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.     

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。     

荣城滕家集超高压变质钙硅酸盐岩的岩石学研究

在大别山-(江)苏-鲁(山东)超高压变质带中,发育有大量榴辉岩、超基性岩、大理岩和变质泥质岩等高压岩块.近几年来,在这些高压岩石中相继发现了柯石英和金刚石.最近我们在位于(江)苏-鲁(山东)超高压变质带东北端的荣城滕家集发现了一种特殊的超高压变质岩,它们与榴辉岩具有类似的产出特征.两个样品的全岩化学成分(分析如表1).     

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.     

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.     

大别山、苏鲁地区榴辉岩中新发现的微粒金刚石

以往只在大别山东段安徽省境内新店一带大理岩中榴辉岩内发现过微粒金刚石. 近两年来, 相继在苏鲁地区的毛北、大别山东段新店、老油坊以及北部百丈崖榴辉岩的岩石薄片中和黄尾河榴辉岩的重砂样中发现了微粒金刚石. 薄片中金刚石以包体形式产在石榴子石中, 或产出在石榴子石的颗粒之间. 苏鲁地区的3颗微粒金刚石晶体直径分别为30, 60和120 μm; 晶形似为八面体以及和立方八面体. 安徽省潜山县新店一颗微粒金刚石的直径180 μm, 环带结构, 中心为八面体, 环带似为立方八面体的六边形. 新店附近的老油坊榴辉岩中的退变微粒金刚石, 为晶形不明显的集合体, 大部分退变为石墨. 超镁铁岩带内百丈崖榴辉岩中微粒金刚石由2 ~ 3个单颗粒组成直径70 μm×90 μm 的集合体, 黄尾河榴辉岩重砂样中发现有直径50 μm不完整四面体的微粒金刚石. 所有上述各地的微粒金刚石都由Raman光谱证实. 微粒金刚石和其他证据都证明超镁铁岩带与其南部已经证实的超高压变质带一样, 也经历过超高压变质作用, 从而为所建立的大别山几何结构提供了更为确切的证据.     

大别山-苏鲁超高压变质带研究的最新进展

对近５年国内，外科学家在大别山－功鲁超高压变质带岩带的研究成果进行了剖析，并针对具体科学问题进行了深入的讨论，依据最新资料指出：（１）超高压榴辉岩具两类围结，一类为同样经历过超高压变质作用的榴辉岩相岩，另一类为未经历超高压变质的花岗片麻岩；（ｉｉ）新发现的橄榄石中ＦｅＴｉＯ３的出溶体为３００～４００ｋｍ深度上发生的现象，但关键在于证明这种出溶是由于原先在地壳中的橄榄岩被俯冲到３００～４００ｋｍ深度     

大陆俯冲隧道过程:大陆碰撞过程中的板块界面相互作用

研究俯冲带过程是发展板块构造理论的关键.板块界面相互作用是实现地球表层与内部之间物质和能量交换的基本机制.将俯冲隧道模型拓展到大陆碰撞造山带,能够透视大陆俯冲带构造过程及其产物.由长英质到镁铁质岩石组成的大陆地壳于不同深度从大陆岩石圈上部拆离并迁移进入大陆俯冲隧道,由橄榄岩组成的大陆岩石圈地幔楔底部也受到俯冲板片刮削进入俯冲隧道.大小不同的地壳和地幔碎块在俯冲隧道中受到角力流作用向上或向下运动,导致它们经历不同程度的变质作用,并伴有不同程度的变形乃至局部深熔.在俯冲隧道中壳源岩石与幔源岩石之间发生机械混合,结果形成了超高压变质混杂岩.它们在折返到地壳层位时与低级变质岩拼合到一起,形成构造混杂岩,结果在同一造山带出露有不同变质程度的岩石.俯冲陆壳基底花岗岩和上覆沉积物衍生的熔/流体与上覆大陆岩石圈地幔楔橄榄岩之间发生化学反应,实现了大陆俯冲隧道中的壳幔相互作用.超高压变质岩原岩性质支配了碰撞造山带的类型、超高压变质地体的大小和折返速率.     

超高压变质作用：地球科学的新热点

超高压质作用是变质压力达2.5Gpa 以上的超深变质作用。以出现柯石英、金刚石等超高压变质矿物为标志。我国大别苏鲁是世界上出露最好、延伸最长的超高压变质带。代表中晚三叠纪扬子陆块向中朝陆块深俯冲过程中巨量陆壳物质曾经进入地幔深度达150Km.超高压变质的形成和折返、隆升岩石记录的精细研究，可以获得变质的PT轨迹，进而重塑“先挤压、后拉张”的构造演化模型。超高压变质作用的研究为板块构造理论在大陆的应用，展开新前景，已经成为地球科学的新热点之一。     

榴辉岩和围岩片麻岩之间的关系:来自片麻岩副矿物包裹体的研究

榴辉岩与其围岩片麻岩之间的关系是一个长期争论的问题,争论焦点是榴辉岩和围岩片麻岩类是否经受了同样的高压、超高压变质作用。这一争论同样也反映在苏鲁-大别山高压、超高压变质带的研究中,一些研究者从部分围岩片麻岩中找到了超高压变质作用的证据认为榴辉岩类和它们的围岩片麻岩有同变质的历史,部分找不到超高压变质作用证据的片麻岩被认为是强烈退变质改造的结果;另一种看法认为榴辉岩有两种围岩片麻岩,一类围岩与榴辉岩有同变质的历史,该类围岩片麻岩紧密共生在榴辉岩周围或与榴辉岩互层产出,它们同榴辉岩一起以构造方式混杂在另一类相对低压的片麻岩中。很明显,目前仍需要进一步的研究来解决榴辉岩与其围岩片麻岩的关系。     

北祁连山榴辉岩锆石SHRIMP定年及其构造意义

应用阴极发光和离子探针技术, 对北祁连山高压变质带两个榴辉岩样品中的锆石进行了结构和形态学观察以及原位U-Pb定年. 所获得的年龄值分别为463 ± 6 和468 ± 13 Ma, 代表了本区榴辉岩相变质时代. 这是北祁连山加里东期高压变质作用的最早记录, 可能代表了大洋板块俯冲进入上地幔经受榴辉岩相变质的时间.     

大别超高压榴辉岩高温高压下地震波速和密度的初步实验研究——对造山带地壳深部组成和莫霍面性质的启示

<正>深部岩石高温高压下物理性质是制约地球物理测深成果解释、建立岩石圈物质组成和结构模式、探讨超高压变质带俯冲和折返机制的先决条件,也是大陆科学钻探先行研究的重要基础性工作.地震各向异性(Seismic anisotropy)和S波分裂(Shear wave splitting)研究已成为揭示岩石圈动力学机制的新方向,但目前有关超高压岩石的实验数据尚十分缺乏例如,目前国际上对榴辉岩地震波速实验研究最详细的成果应属Fountain等1994年对挪威加里东造山带榴辉岩的研究,该研究系统测定了至600MPa不同压力下榴辉岩和有关麻粒岩的P波速度和波速各向异性,但未研究S波以及温度对波速的影响.本文报道了大别超高压榴辉岩及其围岩在高温高压和组构定向条件下精确测定地震P波、S波、波速各向异性、S波分裂、泊松比、密度和体积变化的初步成果,探讨了实验结果在大别超高压带深部结构、组成和莫霍面性质研究中的意义.     

大别超高压榴辉岩高温高压下地震波速和密度的初步实验研究——对造山带地壳深部组成和莫霍面性质的启示

深部岩石高温高压下物理性质是制约地球物理测深成果解释、建立岩石圈物质组成和结构模式、探讨超高压变质带俯冲和折返机制的先决条件,也是大陆科学钻探先行研究的重要基础性工作.地震各向异性(Seismic anisotropy)和S波分裂(Shear wave splitting)研究已成为揭示岩石圈动力学机制的新方向,但目前有关超高压岩石的实验数据尚十分缺乏例如,目前国际上对榴辉岩地震波速实验研究最详细的成果应属Fountain等1994年对挪威加里东造山带榴辉岩的研究,该研究系统测定了至600MPa不同压力下榴辉岩和有关麻粒岩的P波速度和波速各向异性,但未研究S波以及温度对波速的影响.本文报道了大别超高压榴辉岩及其围岩在高温高压和组构定向条件下精确测定地震P波、S波、波速各向异性、S波分裂、泊松比、密度和体积变化的初步成果,探讨了实验结果在大别超高压带深部结构、组成和莫霍面性质研究中的意义.     

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.     

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.     

北大别片麻岩的多阶段演化: 锆石U-Pb年代学证据

片麻岩是大别-苏鲁造山带中广泛发育的一种岩石类型, 其中部分与榴辉岩共生的片麻岩同样经历了三叠纪超高压变质作用. 尽管部分片麻岩在白垩纪受到大规模岩浆活动的加热再变质, 但是不清楚这部分片麻岩是否同样受到过三叠纪变质作用的影响. 本文报道了北大别超高压榴辉岩围岩片麻岩中锆石SHRIMP法U-Pb定年结果. 数据显示, 该片麻岩原岩形成时代是新元古代(746±31 Ma), 与大别山花岗片麻岩的原岩形成时代一致. U和Th含量不同的增生锆石分别给出三叠纪(212±21 Ma)和白垩纪(120±11 Ma)的谐和年龄. 它们的Th/U比值均<0.1, 因此锆石的两期增生均是流体作用造成的. 本文研究结果表明, 北大别片麻岩既参与了三叠纪的大陆板块俯冲和折返, 也受到白垩纪岩浆事件的改造, 这为理解整个大别造山带中片麻岩的构造演化过程提供了重要的同位素年龄依据.     

大别山腹地浅变质岩层中富硅凝灰岩Ar-Ar年龄及其地质意义

大别-苏鲁造山带内部出露的浅变质岩与超高压变质围岩之间的成因关系是研究大陆板块俯冲过程中地壳拆离的重要对象之一. 本文通过对大别山岳西县菖蒲地区产于超高压带内浅变质岩层中富硅凝灰岩进行40Ar/39Ar定年, 得到与超高压变质火成岩原岩一致的两组新元古代年龄. 一组Ar-Ar坪年龄为784.4±2.0 Ma, 等时线年龄为785.0±4.7 Ma; 另一组坪年龄为770.9±2.0 Ma, 等时年龄为769.5±3.1 Ma. 由于火山岩Ar-Ar同位素体系具有低的扩散封闭温度, 这些新元古代Ar-Ar年龄的保存说明, 浅变质火山岩未受到三叠纪超高压变质事件的明显影响, 因此在扬子板块向华北板块俯冲过程中并未发生深俯冲, 而是大陆板块俯冲过程中盖层与基底之间发生拆离后被刮削下来的构造残片. 浅变质岩与超高压变质岩之间的共存指示, 深俯冲岩片折返过程能够导致构造混杂现象.     

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.     

大陆深俯冲过程中水分布的不均一性: 大别山碧溪岭榴辉岩中石榴石的红外光谱分析

利用Fourier变换红外光谱技术, 对大别山碧溪岭地区10个榴辉岩中的石榴石进行了详细的结构水分析. 结果显示, 所有的石榴石中都含有以OH^-形式存在的结构水. 结构水含量变化范围大, 为164~2034 μg/g (H₂O), 多数在500 μg/g以上. 因此, 与绿辉石一样, 石榴石也是超高压榴辉岩中重要的携水矿物. 石榴石结构水的含量不仅在同一露头(约150 m)不同岩石样品间存在较大差异, 而且在同一样品(约1 cm)的不同颗粒间也明显不同. 水分布的不均一性表明: (1) 超高压变质过程中自由流体的活动范围是非常有限的(可能在厘米级的尺度上); (2) 板块的俯冲和折返过程都是十分快速的.     

青藏高原腹地榴辉岩研究进展及其地球动力学意义

近年来在青藏高原腹地的中羌塘构造带、班公湖-怒江构造带的八宿变质杂岩及拉萨地体内部的松多和蓬湖等多处, 发现了榴辉岩, 在八宿和蓬湖榴辉岩中还甄别出辉石中出溶石榴石条带等多种典型的超高压变质现象. 这些榴辉岩所记录的超高压变质作用均发生于早中生代. 伴随这些超高压变质岩的折返, 在中羌塘带、班-怒带东部和拉萨地体东部都发生了广泛的(后)碰撞型岩浆活动. 这些早中生代榴辉岩的厘定揭示特提斯演化的无序性, 它们本身可能是西羌塘-拉萨复合陆块不规则大陆边缘与东羌塘陆块, 沿着连接的班-怒带东部至羌塘中部构造带穿时碰撞拼贴的结果, 相关岩浆岩则是岩石圈加厚熔融和拆沉的产物. 中羌塘和八宿榴辉岩都是大陆俯冲的产物, 它们的折返和剥蚀分别为松潘-甘孜三叠纪复理石沉积和班-怒带西部侏罗纪复理石沉积提供了重要的物源. 青藏高原榴辉岩研究尚属起步阶段, 亟需在岩石分布、典型岩石-矿物序列及其形成的温、压条件、形成和折返的时限和机制、原岩特征及构造背景、与特提斯演化和大型盆地关系上, 深入进行研究.