华北克拉通丰镇碳酸岩中榴辉岩捕虏体岩石学研究:现今板块体制古元古代开始启动证据

关于现今板块构造体制何时启动是目前地球科学研究的焦点问题。本文在原报道的古元古代丰镇火成碳酸岩中发现的榴辉岩捕虏体基础上,开展了详细的岩石学研究。该榴辉岩捕虏体分为两种类型:即相对富石榴石的Fz-2和贫石榴石的Fz-16,它们产于同一地点,且具有相同的矿物成分和结构构造特征。Xu et al.(2018)的研究表明该捕虏体具有1839±26Ma和1766±7Ma的独居石U-Th-Pb年龄且具有大洋辉长岩原岩的全岩成分特征。本文通过进一步的岩相学研究发现该榴辉岩至少经历了两期变质阶段:M1,角闪石/绿帘石-榴辉岩阶段;M2,硬柱石-榴辉岩阶段。具有放射状裂纹包裹特征的柯英石假象在石榴石变斑晶和基质绿辉石中以包体形式出现。以蓝晶石与黝帘石共存为特征的柱状硬柱石假象,也偶尔以包体形式存在于石榴石中。变斑晶石榴石分为富含包体的核部和比较干净的边部。石榴石从中心到边部具有明显的镁铝榴石含量增加和钙铝榴石含量降低的环带特征,通过相平衡模拟和等值线投图得到其温压范围为2.6~3.7GPa和655~670℃,记录了从M1到M2的近等温增压的进变质过程。通过石榴石边部-绿辉石-蓝晶石-石英的地质温压计计算得到温压条件为3.0GPa、734℃。金红石中的锆含量温度计也给出了相似的温度条件,即在2.6~3.7GPa压力时为601~685℃。石榴石边部的柯石英假象和硬柱石假象支持了M2硬柱石-榴辉岩阶段的存在,这表明丰镇古元古代榴辉岩可能是目前发现的世界上最古老的低温超高压变质岩。同时,我们得到该榴辉岩代表的进变质过程中的地温梯度为216±35℃/GPa,证明至少在~1.8Ga以来代表现今板块构造体制的板块冷俯冲作用就开始启动了。     

Ages of peak HP-UHP metamorphism of eclogites from Chinese southwestern Tianshan: Evidence from Lu-Hf geochronologySCIEI北大核心CSCD

新疆西南天山蓝片岩-榴辉岩带是全球少有的几个经历超高压变质作用的洋壳俯冲带之一,近年来的同位素年代学研究表明其变质作用主要发生于石炭纪。然而,该蓝片岩-榴辉岩带峰期变质作用,特别是超高压变质作用的时代还未精确限定。本文选取来自该带的典型钠云母黝帘石榴辉岩(样品211-3和H76-10),在详细的岩石学和相平衡研究基础上,开展了Lu-Hf同位素年代学研究,以期获得其峰期变质作用时代。相平衡模拟结果表明两榴辉岩中石榴石均记录了升温降压型折返P-T(温度-压力)轨迹。其中,样品211-3经历了超高压变质作用,其压力峰期P-T条件为~540℃、~2.9GPa,石榴石-绿辉石-全岩Lu-Hf等时线年龄为326.9±1.3Ma;样品H76-10仅经历了高压变质作用,其压力峰期P-T条件为~490℃、~2.4GPa,石榴石-绿辉石-全岩Lu-Hf等时线年龄为306±11Ma。结合前人年代学数据,获得新疆西南天山超高压榴辉岩峰期变质作用时代为327~326Ma,高压榴辉岩峰期变质作用时代为316-306Ma。本文获得的超高压变质作用确切年龄326.9±1.3Ma,对于揭示古南天山洋深俯冲和闭合的时间具有重要意义。     

新疆西天山高压变质带的变质矿物与变质作用演化

新疆西天山高压变质带主要由石榴石，角闪石，绿辉石，多硅白云母，钠云母，绿帘石，绿泥石，钠长石，石英，榍石和金红石等组成，石榴石主要含铁铝榴石组份，角闪石有蓝闪石，亚铁蓝闪石，青铝闪石，冻蓝闪石等类型，变质矿物组合显示高压变质带经历了由硬柱石蓝片岩相，榴辉岩相，绿帘蓝片岩相至绿片岩相的变质作用演化进程。     

基性麻粒岩中方柱石的出溶现象及成因机制: 以西藏南部日玛那穹隆麻粒岩为例

方柱石是一种含挥发分的架状铝硅酸盐矿物,其成因一直有争议。对喜马拉雅造山带定结地区基性麻粒岩中方柱石及其出溶物的矿物化学和纳米结构分析表明：（1）方柱石为富S类型;（2）内部出溶矿物为陨硫铁,晶胞参数为a=b=0.5968nm,c=1.174nm,α=β=90°,γ=120°;（3）陨硫铁的（001）面平行于方柱石的（100）面。出溶前的方柱石在榴辉岩相条件下形成,其稳定压力上限与Fe含量呈正相关关系。在麻粒岩相作用时,无水条件下方柱石内的SO₄^2-发生自氧化还原反应而产生出溶矿物和O₂,反应方程式为：Fe²⁺+SO₄^2-=FeS+2O₂。类似反应可能导致下地壳氧逸度高于中上地壳。方柱石的形成与分解记录了喜马拉雅造山带的形成过程,在大陆俯冲与折返过程中扮演重要角色,对地壳深部挥发分的调节起到了重要作用,并对地球深部氧逸度调节机制的研究开拓了新的思路。

     

新疆西天山高压变质带研究进展

沿中天山南缘缝合带东西向延伸约200km的西天山高压变质带是塔里木板块和伊犁中天山板块古生代碰撞造山作用的产物,多年来为许多学者所关注。笔者在执行国家自然科学基金(49632240)和国家“九五”重点科技攻关(969150301)联合资助的“西天山高压一超高压变质带变质作用与构造演化关系”项目过程中,取得如下初步进展。     

祁连山地区东段马衔山群及其邻区岩石学研究

祁连造山带是中国主要造山带之一,大致分为北祁连、中祁连、南祁连和拉鸡山4个变质区.本文研究的中祁连地块前震旦纪马衔山群及其邻近的震旦纪地层与奥陶纪地层位于距兰州市东北150 km处,由东向西北依次为寺儿沟、铁成沟、天祝三峡森林公园、北山国家公园(那新沟)和岗口子北等剖面.对上述剖面进行的矿物组合、微构造和矿物化学成分研究结果表明,马衔山群变质作用过程为:峰期角闪岩相变质,矿物组合为黑云母+角闪石,温压分别为618℃和0.65 GPa;绿帘角闪岩相变质,矿物组合为绿帘石+钠长石+钙质角闪石;绿片岩相变质,矿物组合为阳起石±脆绿泥石+方解石.马衔山群的石榴石具生长环带,从核心到边缘,Mn含量减少,Fe含量渐增,在压力不变的情况下此种成分变化指示温度的上升,核心和边缘的温度分别为418℃和545℃.钙质角闪石不具化学环带.Ar-Ar法定年结果显示,角闪岩中角闪石与花岗岩中黑云母的坪年龄分别为340.0±0.50 Ma和323.4±0.65 Ma,反映了前震旦纪马衔山群在石炭纪受区域变质活动发生再活化作用的下限年龄.震旦纪地层的岩石类型主要为绿片岩,矿物组合为绿泥石+钠长石+赤铁矿+方解石+石英,局部受韧性剪切带影响而产生糜棱岩化作用.奥陶纪地层主要岩石类型为大理岩,碳酸盐类矿物主要为方解石和白云石,其中除有磷灰石夹层外,还有高镁的金云母.     

俯冲带蛇纹岩的变质过程

俯冲带蛇纹岩是俯冲带流体的重要来源,特别是其深部脱水作用对地幔动力学影响深远,是研究俯冲带约80~200km深度范围的地球动力学的关键,因此研究蛇纹岩的变质作用过程及其相关特征矿物(组合)的温压稳定范围具有重要意义。蛇纹岩具有简单的矿物(组合):蛇纹石类、硅镁石类、磁铁矿、氢氧镁石、绿泥石、橄榄石、透辉石、角闪石、滑石等,并且这些矿物(组合)对温压变化不敏感从而很难用来判定蛇纹岩所经历的变质演化轨迹。近几十年来,研究者通过实验岩石学和野外地质观察,主要研究了蛇纹石类矿物和硅镁石类矿物的温压稳定范围,并且试图使用这些特征矿物(组合)来判定俯冲带蛇纹岩的峰期变质条件。本文总结了蛇纹岩中这些主要矿物的温压稳定范围和相关变质反应,并且以中国西南天山蛇纹岩为例,展示使用特征矿物(组合)和叶蛇纹石Al等值线判定蛇纹岩峰期温压条件在实际岩石中的应用。另外,早期对叶蛇纹石的研究表明:随着温压条件的变化,叶蛇纹石的晶体结构会发生相应的调整。表现为单位晶胞内硅氧四面体的个数(m值)发生变化:温度升高,m值变小;压力升高,m值变大,这个发现在高压实验和天然样品中得到了一定程度的验证。本文利用已知峰期温压范围的叶蛇纹石样品分别采用粉末制样法和离子减薄制样法,进行透射电镜测试(TEM)样品的m值,并通过统计的方法获得叶蛇纹石的m值的峰值。结果显示叶蛇纹石的m值的峰值在一定程度上可以用以指示温压条件。本文提出可以用矿物组合、叶蛇纹石Al等值线和叶蛇纹石m值峰值相结合的方法确定蛇纹岩的变质温压条件和P-T轨迹。     

大陆深俯冲与超高压变质的化学地球动力学

近十几年来大陆动力学研究最重要的进展之一,是对超高压变质岩和大陆深俯冲作用的认识.按照传统的板块构造学说,大陆地壳由于其密度低,不可能俯冲到高密度的地幔中.然而,上世纪80年代两位法国科学家分别在西阿尔卑斯和挪威西部的变质表壳岩中,发现了超高压变质矿物柯石英,证明大陆地壳曾俯冲到至少80 km深,然后折返回地表.     

北祁连山九个泉硬柱石蓝片岩Ar-Ar年代学研究

硬柱石蓝片岩通常代表洋壳俯冲变质带的产物,了解硬柱石蓝片岩相岩石学及其转化关系,具有帮助了解极端条件下(高压低温)变质过程的重要意义.