铬尖晶石和石榴石的相变:大陆科学钻探CCSD-PP3孔超镁铁岩超高压变质作用的证据

PP3超镁铁岩主要岩石类型有纯橄岩和石榴石橄榄岩,两者为渐变,主要矿物为橄榄石、铬尖晶石、石榴石、单斜辉石和斜方辉石.铬尖晶石的Cr#[Cr/(Cr+Mg) ×100]从51~89变化,TiO₂和MnO₂值分别低于0.26%和0.46%.铬尖晶石矿物表现为4期次演化的特点,反映了从岩浆期、榴辉岩相、角闪岩相和绿片岩相演化特征.随着超镁铁岩的演化,铬尖晶石表现为Cr#不断增大,而Mg#[Mg×100/(Mg+Fe2+) ]不断减少、氧逸度不断增加的过程.PP3铬尖晶石反映了地幔来源,为大陆岩石圈超镁铁岩特征,后期随折返而演化.从石榴石与铬尖晶石相互转变过程看出,PP3超镁铁岩经历了深度加大的过程,超镁铁岩曾经到达100km以上的岩石圈地幔深处.在绿片岩相-绿片角闪岩相变质过程中,铬尖晶石中Cr、Mg和Al减少,Fe相对增加,产生富Cr尖晶石变质作用样式.晚期剪切变形等次生变化影响了铬尖晶石矿物成分.      

苏鲁地体超高压和退变质时代的厘定:来自片麻岩锆石微区SHRIMP U-Pb定年的证据

锆石微区矿物包体的激光拉曼和阴极发光测试以及相应的SHRIMP U-Pb定年结果表明,苏鲁地体片麻岩锆石微区记录了十分复杂的年代学信息。其中副片麻岩锆石核部记录了345～743 Ma的继承性锆石年龄,标志着原岩碎屑锆石来源的复杂性;含柯石英的锆石微区记录了220～234 Ma的超高压变质年龄;而含石英包体的边部则记录了202～219 Ma的退变质年龄。正片麻岩继承性锆石核部所记录的年龄为574～680 Ma,表明原岩锆石曾经历了部分Pb丢失,原岩的形成年龄应大于680 Ma;含柯石英锆石微区所记录的超高压变质年龄为224～242 Ma;而锆石边部所记录的退变质年龄为209～219 Ma。两类片麻岩锆石微区所隐藏的超高压变质和退变质年龄信息十分相近,平均值分别为229±4Ma和211±4Ma,标志着苏鲁地体超高压变质时代应为印支期,相应的构造抬升速率约5.6 km/Ma。该项成果不仅确定了苏鲁地体超高压变质和退变质时代,而且对于深入探讨苏鲁地体快速折返过程中的动力学机制有着重要的科学意义。     

华南、华北地块中生代构造演化与超高压变质岩的折返机制

本文在讨论中国东部现有构造演化模式基础上，着重从华北与华南地块之间板块尺度的动力学过程剖析秦岭－大别中生代造山带构造演化，以及大别－苏鲁超高压变质地体的形成和折返过程。晚二叠世－中三叠世华南地块向华北地块持续挤压，陆壳大规模俯冲导致超高压变质作用的产生，而华北地块在晚三叠世至早侏罗世发生快速逆时针旋转，使得这一地区上地幔深度的超高压变质地体快速折返至下地壳。由于超高压变质地体侵位后，地壳结构、构造的差异，在南北地块的进一步挤压下，造成中国东部晚侏罗世－早白垩世郯庐断裂带的巨大左行剪切。     

Contrasting Peridotite Types in the Dabie UHP Belt, Eastern China: the Raobazhai and Bixiling Ultramafic-mafic Complex

The Dabie UHP metamorphic belt, central China,contains two contrasting types of mafic-ultramafic complex. The Bixiling peridotite in the southern Dabie terrane contains abundant garnet (21.1-32.2 vol% )and thus has high CaO + Al2O3 (9.81-15.9 wt% ).     

Cumulates of arc magmas incorporated into the Sulu UHP metamorphic belt,eastern China

ABSTRACT

The Hujialin ultramafic complex in the central region of the Sulu ultra-high pressure (UHP) metamorphic belt consists of discontinuous lenses of garnet-bearing clinopyroxenite and dunite surrounded by marginal serpentinite. The clinopyroxenite shows relatively low concentrations of compatible elements, such as Cr (≤1670 ppm) and Ni (≤514 ppm) and Ir-group platinum group elements (IPGE; Ir, Os, and Ru; ≤4.8 ppb in total). They show varying ratios (0.02–2.50) of IPGE to Pd-group PGE (PPGE). Their chondrite-normalized rare earth elements (REE) patterns are convex and the total REE concentrations range from 18 to 63 times that of Cl chondrite. The bulk rocks show a ‘subduction-related’ geochemical signature, with high concentrations of fluid-mobile elements (i.e. Sr, Ba) relative to high-field strength elements (i.e. Nb, Y, Zr). Clinopyroxene is diopside and contains low Al₂O₃ (<2.76 wt.%) and high SiO₂ (54.6–56.9 wt.%). Olivine grains enclosed by clinopyroxene and in the matrix show relatively low Fo (76.6–80.7) and NiO contents (0.18–0.29 wt.%). The bulk rock compositions and mineral chemistry of olivine and clinopyroxene suggest that the unit was a cumulate of a subduction-related melt. On the other hand, dunite and its hydration product, serpentinite, have a different origin. The bulk rock and mineral chemistry suggest that dunite represents a mantle wedge peridotite in a spinel-stable field. Both clinopyroxenite and spinel-bearing dunite were once located in the mantle wedge below the southern margin of the North China craton (NCC), and were dragged by a mantle flow into the continental subduction channel along the interface between the subducting Yangtze craton (YZC) and the overlying NCC. Although clinopyroxenite and dunite are dense (2.8–3.2 g/cm³), the buoyancy-driven exhumation of voluminous granitic rocks of the YZC likely brought clinopyroxenite and dunite to shallow crustal depths. The lack of the evidence for high pressure to ultra-high pressure (HP-UHP) metamorphism in spinel-bearing dunite may be explained by overall low Al and Ca in the bulk rocks. Alternatively, dunite was not subducted to deep levels, but exhumed together with the deeply subducted clinopyroxenites and granite during their exhumation.     

大别超高压变质地体四道河地区岩石学研究

对四道河地区超高压变质岩剖面的研究分析显示,该剖面有3种岩石类型:榴辉岩类、片麻岩和面理化含榴花岗岩。榴辉岩具不同程度的退变质现象,呈透镜体状产出于斜长角闪岩、片麻岩和面理化含榴花岗岩中,原生矿物组合为石榴石、绿辉石、柯石英和金红石。榴辉岩退变为斜长角闪岩近于等化学系列;片麻岩在主量成分上与榴辉岩及其退变产物(斜长角闪岩)存在突变关系,但微量元素与榴辉岩有一定的相似性;面理化含榴花岗岩主量元素和微量元素地球化学特点为:富SiO2 、K2 O Na2 O和高价阳离子Ga、Y以及REE ,K2 O/Na2 O值低,贫Al、Ca、Mg、Ti、P ,结合构造环境、同位素及年代学资料分析,其应属于后碰撞造山A型花岗岩。基于以上认识推断:大陆板片俯冲至上地幔经历了超高压变质作用,表壳岩变质形成榴辉岩;当超高压变质岩石折返至中下地壳时发生了强烈的减压退变质作用形成斜长角闪岩,随后,与片麻岩及面理化含榴花岗岩一道从中下地壳向地表进一步折返,并一同经历了后期的变质变形作用。     

苏鲁超高压变质带北缘古-新元古代浅变质基性岩的构造属性及其意义

苏鲁超高压变质带北缘发育的少量以浅变质基性杂岩为代表的非超高压变质岩片,为深入探讨造山带的大陆深俯冲作用及板块缝合线位置提供了重要的制约。1∶5万区域填图表明,浅变质基性杂岩分布于从家屯、胡家和海眼口等地,它们以石门-薛家庄韧性剪切带与超高压变质带分界。同位素测年结果指示,胡家斜长角闪岩时代为古元古代末(1790±27Ma、1853±15Ma),而从家屯斜长角闪岩时代为新元古代(797±11Ma、782±16Ma)。地球化学分析表明,从家屯和胡家斜长角闪岩的SiO_2、TiO_2、Fe_2OT_3和MgO含量分别为47. 20%～52. 60%、0. 98%～3. 30%、9. 31%～16. 78%和3. 76%～7. 13%,为拉斑玄武岩成分。岩石的稀土总量介于45. 8×10~(-6)～289. 0×10~(-6)之间,LREE/HREE=1. 29～11. 6,(La/Yb)_N=0. 45～17. 3,稀土配分曲线较平坦,无铕异常(δEu=0. 75～1. 37)。微量元素相对富集Ba、Rb和Sr,亏损Zr、Hf、Th和Nb。从家屯斜长角闪岩的地球化学特征与E型洋中脊玄武岩相似,而胡家斜长角闪岩则具有洋岛玄武岩特点。综合分析认为,从家屯和胡家斜长角闪岩分别与扬子板块和华北板块具有构造亲缘性,在三叠纪扬子板块向华北板块俯冲碰撞过程中,这些不同大地构造位置和性质的基性岩被刮削叠置于板块缝合线附近,构成了大陆板块俯冲的加积杂岩。同时认为,分布在超高压变质带与非超高压变质岩片之间的石门-薛家庄韧性剪切带为一条重要的板块缝合线。     

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。     

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止，非撞击型超高压变质作用均发生在陆陆碰－撞造山带，这在东半球许多地点已被证实，超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表，形成的温压环境为650－800℃，2.6-3.5GPa，研究证明大多数超高压岩石原是陆壳火山－沉积岩系，因此推断大陆深俯冲作用曾经发生，而超高压岩石现今又出露地表或浅表，意味着它们又从深部折返至地表，陆壳岩石深储冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点，但认识莫衷一是，争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石？是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表？本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带－大别山碰撞过程的动力学分析，探讨非规则边界的碰撞引起的构造附加压力对超高压石形成的影响作用。模拟计算表明，大陆板块的早期碰撞，会引起碰撞附近的局部应力集中现象（平均压力较周围增大了5－9倍），构造压力在超高压中所占的比例约为20％－35％，由此推测，大别山高压－超高压岩石形成深度可能为65－80km。为此本文提出超高压岩石新成因模式－大陆点碰撞模式。这种模式符合力学基本原理，也符合地质记录和地质过程，可以解释为什么超高压岩石并非沿碰撞造山带全线存在，而是出现某些特定部位。本文提出喜马拉雅山撞带的东西犄角是典型的点碰撞区域，陆壳岩石的超高压变质作用均发生在这两个特定的部位。     

大别山超高压变质带的大地构造框架

依据岩石学、地球化学、同位素年代学的新资料,对大别山造山带研究中诸如蛇绿混杂岩、碰撞时代、超高压变质岩与围岩的关系、俯冲极性等问题进行了论证,指出大别山超高压变质带是中朝陆块与扬子陆块间碰撞造山的产物。在三叠纪发生的陆－陆碰撞中,扬子陆块向北俯冲至华北陆块之下,但至今尚无发现残存的蛇绿混杂岩,碰撞时缝合带的位置被已经折返出露地表的南大别碰撞杂岩带所取代。