大别山超高压岩石形成温压(深度)条件的研究进展与讨论

根括了大别山－－苏鲁地区超高压岩石成因和形成温压（深度）条件的研究进展,并对其进行了讨论,认为柯石英榴辉岵形成于高压环境是无可争议的事实,而且差应力在其形成过程中是客观存在的。因此,有必要在高温、高围压和存在差应力的条件下进行详细的实验研究,为解决相关问题提供实验佐证。     

高压—超高压变质流体的一种重要载体：名义上的无水矿物

本文运用显微傅立叶变换红外光谱技术对３个大别山榴辉岩中的石榴子石和绿辉石进行了观察,发现它们都含有结构水,以ＯＨ＾－的形式赋存。结果表明,这些名义上的无水矿物可能是陆壳俯冲过程中将水携带进地球深部的重要载体;这些矿物中的结构水是孪质流体的组成部分之一;即使在超高压阶段,变质系统也并不是“干”的。     

论秦岭造山带及其立交桥式构造的流变学与动力学

当前受国内外地学界广泛关注的秦岭印支造山带，其前身是地球自转速度缓慢变化过程中派生的纬向剪切力和重力共同作用下，于惯性力最大的上地壳所产生的受东西向走滑正断层控制的盆\|山系,而不是洋壳俯冲形成的沟\|弧\|盆系；其造山机制是南秦岭断陷盆地上地壳底部刚硬的结晶基底，对北秦岭断隆山软弱的中地壳塑性层俯冲所造成的壳内冲叠造山带，而不是整个岩石圈对软流层俯冲导生的板块碰撞造山带；其动力是212 Ma前发生于加拿大安大略省直径100 km撞击坑的陨击事件，促使地球自转速度急剧变慢所派生的由南向北的强烈挤压作用，而不是地幔对流带动板块漂移碰撞；其超高压变质带是壳内俯冲动力作用所致，而不是陆壳俯冲到100 km以深温压环境的产物；其立交桥式构造，是异常地幔响应了地壳上部新产生的不同方向的中\|新生代断陷盆地引起的重力失衡作用的结果，而不是地幔柱主动隆升造成与原来东西向造山带的非耦合关系.     

超高压变质岩的塑性流变：显微构造和变形机制

超高压变质岩是大陆深俯冲作用的产物。超高压变质岩在深俯冲和快速折返过程中,经历了长距离地构造搬运和构造力的作用。其构造变形主要集中在韧性剪切带中,并发生强烈地塑性流变。研究超高压变质构造岩的显微构造及其变形机制对于深入了解大陆壳岩石在深俯冲过程中的流变学行为有十分重要的意义,山东仰口的超高压韧性剪切带中榴辉岩质和花岗质糜棱岩记录了超高压变形的历史。在超高压条件下的稳定矿物绿辉石、多硅白云母、兰晶石和钾长石具有不规则波状消光、亚晶界、核幔构造和动态重结晶等显微构造特征,TEM 研究揭示了大量的位错构造,表明位错蠕变是其主要的变形机制。在花岗质糜棱岩中,金红石在刚性矿物的压力影中沉积,细粒的石榴石条带平行片理延伸,都说明超高压变形过程中有流体存在,流体助力的物质扩散迁移是又一个重要的变形机制。依据现有的流变学定律估算的流变应力应该在几十兆帕以上。     

大别山超高压变质岩的冷却史及折返机制

大别山超高压变质岩及其围岩 T-t 冷却曲线显示了超高压变质岩的冷却史从800℃到300℃经历了三个阶段:两次快速冷却(226±3Ma 到219±7Ma 期间从800℃到500℃的第一次快速冷却,180～170Ma 期间从450℃到300℃的第二次快速冷却)和介于二者之间的等温过程。这一具有两次快速冷却的 T-t 曲线已被近年来获得的高精度金红石 U-Pb 年龄(218±1.2Ma)(Li et al.,2003),高压变质和退变质独居石 Th-Pb 年龄(Ayers et al.,2002),和强面理化榴辉岩二次多硅白云母的Rh-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)(Li et al.,2001)所证实。超高压变质岩的二次快速冷却事件反映了二次快速抬升过程。在东秦岭及苏鲁地体东端发育的同碰撞花岗岩 U-Ph 年龄为225～205Ma,与超高压变质岩第一次快速冷却时代吻合。考虑到同碰撞花岗岩与俯冲板片断离的成因联系,这种时代耦合关系表明俯冲板片断离可能是超高压变质岩第一次快速抬升和冷却的重要机制之一。大别山 Pb 同位素填图揭示出南大别带超高压变质岩具有高放射成因 Pb 特征,因而源于俯冲的上地壳;而北大别带超高压变质岩具有低放射成因 Pb 特征,源于俯冲长英质下地壳。这表明在陆壳俯冲过程中上、下地壳之间可发生挤离(detachment)或脱耦(decoupling)。已有实验证明脱耦的上地壳在俯冲过程中可沿挤离面逆冲抬升(Chemenda et al.,1995)。同理,由于俯冲镁铁质下地壳在大别山没有出露,可以推测俯冲长英质下地壳和镁铁质下地壳之间也最终发生了挤离或脱耦。大陆岩石圈在不同深度存在若干低粘度带(Meissner and Mooney,1998)是上述俯冲陆壳分层脱耦现象发生的依据。因此,俯冲上地壳及部分长英质下地壳的第一次快速抬升折返是俯冲过程中大陆地壳内部分层脱耦和俯冲板片断离的综合结果。上述过程只能使已脱耦的上地壳及部分长英质下地壳抬升折返,而未与俯冲岩石圈脱耦的下地壳在板片断离后仍可继续俯冲。俯冲板片断离后,两大陆块在晚三叠世和早-中侏罗世继续汇聚,导致华南陆块下地壳继续俯冲,及已经脱耦并折返至中上地壳的超高压岩片向北仰冲。这一仰冲可能是导致超高压变质岩第二次快速抬升的重要机制。强面理化榴辉岩二次多硅白云母的 Rb-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)可能记录了这一超高压岩片仰冲事件发生的时代。惠兰山基性麻粒岩年代学研究揭示了罗田穹隆在早白垩世的快速抬升,与此同时大别山发生了大规模岩浆事件。山体快速抬升与大规模岩浆事件的耦合关系指示了大别造山带早白垩世的去根作用,或岩石圈拆离事件。伴随这一山体快速抬升,大别山超高压变质岩开始大面积出露地表。     

磷灰石中磁黄铁矿出溶结构的发现

中国东部苏鲁地区(江苏赣榆)出露大理岩-榴辉岩块体,其菱镁矿大理岩中保存的白云石分解结构表明地壳物质俯冲深度达到-200公里。在与该大理岩共生的榴辉岩中,我们发现了磷灰石的磁黄铁矿出溶结构。磷灰石是该榴辉岩的主要副矿物,其自形程度较高,与石榴石共生。样品中几乎所有磷灰石均发育出溶结构,至少存在两组相互垂直的出溶棒,它们各自严格沿同一个方向分布。出溶棒形状规则,宽度相近(<1μm),但长度变化大(5-50μm)。利用高分辨能谱仪测定其能谱,结果表明,出溶棒主要由Fe和S两种元素组成,但不能准确地确定其Fe/S比值。我们把这种出溶棒初步确定为磁黄铁矿(Fe1-xS)。磷灰石由于含大量稀土元素和挥发性组分如OH、F、Cl等以及我们所观察到的S,它的深循环因此可能对地球的水、硫以及其它挥发性组分的全球平衡具有重要影响。本文报道的磷灰石中磁黄铁矿出溶结构为深入探讨这个基本科学问题提供了一个新的突破口。     

中国大陆科学钻探主孔0~2000 m榴辉岩的退变质过程

中国大陆科学钻探主孔位于大别-苏鲁这条典型的超高压变质带上，孔内0-2000m的岩心中，各种榴辉岩占到50％以上。榴辉岩大多经历了不同程度的退变质。依据榴辉岩中主要矿物绿辉石和石榴石的退变质程度，0-2000m榴辉岩的退变质过程可分为2个大阶段，4个亚阶段：第一大阶段(又分为轻微退变质、部分退变质)、第二大阶段(又分为退变质和强退变质)。总的退变质趋势是：石榴石逐渐被韭角闪石或黑云母 绿帘石替代；绿辉石逐渐被角闪石 钠长石后成合晶替代，硬玉(1d)含量逐渐减少，并部分转化为霓辉石。榴辉岩在退变质过程中所经历的温压条件为：峰期变质温度为697-831℃，压力3．0Gpa左右；部分退变质阶段温度为629-776℃，压力1．2-1．6Gpa；退变质阶段温度为550-650℃，压力O．5-0．7Gpa；强退变质阶段温度为300-400℃，压力0．30-0．35Gpa。综合岩石、矿物及形成温压条件等特征，推断榴辉岩的折返过程经历了两个大阶段：第一大阶段是近等温降压的快速折返(榴辉岩在此期间经历了第一大阶段的退变质)，第二大阶段是降温降压的缓慢抬升(榴辉岩继而经历了第二大阶段的退变质)。绿辉石的完全退变质，既是划分榴辉岩两大退变质阶段的标志，同时也是区分两大折返阶段的标志。     

超高压榴辉岩中绿辉石组构和变形机制研究进展

榴辉岩中绿辉石晶格优选方位(LPO)类型主要有S型(压扁型)组构、L型(收缩型)组构、L-S中间型组构、退火型组构,其中L型和S型组构是绿辉石在超高压岩石中最发育的组构类型.矿物组构的产生与变形机制密切相关,目前还无法解释绿辉石LPO产生和变化的原因.对天然绿辉石变形机制的最新研究进行了评述,包括位错蠕变产生变形绿辉石LPO的传统观点,以及扩散蠕变伴随晶体各向异性生长和空间群转换两种新观点.使用费氏台对大别山双河地区榴辉岩中的绿辉石组构进行了测量,并用电子背散射衍射技术(EBSD)对测量结果进行了验证.结合榴辉岩的显微构造和绿辉石组构特征对大别山双河超高压榴辉岩中绿辉石的变形机制进行了初步探讨,认为其变形机制以位错蠕变为主.     

2005年全国岩石学与地球动力学研讨会在杭州召开

11月14日。20日，2005年全国岩石学与地球动力学研讨会在杭州市的浙江大学召开，来自全国各地的340余名专家学者出席了会议。这次会议由中国科学院地质与地球物理研究所、浙江大学、岩石圈演化国家重点实验室联合主办。张国伟、任纪舜、肖序常、许志琴、李曙光、钟大赉、刘嘉麒院士等到会指导并介绍了最新研究成果。与会专家学者就大洋岩石圈与蛇绿岩、壳幔相互作用与岩石圈演化、花岗岩成因与地壳增生、高压-超高压变质与大陆深俯冲、青藏高原形成与演化等11个议题展开学术交流。     

大陆科学钻探的深远意义及技术特点

系统回顾了中国大陆科学钻探所取得的重大科技成果；阐述了大陆科学钻探的深远科学意义与重大现实意义，概述了科学钻探工程技术特点。