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。     

中国大陆科学钻探(CCSD)主孔岩芯榴辉岩中的重晶石副矿物研究

中国大陆科学钻探主孔岩芯190～320m榴辉岩中的富锶重晶石作为副矿物存在于超高压变质和退变质阶段,其中大部分的重晶石发现于绿辉石的退变质后成合晶中。具有不同Sr含量的重晶石在榴辉岩中至少具有3种产出状态,形成于3个变质阶段:Ⅰ超高压榴辉岩相阶段,存于石榴石包裹体中,SrSO4含量约在45mol%;Ⅱ早期退变质阶段,存于后成合晶(单斜辉石+钠长石)中,SrSO4含量变化范围很大,在0mol%～21mol%之间;Ⅲ晚期角闪岩相阶段,作为黄铁矿的氧化边存在,SrSO4占2mol%～5mol%。重晶石的形成与流体作用相关,富锶重晶石能反映原赋存流体的Sr/Ba值比较高。重晶石与其伴生矿物尤其硫化物的结构关系对岩体的相对氧化还原环境具有重要指示意义。本文通过榴辉岩中重晶石副矿物学研究,确定了榴辉岩曾经历超高压变质阶段的氧化环境、早期退变质阶段的还原环境和角闪岩相阶段的氧化环境。     

柴达木盆地北缘早古生代高压——超高压变质带中发现典型超高压矿物——柯石英

从都兰北带榴辉岩的片麻岩围岩的锆石中发现了柯石英包裹体和石墨包裹体，说明该超高压带的峰期变质作用已达柯石英稳定区间（＞2.8GPa）但小于金刚石的稳定区间（＜3.5GPa），从而确定柴达木盆地北缘存在早古生代超高压变质作用和陆－陆碰撞作用，为中国中部存在一条横贯东西的早古生代（大致500－400Ma）高压超高压变质带的推断提供了新的关键性证据。     

大别山超高压岩石的流变学研究

本文利用野外构造解析、透射电镜、岩组等手段,对大别山地区超高压岩石的变形表象及变形机制进行了详细的观察和研究,从而动态地建立了超高压岩石折返的PTtD轨迹。结果表明:超高压石榴橄榄岩经历了高温和低温两种变形,其中橄榄石中发育高温[001](100)和中低温[010](100)两种滑移系。超高压榴辉岩中绿辉石的位错构造发育,位错密度为4.98×10~7/cm~2。绿辉石亚颗粒的特征显示存在颗粒边界迁移和扩散蠕变。绿辉石的组构测定表明,绿辉石晶内塑性流动形成了[001]极密,该极密平行于线理,属L型收缩组构。组构对称型显示本区榴辉岩以共轴变形为主,由于应变分解,部分地区含非共轴成分。付林图解表明,绿辉石和石榴子石的变形均属于收缩型椭球,拉伸型应变,这与绿辉石组构测定结果一致。石榴子石位错密度为3.54×10~7/cm~2,部分地区的石榴子石发育动态重结晶及核幔构造等,形成榴辉岩相糜棱岩。另外根据不同超高压岩石中石英的位错密度或亚颗粒大小,计算了超高压岩石折返时各个阶段的应力大小。     

苏鲁高压—超高压变质带南部花岗片麻岩—花岗岩的多时代演化

苏鲁高压－超高压变质带中，广泛分布有花岗片麻岩－花岗岩系列，有关其形成的时代和成因机制长期存在争议。岩石露头表现为强烈的片麻理，并且多数和榴辉岩及榴辉岩相岩石密切伴生。其岩石类型有变化，从斜长片麻岩－花岗闪长质片麻岩－二长花岗片麻岩演化到花岗岩。矿物和地球化学变化也较大。从残留的高压和超高压矿物及其退变质反应等。说明它们中有部分曾经历了高压－超高压变质作用。该变质部连云港地区4个二长花岗片麻岩－花岗岩岩体中精的单颗粒锆石，运用Pb-Pb法（质谱计双带源逐层发－沉积法）和U-Pb法（离子探针SHRIMP分析），获得的年龄值跨度大，从859Ma到150Ma，分别属于4个年龄段（时段），但是主要数据集中在600－859Ma和220－250Ma两个时段，锆石的形貌特征研究显示，这些花岗片麻岩－花岗岩是苏鲁高压变质带中长期演化的产物。其物质来源与古元古代，乃至太古变质表壳岩密切相关。元古代大量岩浆结晶型锆石指示了当时存在强烈的花岗岩浆活动，导致大量花岗岩类岩石的形成。古生代（加里东期）和中生代早期（印支期）分别经历了变质作用，尤其是印支期，至少一部分和榴辉岩源岩一起经历了高压－超高压变质作用，并且伴随有地壳部分熔融，引起又一次花岗岩浆活动，再生花岗岩，该区南部东海地区尤为明显，中生代晚期燕山期的岩浆，热液活动对花岗片麻岩也有影响，其中新元古代和印支期则是花岗片麻岩及至大别造山带中两个重要的地质构造时期。     

大别山陆一陆点碰撞和构造超压的形成

依据大别造山带的地质特征及古地磁证据,提出大陆动力学非规则边界陆-陆点碰撞模型,采用数值模拟方法,分析点碰撞所引起的构造应力集中及其影响因素,探讨构造压力在大别山超高压变质岩形成过程中所起的作用,推测可能形成的深度范围.研究表明:在本文的模拟条件下,(1)大陆碰撞初期产生的构造应力场中的平均压力在碰撞点附近增大了约5～9倍.在边界力为100 MPa的情况下,构造压力在超高压中所占的比例约为20%～35%;(2)由于有构造压力的作用和影响,超高压变质岩的形成深度有可能被提升20～35 km;(3)仅考虑碰撞方式,不计岩石物性差异和其他因素的影响,构造应力的影响有限,静岩压力在超高压变质岩形成过程中仍占据主导地位.     

大别山碧溪岭未经历超高压变质的片麻状花岗岩

关于大别山超高压变质带中与榴辉岩密切伴生的花岗片麻岩是否也经历了超高压变质作用一直是个争议的问题。笔者最近在碧溪岭片麻状花岗岩中首次发现了可靠的岩相学和矿物学证据 ,证明该岩石只遭受到绿片岩相变质作用的改造 ,而未曾记录超高压变质矿物组合。根据片麻状花岗岩与围岩接触部位强烈糜棱岩化的发育 ,认为超高压岩石在抬升到地壳范围时与以花岗质岩石为主构成的扬子陆壳发生了大规模的构造并置。     

造山带超高压变质流体中气体组成及成藏条件初探

传统的油气地质研究和勘探开发几乎都是集中在盆地,而造山带作为板(陆)块的碰撞、会聚带,为无机成因气形成和释放的有利场所,是天然气地质理论研究的一个新领域。本文利用激光拉曼探针技术对大别造山带超高压变质岩中流体包裹体进行了成分分析,结果表明超高压变质流体中不仅含有CO₂(>50%)、H₂、N₂、H₂S等,还有高含量的幔源烃类气(CH₄等,含量最高达23.6mol%)。同时,超高压变质带中还发育有浅层碳酸盐岩及其它含碳岩石经动力变质作用可形成大量的CO₂气。大别超高压变质带中具有无机成因气成藏的可能条件,带内广泛发育的推覆构造、韧性断层及糜棱岩可以作为无机成因气成藏的圈、盖和保存条件。本文成果可为油气地质研究和勘探开发提供新的思路、方向和领域。     

大别山超高压变质带内浅变质岩层再认识

本文依据浅变质岩层所保存的韵律层理，沉积构造，火山角砾－凝灰结构及残存的微古植物组合等，以及硅酸盐、稀土、微量元素分析成果的判别，对浅变质岩层进行了再认识，认定该浅变质岩是一套经受浅变质改造的火山碎屑沉积岩层；并就建立其地层序列，区域地层对比进行了论述；对其存在意义和时代归属进行了讨论。     

大别山超高压榴辉岩流变强度——来自高温高压实验的证据

利用Griggs型 5GPa高压仪器 ,在柯石英稳定域围压条件下 ( >3GPa)完成大别山超高压榴辉岩流变学实验 ,建立了榴辉岩流变状态本构方程 (流动律 ) : ε=Aexp( -Q/RT)σn ,应力指数 (n)为 3 .4 ,活化能 (Q)为 4 80kJ/mol,结构常数 (A)为 10 3.3.实验结果表明 :( 1)作为两相矿物组成的榴辉岩 ,其流变学强度在很大程度上取决于强相矿物 (石榴石 )和弱相矿物 (绿辉石 )含量比例 ;( 2 )天然榴辉岩塑性变形机制是以位错蠕变为主 ;( 3 )根据实验成果比较榴辉岩和上地幔方辉橄榄岩流变学强度相当 ,两者耦合在大陆深俯冲 10 0km左右深度发生拆沉作用可能性很小 ,与上地幔上隆 (upwelling)作用有关的造山期后伸展作用对超高压岩石折返更具有重要意义 .