雅鲁藏布江西段东波超镁铁岩体经历了俯冲带流体的改造：来自铂族元素的证据

提要：东波超镁铁岩体位于雅鲁藏布江缝合带的西段,在中国是一个不多见的面积超过400 km2的大型超镁铁岩体。已有的岩石学和矿物学特征表明,该岩体与同一带中含有大型铬铁矿的罗布莎岩体可以对比,是一个寻找铬铁矿床的远景区。本文开展了东波超镁铁岩的主要组成岩石类型——方辉橄榄岩的铂族元素（PGE）研究,并结合主量和稀土元素（REE）组成,探讨岩体的成因。东波超镁铁岩中方辉橄榄岩具有相当高的Os含量（3.52×10-9~4.36×10-9）,亏损的主量元素组成和低于原始地幔的稀土元素含量（0.89×10-6~1.37×10-6）,指示东波超镁铁岩为经历过部分熔融和熔体抽取的亏损残余地幔岩石。东波超镁铁岩的PGE总含量为23.97×10-9~31.98×10-9,高于原始地幔的含量;PGE配分型式为左倾的正斜率型,相对Ir亚组铂族元素（IPGE）亏损钯亚组铂族元素（PPGE）,Pd/Ir=1.49~2.65;REE配分型式为中稀土亏损的“V”型或“U”型,原始地幔标准化元素比值（La/Sm）m 为 1.05~3.37,（Gd/Yb）m=0.28~0.64;这些数据揭示东波超镁铁岩经历过交代作用,交代物质应富集不相容元素,高PGE含量,相对IPGE富集PPGE;较低的Cu/Pd比值（1226~3448）要求交代物质还应富含硫化物;推测交代物质可能来源于俯冲带构造环境下所产生岩浆熔离出的富硫化物熔体/流体。     

地球深部金属碳化物的晶体化学

金属碳化物的矿物十分稀少,但人工合成物则在化学成分及晶体结构两方面分布均较为丰富,可分成两种结构类型,即填隙结构型及复杂化合物型,其形成机理与碳原子与金属原子的半径比(Rc/Rm)有关。金属碳化物是西藏罗布莎铬铁矿床地幔矿物群的重要组成部分。列举了在该地区已发现的若干金属碳化物种属。探讨了该类矿物的形成机理以及该类矿物中的某些种属表征其形成的温度、压力状态的可能性。     

柴北缘西段榴辉岩相的变质泥质岩: 榴辉岩与围岩“原地”关系的证据

在柴北缘西段的鱼卡-落凤坡一带, 识别出榴辉岩相的变质泥质岩, 这些变质泥质岩夹有透镜状的榴辉岩, 局部与似层状的榴辉岩互层. 其典型的矿物组合为石榴子石+蓝晶石+硬绿泥石+多硅白云母+石英+金红石. 石榴子石中具有典型的进变质生长环带, 多硅白云母最高Si >3.4 p.f.u. 通过岩相学观察, 共识别出3期矿物组合: 1) Grt + ChlI + CldI + PheI ± StI + Qtz; 2) Grt+Ky +PheII±CldII +Qtz; 3) Grt + CldIII + ChlII + PheIII + StII ± ky + Qtz. 运用THERMOCALC软件(V3.1), 结合Grt-Phe温度计和Grt-Ky-Phe-Qtz压力计, 获得第1阶段(进变质阶段)的P-T条件为1.07±0.31 GPa和T=564±22℃; 第2阶段(峰期阶段)P-T条件为2.3~3.1 GPa和615~700℃; 第3阶段(退变质阶段)P-T条件为1.22±0.26 GPa和581±20℃. 获得的P-T轨迹具有“发卡型”特征, 与相邻榴辉岩的P-T轨迹相似. 结合大理岩和正片麻岩中保存有残留的榴辉岩相矿物, 可以认为榴辉岩与围岩经历了共同的变质历史, 它们之间的关系是“原地”关系, 而不是“构造侵位”关系.     

东昆仑早古生代造山后花岗岩的特征——以大干沟花岗岩为例

大干沟花岗岩体位于东昆仑金水口地区,其岩石类型主要为中粗粒正长花岗岩。该花岗岩的SiO_2含量为68.68%~71.12%,平均含量为69.84%;Al_2O_3含量为14.01%~15.40%,平均含量为14.82%;K_2O/Na_2O值高,为1.19~1.64,平均为1.40;铝饱和指数A/CNK值为0.98~1.02,平均为1.00,具有准铝质-弱过铝质花岗岩的特点。岩石稀土元素总量较高,LREE元素富集,具有明显的Eu负异常,相对原始地幔明显富集U、Th,亏损Ti、P、Nb、Ta等高场强元素和Ba、Sr等大离子亲石元素,具有A型花岗岩的特征。花岗岩εNd(t)0,为-5.6~-7.3,tDM=1.54~2.27 Ga,表明其物源可能主要为中元古代物质(金水口群),LA-ICP-MS锆石εHf(t)=-2.2~2.6,显著不同于地壳岩浆的Hf同位素组成,显示有地幔物质添加。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为392±2 Ma(MSWD=1.14)。结合区域构造演化和上述地球化学特征,认为大干沟岩体为早古生代造山后伸展阶段的产物,是东昆南地体与东昆北地体碰撞后地幔岩浆上涌及地壳熔融的结果。     

西藏罗布莎蛇绿岩中不同产出的纯橄岩及成因探讨

罗布莎蛇绿岩中的纯橄岩有三种产出情况,除了与豆荚状铬铁矿伴生的薄壳状纯橄岩外,还有产在方辉橄榄岩底部被认为是堆晶岩的厚层状纯橄岩和方辉橄榄岩中的透镜状纯橄岩。厚层状纯橄岩约700～1000m厚,以橄榄石富镁(Fo93～95),单斜辉石低铝富镁(Al2O30.47%～0.85%,Mg#95～97),铬尖晶石高铬低镁(Cr#值平均77,Mg#平均51)为特征。该纯橄岩中的浸染状铬铁矿也是高铬低镁型,但Mg#值(平均59)高于厚层状纯橄岩的副矿物铬尖晶石。薄壳状纯橄岩与厚层状纯橄岩成分相近,其橄榄石Fo92～94,单斜辉石Al2O3<1%和Mg#95～97;铬尖晶石的Cr#值平均71,Mg#值平均52。与薄壳状纯橄岩伴生的块状铬铁矿为高镁高铬型,但Mg#值(平均68)相对更高些,Cr#值平均79。透镜状纯橄岩的特征是橄榄石Fo(91～92)和铬尖晶石Cr#(60左右)均低于前两类纯橄岩,但单斜辉石的Al2O3(1.41%～1.71%)则高于前两者。透镜状纯橄岩的矿物成分与方辉橄榄岩重叠,两者为渐变过渡关系。研究对比表明,罗布莎厚层状纯橄岩不同于经典的蛇绿岩的超镁铁质堆晶岩,认为将其成因解释为拉斑玄武质熔体与地幔橄榄岩的反应较为合理。透镜状纯橄岩与方辉橄榄岩存在成生联系,可能是地幔橄榄岩高度部分熔融的产物,或熔体和方辉橄榄岩在原位发生反应的产物;薄壳状纯橄岩成因与厚层状纯橄岩相同,但与其相伴的块状铬铁矿是否由拉斑玄武质熔体与方辉橄榄岩反应形成,值得商榷。     

秦岭造山带早古生代蛇绿岩的多阶段演化: 从岛弧到弧间盆地

秦岭商-丹缝合带是分隔北秦岭早古生代造山带和南秦岭晚古生代造山带的地质界线,其中的丹凤蛇绿岩被认为代表了秦岭地区早古生代的洋壳残片。迄今,前人已经提出多种模式来解释丹凤蛇绿岩成因和构造背景(如:岛弧、洋岛和成熟的大洋等)。然而,这些单一的构造演化模式却很难解释两个基本事实:(1)不同类型镁铁质岩(如N-MORB、E-MORB和IAT等)的穿时性分布;(2)几乎所有的早古生代镁铁质岩都显示出多种构造环境的叠加。对陕西太白鹦鸽嘴地区一条具有较完整层序的蛇绿岩剖面研究发现,剖面中存在HTI型(TiO2:1.21%～1.56%)和LTI(TiO2:0.09%～0.35%)两种类型的镁铁质岩(包括玄武岩和辉长岩),HTI型镁铁质岩具有LREE亏损,没有Nb、Ta负异常等的E-MORB特征;LTI具有LREE富集,Nb、Ta负异常的IAT特征。地球化学显示二者的源区均为北秦岭岩石圈地幔楔。本文获得鹦哥嘴蛇绿岩两个LTI型辉长岩锆石U-Pb年龄分别为523.8±1.3Ma和474.3±1.4Ma。认为秦岭早古生代蛇绿岩应是SSZ环境下多阶段演化的结果:第一阶段:约524Ma,秦岭洋盆向北俯冲开始。俯冲板片的脱水作用使熔融温度降低,形成的流体交代地幔楔,在北秦岭南缘产生了一个不成熟的岛弧;第二阶段:先存岛弧裂开阶段,约524～474Ma。秦岭洋壳的持续俯冲,在先形成的岛弧上拉张出了弧间盆地,形成了主要由轻稀土亏损、高Ti拉斑玄武岩和辉长岩组成的E-MORB型岩石组合;第三阶段:弧前盆地闭合阶段,474Ma之后。在这个阶段新生的弧间盆地闭合,俯冲洋壳携带的深海沉积物与北秦岭岩石圈地幔楔相互作用形成了北秦岭李子园的玻安岩。秦岭早古生代蛇绿岩的多阶段成因是典型特提斯构造域演化特征在秦岭地区的重现。     

柴北缘都兰高压麻粒岩的锆石U-Pb定年及其地质意义

在柴北缘高压-超高压变质带的东端都兰地区,高压麻粒岩以透镜体的形式存在于石榴白云母片岩、花岗质片麻岩以及斜长角闪岩中。高压麻粒岩的主体为基性麻粒岩,并含少量中酸性麻粒岩。基性麻粒岩主要由石榴子石、单斜辉石、斜长石和石英等组成,而中酸性麻粒岩峰期矿物组合为:石榴子石+斜长石+钾长石+蓝晶石+石英±单斜辉石。根据显微构造和反应结构特征,主要识别出3期变质作用:①峰期高压麻粒岩相阶段(M1);②退变质高角闪岩相阶段(M2);③绿片岩相/低角闪岩相阶段(M3)。选取典型的中酸性麻粒岩样品进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb原位定年分析,获得加权平均年龄为446.9±6.5Ma,且CL图像显示锆石内部发育石榴子石、单斜辉石、斜长石等矿物包体,反映锆石可能形成在峰期高压麻粒岩相变质条件下。岩石学和年代学结果显示都兰高压麻粒岩和邻近的榴辉岩同时形成于同一俯冲带的不同热构造环境,高压麻粒岩并非榴辉岩热松弛作用形成的,两者具有各自独立的变质演化历史。     

新疆天山地区榆树沟-铜花山蛇绿岩特征和构造背景

榆树沟-铜花山蛇绿岩出露于南天山北缘,属哈萨克斯坦-伊犁板块和塔里木板块之间的缝合带。蛇绿岩已被构造肢解,主要由超镁铁岩、堆晶岩、熔岩类组成。超镁铁岩以方辉橄榄岩为主,显示典型的亏损地幔岩特征,橄榄石为富镁型,Fo为90;斜方辉石为顽火辉石,En为90,单斜辉石含量少;副矿物铬尖晶石属低铬型,Cr^#值(＝Cr/(Cr+Al)×100)16~28,Mg^#值(=Mg/(Mg+Fe)×100)63~75,反映了深海橄榄岩特征。归一化后榆树沟超镁铁岩MgO含量38.84%~44.53%,Al₂O₃为1.51%~3.63%,CaO为0.42%~5.77%,成分近于大洋二辉橄榄岩;铜花山的超镁铁岩叠加碳酸岩化,LREE强烈富集,可能经历了俯冲洋壳流体改造。熔岩类在榆树沟和铜花山均有较大规模产出,其中榆树沟玄武岩为主,铜花山安山岩和英安岩较多。熔岩多已遭受绿片岩相海底热液蚀变。榆树沟玄武岩的REE含量总体比铜花山的低,稀土配分模式均为轻稀土富集型;玄武岩的微量元素特征表明其源区可能遭受过流体作用影响。铜花山三个高镁火山岩化学成份具有SiO₂(32%~36%)含量很低、MgO(20.12%~28.50%)含量高、K₂O+Na₂O(0.06%~0.46%)含量小于2%的特征,综合分析可归为苦橄岩类。堆晶岩通常以构造小岩块产在超镁铁岩块中或基性熔岩中,以辉长岩为主,有少量橄榄辉石岩等,岩石蚀变、构造变形强烈。堆晶岩的成分接近玄武岩,存在LREE富集和略亏损平坦两种类型。岩石地球化学特征表明榆树沟和铜花山的蛇绿岩形成于MOR构造环境,但具有受俯冲带流体改造特征,并伴生有岛弧火山岩。     

中国大陆科学钻探主孔0～4500米变质岩石锆石中保存的超高压矿物包体

中国大陆科学钻探主孔0-4500米的岩心主要由榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩、正片麻岩以及少量的超基性岩所组成。岩相学研究结果表明,榴辉岩的围岩普遍经历了强烈角闪岩相退变质作用的改造,峰期超高压变质的矿物组合已完全被后期退变质过程中角闪岩相矿物组合所替代。采用激光拉曼技术,配备电子探针和阴极发光测试,发现主孔224件岩心中有121件(包括榴辉岩、斜长角闪岩、副片麻岩和正片麻岩)样品的锆石中普遍隐藏以柯石英为代表的超高压矿物包体,且不同岩石类型锆石中所保存的超高压矿物包体组合存在明显差异。(含多硅白云母)金红石石英榴辉岩锆石中保存的典型超高压包体矿物组合为柯石英 石榴石、柯石英 石榴石 绿辉石 金红石和柯石英 多硅白云母 磷灰石。黑云绿帘斜长角闪岩锆石中保存的超高压矿物组合为柯石英 石榴石 绿辉石、柯石英 石榴石 多硅白云母和柯石英 绿辉石 金红石,与榴辉岩所保存的超高压矿物组合十分相似,表明该类斜长角闪岩是由超高压榴辉岩在构造折返过程中退变质而成。在副片麻岩类岩石,如石榴绿帘黑云二长片麻岩锆石中,代表性的超高压包体矿物组合为柯石英 多硅白云母和柯石英 石榴石等;而在石榴黑云角闪钠长片麻岩锆石中,则保存柯石英 硬玉 石榴石 磷灰石、柯石英 硬玉 多硅白云母 磷灰石和柯石英 石榴石 磷灰石等超高压矿物包体。在正片麻岩锆石中,标志性的超高压矿物包体为柯石英、柯石英 多硅白云母、柯石英 蓝晶石 磷灰石和柯石英 蓝晶石 榍石等。此外,在南苏鲁东海至临沭一带的地表露头以及一系列卫星孔岩心的锆石中,也普遍发现以柯石英为代表的标志性超高压矿物包体,表明在南苏鲁地区由榴辉岩及其围岩的原岩所组成的巨量陆壳物质(方圆>5000km2,厚度超过4.5km)曾整体发生深俯冲,并经历了超高压变质作用。该项研究对于重塑苏鲁-大别超高压变质带俯冲-折返的动力学模式有着重要的科学意义。