新疆西南天山超高压变质带的形成与演化

本文系统地总结了近年来有关新疆西南天山超高压变质带在野外地质产状、岩石学、矿物学、地球化学和年代学等方面研究取得的进展。根据野外地质产状特征,西南天山出露的榴辉岩可以分为三类:即在蓝片岩中呈透镜体的块状榴辉岩、保存有玄武岩岩枕的枕状榴辉岩和夹杂在大理岩中的条带状榴辉岩。详细的岩石学研究表明它们都经历过超高压变质作用,其变质作用演化经历了3个阶段:峰期榴辉岩阶段(560～600℃,4.95～5.07GPa)、主期榴辉岩阶段(598～496℃,25.72～26.66±1kbar)和退变绿帘石蓝片岩相阶段。地球化学研究显示其原岩相当于源于富集地幔的(ε_(Nd)-1.4～-0.4)具有 OIB 特点的变碱性玄武岩、源于亏损地幔的(ε_(Nd)= 6.7～ 7.4)具有 NMORB 特点的洋中脊玄武岩和源于较富集地幔的(ε_(Nd)=-2.5～ 3.2)具有 EMORB 特点的洋中脊玄武岩,它们形成于海山环境下的洋壳。榴辉岩中锆石 SHRIMP定年结果表明榴辉岩的原岩形成于石炭纪(>310Ma)之前,洋壳开始俯冲发生在二叠纪末(280～290Ma),高压一超高压变质发生在三叠纪(220～230Ma)。结合在其北侧低压麻粒岩带的发现,提出了新疆西南天山超高压变质带双变质带构造演化模式。     

柴北缘超高压变质带沙柳河蛇绿岩型地幔橄榄岩及其意义

本文报道了柴北缘大陆型超高压变质带沙柳河地区发现的蛇绿岩型地幔橄榄岩,其原始矿物组合为橄榄石 斜方辉石 铬铁矿。方辉橄榄岩中识别出两个世代的橄榄石,第一世代橄榄石(OI~1)残晶发育扭折带,化学成分与现代大洋地幔橄榄岩的橄榄石一致,第二世代橄榄石(OI~2)Fo 值高达94～97,其内部含有细小的流体包裹体,是第一世代橄榄石蛇纹石化后再次变质的产物。斜方辉石残晶的成分具有高 Al 和 Ca 的特征,与大洋地幔橄榄岩中斜方辉石的成分一致。温压条件的估算反映该橄榄岩体属于典型的尖晶石相方辉橄榄岩。其围岩是由堆晶辉长岩变质的条带状蓝晶石榴辉岩,二者构成了大洋蛇绿岩套的下部层位,并且与区内具有 N-MORB 和 OIB 性质的榴辉岩共生。这些特征表明该方辉橄榄岩应代表洋壳下伏地幔橄榄岩,从而揭示大陆造山带从早期的大洋俯冲消亡到大陆俯冲碰撞的完整过程。     

新疆“大哈拉军山组”火山岩的形成时代问题及其解体方案

基于前人的资料和本文获得的锆石SHRIMP数据,故建议解体“大哈拉军山组”。西天山东段拉尔敦达坂一带出露的火山岩是晚石炭世火山作用的产物,建议创名“拉尔敦达坂组”。新源城南的早石炭世火山-沉积岩依然使用“大哈拉军山组”。西天山西段大面积出露的“大哈拉军山组”火山岩比较复杂,原始创名剖面(特克斯南大哈拉军山一带)分布的早石炭世火山-沉积岩暂时继续使用“大哈拉军山组”的名称,但其北部大面积分布(昭苏北—特克斯—巩留-阿希金矿地区)的火山岩形成于晚泥盆世(而不是以前认为的早石炭世),建议用“特克斯达坂组”表述这套晚泥盆世火山—沉积地层。     

俯冲带中石墨质碳的研究进展

自然界中,石墨质碳可以稳定存在于沉积岩、岩浆岩和变质岩中,由有机质或无机碳酸盐转变而来。随着对俯冲带碳循环研究的不断深入,通常作为副矿物产出在变质岩中的石墨质碳也引起了广泛的关注。相比于碳酸盐矿物和含碳流体,石墨质碳因其低溶解性、低移动性常作为碳汇稳定存在于俯冲带中。然而,在一些特殊的地质条件下(例如流体出现的开放体系中),石墨质碳不再稳定,它会变得活跃并发生迁移。因此,石墨质碳也是俯冲带碳循环研究中的关键载体。本文在综述前人研究成果的基础上,总结了俯冲带中石墨质碳的性质、来源、形成和分解过程,并重点介绍了俯冲带中非生物成因石墨的形成机制、石墨质碳的稳定性以及石墨质碳的释放,全面探讨了石墨质碳在俯冲带碳循环中的重要意义。俯冲带中石墨质碳的成因机制主要有3种:生物有机质石墨化、饱和含碳流体沉淀、碳酸盐矿物的还原反应。俯冲带中石墨质碳可通过分解脱气和溶解的方式释放。俯冲作用和风化侵蚀是石墨质碳全球循环的两个主要过程,其中俯冲作用对石墨质碳的地球内部循环影响较大。     

新疆西天山异剥钙榴岩地球化学特征及其对俯冲带流体的指示意义

新疆西天山长阿吾子异剥钙榴岩是目前首例发现的在俯冲带形成的原岩为榴辉岩的异剥钙榴岩,与其作用的流体为俯冲带流体。该异剥钙榴岩与大洋底变质作用形成的异剥钙榴岩相比,岩石学特征非常相似,但是元素迁移方面存在一定的差别。为了推断流体成分,我们使用了三种方法。一、测试了异剥钙榴岩化前后主要矿物相石榴石和辉石化学成分。二、在ACF图上,可以看出全岩成分从F端元向C端元演化,代表Fe减少,Ca增加的趋势,而且完全异剥钙榴岩成分落在了前人所做的异剥钙榴岩成分区间内。三、假设Al为不迁移元素,根据Grant的计算方法,做出主量元素、微量元素和REE的等浓度图。综合以上分析结果推断,俯冲带中流体的成分是复杂和变化的:部分异剥钙榴岩化阶段流体富集Ca、Si、Ti、Mn、Nb、Ta、Zr、Hf,贫乏Fe、Mg、Na、K、REE、Tb、Y,氧逸度升高,流体属于不饱和状态,因此导致不平衡结构发育;完全异剥钙榴岩阶段,流体富集Ca、Mg、LREE、Ni、Cr,贫乏Fe、Ti、Rb、Ba、MREE、HREE等元素,此时流体作用强烈,富水流体相的强烈淋滤作用,使得大部分元素发生了迁移。     

柴北缘超高压变质带的冷却历史：来自副片麻岩中锆石、金红石的U-Pb年代学和温度信息

本文运用LA-ICP-MS和SIMS对柴北缘超高压变质带中东端沙柳河剖面中的副片麻岩进行了锆石和金红石U-Pb年代和微量元素分析。锆石边部的变质时代为425±6Ma,所对应的锆石Ti含量温度计计算出的温度为689±14℃。金红石U-Pb定年给出的年龄为414.0±6.3Ma,代表了副片麻岩在折返过程中冷却到金红石U-Pb封闭温度约570℃的时代。而金红石Zr含量温度计给出同锆石边部较一致的温度685±9℃,代表了峰期变质时代的温度条件。根据锆石的变质时代和变质温度以及金红石的冷却年龄和封闭温度所限定的T-t轨迹,可以得出此副片麻岩在折返过程中的冷却速率约为11℃/Myr。     

喜马拉雅东构造结高压麻粒岩PT轨迹、锆石U-Pb定年及其地质意义

喜马拉雅东构造结出露了一套基性高压麻粒岩,其峰期矿物组合为石榴石+单斜辉石+石英+金红石+斜长石,利用相平衡计算其峰期温压条件为904℃、1.37GPa,利用锆石U-Pb定年方法确定其变质年龄为20.7±2.3Ma。角闪斜方辉石麻粒岩为其第一阶段退变产物,其变质矿物组合为斜方辉石+角闪石+斜长石+石英+钛铁矿+磁铁矿,温压条件为压力小于0.6GPa,温度为720~760℃。角闪岩相退变矿物组合为角闪石+斜长石+石英+钛铁矿+磁铁矿,温度小于745℃,压力小于0.6GPa。在角闪斜方辉石麻粒岩中变质锆石获得的定年结果为9.38±0.22M,根据锆石中角闪石+斜长石+石英的矿物包体特征,确定该年龄代表角闪岩相退变质年龄。据此,确定了喜马拉雅东构造结基性高压麻粒岩的PTt轨迹为顺时针2阶段折返过程,即第一阶段发生在20Ma左右的由高压麻粒岩相到角闪岩相退变阶段,第二阶段发生在9Ma左右的从角闪岩相深度折返到地表的阶段,计算得到其折返速率分别为2.4mm/y和2.3mm/y,这2个阶段的折返与目前通常认为的青藏高原2个主要抬升阶段是基本一致的。     

西南天山造山带超高压变质作用研究新进展

低温超高压变质岩具有极低的地热梯度,其变质演化对于认识板块间相互作用的动力学过程以及弧地壳的生长机制具有重要意义。西南天山造山带发育了世界上少有的经历过深俯冲作用且具有洋壳属性的典型低温超高压变质地质体。近几年来对该造山带中的超高压变质岩开展了大量深入细致的岩石学研究工作,取得了一系列新进展。变基性岩和变沉积岩系岩石中柯石英的普遍发现,直接证明西南天山变质蛇绿混杂岩曾经俯冲到上地幔深度,且具有极低的地热梯度,与热力学模拟结果一致。柯石英的稀少以及大量不同类型柯石英假像的存在,说明在折返过程中发生了强烈的退变质叠加,只有刚性较大且没有经历碎裂-愈合作用的矿物(如石榴石)才有可能保存柯石英。综合岩相学证据和相平衡计算结果,确定西南天山造山带北部的高压地质体(即哈布腾苏-科布尔特单元)整体经历过超高压变质作用,南部的高压地质体峰期压力未达到柯石英稳定域。超高压和高压变质地体的空间分布特点指示了古天山洋由南向北的俯冲极性。这些基础岩石学研究工作的开展对于揭示冷俯冲带的深部物理化学过程以及建立中亚南天山造山带演化的精细模型具有重要意义。     

硬柱石榴辉岩岩石学研究进展

硬柱石榴辉岩是洋壳经历冷俯冲形成的典型低温高压变质岩,硬柱石是俯冲带将水带入地幔深处的重要载体,其具有指示俯冲带深部流体作用的重要科学意义。文中总结了近20年来硬柱石及硬柱石榴辉岩岩石学的主要研究进展及问题:①硬柱石榴辉岩的全球分布;②硬柱石榴辉岩的分类及硬柱石的产状;③硬柱石榴辉岩稳定性的实验及相平衡模拟研究;④硬柱石榴辉岩的形成与保存;⑤硬柱石榴辉岩相关的流体行为。以上几点,特别是硬柱石相关的流体行为,一直是俯冲带研究中的热点领域。西南天山榴辉岩和蓝片岩中广泛发育进变质和退变质脉体,对其进行深入研究,将会对洋壳深俯冲过程中的流体行为进行更好的约束。