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.     

青岛仰口榴辉岩的Nd同位素不平衡及二次多硅白云母Rb-Sr年龄

退变质的青岛仰口含柯石英榴辉岩含两期白云母, 并以沿构造面理发育的二次多硅白云母为主. 由于退变质作用, 石榴石与退变质绿辉石以及二次多硅白云母之间均存在Nd, Sr位素不平衡. 因此多硅白云母 石榴石或含石榴石全岩给出的Rb-Sr年龄((193±4)~(195±4) Ma)高估了该白云母的形成时代. 二次多硅白云母与退变质绿辉石组合给出的较年轻Rb-Sr年龄 ((183 ± 4) Ma)可能更接近该云母的形成时代. 该年龄指示的是榴辉岩经历的退变质事件的时代而非超高压榴辉岩快速冷却至500℃ (白云母Rb-Sr封闭温度)的年龄, 这对文献中发表的类似白云母Rb-Sr年龄的解释有重要意义.     

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.     

大别超高压变质岩折返至地表的时间下限: 大别山北麓晚侏罗世砾岩中发现榴辉岩砾石

在大别山北麓晚侏罗世凤凰台组砾岩中发现了榴辉岩砾石，榴辉岩退变质作用较强，尚残存的主要矿物有石榴石、多硅白云母、石英、金红石、斜黝帘石、指纹（或蠕虫）状后成合晶和赋存在石榴石中的柯石英假象包体。石榴石端员组分主要为钙铝榴石27．7％－37．8％，铁铝榴石45．5％－49．0％，镁铝榴石12．3％－25．7％，镁铝榴石端员组分＜30%,相当于C类榴辉岩。多硅白云母中硅阳离子为3．44－3．54p.f.u.(以O＝11为基准），经估算其力为2．5－3．2GPa，温度为600－900℃,指示大别高压－超高压变质岩自三叠纪形成之后，经折返抬升至晚侏罗世之前已经到达地表。     

南苏鲁超高压榴辉岩中罕见的原生高密度盐水溶液包裹体

在南苏鲁超高压变质带发现了原生高密度流体包裹体. 这种包裹体在超高压榴辉岩的石榴石中呈孤立和小群分布, 冷冻法确定包裹体的低共熔温度≤–52℃, 在重复冷冻-升温的特定阶段, 液相包裹体中出现气泡, 测得液-气均一温度≤–12.5℃, 由此得到流体成分属CaCl₂-NaCl-H₂O体系, 流体密度为1.27 g/cm³, 在相当于榴辉岩相峰期温度下的压力约为2.4 GPa, 接近超高压变质条件. 这类包裹体在榴辉岩的折返过程中与寄主矿物发生反应, 形成含水硅酸盐矿物, 并使其密度降低, 转变成气液多相包裹体.     

河南桐柏地区榴辉岩的特征及其地质意义

首次在河南桐柏地区发现了榴辉岩及相应的高压变质带 .榴辉岩和可能由榴辉岩退变形成的石榴角闪岩呈透镜状产于云母片岩中 .新鲜的榴辉岩由石榴石、绿辉石、石英、金红石、多硅白云母、冻蓝闪石等组成 .石榴石的成分特点和有关的地质温压计表明它们属于低温榴辉岩 .云母片岩由多硅白云母、石英、石榴石和金红石等组成 ,也为高压组合 .榴辉岩及有关高压变质带的时代可能为早古生代 ,与大别印支期高压、超高压变质带不同 .     

深俯冲陆壳岩石部分熔融与苏鲁超高压榴辉岩中长英质多晶包裹体的形成

在苏鲁超高压榴辉岩中, 石榴石和绿辉石包含两类长英质多晶包裹体. 第一类由钠长石、石英和少量钾长石组成; 第二类主要由钾长石和石英组成, 不含钠长石. 在超高压基性榴辉岩中, 长英质多晶包裹体的存在进一步表明: 在快速折返早期, 深俯冲大陆地壳物质发生过明显的云母(钠云母或多硅白云母)部分熔融作用, 形成含水的纯花岗质Na-K-Al-Si熔体. 这些熔体被重结晶的石榴石或绿辉石捕获, 发生脱水结晶作用, 形成含长石和石英的多晶聚合体. 长英质熔体的存在不仅导致流体中活动元素, 如大离子亲石元素(LILE), 而且是导致流体中不活动元素, 如高场强元素(HFSE)迁移的重要机制. 同时深俯冲大陆岩片的部分熔融作用有效地改变了岩石的物理性质, 是强化深俯冲岩石快速折返的重要因素之一.     

大别山黄镇榴辉岩和蓝晶石-石英脉中硬柱石分解的岩石学研究及其流体活动意义

高压-超高压变质榴辉岩中石英脉的产出反映了板块俯冲或折返过程中的流体流动, 但是对成脉过程的温压条件常常缺乏岩石学制约. 对大别造山带黄镇地区低温榴辉岩及其中蓝晶石-石英脉的岩石学研究表明, 脉中呈柱状形态的蓝晶石-黝帘石-石英集合体是硬柱石分解后的假象. 柯石英假象也首次在该地区榴辉岩的石榴石中发现, 证明这些低温榴辉岩经历了超高压变质作用. 热力学温压条件计算表明, 该榴辉岩经历的峰期变质条件为670℃/3.3 GPa, 已达到石墨向金刚石转化的边界. 石英脉中的石英晶体不见波状消光、折曲和碎裂现象, 也没有发现柯石英假象; 根据石英脉中矿物共生组合进行热力学平衡计算得到的成脉温压条件与寄主榴辉岩一样, 明显高于板块俯冲进变质过程中硬柱石分解曲线. 这些观察证明, 石英脉形成于峰期超高压变质之后的板块折返过程中. 因此, 硬柱石分解为蓝晶 石-黝帘石-石英并释放水的反应是在峰期变质之后的折返过程中发生的. 这表明陆壳深俯冲时不仅能够将含水矿物如硬柱石中的水带到地幔深处, 而且可以在折返时释放出来.     

徐淮地区早侏罗世侵入杂岩体中榴辉岩类包体的发现及其地质意义

分布于皖北和苏北徐淮地区的早侏罗世侵入杂岩体主要由二长闪长斑岩组成，其形成时代为191Ma，岩体中含有大量的榴辉岩类包体，主要由榴辉岩和石榴辉石岩组成，它们经历了榴辉岩相高压变质和角闪岩相退化变质两个阶段。包体榴辉岩中的石榴石以铁铝榴石为主；单斜辉石主要是绿辉石和普通辉石。矿物组合及温度和压力计算结果表明，该类包体榴辉岩相变质的温度和压力条件为大于1.2-1.5GPa和709-861℃；角闪岩相退化变质的温度和压力条件为0.70-1.03GPa和666－738℃，该类高压捕虏体的发现不仅对了解华北陆台南缘深部陆壳的物质组成与结构具有重要意义，而且可能对认识大别－苏鲁超高压变质带的俯冲－碰撞－折返演化过程产生重要影响。     

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.     

青藏高原羌塘中部榴辉岩的发现及其意义

在羌塘中部的白云母蓝闪石片岩和石榴石白云母片岩中发现透镜体产出的榴辉岩, 大地构造位置位于龙木错-双湖板块缝合带的南侧. 蓝闪石⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄为220 Ma, 白云母⁴⁰Ar-³⁹Ar 年龄221.9 Ma. 榴辉岩主要由石榴石、绿辉石、多硅白云母和金红石等矿物所组成, 绿辉石含有32.7%~38.95%的硬玉分子. 地质温压计估算表明, 榴辉岩相变质作用发生在温度不超过500℃, 压力在1.56~2.35 GPa的条件. 青藏高原羌塘榴辉岩的发现进一步说明羌塘中部可能存在印支期的板块缝合带, 对探讨羌塘地区的古板块体制和演化具有重要意义.     

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。     

多硅白云母过剩Ar成因及绿辉石Ar-Ar年龄谱意义： 以南大别超高压榴辉岩为例

通过对南大别碧溪岭和横冲两地超高压榴辉岩中多硅白云母和绿辉石的Ar Ar同位素年代学研究 ,揭示出多硅白云母过剩氩的含量高达 ( 0 .4～ 1 .3)× 1 0 -8mol·g-1,进而提出 ,超高压条件下游离Ar从介质向矿物的反向扩散是产生过剩氩的重要条件 .绿辉石Ar Ar年龄谱难以支持加里东期和前加里东期超高压变质的观点 .     

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.     

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.     

多硅白云母过剩Ar成因及绿辉石Ar-Ar年龄谱意义:以南大别超高压榴辉岩为例

通过对南大别碧溪岭和横冲两地超高压榴辉岩中多硅白云母和绿辉石的Ar-Ar同位素年代学研究 ,揭示出多硅白云母过剩氩的含量高达( 0 .4～1 .3)×10 ^-8mol·g^-1,进而提出 ,超高压条件下游离Ar从介质向矿物的反向扩散是产生过剩氩的重要条件 .绿辉石Ar-Ar年龄谱难以支持加里东期和前加里东期超高压变质的观点 .     

深俯冲大陆地壳的部分熔融:大别造山带超高压榴辉岩中多相固体包裹体证据

在大别造山带双河地区中温超高压榴辉岩中,石榴石含有不同类型的多相固体包裹体,从纯石英到纯钾长石,以及钾长石+石英±其他硅酸盐(钠长石、斜长石、绿帘石、褐帘石或重晶石).这些多相固体包裹体以钾长石+石英为主,呈细晶交互生长结构,为自形至半自形且具有放射状爆裂纹,与石榴石或绿辉石中柯石英假象或柯石英包裹体类似.研究指示,在深俯冲陆壳折返早期,超高压岩石发生降压脱水乃至部分熔融,形成了这些富Si-K-Al的长英质熔体.采用原位LA-ICPMS分析技术,对长英质多相固体包裹体进行微量元素分析,分别采用外剥法和内剥法这两种方法,定量计算熔体微量元素组成.结果显示,两种方法给出了相似的微量元素组成,具有相对富集LILE,Sr和Pb,相对亏损HFSE的微量元素分布型式,与弧型岩浆岩的分布型式相近.熔体具有变化的K,Rb和Sr含量,说明可能是多硅白云母脱水引发部分熔融,继而形成具有长英质成分的多相固体包裹体.     

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.     

荣城榴辉岩的氧同位素组成

荣城3类经历过超高压变质的榴辉岩具有明显不同的氧同位素组成. 产于区域片麻岩和超镁铁岩中的榴辉岩具有通常榴辉岩的氧同位素组成, 而产于大理岩中的榴辉岩特别富集¹⁸O. 各类榴辉岩的石英-石榴石氧同位素温度大体指示榴辉岩的形成温度, 由此估计榴辉岩的峰期变质温度平均略高于800℃, 与其他地质温度计估计的温度基本一致. 荣城杨官屯大理岩中榴辉岩包体的δ¹⁸O值远比大别山和苏鲁地体其他地区的榴辉岩(包括大理岩中的榴辉岩包体)都高. 矿物的氧同位素分析结果表明荣城的榴辉岩形成温度总体上高于大别山和苏鲁西南部地区, 而不同矿物对估计的同位素温度数据分散反映该地区超高压榴辉岩抬升期间普遍遭受过叠加变质作用.     

大别山金河桥榴辉岩中金红石Zr温度计及其意义

对大别山金河桥超高压榴辉岩中的金红石进行了电子探针微量元素分析, 得出其Zr含量为37~118 μg·g^-1, 并且同一薄片内不同颗粒之间的Zr含量存在明显差别. 应用压力校正的金红石Zr含量温度计, 以压力上限4.1 GPa计算得到的温度(595~678℃)仍比石榴石-绿辉石Fe-Mg配分温度(846±70)℃低200~250℃, 但是比石英-金红石矿物对氧同位素温度及U-Pb体系封闭温度高150~200℃. 这指示, 金红石中Zr的扩散速率明显比Pb和O慢, 与已知的实验研究结果一致, 表明金红石Zr温度高于U-Pb同位素定年体系冷却年龄对应的封闭温度. 超高压岩石折返过程中降压扩散和流体参与下的退变质重结晶可能是造成金红石Zr含量降低而没有记录峰期温度的主要因素. 金红石粒间Zr含量的显著差别表明, 金红石中Zr的配分可能处于差异性扩散和退化不平衡状态.