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.     

淡色花岗岩岩石化学特征及蚌埠淡色花岗岩

淡色花岗岩具有相对窄的SiO₂变化范围(70.5%~75.5%), 且相同SiO₂时淡色花岗岩具有相对高的Al₂O₃(>13.5%)含量和相对低的TFeO+MgO含量(<2.5%). 这些岩石化学特征反映了淡色花岗岩较普通花岗岩具有较低的熔融温度和较少分离结晶作用影响. 据此, 提出有效区别淡色花岗岩与普通花岗岩的Al₂O₃-SiO₂和TFeO+MgO-SiO₂判别图. 本文报道了蚌埠地区荆山-涂山-蚂蚁山侏罗纪花岗岩侵入体的主要元素组 成, 并通过对比其与高喜马拉雅淡色花岗岩的矿物学和岩石化学特征, 判定蚌埠荆山-涂山-蚂蚁山岩体为一淡色花岗岩带. 蚌埠淡色花岗岩的Mg^#值较低, 与高喜马拉雅淡色花岗岩类似, 指示其源区为华南俯冲陆壳在地壳深度、低温脱水熔融的成因.     

藏南也拉香波穹隆早渐新世地壳深熔作用及其地质意义

藏南也拉香波穹隆位于近东西向展布的北喜马拉雅片麻岩穹隆(NHGD)最东端, 主要由石榴角闪岩、石榴云母片麻岩、花岗岩和淡色花岗岩组成, 提供了限定NHGD形成和演化的重要机会. SHRIMP锆石U-Pb地质年代学研究表明该穹隆中的淡色花岗岩形成于(35.3±1.1) Ma, 明显老于位于该穹隆以西类似的淡色花岗岩. 淡色花岗岩的全岩Sr和Nd同位素组成揭示该花岗岩是石榴角闪岩和变泥质岩混熔的结果, 其中角闪岩部分熔融起主导作用. 在喜马拉雅造山带早期岩浆作用中, 角闪岩脱水部分熔融作用要强于泥质片麻岩, 是促使藏南拆离系开始活动的主要因素     

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.     

北喜马拉雅萨迦穹窿中苦堆和萨迦淡色花岗岩的U-Pb年龄及其地质意义

利用TIMS方法, 对产于北喜马拉雅萨迦穹窿中的苦堆和萨迦淡色花岗岩锆石、独居石和磷钇矿进行了U-Pb定年. 结果表明, 苦堆淡色花岗岩的岩浆结晶年龄为27.5±0.5 Ma, 而萨迦淡色花岗岩的岩浆结晶年龄为14.4±0.2 Ma, 因此将北喜马拉雅淡色花岗岩形成的时间跨度从原有的15~10 Ma扩展到27.5~10 Ma, 并据此对北喜马拉雅淡色花岗岩的成因机制进行了年代学制约, 指出北喜马拉雅淡色花岗岩有着多样的成因机制.     

小兴安岭西北部新开岭-科洛杂岩锆石SHRIMP年代学研究及其意义

兴蒙造山带东段小兴安岭西北部出露的新开岭-科洛杂岩主要由变质岩、构造片岩和花岗岩类组成. 前人依据变质程度将该杂岩划归为前寒武纪变质岩. 本文报道了科洛杂岩(黑云斜长片麻岩)、新开岭群构造片岩、新开岭杂岩中的门鹿河顶子含黑云二长花岗岩和冷川花岗闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄. 研究表明: (1) 科洛杂岩(黑云斜长片麻岩)的变质年龄为216±3 Ma(2σ), 原岩年龄为337±7 Ma(2σ). (2) 新开岭群构造片岩的原岩为中酸性火山岩, 喷发年龄为292±6 Ma(2σ); (3) 门鹿河顶子含黑云二长花岗岩侵位于167±4 Ma(2σ); (4) 冷川花岗闪长岩164±4 Ma(2σ). 这表明新开岭-科洛变质岩并不是前寒武纪变质岩, 以前认为的本区古陆块可能并不存在. 结合研究区及区域资料, 新开岭-科洛杂岩可能代表了与印支期碰撞有关的变质杂岩, 在碰撞造山后或非造山伸展背景下, 新开岭-科洛杂岩中的主要花岗岩类于中侏罗世侵位.     

中新世中期喜马拉雅造山带构造体制的转换

喜马拉雅造山过程中存在多期构造体制转换,理清各期构造转换的时代和地球动力学成因对研究喜马拉雅造山带的构造演化具有重要意义.藏南吉隆地区大喜马拉雅发育一复杂变形的淡色花岗岩脉,其现今形态呈轴面北倾的不对称褶皱分布于围岩黑云斜长片麻岩中,构造恢复显示其记录了两期不同构造体制下的变形作用——早期上盘向北的伸展和后期向南的逆冲缩短,暗示了喜马拉雅造山带由南北向伸展向南北向挤压的构造体制转换.锆石La-ICP-MS测年结果显示,淡色花岗岩侵位于21.03～18.7Ma,结合构造分析,吉隆地区喜马拉雅造山带的构造转换发生于18.7Ma之后.吉隆及其他地区藏南拆离系(STDS)和南北向裂谷(NSTR)的测年数据表明,喜马拉雅造山带在19～13Ma处于构造体制转换时期,其构造体制由南北向伸展转换为南北向挤压;该构造体制转换可能受印度-欧亚板块的汇聚速率控制,汇聚速率较快时,发生南北向挤压,表现为逆冲、褶皱和NSTR的发育;汇聚速率较慢时,发生南北向伸展,表现为STDS的伸展滑脱.     

喜马拉雅造山带中段日玛那麻粒岩锆石U-Pb年代学

对产于喜马拉雅造山带中段片麻岩和石英岩中的透镜状高压基性麻粒岩内锆石进行离子探针(SHRIMP)U-Pb测年, 14个锆石颗粒15个测点中有13个点集中分布在谐和线上, 其²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄平均值为17.6±0.3 Ma, 反映了麻粒岩从地壳深部快速上升的绝热降压变质事件, 形成于印度板块与欧亚板块碰撞后的构造隆升环境, 与喜马拉雅造山带大规模的逆冲推覆作用、伸展拆离作用和淡色花岗岩侵位同步. 还有1颗锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为29.5±0.4 Ma, 与新特提斯的最终关闭有关; 另一粒锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为1991±26 Ma, 代表了麻粒岩原岩的年龄. 总之, 定年结果反映该区麻粒岩经历了多期变质和复杂的地质演化过程.     

熔体参与变质反应的高温高压实验研究

大多数麻粒岩区变质高峰期温度、压力与许多变质岩类(尤其是变泥质岩)脱水熔融、部分熔融的P-T条件重叠,而模拟变质过程脱水熔融、变质反应及其矿物相转变动力学过程主要     

青海省乌兰县早古生代低压高温变质岩:柴北缘存在双变质带?

乌兰县二郎洞南侧一带的矽线石榴黑云斜长片麻岩矿物组合为石榴子石+黑云母+长石+石英+矽线石,是典型的低压高温高角闪岩相岩石.岩石学和矿物化学研究表明其峰期变质P-T条件为:T=677~696℃,P=0.349~0.419 GPa.LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得二郎洞南侧低压高温矽线石榴黑云斜长片麻岩的峰期变质年龄为450~483 Ma.研究区内同时期岛弧岩浆作用、混合岩化作用的存在,以及低压高温峰期变质的P-T条件,共同指示二郎洞一带低压高温高角闪岩相岩石形成于柴达木地块与祁连地块之间的原特提斯洋向北俯冲过程中,俯冲形成的岛弧岩浆侵入并加热大陆地壳,在该热异常强烈区内形成了低压高温高角闪岩相岩石.通过分析该套低压高温变质岩与柴北缘高压-超高压变质带内岩石的变质属性、峰期变质时代和大地构造位置关系,二郎洞地区低压高温高角闪岩相岩石可能与其南部柴北缘大洋俯冲阶段形成的高压变质岩构成了双变质带.     

花岗岩体系的失水熔融及其意义

Q-Ab-Or-An-H_2O 系的相平衡关系表明,花岗岩体系的熔融作用遵循矿物相消失所制约的固-液相平衡规律.然而,天然花岗岩开放体系的熔融作用,其初熔液相成分、矿物相消失顺序、液相成分随熔融程度的变化以及残余固相的成分变化等,均与花岗岩封闭体系截然不同.天然花岗闪长岩块状样品的熔融实验表明,初熔液相并不相当于花岗闪长岩体系的低熔点成分,而是 SiO_2含量很低的玄武质液相.同时随着熔融程度的增加,液相成分向着安山质、英安质、流纹质演化,残余固相趋向于超酸性.这一实验结果对岩浆起源以及地壳深部的物质组成和地壳结构的研究可能有新的启示.     

鄂尔多斯盆地基底变质岩与花岗岩锆石SHRIMP U-Pb定年

通过对采自鄂尔多斯盆地基底西部石榴夕线黑云斜长片麻岩与东部片麻状二云母花岗岩的钻孔样品进行SHRIMP锆石U-Pb定年,分别获得了203110和203510Ma的207Pb/206Pb年龄.两件样品的锆石都显示清楚的韵律环带,具岩浆锆石特征.其中石榴夕线黑云斜长片麻岩中的部分锆石具有较薄的变质增生边,由3个增生边获得的年龄范围约为1850～1630Ma.该岩石的矿物组合显示原岩为泥质-长英质岩石,但其锆石主体为岩浆成因,可能说明其源区为单一的花岗质岩体或火山沉积岩区.因此,鄂尔多斯基底与邻近剥露区域一样,在古元古代2035～2030Ma左右曾有大规模的花岗岩浆侵位,表明存在古元古代活动构造带,这对揭示华北克拉通西部陆块的性质和特征具有重要的意义.     

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.     

华北古陆块北缘中段发现晚古生代退变榴辉岩

华北古陆块北缘中段的退变榴辉岩呈透镜状或团块状分布于古元古宙红旗营子群黑云斜长片麻岩之中, 峰值矿物组合为石榴石、绿辉石、金红石和石英等, 形成温度约680~730℃, 压力大于1.40~1.50 GPa. 早期的麻粒岩相退变质表现为绿辉石被钠质透辉石和斜长石的蠕虫状后生合晶所取代; 晚期的角闪岩相退变质以角闪石和斜长石的次变边和后生合晶以及保留辉石假象角闪石的存在为特征. 该退变榴辉岩的原岩为洋壳成因的拉斑玄武岩, 形成时代可能为438±11 Ma, 榴辉岩相变质时代为325±4 Ma, 极有可能是古亚洲洋洋壳发生榴辉岩相高压变质作用的产物. 它的发现对于探讨该地区的构造属性和演化以及古亚洲洋与华北古陆块的构造历史都具有十分重要的意义.     

藏北中中新世淡色花岗岩及流纹岩的成因:对高原北部边界地壳加厚过程和隆升时代的制约

淡色花岗岩的研究对了解大陆碰撞造山带地壳增厚过程、陆壳深熔作用甚至高原隆升具有重要意义.野外调查表明,可可西里湖地区发育中中新世二云母淡色花岗岩和流纹岩.针对布喀达坂二云母淡色花岗岩和科考湖、马兰山、湖东梁流纹岩进行了锆石U-Pb、白云母和透长石40Ar/39Ar定年以及全岩地球化学分析.结果表明,布喀达坂淡色花岗岩的锆石U-Pb结晶年龄为9.7±0.2Ma,白云母40Ar/39Ar冷却年龄为6.88±0.19Ma.科考湖和马兰山流纹岩喷发年龄分别为14.5±0.8和9.37±0.30Ma.所有岩石富SiO2(70.99%～73.59%),Al2O3(14.39%～15.25%)和K2O(3.78%～5.50%),而贫Fe2O3(0.58%～1.56%),MgO(0.11%～0.44%)和CaO(0.59%～1.19%),属于强过铝质岩石(A/CNK=1.11～1.21),稀土元素呈现明显的负Eu异常(δEu=0.18～0.39),具有高87Sr/86Sri(0.7124～0.7143)和低εNd(9Ma)(-5.5～-7.1)的特征.可可西里湖地区中中新世二云母淡色花岗岩和流纹岩一致具有典型的S-型花岗岩特征.其岩石成因机制可能为:昆仑左行走滑断裂的活动引发断裂末端局部地区东西向伸展减压,导致增厚的中下地壳变泥质岩石白云母脱水部分熔融,形成可可西里湖地区壳源岩浆岩.可可西里湖地区淡色花岗岩的侵位或流纹岩的喷出表明,在15Ma之前,藏北地壳大规模的缩短加厚作用就已经完成.同时,暗示藏北至少在15Ma可能就已经达到或接近现今的海拔高度(～5000m).     

北大别两期混合岩化作用: SHRIMP锆石U-Pb年龄证据

对北大别漫水河和凤凰关2个地区混合岩中的锆石进行了CL显微结构分析和SHRIMP法U-Pb定年. 漫水河混合岩中的锆石具有明显的核边结构, 核部锆石具有扇形分带或弱分带特征, 低的Th/U比值(0.01~0.17), 为变质流体中生长锆石, U-Pb年龄为(137±2) Ma; 边部锆石具有显示面状分带或云雾状分带特征, 高的Th/U比值(0.35~0.69), 为变质熔体中生长锆石, U-Pb年龄为(124±2) Ma. 凤凰关混合岩中的锆石同样具有核边结构, 核部锆石具有弱的岩浆环带或无分带特征, Th/U比值较高(0.21~3.03), 年龄为(768±12) Ma, 为经历不同程度重结晶作用的原岩岩浆锆石; 边部锆石则没有明显的分带特征, Th/U比值很低(0.01~0.09), 为变质流体中生长锆石, U-Pb年龄为(137±4) Ma. 这些结果表明, 大别山存在两期混合岩化变质事件, 早期(137±2) Ma事件以变质脱水为主, 而晚期(124±2) Ma事件出现部分熔融. 部分混合岩的原岩为新元古代中期, 与大别-苏鲁造山带超高压变质火成岩原岩年龄一致. 因此, 大别碰撞造山带山构造从挤压到伸展构造体制转换的最小时间为(137±2) Ma, 北大别混合岩化与同时期花岗岩和麻粒岩之间存在着成因联系, 它们都是俯冲加厚的扬子地壳部分熔融的产物.     

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.     

1.5~3.0 GPa压力条件下多硅白云母榴辉岩的脱水熔融实验研究

以大别山东部碧溪岭超高压变质榴辉岩为实验样品, 使用活塞圆筒式高温高压装置, 在1.5~3.0 GPa, 800~950℃下进行封闭体系的脱水熔融实验. 结果表明: (1) 1.5~2.0 GPa下, 含5%多硅白云母榴辉岩的初始熔融温度(Tm)≤800~850℃, 熔融形成比例为3%的花岗质熔体; (2) 随着温度和压力变化, 榴辉岩中多硅白云母脱水熔融形成不同反应产物. 1.5~2.0 GPa和800~850℃下, 多硅白云母和黝帘石在亚固相下析出流体使岩石部分熔融, 蓝晶石形成斜长石反应边; (3) 随着温度升高, 多硅白云母与绿辉石、石英发生熔融反应, 形成更长石、蓝晶石和熔体, 更长石是多硅白云母在榴辉岩中主要的脱水熔融反应产物; (4) 1.5~3.0 GPa, ≥900℃的脱水熔融反应形成镁铝榴石分子较高(37.67%~45.94%)的新生石榴石; 在2.4~3.0 GPa, ≥900℃下, 反应产物中形成钾长石和硬玉, 代表反应体系处于更高压力下的流体不饱和状态. 实验初步约束了1.5~3.0 GPa下多硅白云母榴辉岩的脱水熔融固相线. 将实验结果与大别-苏鲁地区超高压榴辉岩的部分熔融特征相结合, 推断大别-苏鲁多硅白云母榴辉岩在折返过程中发生脱水熔融的压力和温度区间应为1.5~2.0 GPa, 800~850℃, 并指示超高压榴辉岩在不同变质相转变过程中可能经历了流体活动性明显不同的部分熔融过程.     

阿尔泰造山带超高温变泥质麻粒岩的确定及其地质意义

通过岩相学和矿物成分特征及P-T计算结果,最近在阿勒泰以东喀拉苏附近发现了超高温变泥质麻粒岩,其矿物组合为石榴石+斜方辉石+矽线石+堇青石+尖晶石+黑云母+斜长石+石英等.斜方辉石具有高铝特点,其Al2O3含量高达8.7wt%,指示了超高温变质的条件,其峰期变质条件为:P=~0.80 GPa,T=~960℃.变质结构关系和P-T估算结果表明了一个峰期后近等压冷却的逆时针P-T轨迹.锆石U-Pb年龄结果(271±5 Ma)支持了该超高温变质事件发生于二叠纪.喀拉苏附近超高温变泥质麻粒岩的发现确认了阿尔泰造山带二叠纪超高温变质作用的存在,表明在二叠纪阿尔泰造山带南缘高热流伸展背景可能与二叠纪(270~280 Ma)塔里木地幔柱活动有密切成因关系.     

广西十万大山地壳演化:来自印支期花岗岩中麻粒岩包体锆石U-Pb年代学及Hf同位素记录

广西东南部十万大山旧州岩体中副变质麻粒岩包体中锆石U-Pb定年和Hf同位素分析结果显示,麻粒岩原岩物质主要来源于新元古代-中元古代(564～1061Ma)的碎屑物质,峰值年龄为～822 Ma,其物源主要来自与新元古代Rodinia超大陆裂解有关的火成岩.部分锆石为古元古代(1778～2227 Ma),并有少量中太古代-古太古代物质(最老锆石年龄为(3551±8)Ma),暗示十万大山或周缘地区可能存在非常古老的地壳物质.另外,还获得一组早中生代岩浆锆石((234±2)Ma)和一组晚古生代变质锆石((253±3)Ma)年龄.锆石Hf同位素分析结果指示麻粒岩包体的原岩沉积物具有多来源特征,既有古老再循环地壳物质的参与,也有新生物质的贡献.锆石U-Pb-Hf同位素特征指示十万大山地区在～253 Ma经历了一次强烈的热事件,原岩发生麻粒岩相变质作用,而后在抬升过程中(～234 Ma)发生部分熔融形成花岗岩,麻粒岩包体为熔融残留体。