大别-苏鲁造山带超高压变质岩原岩性质:锆石氧同位素和U-Pb年龄证据

对大别-苏鲁造山带榴辉岩和花岗片麻岩中的锆石进行了激光氧同位素分析、单颗粒U-Pb年龄测定以及阴极发光观察, 其中氧同位素分析样品覆盖面积达到大约20000 km². 结果表明, 大多数锆石具有大的岩浆成因核和窄的变质增生边, 岩浆成因核具有新元古代年龄(700 ~ 800 Ma); 氧同位素比值变化较大 (-10.9‰ ~ +8.5‰), 但是大多数具有比地幔锆石低的δ¹⁸O值. 由于锆石的氧同位素组成不受亚固相高温热液蚀变和麻粒岩相变质作用的影响, 因此这些低δ¹⁸O榴辉岩和花岗片麻岩的原岩分别为低δ¹⁸O的基性和酸性岩浆, 对应于扬子板块北缘与新元古代裂谷构造有关的双模式岩浆活动. 这种大面积新元古代低δ¹⁸O岩浆活动与Rodinia超大陆裂解和全球性冰川作用(雪球地球事件)具有准同时性, 因此具有一定的成因联系. 早期基性岩浆沿扬子板块北缘裂谷构造带侵位, 岩浆作为热源引起冰川融化并引起裂谷带内部地表水深循环和热液蚀变, 导致深部地壳酸性围岩和基性岩的氧同位素比值发生显著降低. 而水化岩石由于其熔点降低出现重熔, 结果产生了新元古代时期的扬子板块北缘的大面积双模式低δ¹⁸O岩浆活动, 然后从中结晶出低δ¹⁸O锆石. 因此, 大别-苏鲁造山带超高压变质岩中的大规模氧同位素负异常是从其原岩新元古代低 δ¹⁸O岩浆继承过来的, 其成因与Rodinia超大陆裂解、雪球地球事件和裂谷岩浆活动相耦合的高温大气降水热液蚀变有关.     

磷钇矿U-Pb 年龄激光原位ICP-MS 测定

磷钇矿富含U 和Th, 并具有较低的初始Pb 含量, 是U-Pb 和Th-Pb 同位素定年的理想对象. 由于普遍存在于多种岩石中, 磷钇矿的U-Th-Pb 定年具有广阔的应用前景. 但相对于较为成熟和应用广泛的离子探针(如SHRIMP) U-Pb 定年方法而言, 磷钇矿激光 ICP-MS 定年开展得较少. 本文利用193 nm ArF 准分子激光剥蚀系统和Agilent 7500a 四极杆等离子质谱仪(Q-ICP-MS), 对磷钇矿标样MG-1 和BS-1 进行了U-Pb 年龄测定. 在16, 24 和32 μm 不同束斑条件下, 以磷钇矿标样MG-1 为外部标准校正另一个磷钇矿标样BS-1, 获得的U-Pb 年龄(²⁰⁶Pb/²³⁸U 加权平均年龄) 分别为510.1 ± 5.2 Ma (2σ n=21), 509.8 ± 4.3 Ma (2σ n=21) 和510.0 ± 4.6 Ma (2σ n=21), 在误差范围内均与TIMS 测试结果(²⁰⁶Pb/²³⁸U 平均年龄为508.8 ±1.4 Ma ) 一致, 表明所建立的磷钇矿U-Pb 年龄激光原位ICP-MS 测定方法是可靠的. 运用这一方法, 对藏南苦堆淡色花岗岩和华南西华山花岗岩中的磷钇矿进行了实验, 取得了满意的结果. 此外, 为检验基体效应对磷钇矿U-Pb 激光ICP-MS测年结果的影响, 分别以独居石和锆石标样作为外部标准对磷钇矿标样BS-1 进行了系列定年测试, 获得的结果通常偏离样品的真实年龄, 因此建议在磷钇矿激光剥蚀定年中采用与基体性质匹配的外部标样.     

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.     

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.     

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。     

大陆碰撞和超高压变质研究:进展和展望

在原岩为大陆地壳的高级变质岩中发现柯石英和金刚石这类超高压标志矿物,使人们认识到低密度大陆地壳曾经俯冲到大于80 km的地幔深部,是20世纪末大陆动力学研究的最大进展,因此革新了板块构造理论.大陆碰撞和超高压变质研究已成为21世纪发展板块构造理论的前沿和核心课题.大别-苏鲁造山带出露有世界上最大的超高压变质构造单元,中国科学家以此为基地,在大陆碰撞和超高压变质的一些重要领域取得了国际上有影响力的系列成果.这些包括大陆地壳俯冲的深度和规模、大陆深俯冲过程的时间序列、大陆碰撞过程中的流体活动、深俯冲陆壳的流变学特征等.本文评述了大陆地壳经历深俯冲的矿物学记录,概括了近年来大别-苏鲁造山带研究的突出进展,从四个方面对大陆碰撞和超高压变质研究进行了展望:①超高压变质带的构造-变质演化,②大陆碰撞过程中的流体活动,③大陆碰撞带数值模型,④超高压变质矿物微区分析的新技术.     

大别山北麓发现新元古代低18O岩浆岩

新元古代地幔超柱活动、超大陆聚合和裂解、裂谷岩浆作用与雪球地球事件之间是否具有成因联系，是当前国际地球科学研究的前沿和热点问题．而确定同时期岩浆岩是否含有地表水信息并形成低^18O岩浆，则是证明地球内部与外部之间在能量和物质上是否发生过相互作用的关键．先前对大别．苏鲁造     

大陆俯冲带壳幔相互作用的碰撞后镁铁质岩浆岩记录

对大别-苏鲁造山带和华北陆块东南缘中生代碰撞后镁铁质岩浆岩进行详细的同位素年代学和地球化学研究,结果显示出弧型微量元素分布特征、富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成和异常的锆石18O值.尤其特别的是,大别造山带部分镁铁质岩浆岩具有低的锆石18O值并含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的残留锆石,这是区分俯冲华南陆块与上覆华北陆块的鉴定性特征.这些特征指示它们来源于造山带岩石圈地幔的部分熔融.在三叠纪大陆碰撞过程中,来源于俯冲华南陆壳的长英质熔体与上覆华北岩石圈地幔橄榄岩反应,形成了富集的造山带岩石圈地幔.根据某些特定的微量元素比值如Ba/Th,Sr/Rb和(La/Yb)N等,可以厘定出卷入大陆俯冲隧道壳幔相互作用的陆壳物质既有俯冲陆壳基底,也有上覆沉积盖层.因此,碰撞造山带以及上覆陆块边缘的碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆俯冲带壳幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.