麻粒岩相变质作用与花岗岩成因-Ⅱ:变质泥质岩高温-超高温变质相平衡与S型花岗岩成因的定量模拟

高温-超高温变质岩石的矿物组合及组构特点取决于不同的进变熔融反应,不同程度的熔体丢失以及不同程度的退变反应三种过程的综合效应。利用相平衡定量研究方法可以很好地模拟进变熔融反应的类型、P-T条件、熔体含量及其丢失行为、以及熔融过程中熔体与残余物的化学成分变化等,这对探讨高温-超高温变质作用过程以及花岗岩的成因非常重要。对平均泥质岩(APR)进行相平衡模拟表明变质泥质岩在等压(0.8GPa)升温熔融过程中可发生5种熔融反应:饱和流体固相线、白云母脱水熔融、黑云母熔融、钾长石-石榴石熔融和铝铁镁矿物熔融,后两种熔融反应主要发生在超高温条件下。减压过程中发生怎样的熔融反应受减压温度控制:在麻粒岩相(如850℃)减压可发生钾长石熔融、黑云母熔融和钾长石-石榴石熔融反应;在高角闪岩相(如750℃)减压主要发生白云母脱水熔融和钾长石熔融;在超高温麻粒岩相(如950~1000℃)减压主要发生钾长石-石榴石熔融和铝铁镁矿物熔融。熔体成分受熔融反应和P-T条件控制,如在高角闪岩相发生的饱和流体固相线和白云母脱水熔融可形成弱过铝的奥长花岗质和二长花岗质熔体;在麻粒岩相发生的黑云母熔融和钾长石熔融形成的熔体具有强过铝的二长花岗岩成分;在中压超高温发生的钾长石-石榴石熔融和铝铁镁矿物熔融形成强过铝的二长(钾长)花岗岩质熔体,可形成石榴石花岗岩;在低压超高温下发生的铝铁镁矿物熔融可形成堇青石花岗岩。除了极端超高温下的铝铁镁矿物熔融外,其它熔融反应都会使残余物的成分更贫硅,贫Na_2O和K_2O,富FeO和MgO,但Al_2O_3和Mg#基本不变。高温-超高温下发生深熔的岩石只记录降温过程形成的固相线组合,但固相线的类型与温度条件取决于熔体的丢失行为。在不丢失熔体或者获得熔体的岩石中,岩石最后只记录流体饱和固相线组合;发生熔体部分丢失的岩石会记录缺流体固相线组合,并且熔体丢失越多,缺流体固相线的温度越高;发生全部流体丢失的岩石可记录岩石所达到的最高温度。因此,在一个麻粒岩相区,甚至一个野外露头上不同部位的岩石记录不同的P-T条件。熔体丢失是导致使麻粒岩相组合在升温过程中发生超高温变质,在降温过程中得以部分保存的重要条件。发生部分熔融的高级变质岩中随着温度升高,熔体含量增加,会发生锆石分解,只有在降温过程中发生锆石结晶,因此,麻粒岩中新生锆石只记录降温过程到固相线及以后的年龄,一般不会记录麻粒岩相峰期时代。对泥质高压麻粒岩来说,如果经历ITD型变质演化,会发生递进减压熔融,变质反应易于达到平衡,但如果减压速度快并使岩石直接抬升到地壳浅部,会出现一些ITD型结构标志,如残留金红石、蓝晶石,或在石榴石周围出现堇青石的反应冠状体等,此时锆石记录的退变质年龄会与峰期变质年龄相差不大(如10~30Myr);但如果泥质高压麻粒岩减压至中、深地壳,受其中有滞留熔体影响易于发育IBC型结构特征,表现为麻粒岩组合被(中压)角闪岩相组合叠加,在泥质岩中出现黑云母+夕线石构成的暗色条带,或者出现退变白云母和含白云母的浅色体。在中、深地壳经历IBC过程的麻粒岩锆石记录的退变质年龄会与峰期年龄相差很大(如~100Myr)。高级变质岩中由于出现熔体使水流体活度降低,麻粒岩作为排除部分熔体的残余物,其水活度更低。从这一角度来说,水活度低是麻粒岩相变质作用的结果,而不是条件。某些麻粒岩区之所以出现多期麻粒岩相变质叠加受流体行为控制。在亚固相线下流体饱和岩石变质熔融作用从饱和水固相线开始,然后依次发生含水矿物的脱水熔融和无水矿物熔融,这一过程中流体是内部缓冲的,在麻粒岩相温度峰期形成一组平衡矿物组合,难以保留峰期之前的信息。而流体不饱和岩石(如已形成的麻粒岩或岩浆侵入体)变质作用受外部注入流体控制,与构造变形密切相关。如果发生两期麻粒岩相变质叠加变质,在强应变域会形成晚期麻粒岩组合;在弱应变域,会出现两期麻粒岩组合,其中晚期矿物表现为反应冠状体或细粒交生体;而在一些应变非常弱的区域,可能只保留早期矿物组合。     

苏鲁超高压榴辉岩中钾长石的超高压相

在苏鲁超高压榴辉岩中,石榴石和绿辉石包含多种含钾长石的显微多晶包襄体.确定其中的钾长石是否经历过超高压变质不仅有助于限定这些长英质包裹体的成因机制,而且有助于深化理解在超高压变质过程中陆壳岩石的物理和化学行为.榴辉岩B174样品采自于中国大陆科学钻探主孔岩心.该样品的石榴石含多种单相和多相多晶包裹体,其中包括钾长石和方解石单相包裹体、钾长石+石英和钾长石+方解石多晶包裹体.激光拉曼光谱分析揭示了部分钾长石残留有超高压钾长石相--钾质钡铝沸石,表明(1)钾长石至少经历了从钾质钡铝沸石向钾长石的退变质相变;和(2)榴辉岩中含钾长石多晶包裹体形成于超高压变质条件下.     

Metamorphism of Triassic Flysch Along Profile Zoigê-Lushan, Northwest Sichuan, China

We used illite and chlorite crystallinities, index minerals, mineral assemblages, polytype and domain size of white mica, electron microprobe analysis (EMPA), b0 geobarometer and chlorite geothermometer to quantify the diagenetic and metamorphic overprint on the Triassic flysch formations in the Songpan-Garzê orogen along profile Zoigê-Lushan, northwest Sichuan. Two anchizones, two epizones, one diagenetic zone and a transition belt in-between them are defined on the basis of the obtained data. lllite crystallinity correlates strongly with the best mean domain size of mica and moderately with chlorite crystallinity. 2M1 white mica polytype are observed within the epizone whilst 2M1 and 1M polytypes occur in the anchizone and diagenetic zone. Epizonal metamorphism reached maximum temperatures of 370℃±21℃ at low-to intermediate pressure conditions. Clay minerals underwent Ostwaid ripening during metamorphism. Rocks from both sides of the Longmenshan fault reveal contrasting degrees of metamorphic overprint: on the northwest side of the Longmenshan fault, epimetamorphlc conditions contrast with diagenetic rocks on the southeast side.     

元古宙蛇绿岩研究中有关问题的讨论

经过20余年的不懈努力,元古宙蛇绿岩研究已取得了巨大进展。元古宙蛇绿岩的保存特点、多样性、高压超高压变质作用、地质年代学及研究方法(方法论)等几个关键问题尚需进一步探索。我国元古宙蛇绿岩研究应加强构造—岩性的综合研究,并通过同位素测年和地球化学示踪,获取可信的成因信息;同时,还需考虑元古宙洋壳的地球化学特殊性及后期变形变质作用的影响,不能简单套用显生宙蛇绿岩的判别图解和研究方法。     

汶川地震触发大光包巨型滑坡基本特征及形成机理分析

大光包红洞子沟巨型滑坡是汶川地震触发的最大规模滑坡,其体积达7.42亿m3, 堰塞坝高达690m,是我国已知的最大规模地震滑坡和最高的滑坡堰塞坝,也是目前全世界已知的为数不多的几个方量在5亿m3以上的超大规模滑坡之一,其高达690m的滑坡堰塞坝为目前世界最高的滑坡坝。滑坡位于发震断层上盘,距发震断裂映秀北川断裂不足7km。震前斜坡为三面切割的孤立型山脊,相对高差达1500m;斜坡岩层走向与坡面近于垂直,层面延展性极好,构成滑动面形成的基础。调查和分析表明,斜坡的临空条件和贯通性好的灰岩层面是滑坡产生的基础;而高强度和长持时强震地面运动是导致滑坡产生的根本因素。滑坡产生的机理和过程可分为以下4个阶段:即坡体震裂、松弛和解体阶段、高速溃滑阶段、震动堆积阶段、二次抛射和碎屑流堆积阶段。失稳高速下滑的坡体,形成了沿主滑方向长4.2km,宽2.2km的堆积体,高速流动的碎屑流越过下游侧风波岩山脊,沿红洞子沟形成了长1km的碎屑流堆积区。     

碰撞造山带超高温变质作用及构造意义——以泛非造山带为例

超高温（≥900℃）变质作用发生在自太古代以来的各个地质历史时期,目前极可能也正发生在青藏高原地壳深部。同时,它也是以冈瓦纳为代表的超大陆在最终拼合时的显著标识,这一关联指示了超高温变质作用与碰撞造山带的密切关系。本文总结了东冈瓦纳内与泛非造山作用有关的典型超高温变质岩的分布、岩石学特征、峰期变质条件、P-T轨迹及形成时代,并简要介绍我们在柴达木地块西段新识别出的泛非期超高温变质作用的基本特征。结合东冈瓦纳超高温变质作用特征和造山带热模拟研究的新进展,本文获得以东冈瓦纳超高温变质作用为代表的碰撞造山带超高温变质作用的几点认识：1）东冈瓦纳麻粒岩地块中的超高温变质岩和普通麻粒岩记录了相似的变质年龄、P-T轨迹以及呈过渡变化的峰期温度,两者可能是同一构造事件的产物,共同组成一个高温-超高温变质岩单元;2）超高温变质作用在东冈瓦纳内部持续了至少超过30Myr,但未见呈大规模的同期或近同期基性岩岩浆出露,指示此处需要的长期热源不是地幔来源岩浆;3）虽然数值模拟能成功呈现加厚地壳被放射元素衰变热加热至超高温条件的情况,且加热及持续时间与东冈瓦纳超高温变质约束的结果相当,但是模拟中需要的高生热值暗示,在自然界中,完全只靠放射性元素衰变生热或许不能让碰撞造山带内达到超高温条件;4）碰撞造山带经历了长期的构造演化,这一过程中,造山带内地壳不太可能同时达到超高温变质条件,这一特征可能反映在P-T-t轨迹的差异上,对这些轨迹的系统研究有助于对超高温变质作用的构造-热过程的理解。     

华北地区南部晚古生代煤的变质成因——地下水热液对煤变质作用影响的进一步探讨

在分析造成华北地区南部晚古生代煤变质分带性的地质因素基础上,阐述了煤变质成因与区域构造格局演化的密切联系;从古地热异常形成机制出发,着重讨论了地下水热液对煤变质作用的影响,建立了煤的地下水效液变质作用地质模式;用古地热-煤变质系统的概念,根据热源、载热体和通道、聚热体3个要素的配置,分析了煤变质成因。     

Partial melting of ultrahigh-pressure metamorphic rocks at convergent continental margins: Evidences,melt compositions and physical effects

Ultrahigh-pressure(UHP) metamorphic rocks are distinctive products of crustal deep subduction,and are mainly exposed in continental subduction-collision terranes. UHP slices of continental crust are usually involved in multistage exhumation and partial melting, which has obvious influence on the rheological features of the rocks, and thus significantly affect the dynamic behavior of subducted slices. Moreover,partial melting of UHP rocks have significant influence on element mobility and related isotope behavior within continental subduction zones, which is in turn crucial to chemical differentiation of the continental crust and to crust-mantle interaction.Partial melting can occur before, during or after the peak metamorphism of UHP rocks. Post-peak decompression melting has been better constrained by remelting experiments; however, because of multiple stages of decompression, retrogression and deformation, evidence of former melts in UHP rocks is often erased. Field evidence is among the most reliable criteria to infer partial melting. Glass and nanogranitoid inclusions are generally considered conclusive petrographic evidence. The residual assemblages after melt extraction are also significant to indicate partial melting in some cases. Besides field and petrographic evidence, bulk-rock and zircon trace-element geochemical features are also effective tools for recognizing partial melting of UHP rocks. Phase equilibrium modeling is an important petrological tool that is becoming more and more popular in P-T estimation of the evolution of metamorphic rocks; by taking into account the activity model of silicate melt, it can predict when partial melting occurred if the P-T path of a given rock is provided.UHP silicate melt is commonly leucogranitic and peraluminous in composition with high SiO_2,low MgO, FeO, MnO, TiO_2 and CaO, and variable K_2 O and Na_2 O contents. Mineralogy of nanogranites found in UHP rocks mainly consists of plagioclase + K-feldspar + quartz, plagioclase being commonly albite-rich.Trace element pattern of the melt is characterized by significant enrichment of large ion lithophile elements(LILE), depletion of heavy rare earth elements(HREE) and high field strength elements(HFSE),indicating garnet and rutile stability in the residual assemblage. In eclogites, significant Mg-isotope fractionation occurs between garnet and phengite; therefore, Mg isotopes may become an effective indicator for partial melting of eclogites.     

下地幔温压下(Mg, Fe)SiO3钙钛矿的相稳定性

在69～100 GPa冲击压力(估算温度为2600～4300 K)范围内进行了初始样品为(Mg0.92, Fe0.08)SiO3顽火辉石和MgO+SiO2的冲击压缩回收实验。对回收样品进行的X射线衍射(XRD)分析结果表明: 两发顽火辉石回收样品的主相均是单链状结构硅酸盐, 而非钙钛矿结构; 另外, 回收样品中均未观察到氧化物SiO2 和(Mg0.92, Fe0.08)O的XRD特征谱线; 两发MgO+SiO2回收样品中均观察到SiO2和镁橄榄石(Mg2SiO4)而没有氧化物MgO。实验结果表明: 在冲击压缩过程中样品处于钙钛矿结构, 在冲击卸载过程中样品发生了由钙钛矿结构向单链状结构的逆转相变; 在实验的温压范围内, 不可能发生由(Mg0.92, Fe0.08)SiO3向SiO2和(Mg0.92, Fe0.08)O的化学分解相变, 顽火辉石的高压相——钙钛矿结构是稳定的。高压加载或卸载过程引起的晶格畸变导致回收样品和原始样品的谱线差异, 而高压加载导致钙钛矿型(Mg0.92, Fe0.08)SiO3晶格畸变的可能性更大。     

新疆阿尔泰造山带南缘萨勒巴斯推覆体的变形和变质作用

萨勒巴斯推覆体中发育一套深层次变形构造组合和倒转递增变质带,其中糜棱岩、混合岩、混合花岗岩的成因关系对研究挤压造山背景下,地壳深层次变形作用和成岩作用具有特殊的意义。研究表明:在大型滑脱推覆系统中,存在糜棱岩—混合岩—混合花岗岩成岩系列;成岩过程为:韧性变形—剪切加热—部分熔融;控制成岩过程的主导因素为构造动力条件。这一成岩过程能导致稀土元素发生分异,出现重稀土元素有规律地亏损,变质作用pTt轨迹显示造山过程中逆冲推覆作用导致的地壳叠置加厚和剪切加热的典型热演化模式,变形、变质高峰期后,高角度逆冲作用导致变形岩石经历减压、降温的退变质作用,形成由南向北的倒转递增变质带。