大别山榴辉岩中超高压硬柱石脱水分解及其对俯冲带深部流体活动的制约

硬柱石在基性岩石中通常稳定在低温-(超)高压的条件下.它是控制俯冲板片吸水/脱水、俯冲带流体演化和微量元素迁移的关键矿物.目前对大陆俯冲带榴辉岩中硬柱石分解过程和相关流体-元素活动的研究还很有限.大别山超高压变质带港河地区含硬柱石假象榴辉岩及内部发育的绿辉石-绿帘石脉体是进行该项研究的理想样品.通过矿物化学分析、相平衡模拟和质量平衡分析,证实港河榴辉岩中早期存在过超高压硬柱石.硬柱石在650-680℃/2.8-3.0GPa的条件下发生分解,释放大量超高压富水流体.脱水过程导致榴辉岩体积收缩和局部水压破裂,形成大量裂隙.富水流体汇聚进入裂隙,溶解裂隙(脉体)周围榴辉岩中绿帘石、蓝晶石、石英、金红石和磷灰石等矿物,同时导致靠近流体榴辉岩中主微量元素发生不同程度地迁移.逐渐靠近流体,水/岩比增大,溶解的强度和元素迁移的程度逐渐越大.富集硅酸盐组分和微量元素的超高压流体在榴辉岩折返过程中结晶成绿辉石-绿帘石脉体,残余的高压流体此后渗透进入榴辉岩,形成晚期的多硅白云母和冻蓝闪石等富集水溶性元素的变斑晶含水矿物.     

新疆西南天山超高压变质带的空间分布、峰期变质时代和P-T轨迹特征

总结了近年来有关新疆西南天山超高压变质带研究取得的进展.根据新发现的柯石英矿物包体,结合以前报道的一些超高压变质矿物学证据,在西南天山蓝片岩-榴辉岩带中确定了长约80 km,宽10 km以上的超高压变质带,这是目前出露规模最大的洋壳岩石深俯冲超高压变质带,并确定了其由南向北的俯冲带极性.对含有柯石英的石榴石云母片岩中变质生长锆石边的定年,获得超高压变质时代为320±3.7 Ma,结合退变榴辉岩中获得的233-226 Ma变质边锆石的时代,确定了其退变过程经历了漫长的变质演化.根据详细的岩石学相平衡模拟计算,确定了西南天山含柯石英榴辉岩和石榴石多硅白云母片岩的P-T轨迹都具有热弛豫特征,即温度峰值期滞后于压力的峰值期,表明超高压变质岩石在俯冲通道中经历了缓慢的、长时间的升温减压抬升过程.根据少量的榴辉岩透镜体包裹于大面积的云母片岩中的野外产状特征,而且含柯石英榴辉岩和云母片岩都具有相似的P-T轨迹,提出了西南天山超高压变质榴辉岩的抬升可能是由于大面积的低密度的云母片岩抬升折返过程中把密度较大的榴辉岩携带到地表的新认识.     

大陆碰撞过程中地壳深熔的岩石学证据:以苏鲁造山带超高压变质岩为例

岩石学显微结构证据表明,苏鲁造山带西南部超高压变质岩石经历了不同程度的深熔作用.在花岗片麻岩和石英岩中识别出结晶自深熔熔体的锆石,其U-Pb年龄集中在220±2 Ma.少量深熔锆石含有柯石英包裹体,U-Pb年龄主要集中在224±2 Ma,部分与含较低压矿物包裹体的锆石域类似.因此,深熔作用开始于早期折返阶段,部分仍处于超高压变质域.折返过程中多硅白云母脱水熔融是这些岩石发生深熔的主要机制.黝帘石榴辉岩的石榴石和绿辉石中发现了由石英+斜长石±钾长石±重晶石组成的多相固体包裹体.它们具有高钠和变化的钾含量,可能是榴辉岩中黝帘石和多硅白云母脱水分解诱发部分熔融形成,同时深熔过程中有大量绿辉石的参与.超高压变质岩石在地幔深度的部分熔融,可能促进了深俯冲陆壳在俯冲隧道内部的快速折返.     

大别山与榴辉岩共生大理岩的碳同位素异常

大量的构造地质和岩石学研究揭示,大别山存在超高压变质岩石单元,主要由长英质片麻岩以及少量榴辉岩和大理岩透镜体或条带组成,伴生有极少量的超镁铁岩和石英片岩。大别山变质杂岩已经成为扬子板块与中朝板块之间陆-陆碰撞缝合带的标志。榴辉岩中柯石英和金刚石的发现大大促进了对超高压变质作用及板块俯冲至地幔深度的地球动力学意义的研究。     

柴达木北缘榴辉岩中的柯石英及其意义

柯石英是超高压变质作用的直接标志. 柴北缘副片麻岩的锆石中已报道有柯石英包体的存在, 但在榴辉岩中还没有发现柯石英保存. 通过详细的岩相学观察和拉曼光谱的测定, 在柴北缘阿尔茨托山(都兰超高压变质单元南带)的榴辉岩中发现柯石英, 这些柯石英在石榴子石中呈包体分布, 部分被具有栅状结构的石英替代. 这是柴北缘地区首次在榴辉岩中发现柯石英, 也与榴辉岩670 ~ 730℃和2.7~3.25 GPa的温压估算相符合. 除柴北缘都兰超高压单元之外, 柴北缘其他单元的榴辉岩及相关岩石中还没有发现柯石英及其假象, 是否柴北缘普遍经历过超高压变质作用还需进一步研究.     

深俯冲大陆板块折返过程中的流体活动

与洋壳俯冲过程中释放大量流体引起同俯冲岛弧岩浆作用、形成石英脉和变质矿床等现象相比, 陆壳俯冲过程以相对缺乏流体为特征. 但是在深俯冲陆壳的折返过程中, 含水矿物分解、原生包裹体爆裂和结构羟基出溶能够产生可观的含水流体, 成为碰撞造山带变质作用、岩浆作用乃至成矿作用研究的重要目标之一. 根据对大别-苏鲁造山带超高压变质岩中流体活动程度和总量的研究, 发现深俯冲陆壳折返过程中的流体活动具有如下效应: (1) 弥散式流体流动导致广泛的角闪岩相退变质; (2) 隧道式流体流动在榴辉岩内部形成高压石英脉; (3) 聚集式流体流动引起上覆岩石部分熔融, 在造山带内部形成同折返岩浆岩. 由超高压矿物降压释放羟基所形成的含水流体以低盐度为特征, 并且能够形成弥散式或隧道式流体流动. 因此, 研究超高压岩石折返过程中的流体活动, 不仅对于认识陆陆碰撞造山带的地球动力学过程, 而且对理解壳幔物质再循环及其有关的岩浆作用具有重要意义.     

北祁连和北阿尔金含硬柱石榴辉岩: 冷洋壳俯冲作用的证据

通过大量岩相学和矿物化学研究, 在北祁连和北阿尔金高压低温变质带中发现有含硬柱石的榴辉岩. 硬柱石包裹在石榴子石中, 并与绿辉石和多硅白云母共生. 应用Grt-Omp-Phe矿物压力计和Grt-Omp矿物温度计, 获得北祁连榴辉岩中含硬柱石共生组合的变质条件为420~510℃和2.1~2.4 GPa, 估算的温压条件处于硬柱石榴辉岩相稳定区域, 据此推断榴辉岩形成的地温梯度为6~8℃/km, 属于典型冷洋壳俯冲带变质产物. 北祁连和北阿尔金均产出含硬柱石的榴辉岩, 进一步证明了北阿尔金高压/低温变质带可能是北祁连高压/低温变质带的西延部分.     

大陆深俯冲的矿物学证据

金刚石是反映超高压变质条件的关键指示矿物, 尤其是它在榴辉岩相岩石中的产出, 证明这种岩石已经受到了大于3.3 GPa压力的超高压变质作用. 按正常的静岩压力梯度计算, 对应的深度可达120 km以上. 由于超高压榴辉岩通常是玄武质岩石随板块俯冲到地幔深度后的变质产物, 金刚石在榴辉岩中的产出证明地壳岩石通过板块俯冲进入上地幔深度, 然后又折返回到地表, 经历了一个完整的地球动力学循环......     

青岛仰口榴辉岩中粒间柯石英的发现及其意义

柯石英是SiO_2的高压变种,在700～800℃时转变的压力是2.7～2.9GPa,因此柯石英和柯石英假象是用来确认超高压变质作用的标志矿物。到目前为止,柯石英和柯石英假象在西阿尔卑斯、挪威Caledonides、哈萨克斯坦、德国和前捷克的Saxonian Erzgebirge、波兰Sneznik山以及我国大别-苏鲁高压超变质带的榴辉岩及其他超高压变质岩中已有大量报道。这些柯石英多以单矿物包裹体的形式产出于石榴子石、绿辉石、蓝晶石、绿帘石、硬玉甚至白云石、电气石、氟磷镁石、锆石和金刚石中。柯石英的边缘常转化为栅状或细粒石英集合体,构成柯石英假象。环绕柯石英及其假象,主晶矿物常发育有放射状裂纹。Schertl等发现在Dora Maira超高压镁铝榴石石英岩的基质中有许多类似柯石英假象的栅状石英集合体,有些沿镁铝榴石边缘的裂隙与包裹于镁铝榴石中的柯石英外缘的栅状石英集合体连为一体,从而证明了粒间柯石英存在的可能性,但真正的粒间柯石英从未有过报道。     

西南天山阿坦塔义一带片岩和榴辉岩中的柯石英

柯石英是超高压变质作用发生的标志矿物.西南天山造山带阿坦塔义地区的高压变质岩中迄今未发现柯石英,其变质峰期条件颇具争议.对这一地区的主体岩石类型——片岩和榴辉岩开展了详细的岩相学和显微拉曼光谱分析,识别出阿坦塔义河沿岸3处露头的岩石含有柯石英.含柯石英的片岩主要由钠长石、石榴石、钠钙质角闪石、石英和白云母构成;含柯石英的榴辉岩主要由绿辉石和石榴石构成.柯石英的发现表明这一地区的榴辉岩及其围岩整体经历了超高压变质作用,西南天山超高压地质体的南北宽可达10km,其东西长可达60～80km.     

大陆俯冲带流体活动和元素迁移:大别-苏鲁超高压变质岩和变质脉的研究

大别-苏鲁超高压变质岩和变质脉的岩石学及地球化学研究表明,在大陆俯冲带流体-岩石反应过程中,伴随着显著的元素迁移和同位素分馏.大别-苏鲁造山带高压脉中单矿物(如金红石和多硅白云母)具有明显的生长环带,指示变质脉是流体-岩石相互作用的结果.较高的流体/岩石比和强烈的二者相互作用是导致Nb-Ta迁移和分异的主导因素.对中国大陆科学钻探主孔石榴橄榄岩、榴辉岩和变质脉的Li和B同位素地球化学研究,表明在陆壳深俯冲和折返过程中Li和B发生了明显的分馏且表现出不同的地球化学行为.富集Si,Al,Na,LILE(如Rb,Ba和Sr)和HFSE(如Nb,Ta和Ti)的高压变质脉的存在以及不同岩性接触带高度变化的地球化学特征指示,在峰期超高压变质条件下可能形成了超临界流体,它对微量元素的迁移起到了非常重要的作用.     

西大别超高压榴辉岩中石英脉锆石年龄和Hf同位素组成

对西大别红安地区超高压榴辉岩中石英脉的锆石进行了U-Pb年代学和Hf同位素组成的研究. 结果提供了超高压变质岩石折返阶段流体活动的时间、条件和流体来源等方面的信息. 石英脉中的锆石具有非常完好的晶型, 振荡环带或弱分带结构, 表明它们是从石英脉形成过程中的流体中结晶出来的. 它们的206Pb/238U加权平均年龄为(224.7 ± 1.3) Ma, 是石英脉形成时间的最佳估计值, 记录了超高压岩石早期榴辉岩相折返阶段流体的活动. 热液锆石具有非常低的Lu/Hf同位素比值, 与它们形成于榴辉岩相变质作用阶段相一致. 这些锆石的Hf同位素组成与寄主榴辉岩中的锆石一致, 指示石英脉形成过程中只有小规模的流体活动, 流体为内部来源. 因此, 热液锆石的Lu-Hf同位素体系可以为流体的形成条件、性质以及来源提供有效的制约.     

阿尔金榴辉岩中超高压变质作用证据

阿尔金榴辉岩中石榴石具有大量特征结构的多晶石英包体，显示了峰期条件下柯石英存在的可能性。榴辉岩中绿辉石和磷灰石矿物中的出熔结构以及含多硅白云母榴辉岩的温度、压力计算，为阿尔金榴辉岩中超高压变质作用的存在提供了进一步的证据，结合在柴北缘地区榴辉岩围岩中柯石英的确定，确定在中国西部存在一条被巨型走滑断裂（阿尔金断裂）所切割的超高压变质带。     

西天山高压-超高压变质带折返过程中的流体活动证据:高压脉体和异剥钙榴岩

西天山造山带以发育蓝片岩和低温榴辉岩著称,蓝片岩中的大量榴辉岩相脉体记录了蓝片岩-榴辉岩相转变时的流体活动.详细的野外调查发现,西天山超高压榴辉岩内也发育了大量的高压脉体,而与蛇纹岩伴生的榴辉岩则受到了明显的异剥钙榴岩化改造,这些都是俯冲带变质作用过程中流体活动的直接证据.超高压榴辉岩内发育的高压脉体主要有3种类型,分别为绿辉石脉、石英脉和黝帘石脉,这些脉体不同程度地切穿了早期的面理.脉体石榴石是物理迁移的结果,而其他脉体矿物如榍石、绿辉石、黝帘石、白云石和磷灰石等,是从高压流体中晶出的.高压流体对钡元素具有富集作用,流体成分在时空上存在不均一性.这些普遍发育的脉体形成于超高压榴辉岩折返阶段,表明在减压过程中也可以发生强烈的流体活动和微量元素迁移.西天山异剥钙榴岩的原岩年龄为-420 Ma,异剥钙榴岩化作用发生在折返阶段(-290 Ma).在部分异剥钙榴岩化阶段,流体富集Ca,Si,Ti,Mn,Nb,Ta,Zr和Hf,亏损Fe,Mg,Na,K,REE,Tb和Y,氧逸度高,流体对岩石的交代作用不彻底,发育不平衡矿物结构;在完全异剥钙榴岩化阶段,流体富集Ca,Mg,LREE,Ni和Cr,亏损Fe,Ti,Rb,Ba,MREE和HREE,流体作用强烈,富水流体相的强烈淋滤作用使大部分元素发生迁移.     

大洋型超高压变质带的地质特征及其研究意义: 以西南天山、柴北缘超高压变质带为例

在总结洋壳深俯冲超高压变质带的基本地质特征的基础上, 较深入地论述了洋壳深俯冲超高压变质作用研究意义和存在的问题. 大洋型超高压变质带的基本特征是以典型的洋壳组合的原岩建造为特征, 其变质作用峰期温度较低属于低温榴辉岩相范围, 在递进和退变过程中出现蓝片岩相变质过程, 具有低的、冷俯冲带的地热梯度, 并且在岩石组合方面常常与蛇绿岩带伴生. 大洋型超高压变质带的深入研究对于建立冷俯冲带变质反应系列, 探讨俯冲带的水流体是如何被带到地幔深处以及建立冷俯冲带超高压变质作用类型都具有重要意义. 深俯冲超高压变质洋壳岩石抬升、折返机制的研究是目前超高压变质作用研究最具挑战性的问题之一, 其深入研究对于探讨超高压变质作用发生机理、建立更加广泛的超高压变质岩石抬升、折返机制具有重要意义; 洋壳深俯冲超高压变质岩作为俯冲到地幔深度又折返到地表的岩石, 见证了俯冲与折返的全过程, 是研究俯冲变质带中元素地球化学行为及其物质循环的最理想场所之一; 洋壳俯冲到陆壳俯冲-碰撞是俯冲碰撞造山带形成演化的基本方式, 也是目前板块构造理论研究的前沿领域. 同时, 对中国西部西南天山和柴北缘2个具有洋壳深俯冲特征的超高压变质带研究现状和存在的问题也展开了讨论.     

北秦岭含柯石英斜长角闪岩的发现及其地质意义

详细的激光拉曼光谱分析,在陕西丹凤县城东北部的秦岭岩群斜长角闪岩锆石中发现柯石英、绿辉石、石榴子石和金红石等多种矿物包裹体.柯石英具有典型的524 cm?1主峰以及270和151 cm?1次峰的拉曼光谱组合,绿辉石显示680 cm?1拉曼特征峰.柯石英、石榴子石和绿辉石显微包裹体的发现证明,丹凤斜长角闪岩应该是退变的超高压榴辉岩,变质的峰期压力2.8 GPa.利用LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年方法,结合锆石CL图像特征、显微包裹体分布和微量元素组成,得到丹凤含柯石英斜长角闪岩的峰期变质时代为496.9±2.5 Ma,并同时得到451.7±4和425.8±3.3 Ma两期叠加变质事件年龄.丹凤斜长角闪岩锆石包裹体中柯石英的发现以及年代学研究结果与前人在邻区斜长角闪岩锆石包裹体中微粒金刚石的发现和490.4±5.8 Ma峰期变质年龄的获得,以及秦岭岩群已有榴辉岩和超高压长英质片麻岩普遍获得的~500 Ma的峰期变质以及~450和~420 Ma的后期构造事件叠加完全一致,表明北秦岭构造带的秦岭岩群在~500 Ma的早古生代确实经历过超高压变质作用,存在巨量陆壳物质的深俯冲.     

苏鲁超高压榴辉岩长英质多晶包裹体中盐类固体包裹体

在江苏东海超高压榴辉岩中,绿辉石中发育罕见的钾长石+石英+榍石和钾长石+钠长石+石英+绿帘石等多晶包裹体.这些包裹体和纯钾长石+石英多晶包裹体具有类似的结构.在钾长石+钠长石+石英+绿帘石多晶包裹体发现方块状和浑圆状氯化钾-氯化钠(NaCl-KCl)固体包裹体.在含钾长石多晶包裹体中发育盐类固态包裹体表明:在超高压变质期间或在超高压榴辉岩快速折返早期,存在富含Cl的钾质花岗质熔体,钾质熔体与石英(或柯石英)和绿辉石反应形成钾长石+石英?钠长石±榍石±绿帘石组合.含氯熔体的脱水干化作用导致氯化钠-氯化钾(NaCl-KCl)固体包裹体的形成.同时表明,发生深俯冲的大陆地壳物质可能发生过部分熔融,形成含氯的钾质熔体,促进保守元素(Ti,Hf等)的迁移.     

中国山东威海含柯石英麻粒岩的发现

随着柯石英榴辉岩不断被发现,中国大别山-苏北-胶东超高压变质带已成为世界地球科学界研究的热区。但是,在本研究之前,含真柯石英的榴辉岩只见于大别山和苏北,而且巳发现的柯石英榴辉岩至多局部受到角     

大别山榴辉岩带的高压硬玉石英岩块体及其地质意义

大别山区的高压变质岩是多种类型的。已识别出的高压岩石包括榴辉岩-大理岩块、榴辉岩-超镁铁质岩块和榴辉岩-高压片麻岩(包含硬玉石英岩)块。由于在某些围岩片麻岩和榴辉岩所夹持的片麻岩中发现了柯石英假象,一些研究者由此推断大别山——苏鲁榴辉岩及其围岩是一个巨型的原地型超高压变质带。但笔者认为,详细区分两类片麻岩,即与榴辉岩一起经受了高压变质的片麻岩和作为区域性围岩存在的中低压变质片麻岩,仍是一项重要而     

南苏鲁超高压岩石含柯石英锆石中的流体包裹体

对锆石微区性质、显微结构、激光Raman测试及阴极发光图像的研究结果表明, 南苏鲁中国大陆科学钻探工程主孔片麻岩和退变榴辉岩中的锆石均保存了与柯石英等典型超高压矿物共存于同一变质增生锆石微区中的流体包裹体, 多数为CO₂(气)-H₂O(液)两相, 且以H₂O液相为主的流体包裹体, 少数为单一的H₂O液相流体包裹体, 表明苏鲁地体的榴辉岩及其围岩在超高压变质阶段并非处于“干体系”环境, 而是处在有流体参与的相对“湿体系”环境. SHRIMP定年结果显示, 含柯石英+流体包裹体的变质增生锆石微区的U-Pb年龄为233.7±4.3 Ma, 可能代表了苏鲁地体超高压变质峰期阶段至峰后降压初始阶段锆石生长时间. 其他锆石边的U-Pb年龄为213.2±5.2 Ma, 代表角闪岩相退变质过程中锆石增生的时间. 因此, 苏鲁地体超高压岩石折返过程中的流体活动主要出现在中晚三叠世, 不过在超高压阶段依然存在流体活动. 这些结果不仅为进一步深入探讨超高压变质过程中流体性质、演化以及流体-岩石相互作用机理提供重要的信息, 而且为今后在世界各地超高压岩石中准确识别原生流体包裹体提供了新的研究方法.