雅鲁藏布江蛇绿岩带西段达机翁地幔橄榄岩组成特征及其形成环境分析

雅鲁藏布江蛇绿岩带自萨嘎以西分成南北两个亚带。对两个亚带蛇绿岩的各自特征及成因联系的研究,是探讨雅鲁藏布江西段的新特提斯洋构造演化的关键。北亚带蛇绿岩呈构造岩块产于冈底斯山前喀喇昆仑断裂带的南侧。其中,位于北亚带西北段的达机翁蛇绿岩,主要由地幔橄榄岩,玄武岩夹硅质岩组成,各单元间断层接触。对达机翁蛇绿岩的地幔橄榄岩开展的组成特征研究表明:(1)地幔橄榄岩主体为方辉橄榄岩,含少量的纯橄岩。方辉橄榄岩内产有豆荚状铬铁矿(呈豆状,块状以及浸染状),铬铁矿有一层纯橄岩的外壳;(2)达机翁方辉橄榄岩单斜辉石含量低,组成矿物以及全岩的地球化学特征均指示了这些样品经历了相对高的部分熔融作用;(3)方辉橄榄岩具有U型的球粒陨石标准化的稀土元素分配模式,Nb相对亏损,Ta,Zr和Hf具有弱的正异常,同时Sr和U具有强烈的正异常,这些特征可能与残余地幔和俯冲带熔/流体之间相互作用导致的轻稀土元素和部分微量元素的选择性富集有关。定量计算表明,达机翁地幔岩中的方辉橄榄岩来源于一个尖晶石相地幔源区的部分熔融,部分熔融程度大于25%,高于深海地幔橄榄岩的部分熔融程度(10%~22%)。这些橄榄岩形成时的氧逸度条件位于FMQ和FMQ+1之间,高于深海地幔橄榄岩(FMQ-1),与俯冲带环境的氧逸度条件一致。因此,我们认为达机翁蛇绿岩中的地幔橄榄岩形成于大洋中脊的环境,随后发生了洋内俯冲作用,位于俯冲带上部的地幔橄榄岩经历了俯冲带流/熔体的交代作用。     

蛇绿岩型金刚石的特征

蛇绿岩型金刚石产在蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,不同于产在大陆克拉通的金伯利岩型金刚石,也不同于产在板块俯冲带中的超高压变质型金刚石和陨石撞击成因的金刚石。蛇绿岩型金刚石的主要特征是粒度普遍较小,多数在200~500μm之间,C同位素显示极低的δ13CVPDB值(-28‰~-18‰),金刚石中包裹体以含富Mn的矿物为特征,金刚石产在蛇绿岩大洋地幔橄榄岩中,其构造背景为板块缝合带。金伯利岩型金刚石粒度可达厘米级,是大颗粒宝石级金刚石的主要来源,其C同位素显示轻微低的δ13CVPDB值(-10‰~-5‰),包裹体矿物多为富Mg的矿物组合,金刚石产在克拉通和大陆岩石圈构造背景。超高压变质带中的金刚石颗粒十分细小,由数微米至100μm,C同位素为中等低的δ13CVPDB值(-15‰~-7‰),金刚石通常与碳酸岩和地壳成因矿物伴生,含有金刚石的超高压变质岩石形成的构造背景为板块深俯冲边界。形成于陨石撞击的金刚石产出和研究均较少,金刚石通常也是微米级,产出在陨石撞击形成的变质岩中,伴生矿物的成分与与撞击变质的原岩有关。以上四类金刚石无论野外和室内区分显著,由此,可以将蛇绿岩型金刚石归为地球上一种新的金刚石产出类型。     

藏南亚东地区超高温叠加的榴辉岩中文象浅色体成因及其对软流圈上涌的制约

在藏南亚东地区榴辉岩中新识别出的超高温变质作用拓展了对喜马拉雅这一正在进行中的陆陆碰撞造山带的认识,但是对于该超高温变质作用的时代及热源目前仍缺乏限定。本文在藏南亚东地区超高温叠加的榴辉岩中发现了一种文象结构的浅色体。该浅色体由大量文象结构的斜长石、石英以及中条纹长石组成,是变质熔体冷却结晶的产物。通过详细的矿物学、地球化学、地质温度计和锆石年代学研究发现：该熔体最初是由片麻岩部分熔融产生,在榴辉岩相条件下侵入榴辉岩,体系的温度在～16Ma时至少为900℃;随后发生近等温降压折返,在～15Ma时温度仍保持在～950℃,并开始冷却结晶。由于被侵入的榴辉岩在～17Ma时温度仅为750℃,说明该地区的岩石在大约2Myr的时间内温度升高了200℃,要求有异常热源提供热量。结合区域上在具有时空一致性的南北向裂谷和可能的俯冲印度岩石圈的撕裂,由此导致的软流圈上涌可以作为喜马拉雅中部的榴辉岩在早中新世快速升温达到超高温变质作用叠加的热源,对喜马拉雅造山带的演化具有重要意义。     

超级喷发(超级侵入)后成矿作用

本文仿照超级喷发的概念定义了超级侵入,并将超级火山对应于大型岩基.文章聚焦于这样一个科学问题:为什么大规模成矿作用发生在紧接着超级喷发和超级侵入之后？为此,首先探讨了峨嵋山地幔柱系统的活动规律.尽管少数学者对玄武质岩浆大规模喷出之前的千米级地壳隆升提出了质疑,峨嵋山火山岩系第一旋回底部玄武岩直接覆盖在喀斯特之上的新观察支持千米级隆升的认识.这表明,峨嵋山地幔柱快速上涌之初期,岩石圈子系统在相当长一段时间没有作出伸展响应,尽管局部已经发生了地壳岩石的部分熔融.因此,岩浆通道形成之后,首先喷出了巨厚层玄武岩,并且后者裹挟了部分长英质岩浆.此后,岩浆喷发的规模振荡性减小,直至消失和地表沉降.斜长石巨斑玄武岩和苦橄岩中橄榄石斑晶与基质间的不平衡表明这些晶体属于循环晶,暗示岩浆曾经在深部岩浆房滞留了相当长的时间,这将导致岩石圈受热膨胀和再次隆升以及岩浆的冻结.因此,下一阶段岩浆活动的开始要求有一个冻结岩浆房的活化机制.依据野外地质学和岩相学观察,文章详细描述了流体活化机制,并强调了提出这种机制的必要性.虽然多数作者偏好升温活化机制,流体活化机制对长英质和镁铁质岩浆成矿系统都是必需的.进而,结合地幔名义无水矿物的H₂O丰度及其对岩浆产生过程的贡献,提出岩浆产量与减压速率正相关而与流体产量反相关的观点.尽管水流体可以有效降低地幔橄榄岩的固相线温度从而有可能提高岩浆产量,新生代玄武岩中橄榄岩包体依然含有未分解的角闪石和云母且名义无水矿物依然含有较多的H₂O,表明快速减压条件下含水暗色矿物的分解反应和名义无水矿物的脱水作用都是低效的.将这种认识与峨嵋山地幔柱系统的振荡性运动结合在一起,结合成矿作用的基本解是成矿金属从流体中析出的认识,可以得出超大型矿床必然形成于超级喷发和超级侵入之后.攀枝花式铁矿的观察表明,两类代表性矿床都具有铁矿浆侵位发生在成矿系统演化最后阶段的特点.因此得出结论:超大型矿床的形成取决于岩浆通道向流体通道的转换.如果岩浆通道在尚未完全封闭之前被含矿流体所利用,大规模流体快速上升将产生超大型矿床.含矿流体透过残留于通道中的熔体上升,不仅冲刷通道中的残留熔体并使其聚集在火山岩系之下或侵位于其下部形成含矿小岩体,而且持续注入于小岩浆体中的含矿流体可以导致岩浆强烈分异形成层状岩体.当通道中残留熔体被消耗殆尽,沿着通道上升的只有含矿流体.这些含矿流体充填在自生长裂隙中并强烈排气,最终可形成矿浆型富矿体.考虑到通道的规模与关闭速率的关系,推测超级喷发/侵入发生时的岩浆主通道更容易转换为含矿流体通道,因而是圈定找矿靶区的首选目标.该模型似乎与观察结果相吻合,并可与岩浆成矿系统的复杂性、小岩体成大矿理论、透岩浆流体成矿理论和通道成矿假说有机地结合在一起,较合理解释了超级喷发/侵入后成矿作用的地球动力学背景和成矿过程.由于长英质和镁铁质岩浆系统中均可见岩基,我们建议将这类成矿作用统称为岩基后成矿作用.     

新元古代地幔柱事件在Rodinia超大陆西缘的响应:来自马达加斯加的初步证据

对于Rodinia超大陆西缘在裂解过程中是否发育巨长安第斯型陆弧存在较大争议.马达加斯加即位于古地理再造Rodinia的西缘位置,其太古宙结晶基底中出露有大量新元古代侵入体,是澄清这一争议的理想研究区.由于基性岩浆岩组分识别不足等原因,前人曾认为这些侵入岩形成于俯冲带陆弧环境.但笔者在中北部Alaotra湖地区野外考察期间发现了大量辉长质岩石,对其中典型岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明其结晶于798~778Ma之间(最大误差估计).因此,这些辉长岩体事实上与岛内其他新元古代侵入体构成了双峰式侵入岩套,暗示了可能的陆内伸展环境.在此基础上,笔者重新审视了前人已发表的地球化学数据,发现该双峰式侵入岩套的基性组分显示富钾特征和拉斑演化趋势,局部甚至发育了强烈地钒钛磁铁矿化;酸性组分则显示富铁、偏铝-过铝质和碱钙-钙碱性特征,并具有相对较高的K₂O/Na₂O和Ga/Al比值以及高场强元素含量,属于A型花岗岩(铁质花岗岩).这些特征进一步表明该双峰式侵入岩套形成于陆内伸展环境而非陆弧环境.结合本文的初步研究结果和区域地质演化历史,笔者认为马达加斯加这一双峰式侵入岩套很可能是新元古代地幔柱事件在Rodinia超大陆西缘的响应.     

火成碳酸岩的实验岩石学研究及对地球深部碳循环的意义

火成碳酸岩是地表出露较少的幔源岩石之一。实验岩石学研究表明碳酸盐化的橄榄岩和循环的地壳物质(如碳酸盐化榴辉岩或泥质岩)的低程度(<1%)部分熔融均可以产生碳酸岩质的熔体,其中碳酸盐化泥质岩具有最低的熔融温度且更加富碱质、CO2和不相容元素;富CO2的霞石质等硅酸盐岩浆也可以通过不混溶或分离结晶作用产生碳酸岩,用于解释碳酸岩在空间中常与碱性硅酸岩的共生关系。由于碳酸岩熔体具有极低的粘度和高的活性,形成后在上升过程中会将二辉橄榄岩转变为异剥橄榄岩,是引起地幔交代作用和地幔地球化学不均一性的重要介质之一。实验表明在俯冲作用过程中,大多数的碳酸盐在位于岛弧之下的含水熔融并不分解而是被带入到深部地幔并且稳定存在,含碳地幔的熔融又会形成碳酸岩质的熔体,这说明俯冲循环物质可能对碳酸岩的成因也起着重要的作用。然而,对于碳酸岩的初始熔体成分、岩浆演化、地幔交代作用、成矿特征以及碳从地球深部返回到地表的途径和过程等都存在着很大的争议。我国火成碳酸岩出露相对较多,分布广泛,因此,加强我国碳酸岩以及伴生硅酸岩的成因研究,同时开展与碳酸岩相关的实验岩石学工作,不仅可以检验现有的成因理论,而且有助于提高我国对火成碳酸岩的研究水平;由于其特殊的成因背景,还可为许多存在很大争议的重大地质事件提供新的科学依据。     

桂东南云开地区回龙岩体的年代学、地球化学特征及其地质意义

华南地区早中生代的构造属性是地学界研究争论的焦点之一,主要有洋陆俯冲/碰撞与陆内构造演化两种观点;以往的研究主要以酸性花岗质岩石为主,导致其构造背景具有一定的多解性。为进一步探讨桂东南早中生代时期大地构造背景和深部壳幔作用过程,对桂东南云开地区回龙岩体角闪辉长岩进行了年代学、地球化学以及Sr-Nd同位素研究。桂东南回龙岩体角闪辉长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(245.8±1.7) Ma,表明岩体形成于早三叠世;样品具较低的SiO₂(47.42%～48.80%)、MgO(2.24%～2.62%)和较高的TFe₂O₃(18.24%～21.49%)、P₂O₅(0.38%～0.88%)和TiO₂(1.66%～2.04%)含量;富集大离子亲石元素(LILE,如Ba、Rb和U),亏损Nb-Ta、Zr-Hf、Ti等高场强元素,(La/Yb)_N=3.85～5.99,具明显正铕异常(δEu=1.04～1.48)。(⁸⁷...     

金刚石中的高钾高氯包体和地幔交代作用

在山东产出的两颗八面体金刚石中发现高钾高氯包体(K 48～58wt％,Cl 37～48wt％)。与之伴生的有碳质物和硅酸盐矿物包体。高钾高氯包体及其共生组合代表了金刚石生长初期阶段陷获的上地幔液相物质。这些液相物质富H_2O、K、Cl和碳质,并联系着地幔交代作用,其中碳质物可能是金刚石生长的碳源。     

深源地震机理的新认识──反向裂隙断层作用

高温高压实验究表明，地幔矿物相交与深源地震有着密切的关系。在具有放热效应的橄榄石一尖晶石相变过程中形成的反向裂隙（ａｎｔｉｃｒａｃｈ）是诱发深源地震的主要原因；而发生在下地幔的相变作用（例如钛铁矿－钙钛矿相变）因其具有吸热效应的特征，不形成反向裂隙，从而导致深源地震终止于下地幔顶界。