榴辉岩形成和退变质过程中各阶段的变质条件。根据石榴子石位错密度测定的差异应力,结合石榴子石的变形测量,恢复构造三维主应力及构造附加静水压力值P_S,从柯石英相的转变压力P中减去构造附加静水压力值P_S后,利用单纯由重力引起的静水压力值P_G换算上覆岩石的重力和厚度,获得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅为 ≥ 32.09~32.11km.因此提出,该含柯石英榴辉岩是在这一地壳深处(或稍深一些)受强烈构造作用形成的新认识。同位素资料分析表明,大别地区榴辉岩系地壳成因,这对于榴辉岩是壳内产物的认识提供了进一步证据。      

构造附加静水压力理论研究及应用

地壳应力状况主要是由重力和构造作用力引起,本文明确提出“构造附加静水压力”概念,指出地行一点静水压力是由重力附加静水压力和构造附加静水压力叠合而成,构造叠加致使同一地壳深度有水平而上静水压力值不相等,这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因;利用成矿深度构造校正测算方法,得出胶东“玲珑－焦家式”金矿成矿深度仅３ｋｍ左右的数据,进而测得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅≥３２ｋｍ,认为     

大别——苏鲁高压-超高压变质带的“构造增压壳内成因”研究

研究发现,高压-超高压变质岩基本都发育于全球或区域规模的大型构造带,产于强烈构造变形带中相对较弱应变的部位。苏鲁—大别超高压变质岩具有明显的构造变形,这成为追索构造应力-应变作用和探讨形成构造环境与演化过程的重要线索。本研究用成岩成矿深度的"构造校正测算方法",进行野外观察、岩石变形-应力测算及构造校正测算。其结果显示,超高压变质岩形成深度在23~55km之间。大别—苏鲁超高压变质岩的锆石SHRIMP年龄显示,具有环带的内核高压矿物年龄大于680 Ma,而其含柯石英幔圈里超高压变质矿物在(231±4)Ma形成,角闪岩相等退变质矿物形成在(211±4)Ma,可见超高压变质发生在陆缘和陆内的地质环境。综合研究其岩石矿物的Sr-Nd、O和He同位素含量,有力证明了岩石的壳内成因特征。深钻孔岩心的岩石矿物学系统显示,超高压变质岩及其几公里宽范围里的各类围岩普遍含有柯石英等高压-超高压矿物包体。上述实际资料,用超高压变质的"深俯冲-折返"模式已经不能得到科学的解释。本文提出大别—苏鲁超高压变质岩"构造增压壳内成因模式",认为这些超高压变质作用可能发育在陆内地块之间的强烈构造挤压环境。在230Ma左右,由于构造压力与重力压力叠加致使局部达到超高压及相应温度等条件,特别是当p≥2.8GPa时,变质的物理化学条件得到满足,可以在23~55km深处发生超高压变质作用,之后经应力松弛和拆离构造,岩石又逐步抬升并发生退变质作用。也可以说,该超高压变质岩具有构造物理化学成因。     

构造附加静水压力及构造物理化学在地质研究中的应用

“构造附加静水压力”概念认为,地壳任一点静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的。构造叠加致使同一地壳深度的水平面上静水压力值不相等,这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因,建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,得出胶东“玲珑－焦家式”金矿成矿深度仅３ｋｍ左右的数据,进而测得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅≥３２ｋｍ,它们可能是壳内构造物理化     

超高压变质作用中水的相变增压

据静水压力梯度计算, 榴辉岩形成深度至少要70km, 含柯石英榴辉岩的形成深度至少要12 0km, 而同时含有柯石英和金刚石的榴辉岩形成深度至少要145km, 超高压变质岩要从如此深的部位折返到地表是不可想象的.大量资料表明水参与了超高压变质作用过程.通过矿物的脱水行为、水的相变和地温曲线等研究, 指出由于存在水的相变增压等多种增压因素, 大大提高了超高压变质作用过程中的地压梯度, 据静水压力计算出的超高压变质岩形成深度只是最大深度, 其形成时的实际深度要比该最大深度小得多.      

构造物理化学研究的一个重要问题——“构造附加静水压力”及其应用

用有限元模型数学模拟实验证实,处在挤压变形带、剪切变形带到引张变形带（及地域）中岩石所承受的构造附加静水压力有逐次变小的规律性。指出,构造静水压力梯度是流体及油气长距离水平运移的主要原因;建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,得出胶东“玲珑－焦家式”金矿成矿深度仅3km左右、大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度≥32km;逐步形成构造通过影响物理化学环境的方式影响成岩成矿地球化学过程,即构造物理化学成矿的新认识,探讨应用化学场结构与界面成矿的分析方法,实测重建玲珑金矿田阜山矿区成矿构造物理化学参量分布场,提出参量在场强高值区与低值区转化过渡区带（及阶段）有利成矿,并预测了未知区隐伏矿床。     

关于成岩成矿深度构造校正测算的理论基础、方法和实例

成岩成矿深度的构造校正测算方法,是从测算压力中先消除掉构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度,即成岩成矿深度的方法。该方法基于对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型,对“上覆岩石重力在数值上等同于该点所承受的静水压力”这一通常的认识提出了不同见解,比沿袭至今单纯用压力/比重(或密度)方法得出深度更符合于实际情况。本文介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法——开展变形岩相形迹填图,在室内利用三维变形和古差应力测量,根据样品所处构造部位和性质,选择不同的参数换算成矿时差应力的众值。以胶东玲珑——焦家式金矿床为例,求得成矿深度仅3.5km或更浅,进而提出更深部位存在深部金矿富集带的预测意见。胶东几个大型金矿深部第二富集带已揭露的勘探资料证实这一认识比较符合实际情况。用这一方法测算出大别超高压带含柯石英榴辉岩形成深度仅32km多,而不是用压力/比重方法估算的100多公里,这为大别造山带的构造格局和演化历史的研究提出新的途径和方法。     

苏鲁-大别超高压岩石中锆石SHRIMP U-Pb定年研究——综述和最新进展

如何建立苏鲁-大别超高压岩石深俯冲-超高压-快速折返过程连续而完整的P-T-t轨迹及精细的年代谱系,是目前地学界研究的热点。而变质锆石是否记录深俯冲石英榴辉岩相进变质阶段的年代学信息和超高压峰期变质时代的准确归属,是目前苏鲁-大别超高压变质带需要深入研究的核心问题。本文在对前人同位素年代学方面所取得的成果进行系统总结的基础上。采用锆石中矿物包体激光拉曼和电子探针测试、锆石阴极发光图像成因分析以及SHRIMP U-Pb定年等综合研究手段,确定苏鲁-大别地体榴辉岩及其强退变质围岩在深俯冲-构造折返过程中主要经历了四个阶段的变质演化:深俯冲石英榴辉岩相进变质(Ⅰ)、超高压峰期变质(Ⅱ)、构造折返初期石英榴辉岩相退变质(Ⅲ)和构造折返晚期角闪岩相退变质(Ⅳ)。研究发现,扬子板块(中)新元古代巨量的陆壳物质在早三叠纪(246～244Ma)俯冲到华北板块之下约65km的深处。发生了石英榴辉岩相进变质,相应的变质温压条件为T=542～693℃,P=1.7～2.02GPa。这些高压石英榴辉岩相岩石在中-新三叠纪继续向下俯冲,在235～225Ma期间,俯冲的深度至少达到了170km的地幔深处,并发生了峰期柯石英榴辉岩相超高压变质,相应的变质温压条件为T=722～866℃,P>5.5GPa。苏鲁-大别超高压地体自石英榴辉岩相进变质阶段到超高压峰期变质阶段的俯冲速率为7.0km/Myr。这些超高压岩石在219～216Ma期间,发生了第一次构造抬升至75km的深处,并经历了石英榴辉岩相退变质作用的改造,退变质温压条件为T=730～780℃,P=1.7～2.6GPa。这些退变质岩石在212～205Ma期间,又经历了第二次抬升至25km中-下地壳深处,并叠加了角闪岩相退变质作用,该阶段变质温压条件为T=610～710℃,P=0.7～1.2GPa。苏鲁-大别超高压地体两次构造抬升的速率大致相同,为5.6km/Myr。该项成果不仅确定了苏鲁-大别榴辉岩及其强退变质岩石深俯冲过程石英榴辉岩相进变质-超高压峰期变质、构造折返过程石英榴辉岩相-角闪岩相退变质连续而完整的变质演化P-T-t轨迹及精细的年代谱系,而且对于重新建立苏鲁-大别巨量陆壳物质快速超深俯冲-快速折返的动力学模式有着重要的科学意义。     

地下岩石构造力复合重力的压力状态分析

针对大别一带超高压变质作用的形成深度存在两种观点:其一是形成深度可用静流体公式h=p/(ρg)算出,并得出变质作用形成于90km或更深处;其二是超高压是重力、构造力和其他力合成的,并不只是重力的作用,从而该变质作用可以在地壳内形成。地下的岩石处于固态,而静止流体公式不适用于固体。事实上,围压不仅来自重力,而且也来自构造力和其他力,所以合理的求深度算法应该是从总压力中减去构造力获得纯重力才可用来计算深度。还简要解释了诸如剪应力、差应力、构造力等概念。     

构造附加(围压)静水压力的理论、模拟和实验研究

部分研究者假设：地下岩石处于静水压力状态。按此理论，某一深处的地下岩石各方向压力都相等，而且都等于从该处至地表岩石柱的总重量。换句话说，地下的压力只来自重力，且随深度直线增加，即依此，形成了“压力／比重”的深度的测深方法。然而，地壳应力状态主要是由重力和构造力引起，作者提出其（围压）静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成。本文用固体力学方法分析地壳中静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的特点，     

大别山含柯石英榴辉岩区—一个晚太古代的超高压变质带

安徽碧溪岭岩体的锆石U-Pb年龄为2774±24Ma。它显示大别山的含柯石英榴辉岩可能形成于晚太古代。榴辉岩多硅白云母的Ar-Ar等时线年龄(662±13Ma)也同样限定其退变质作用的上界年龄在寒武纪。同位素年代学结果与该类榴辉岩严格产出在由大别群组成的太古宙地块中的地质特征一致。我们相信,大别山含柯石英榴辉岩变质地区可能是一个晚太古代的超高压变质带。大别山地区在中生代三叠纪时期处于南秦岭构造带的东延部分。大别群以及赋存其中的含柯石英榴辉岩共同遭受晚期的区域动力变质事件。作者分别测得斜长片麻岩白云母Ar-Ar等时线年龄为192.6±3.8Ma,榴辉岩中低角闪岩相普通角闪石Ar-Ar坪年龄230.7±4.6Ma。它们代表大别群片麻岩和榴辉岩两种原始变质岩的印支期改造年龄。     

含柯石英榴辉岩开矿深度的构造校正测算

应用透射电子显微镜（ＴＥＭ）对大别地区英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中石榴子石进行研究,结果表明在强塑性变形的三类岩石中,石榴子石的超微构造特征存在明显差异。在含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密度比角闪岩中的低。修正石榴子石材料系数α为０．２５,用石榴子石位错密度估算了相对差异应力值,并讨论了在超高奢榴辉岩形成和退变质过程中各阶段的变质条件。根据石榴子石位错密度测定的差异应力,结合石榴     

流体流动在超高压榴辉岩形成和抬升中的作用

现今裸露于地表的以含柯石英榴辉岩和含微粒金刚石榴辉岩质片麻岩为代表的超高压变质岩,是如何从深度大于90km,甚至达140km的岩石圈深处抬升至地表并得以保存的？这一地球动力学问题一直是地质学家和地球物理学家们关注的重大课题之一。然而,现在的一个根本问题是天然柯石英（其稳定的温度条件为800℃,压力大于2．gGPa）和金刚石（其稳定的压力一般为4GPa）的形成深度究竟是多少才更加符合地质实际？也许,对大别含超高压榴辉岩剪切带中岩石的体积变化与流体作用特征的研究能够带来一些启迪。（1）关于岩石的体积变化通过对安徽花凉亭…     

苏鲁地区航磁异常特征及其深部地质意义

以地震测深剖面提供的地壳结构为初始模型,结合大陆科学钻探岩芯和地表地质资料,对苏鲁地区40 000 km2的1∶10万航磁资料进行了处理.根据岩石磁性参量与岩性的相互关系,对该区3条断面进行了约束反演计算,获得了3条断面的岩层结构特征:5 km深度范围内主要为榴辉岩、大理岩和片麻岩,5～7 km为含柯石英榴辉岩的超高压变质岩片,7 km至上地壳底部为经历超高压变质的片麻岩或花岗闪长岩;中地壳(10～19 km)主要为高压变质片麻岩和后期侵入的花岗岩,下地壳(＞19 km)主要为酸性、基性麻粒岩.3条剖面上的超高压变质岩片向北倾斜至地表,说明它很可能是华北克拉通的俯冲和原路折返的结果.     

超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制

了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.      

榴辉岩的两种变质演化轨迹和俯冲大陆地壳的差异折返——以柴北缘都兰超高压地体为例

都兰榴辉岩地体位于柴北缘—南阿尔金超高压变质带的东端,是唯一确定含柯石英的超高压变质地体,约700 km,其特点是含有两个特征不同的变质亚带,并经历了不同的折返过程。柯石英假像和温压计算表明两带榴辉岩峰期变质的压力都在柯石英的稳定域（2.8~3.3 GPa）,但它们退化变质的p–T 轨迹具有明显不同的特征。北带榴辉岩经历了两个阶段的折返：早期从地幔深度快速折返到中部地壳层次,伴随岩石的等温降压,并发生角闪岩相退化变质;晚期抬升到地壳浅部。都兰南带榴辉岩折返过程中经历了高压麻粒岩相变质的改造,高压麻粒岩阶段的p–T条件为p＝1.9~2.0 GPa,T＝873~948℃, 并进一步经历了角闪岩相退化变质,说明都兰南带榴辉岩折返速率较慢,发生了壳幔过渡带（或加厚的深部地壳）层次的强烈热松弛。这种热松弛发生在许多大陆俯冲带的超高压岩石的折返过程中,并且是榴辉岩发生深熔作用的主要机制。都兰两个变质带不同的变质演化轨迹反映了俯冲的大陆地壳具有差异折返的特征。     

“构造附加静水压力”与构造物理化学研究及应用

地壳应力状况主要是由重力和构造作用力引起的,文章提出“构造附加胸水压力”概念,认为地壳任一点静水压力是由重力所附加的静水压力和构造作用力所附加的静水压力叠合面民。并指出,构造叠加致使同一地壳深度的水平面上静上等,这种压力梯度是流体及油气长距离水平运移的原因;通过建立岩石矿床形成深度的构造校正测算方法,得出胶东“玲珑－焦家式”金矿成矿深度仅３ｋｍ左右,这一结果得到区内找矿工程的初步验证,进而测 别超     

微观结构超压与超高压矿物的形成

自含柯石英的,以榴辉岩为代表的高压、超高压变质岩石被发现以来,其形成的温压条件、形成深度和折返机制的研究成为地学界一大热门话题.依据静岩压力推算形成深度的大陆深俯冲观点需要合理地解释轻质的陆壳物质何以能够进入密度较大的地幔之中,在形成密度大的超高压变质岩后又如何返回地表.而依据构造附加压力推算形成深度的浅表成因观点,则需要将岩石圈的强度和流变性考虑进去,合理地估算构造压力的大小,解决构造压力估计过高和基本的背景温、压条件不足的问题.     

构造差应力与构造附加静水压力关系研究

构造差应力究竟能够产生多大的附加静水压力在地学界一直有很大争议。本文通过大别山东端郯庐韧性剪切带中糜棱岩的构造差应力测量和同构造新生白云母的电子探针分析,对这一科学问题进行了初步探讨。对该断裂带12个糜棱岩样品进行了20次构造差应力测量,获得了114.6~149.6MPa的差应力值;对同构造新生白云母的电子探针分析获得岩石的形成时的围压为291.7~531.3MPa。通过构造差应力与岩石围压的对比分析,笔者认为岩石中的“构造超压”并不完全是构造差应力产生的附加静水压力造成的,还应包括了岩石中流体压力的贡献。在中-上地壳,附加静水压力主要由流体压力构成;而在下地壳和岩石圈深部,岩石的构造超压主要来自于由构造差应力产生的附加静水压力。但由于岩石圈深部构造差应力的急剧减小,产生的构造附加静水压力对围岩的贡献量极小,并不能使超高压岩石的形成深度明显变浅。     

大别——苏鲁 造山带石榴石橄揽岩——地幔过渡带的信使

近来,在人们对造山带含柯石英或金刚石榴辉岩如何能从≥90km的深度抬升至地壳浅部进行研究,还未取得一致意见的时候,又有证据显示,这些“超高压”岩石的形成压力实际上还不止2.7~4.0GPa(90~