高喜马拉雅黑云斜长片麻岩脱水熔融实验：对青藏高原地壳深熔的启示

通过对高喜马拉雅块状黑云斜长片麻岩进行高温高压实验-T = 770-1028℃, P = 1.0-1.4 GPa, 无外加自由水), 初步研究了脱水熔融过程和熔体结构; 模拟了高喜马拉雅淡色花岗岩的形成. 实验结果表明: （1) 即便在初熔状态下-熔融程度<5%), 熔体也主要以熔体薄膜的形式分布于矿物的相边界上, 熔体的连通性不仅取决于熔体结构, 还受到熔融程度的控制; （2) “脱水熔融” 实际包含了亚固相脱水作用、流体迁移、含水和缺水熔融等一系列子过程; （3) 实验产生出过铝的花岗质熔体, 其成分与高喜马拉雅淡色花岗岩成分相似, 残留相矿物组合为Pl + Qz + Gat + Bio + Opx ± Cpx + Ilm（Rut) ± （Kfs), 化学成分为中偏基性, 可与在喜马拉雅地区发现的麻粒岩对比. 实验证实黑云斜长片麻岩是喜马拉雅淡色花岗岩的源岩之一, 脱水熔融是形成高喜马拉雅淡色花岗岩和下地壳麻粒岩的重要方式, 并为确定源区的温压条件提供了实验约束.     

喜马拉雅造山带下地壳麻粒岩成因: 来自高温高压实验的证据

利用喜马拉雅结晶岩系中的黑云斜长片麻岩进行脱水熔融实验研究,模拟喜马拉雅造山带麻粒岩下地壳的形成过程.实验温度和压力条件分别为770～980℃及1.0～1.4GPa.黑云母的Ti和F含量较高导致其脱水温度高达约900℃（1.0～1.4GPa）.实验产物由过铝花岗质熔体和具有麻粒岩矿物组合的残留相（P1+Qz+Grt+Opx+Bio+I1m/Rut±Kfs±Cpx）组成.残留相矿物组合与出露于喜马拉雅东、西构造结麻粒岩的矿物组合相似,并且二者的特征矿物（石榴石和辉石）的成分一致;残留相的化学成分可以与中性麻粒岩地体的成分对比.实验残留相的波速特征也与青藏高原和造山带下地壳上部的速度吻合.获得如下认识:（1）青藏高原下地壳上部可能是由含石榴石中性麻粒岩组成;（2）喜马拉雅下地壳麻粒岩和淡色花岗岩的形成有着成因上的联系;（3）黑云斜长片麻岩的脱水熔融可能是青藏高原下地壳麻粒岩形成、地壳物质重组和结构调整的重要方式.同时实验也为探讨青藏高原下地壳麻粒岩的矿物组成、化学成分以及形成时温度和压力环境提供了约束条件.     

干的基性大陆下地壳部分熔融: 对Ｃ型埃达克岩成因的制约

C型埃达克岩通常被认为是基性下地壳高压下石榴子石残留时的部分熔融产物, 其依据主要来自含水玄武质岩石在高压下部分熔融的实验结果. 但是因为大陆基性下地壳一般不含大量的水, 这些含水实验的结果不能用来说明干的下地壳的熔融过程. 由于目前尚缺乏关于干的基性岩石部分熔融的系统的实验数据, 本文用MELTs程序来模拟干的基性下地壳在1~2 GPa下的部分熔融. 模拟和实验资料均表明, 无论压力如何变化(1~3 GPa), 熔融比例超过20%时, 干的基性下地壳大比例部分熔融不能产生C型埃达克岩的高硅含量(~70%). 虽然1~2 GPa时, 文献中有限的几个干的基性岩石熔融实验结果显示, 低比例熔融(<10%)不能产生高硅的岩浆, 但是MELTs程序模拟显示压力高于1.8 GPa时, 如果熔体的SiO2含量主要由残留的石榴子石控制, 低比例熔融则可以产生少量高K₂O/Na₂O的英安质熔体. 模拟进一步说明, 压力低于1.8 GPa时, 大量斜长石在残留相的存在使得熔体的SiO2 (<62%)远远低于中国东部出露的高硅C型埃达克岩. 考虑到产生高硅熔体需要的高温和深度以及极端亏损重稀土的性质, 我们推测这种熔体很容易受到其他壳源岩浆的混染, 这可能导致在地表出露的真正的由榴辉岩熔融形成的C型埃达克岩非常有限. 高Sr/Y和La/Yb可以由包括石榴子石作用的多种因素(产生例如继承源区和单斜辉石分异), 因此用这两个指标判别是否为埃达克岩是有问题的. 我们提出强烈的中重稀土分异(例如高的Gd/Yb)以及高度右倾的稀土元素分配模式可能是判别石榴子石的作用以及埃达克岩的更好的指标. 另外, 由于熔体的Eu异常取决于源区性质, 岩浆体系的氧逸度, 以及斜长石和基性矿物之间的比例, Eu异常不能简单地用来指示斜长石在岩浆过程中的作用.     

干的基性大陆下地壳部分熔融:对C型埃达克岩成因的制约

C型埃达克岩通常被认为是基性下地壳高压下石榴子石残留时的部分熔融产物,其依据主要来自含水玄武质岩石在高压下部分熔融的实验结果.但是因为大陆基性下地壳一般不含大量的水,这些含水实验的结果不能用来说明干的下地壳的熔融过程.由于目前尚缺乏关于干的基性岩石部分熔融的系统的实验数据,本文用MELTs程序来模拟干的基性下地壳在1～2GPa下的部分熔融.模拟和实验资料均表明,无论压力如何变化(1～3GPa),熔融比例超过20%时,干的基性下地壳大比例部分熔融不能产生C型埃达克岩的高硅含量(～70%).虽然1～2GPa时,文献中有限的几个干的基性岩石熔融实验结果显示,低比例熔融(10%)不能产生高硅的岩浆,但是MELTs程序模拟显示压力高于1.8GPa时,如果熔体的SiO2含量主要由残留的石榴子石控制,低比例熔融则可以产生少量高K2O/Na2O的英安质熔体.模拟进一步说明,压力低于1.8GPa时,大量斜长石在残留相的存在使得熔体的SiO2(62%)远远低于中国东部出露的高硅C型埃达克岩.考虑到产生高硅熔体需要的高温和深度以及极端亏损重稀土的性质,我们推测这种熔体很容易受到其他壳源岩浆的混染,这可能导致在地表出露的真正的由榴辉岩熔融形成的C型埃达克岩非常有限.高Sr/Y和La/Yb可以由包括石榴子石作用的多种因素(产生例如继承源区和单斜辉石分异),因此用这两个指标判别是否为埃达克岩是有问题的.我们提出强烈的中重稀土分异(例如高的Gd/Yb)以及高度右倾的稀土元素分配模式可能是判别石榴子石的作用以及埃达克岩的更好的指标.另外,由于熔体的Eu异常取决于源区性质,岩浆体系的氧逸度,以及斜长石和基性矿物之间的比例,Eu异常不能简单地用来指示斜长石在岩浆过程中的作用.     

桂东北花山-姑婆山侵入杂岩体和暗色包体的锆石微区Hf同位素组成及其成岩指示意义

锆石年代学研究表明花山-姑婆山侵入杂岩体中的主要岩体(牛庙、同安、花山、里松)和里松花岗岩中的暗色包体均形成于160~163 Ma. 花山花岗岩中锆石的ε_Hf(t)值为−2.8~−0.3, 里松花岗岩中锆石的ε_Hf(t)值为−2.3~−0.3, 而里松花岗岩中所包含的闪长质暗色包体中锆石的ε_Hf(t)值为?2.6~?7.4, 明显不同于寄主花岗岩, 表明暗色包体和寄主花岗岩形成于不同来源的岩浆, 为岩浆混合作用提供了直接的证据. 暗色包体中锆石最高的ε_Hf(t)值为?7.4, 显示该基性端元岩浆来自一个相对亏损的地幔源区. 结合对区域地质情况以及同时期基性岩和碱性岩的研究结果, 我们推测该岩浆端元并不是玄武质新生地壳的重熔, 而可能为地幔部分熔融形成的岩浆, 但还有待确定到底是软流圈地幔还是岩石圈地幔的部分熔融. 花山花岗岩和里松花岗岩可能是该幔源岩浆端元与壳源岩浆端元的较完全混合形成, 暗色包体是这种岩浆混合过程中幔源岩浆的残余. 牛庙辉石闪长岩体中锆石的ε_Hf(t)值为−1.1~−2.1, 同安石英二长岩体中锆石的ε_Hf(t)值为−1.7~−1.7, 都明显低于里松花岗岩中的暗色包体, 说明它们并不与里松花岗岩中暗色包体所代表的熔浆具有同源性. 牛庙岩体和同安岩体中锆石的ε_Hf(t)值只是略高于花山花岗岩和里松花岗岩, 并且在岩体中也可以见到大量的暗色包体, 因此它们可能是与花岗岩同源的壳-幔岩浆混合的岩浆经较少程度分离结晶作用和地壳混染作用形成. 在中晚侏罗世之交, 湘东南和桂东北地区发生了一次强烈的地壳拉张减薄事件, 造成了强烈的壳-幔岩浆混合作用并随着分离结晶作用, 形成了该区众多的闪长岩和花岗岩.     

通化地区印支期花岗岩锆石U-Pb年龄及其与大别-苏鲁超高压带碰撞造山作用之间的关系

应用颗粒锆石U-Pb法, 对出露于吉林省南部通化地区的岔信子岩体、小苇沙河岩体和龙头岩体进行了侵位年代测定, 确认它们形成于印支期, 年龄为203~217 Ma. 地质与地球化学研究显示, 该时期形成的岩体主要包括石英闪长岩和花岗岩两大岩石类型, 前者来自于基性下地壳或者岩石圈地幔的部分熔融; 而后者来源于加厚地壳的部分熔融, 且岩浆源区存在石榴石残留相. 尽管上述两类岩石的源区不同, 但它们具有完全一致的形成年龄. 由于这些花岗岩与北侧兴蒙-吉黑造山带中的同期岩石性质差别较大, 而其年代仅比大别-苏鲁超高压变质作用的年代晚10~20 Ma左右, 与超高压变质岩的第1次快速折返和碰撞后花岗岩的年代一致, 推测其形成应与大别-苏鲁超高压碰撞造山带作用有关.     

北喜马拉雅片麻岩穹窿始新世高级变质和深熔作用的厘定

厘定喜马拉雅造山带早期变质和深熔作用的时限和性质有助于理解大型碰撞造山带早期下地壳物质的物理和化学行为.雅拉香波穹窿位于北喜马拉雅穹窿的最东端,穹窿内发育3种地质产状、矿物组成和地球化学特征不同的角闪岩和多种片麻岩.SHRIMP锆石年代学测试结果表明:石榴角闪岩和黑云母花岗质片麻岩的近峰期变质作用分别发生在45.0±1.0和47.6±1.8Ma,比石榴角闪岩部分熔融的时间(43.5±1.3Ma)早2～4Ma.结合已有的研究结果,在北喜马拉雅带内,榴辉岩相变质作用发生在大约55Ma,高角闪岩相-麻粒岩相变质作用发生在45～47Ma,与增厚地壳条件下部分熔融相关的变质作用发生在43.5±1.3Ma,同时形成具有高Sr/Y比值的二云母花岗岩.位于北喜马拉雅带的高级变质岩代表了俯冲印度大陆地壳的前锋,不同位置保存的变质历史存在明显的差异.在大型碰撞造山带内,地壳缩短增厚的过程中,易熔组分可发生部分熔融,形成高Na/K比和Sr/Y比的花岗质熔体,明显不同于快速折返-减压部分熔融作用形成的熔体.     

龙木错-双湖-澜沧江洋的打开时限:来自斜长花岗岩的制约

报道了藏北羌塘中部驼背岭蛇绿岩中斜长花岗岩的锆石U-Pb定年结果和岩石地球化学资料以及锆石Hf同位素成分.斜长花岗岩的SIMS和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果分别为504.8±4.2和491.6±1.5 Ma,相当于中-晚寒武世.斜长花岗岩中锆石具有正的?Hf(t)值(11.46~15.16),反映其源区为亏损型地幔.地球化学分析结果表明,斜长花岗岩具有高SiO2、富Na2O、贫K2O的特点,同时具有较低的稀土元素含量和平坦的稀土元素球粒陨石标准化曲线.综合地球化学资料以及野外观察结果可知,斜长花岗岩为洋壳运移过程中含水条件下辉长质岩石发生角闪岩相变质作用后部分熔融形成的,其形成年龄略晚于洋壳的形成时代.这一成果表明,龙木错-双湖-澜沧江洋的开启时限为中寒武世以前.     

俯冲大洋岩石圈的相转变与俯冲带岩浆作用

以有效的实验岩石学研究和相平衡模拟为基础讨论了大洋岩石圈俯冲过程中的两类变质作用, 即在洋中脊玄武岩(MORB)、沉积岩和橄榄岩中发生的亚固相线脱水作用和部分熔融作用. 含水MORB体系相图显示在冷俯冲P-T体制下, 基性岩层中的大部分水或者在蓝片岩相开始以前(小于20 km)释放, 或者在硬柱石蓝片岩向硬柱石榴辉岩的转变深度(60~70 km)通过蓝闪石脱水释放; 只有小部分水会在与岛弧岩浆的活动对应的深度范围内通过硬柱石和硬绿泥石脱水释放; 有很少一部分水保存在硬柱石和多硅白云母中, 能够潜入更深的地幔. 文献中对角闪石在岛弧岩浆形成中的作用仍然有争论. 在冷俯冲P-T体制下, 贫铝变质沉积岩中绿泥石和滑石与富铝变质泥质岩中的硬绿泥石和纤柱石在约80~100 km的深度发生脱水, 也会对岛弧岩浆的形成有一定的贡献. 相比而言, 含水橄榄岩中蛇纹石的脱水发生在120~180 km的深度, 在岛弧岩浆作用中起着重要作用. 当洋壳沿着热P-T体制俯冲时, 会在超过80 km深处跨越固相线, 在流体存在或流体缺失条件下发生部分熔融; 在变质沉积岩中的熔融作用受黑云母和多硅白云母控制, 在基性岩石中的熔融作用受绿帘石和角闪石控制. 基性地壳产生的熔体成分在压力小于3.0 GPa时是埃达克质的, 但是在更高的压力下变成过铝花岗质.     

钽花岗岩结构

钽花岗岩是过铝质钠长花岗岩,具有重要的细晶石等稀有金属矿化。因其结构复杂,许多学者一直认为它是交代蚀变岩,并称之为“强钠化花岗岩”。然而单纯以结构准则来判断矿物结晶的起始和终结顺序未必可靠。而且蚀变成因的假设也无法解释蒙古翁岗岩及熔融或结晶的实验资料。野外观察表明,钽花岗岩呈相对独立的晚期侵入,这为其残余富F岩浆     

5千巴下的霞石-六方钾霞石二元体系

一、前言 霞石-六方钾霞石体系是成岩残余体系(Ne-Ks—Q)三元相图的重要组成部分。1937年,Bowen根据硅酸盐矿物结晶作用的特点,认为岩浆结晶分异过程中,随着含钙、镁、铁组分矿物的析出,结晶分异的最后残余熔体富含钾、钠、铝组分,因而提出了碱-铝硅酸盐体系(即NaAlSiO_4-KAlSiO_4-SiO_2)是成岩残余体系。这个体系引起岩石学、实验岩石学家的巨大兴趣,可以利用它来解释花岗岩及碱性岩的成因。     

探讨太阳星云凝聚模型的一个新思路

本文以陨石的矿物岩石学特征为依据,运用天体化学和太阳系演化学说的基本原理,探讨陨石的凝聚成因,进而提出探讨星云凝聚模型和地球原始成分模型的新思路.1 星云凝聚的可能方式凝聚作用包括由气相到固相,和由气相经过液相再到固相的过程.已知星云的凝聚作用     

安徽铜官山石英闪长岩及其包体锆石U-Pb定年与成因探讨

铜陵地区中酸性侵入岩及其岩石包体的成因与Fe, Cu成矿作用和长江中下游岩石圈动力学演化关系密切. 本文以铜陵地区代表性的中生代中酸性侵入岩铜官山岩体及其岩石包体为研究对象, 进行了仔细的岩相学研究、矿物化学电子探针成分分析和LA-ICPMS锆石U-Pb同位素定年. 铜官山角闪 石-辉石堆积岩包体中辉石、角闪石矿物的化学成分与寄主岩中相应矿物的化学成分呈明显的线性变化, 但Al含量高, 是岩浆侵位前结晶的产物. 铜官山寄主岩及微粒闪长岩包体中辉石、角闪石矿物化学成分相似, 说明它们有密切的成因联系, 形成压力相仿. 铜官山石英闪长岩中锆石颗粒的定年结果表明该岩体的结晶年龄为137.5 1.1 Ma, 与以往不同方法的定年结果十分一致, 但本次锆石U-Pb同位素LA-ICPMS定年同时揭示了晚太古代残留锆石的存在, 证实该地区中生代岩浆作用有古老下地壳物质的参与. 定年结果还表明微粒闪长岩包体的结晶年龄为137.52.4 Ma, 与寄主岩浆的结晶年龄完全一致. 此外, 本文还结合以往的Sr-Nd-Pb同位素资料, 讨论了铜官山石英闪长岩及其包体的成因.     

盐湖卤水蒸发过程中的稳定氯同位素分馏

在28±2℃下进行了察尔汗盐湖卤水的蒸发实验,实验设计为2组,分别为阶段固液相全分离蒸发和固相连续沉积蒸发.在蒸发过程中采集了79件固液样品,并利用基于检测Cs2Cl+的高精度正热电离质谱法进行氯同位素组成测定.根据盐类沉积中Na+,K+,Mg2+的含量变化,整个蒸发过程可分为石盐、光卤石和水氯镁石3个析盐阶段,各析盐阶段固液相间的氯同位素分馏表现出如下特征:在整个析盐过程中均表现为正分馏特征,即37Cl在析出相中富集,引起固液相37Cl的逐渐降低;石盐具有最高的氯同位素分馏系数(h),光卤石(c)次之,水氯镁石(b)最低;实验中曾发现,析出相转变的瞬期,有异常的反分馏现象出现,即35Cl在析出相中富集,但是卤水和固相37Cl值均未出现Eggenkamp等人推算的在光卤石及六水镁石阶段升高的趋势.实验结果表明残余卤水是35Cl的"汇".实验结果与天然钻孔样品观察到的现象一致,这些结果启示37Cl值是一个反映卤水演化阶段的良好指标,对于钾盐勘探工作具有重要意义.     

罗布泊洼地钾盐形成条件和分布规律

一、形成钾盐的基本条件1.罗布泊周围有比较丰富的含钾矿物 罗布泊洼地的钾盐主要来自塔里木盆地周围山地的花岗岩、花岗片麻岩、花岗闪长岩中的石榴石(KAl_2Si_2O_6)、黑云母[K(AlSi_3O_(10))Mg(OH·F)]_2及钾长石(K_2Al_2Si_6O_(16))等。岩层经风化,在长期水流作用下,钾盐成分通过河流(包括灌区回归水)带到罗布泊洼地里。如叶尔羌河、和田河上游广泛分布着晚古生代的花岗岩和前寒     

岩庄陨石的冲击效应和历史:一个不同于L群球粒陨石的特例

许多普通球粒陨石中产出有网状分布的黑色脉体,它具有球粒陨石质的成分,但某矿物或相组合及微结构与陨石主体相有差异,脉体宽度由数微米到大于10 mm不等.这些脉体是陨石在宇宙空间发生碰撞时就地局部熔融的产物,因而被称之为“冲击脉体”.一些有天然产出的高压矿物如橄榄石(α-相)的高压多型林伍德石(γ-相)和瓦士利石(β-相),以及低钙辉石的高压多型镁铁榴石等,就是在L群球粒陨石冲击脉体中发现的,它为高温高压地质学和陨石学提供了重要的矿物依据.最近,我们对这类L群球粒陨石冲击脉体的压力和温度历史作了探讨.     

黄玉云英岩成因的初步实验研究

传统观念认为,黄玉是典型的气成热液矿物,黄玉云英岩则是典型的交代蚀变岩.然而,近年来越来越多的地质地球化学依据表明,产于Ta,Nb矿化富F钠长花岗岩顶部的似层状黄玉云英岩具有岩浆成因特征.本文将通过100MPa,6%F含量条件下钠长花岗岩-H_2O-HF体系熔化结晶实验来论证黄玉云英岩岩浆成因的可能性.1 实验方法实验在RQV-快速淬火高温高压实验装置上完成,实验压力为100MPa,温度为840～500℃,温压的测量误差分别为±3℃和±3MPa.实验试样为湖南香花铺钠长花岗岩,化学组成见表1.根据黄玉云英岩含F4%～7%,选择体系F含量6%和固液比(即试样粉末:HF溶液)=4:1(重量比)进行实验,实验初始物按上述比例装入黄金管,焊前焊后,实验前后均通过称量法检查焊封质量.所有实验均在液相线之上840℃恒温24h,产生均一含F和H_2O的熔体,然后     

正εNd(T)值的准铝-过铝花岗岩:新疆也布山岩体

新疆东准噶尔也布山花岗岩体属于准铝 过铝花岗岩 ,Rb Sr全岩等时线法确定的时代为 2 6 8± 4Ma ,是晚古生代后造山阶段的产物 .也布山岩体的87Sr/ 86 Sr初始比值为 0 .70 4 3± 0 .0 0 0 7,εNd(T) = 5.51～ 5.85,表明岩浆起源于亏损地幔 .推测亏损地幔经过交代作用后再发生部分熔融 ,所产生的基性岩浆发生强烈的分异演化 ,除分离结晶作用外 ,还受到很少量年轻地壳物质混染 ,使得εNd(T)值有所降低、TDM 值变大 .Sr Nd同位素特征表明 ,也布山岩体和乌伦古河碱性花岗岩都是导致显生宙陆壳生长的新生地壳物质 .     

碾子山A型花岗岩两阶段水-岩相互作用的氧同位素证据

利用常规BrF5法和激光探针技术对中国东部有代表性的中生代碾子山A型花岗岩全岩、石英、碱性长石、磁铁矿以及锆石进行了系统的氧同位素分析。与造岩矿物δ^18O值变化范围相对较大（＞3．0‰）形成鲜明对照的是,锆石样品δ^18O值的分布相对较为集中（3．12‰－4．19‰）并明显偏低。表明该岩体曾先后经历过两阶段的水－岩相互作用。早期与海水发生过高温同位素交换的下部洋壳通过板块俯冲发生低程度部分熔融衍生出低δ^18O值的A型花岗岩浆。在岩浆期后高温亚固态条件下花岗岩与大气降水之间发生第2次同位素交换。第1阶段的水－岩交换导致碾子山A型花岗岩源岩δ^18O值明显低于正常地幔氧同位素组成变化范围。第2次水－岩朴素作用则造成锆石与造岩矿物之间不平衡的氧同位素分馏。     

Y984028火星陨石的岩石矿物学特征和冲击变质

Y984028 是一块新的二辉橄榄岩质火星陨石, 具有两种明显不同的岩石结构: 粒间结构和嵌晶结构. 与嵌晶结构区域的矿物相比, 粒间区域的铁镁质硅酸盐贫FeO、铬铁矿贫TiO₂. 虽然Y984028 的岩石结构和矿物化学成分与GRV 99027 非常相似, 但两者的冲击变质特征有明显差异, 表明Y984028 不是GRV 99027 的成对陨石. Y984028 经历了强烈的冲击作用, 冲击后由于该陨石没有遭受明显的热变质, 因而该样品是研究类地行星早期撞击过程的探针. Y984028 熔脉中主要包含细小的矿物碎屑, 部分矿物边缘发育细粒化结构, 没有发现任何高压相矿物, 表明Y984028 在撞击过程中发生了部分熔融, 在较低压力下发生淬火.