大别山超高压变质带p-T-t轨迹数值模拟

模拟设计了拆沉底辟模型、叠瓦俯冲纯剪切伸展模型二组共９种模型。拆沉底辟模型,第一阶段ｐ Ｔ ｔ轨迹在地幔热影响下都为降压增温过程,第二阶段ｐ Ｔ ｔ轨迹明显不同,快速折返速率下为近等温降压,从深部抬升到岩石圈底为显著的降压升温、近等温降压过程,从岩石圈底部经过地壳出露地表为降温降压过程。慢速抬升速率下,为降温降压。模拟比较了底辟上升俯冲板片形态不变与板片形态改变模型,陆壳与陆壳俯冲碰撞和陆壳与洋壳俯冲碰撞,在岩石圈深度范围内ｐ Ｔ ｔ轨迹形态基本相似,首先是等温降压然后降温降压。叠瓦俯冲纯剪切伸展模型,快速伸展速率下ｐ Ｔ ｔ轨迹表现出３个不同的阶段：从降温降压到近等温降压,然后再降温降压。慢速伸展速率下ｐ Ｔ ｔ轨迹为开阔弧形形态,首先为降压增温,然后为降压降温。     

苏鲁超高压变质带岩石圈的地震组构

苏鲁超高压变质带上地壳以片麻岩为主体, 地表出露超高压变质岩片. 近年来在此带中进行大陆科学钻探, 并进行了以反射地震为主导的地球物理调查. 通过研究地球物理资料和钻孔岩芯等直接证据的相关性, 有可能标定出现在地壳中的地震反射体, 了解它们的内部组构. 同时, 在大陆科学钻探孔区附近有两座第四纪火山, 对其中包体的成分分析和波速计算也提供了中下地壳和岩石圈地幔组构的信息. 经岩心和测井资料标定, 大陆科学钻探孔区的地震反射体可由变质带内岩性变化、韧性剪切复合岩套和现代断裂破碎带引起. 其中, 韧性剪切作用产生的侧向位移与拆离造成了上百米厚的互层带(韧性剪切复合岩套), 它们由糜棱岩化岩石和经剪切错动产生的榴辉岩片互层组成, 形成了产生区域性强反射的主要机制. 苏鲁超高压变质带的上地壳由超高压变质岩片与下方片麻岩层组成. 超高压变质岩片以高波速、高密度和高电阻率为特征, 构造复杂, 厚度一般不超过11 km; 下方片麻岩层波速渐趋于正常. 苏鲁超高压变质带的中下地壳具有正常的波速与泊松比, 由火山岩包体分析可知, 中地壳含有大量的片麻岩, 下地壳主要由酸性麻粒岩和基性麻粒岩组成. 岩石圈地幔主要由尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和二辉岩组成, 具有分层结构, 反映了中国东部中生代岩石圈减薄作用. 不同成因的地震组构可能是不同时代地球动力学作用的产物. 例如, 超高压变质岩片和韧性剪切复合岩套反映了三叠纪的碰撞造山作用及超高压变质作用, 而正常的中下地壳波速结构反映了中新生代地壳的拉张与伸展. 通过反射体的细致标定与火山岩包体验证了的地震组构, 可以找到地震反射体的成因及其与地球动力学作用的关系, 为地球动力学作用过程的恢复提供新的依据.     

大别山东段超高压变质带中变质花岗岩的矿物化学和地球化学特征

大别山东段超高压变质带中变质花岗岩富硅、贫钙、贫铝，属偏碱性花岗岩，围岩为含榴辉岩包体的超高压副片麻岩。变质花岗岩稀土元素总量多在（100－200）×10^-6，具有较大的负铕异常，其原岩应为壳源型花岗岩。元素地球化学特征表明变质花岗岩原岩与古造山作用有关。变质花岗岩中存在大量由岩浆型内核和变生型边缘构成的变质增生锆石。结合锆石U－Pb年龄资料认为，变质花岗岩应由古老花岗岩变质形成，而不是超高压变质作用之后部分地壳岩石重熔的产物。岩石中有富锰和贫锰两种石榴子石，通过富锰石榴子石－黑云母、贫锰石榴子石－多硅白云母等矿物对的温压计算可知变质花岗岩在400－500℃、0.6-0.8GPa条件下经历过变质作用。但几种间接证据反映出变质花岗岩可能经历过超高压变质作用。     

南苏鲁造山带根部的物质组成及变质作用

在南苏鲁地区，大陆造山带根部主要由5种不同化学成分的岩石类型组成，分别以石榴石橄榄岩、榴辉岩、片麻岩、石英岩和大理岩为代表。它们的原岩是古老的花岗质侵入岩、表壳岩和基性一超基性侵入岩，并一起经历了超高压变质作用。正变质的花岗质片麻岩是超高压变质带的主要组成部分，构成了花岗质和奥长花岗质岩石组合，不同于典型的TTG岩系。变质火山岩具有双峰式火山岩地球化学特征，很可能形成于大陆裂谷环境。除幔源石榴石橄榄岩以外，其他各种岩石都具有可变的、但均低于正常变质岩的氧同位素值，表明其原岩曾在地壳浅部发生了不同程度的水—岩交换作用，并在整个超高压变质过程中保持其米级尺度的不均匀性。新的温、压计算结果表明，石榴石橄榄岩的形成条件可能是1100—1200℃和6．5—8．0GPa，地热梯度等于或小于5℃／km，即以前认为变质作用不可能达到的“禁区”。     

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5 km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100 km深度上升到鲁西隆起下方约60 km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.     

超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制

了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.      

榴辉岩中灰闪石稳定性的相平衡研究——以苏北碱厂榴辉岩中灰闪石为例

灰闪石(nyb?ite,Nyb)已在世界多处超高压榴辉岩中发现,但对于其稳定性及成因的研究结果存在较大分歧。本文以中国苏北碱厂榴辉岩中灰闪石为例,基于岩相学观察和相平衡模拟限定了灰闪石的稳定条件。在Na_2O-Ca O-K_2OFe O-Mg O-Al_2O_3-Si O_2-H_2O-Ti O_2-Fe_2O_3(NCKFMASHTO)体系下对含有灰闪石榴辉岩进行的相平衡计算得到与实际观察一致的矿物组合,且模拟和实测的灰闪石成分基本一致。相平衡模拟结果表明,灰闪石稳定温压范围为t 500℃,p 1. 20 GPa,地温梯度范围为12～17℃/km。灰闪石的出现主要受控于全岩成分的X_(Na)与X_(Al)值,要求分别满足X_(Na)=0. 58～0. 65和X_(Al)0. 15。碱厂灰闪石含有较高的F含量(1. 88%～2. 54%),由于目前没有含F的角闪石活度模型,文中根据前人研究结果讨论了F替代OH对灰闪石稳定性的影响。榴辉岩中出现灰闪石指示岩石经历了低温、中高压变质作用,其全岩主量元素特征表明原岩可能为低钾碱性玄武岩。     

俯冲大陆岩石圈重熔：大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩成因

大别-苏鲁造山带是华南-华北陆块在三叠纪经过大陆碰撞形成的,其中含有大量中生代岩浆岩,形成时代上主要属于晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世.晚三叠世碱性岩和晚侏罗世花岗岩仅出露在苏鲁造山带东部,而早白垩世岩浆岩则遍布整个大别-苏鲁造山带（包括大面积的花岗岩、零星的中基性侵入岩和火山岩）.虽然时代不同,但是它们均富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,具有高的初始Sr同位素比值、低的εNd（t）值和低的放射成因Pb同位素组成.晚侏罗世和早白垩世花岗岩锆石中含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的继承核,大多数早白垩世基性岩中锆石具有比正常地幔锆石低的氧同位素比值,全岩具有比正常地幔低的碳同位素比值.系统的元素和同位素对比研究发现,大别-苏鲁造山带中生代花岗岩和基性岩分别与经过超高压变质的花岗片麻岩和榴辉岩具有相似性.尤其是若干鉴定性特征的地球化学指标证明,它们都是华南岩石圈北缘的组成部分.由于中生代大陆深俯冲,这些具有类似地球化学性质的岩石分别在不同时间和层位发生超高压变质和碰撞后深熔作用.因此,这些中生代岩浆岩的形成与华南陆块俯冲/折返之后的碰撞后造山带构造跨塌有关,是俯冲大陆岩石圈在碰撞造山带加厚背景下部分熔融的产物.     

大别—苏鲁超高压榴辉岩中富Si金红石的地球化学意义

本文对大别—苏鲁造山带的超高压榴辉岩中的富Si金红石进行了地球化学研究。通过对双河、东海等地区的金红石进行详细的岩相学以及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)微量元素分析,结果显示不同地区、不同赋存状态(粒间颗粒和包裹体)的金红石均含有高达400×10~(-6)以上的Si。金红石中富含Si的现象普遍存在于大别—苏鲁不同地区的超高压变质岩中。纳米离子探针(NanoSIMS)面扫描分析显示,金红石中的Si均匀分布于金红石颗粒内部而非包裹体。这与前人报道的金红石中富含Si可能是硅酸盐包裹体所致这一结论不一致。据此,推测金红石中一定量的Si可能是以6次配位的形式存在,替代Ti的位置。这种类质同象置换通常在地壳范围的温、压条件下是不可能完成的,而陆壳物质深俯冲产生的高温、高压环境是Si进于金红石晶格的有利条件。因此,富Si金红石可能发展成为一种新的示踪超高压变质作用矿物学标准。同时,这一研究对揭示地球深部Si的赋存形态和指示陆壳物质俯冲深度具有重要的意义。     

苏鲁超高压变质带东北端多种成因类型变基性岩:来自岩石学、同位素年代学及地球化学属性的制约

苏鲁超高压变质带是扬子板块与华北板块在三叠纪俯冲-碰撞的产物。变基性岩是苏鲁超高压变质带内出露最广泛的岩石类型之一,研究其岩石学、年代学、地球化学属性及成因机制,对于揭示扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞-折返的动力学过程具有重要的科学意义。以(退变)榴辉岩为代表的超高压变质岩石广泛出露在威海-荣成一带,少量出露在乳山地区。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,(退变)榴辉岩的原岩时代为792~760Ma,峰期榴辉岩相变质时代为243~226Ma,后期角闪岩相退变质时代为221~207Ma。非榴辉岩相变质的基性岩(麻粒岩和斜长角闪岩)主要出露在乳山地区,其原岩形成时代应不晚于古元古代(1939Ma),峰期麻粒岩相变质时代为1895~1870Ma,后期角闪岩相退变质时代为1848~1806Ma,与胶北地体变基性岩的原岩时代和变质时代十分相似。全岩地球化学研究结果表明,(退变)榴辉岩的原岩显示高Fe拉斑玄武岩的特点,根据其稀土和微量元素特征,可将(退变)榴辉岩进一步划分为A、B和C三组。在球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网图解上,A、B和C三组样品分别具有轻稀土弱亏损、轻稀土弱富集和轻稀土富集的特点。轻稀土富集或弱富集型(退变)榴辉岩的原岩地球化学性质与岛弧或大陆玄武岩相似,它们的源区可能与深部富集地幔或受流体交代的地幔楔存在密切的成因关系;而轻稀土亏损型(退变)榴辉岩的原岩可能来自于亏损地幔的部分熔融。由此可见,(退变)榴辉岩的原岩具有成因多样性的特点。乳山地区的基性麻粒岩和斜长角闪岩的原岩也具有高Fe拉斑玄武岩的地球化学属性,Al2O3与Mg O呈正相关变化,TiO_2、P_2O_5与MgO表现出一定程度的负相关性。绝大多数非榴辉岩相变质基性岩的球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网配分曲线具有微右倾或明显右倾的特点。上述特征表明,研究区绝大多数非榴辉岩相变质的基性岩原岩来自于富集地幔,少数来自于原始地幔或亏损地幔,并经历了斜长石和辉石的分离结晶以及不同程度的部分熔融过程。由此可见,乳山地区出露的非超高压变质基性岩的原岩具有与胶北地体(高压)基性麻粒岩相近的成因特点。岩石学、同位素年代学和地球化学特征的综合对比研究结果表明,在苏鲁超高压变质带东北端的威海-荣成-乳山地区,既存在与华北板块古老变质基底相关的变基性岩,也存在与华南板块北缘新元古代变质基底相关的超高压榴辉岩,表明三叠纪时期华北板块东南缘胶北地体的部分古老变质基底曾卷入到扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞造山过程,随后与超高压岩石一起抬升折返,形成当今的构造混杂岩带。