新疆阿拉套山石炭纪埃达克岩、富Nb岛弧玄武质岩:板片熔体与地幔橄榄岩相互作用及地壳增生

在新疆阿拉套山石炭纪岛弧火山岩中发现有埃达克岩(adakite)和富Nb岛弧玄武质岩. 埃达克岩的岩石类型主要为钙碱性的英安岩和流纹岩, 它们都强烈亏损重稀土元素Yb与Y, 但高Sr和Sr/Y比值, 具有不明显Eu异常至明显正Eu异常、明显正Sr异常以及Nb, Ti亏损, 这与世界上典型的由俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩非常类似. 高硅的埃达克岩(流纹岩)具有低MgO含量(0.35%)和低Mg#值(= 100×Mg²⁺/(Mg²⁺+Fe²⁺(全铁))(17), 但是低硅的埃达克岩(英安岩)则具有高的MgO含量(2.67%~3.32%)和高Mg# (53~58), 这表明埃达克岩在形成过程中受到了地幔橄榄岩的混染. 富Nb岛弧玄武质岩富钠(Na₂O/ K₂O>2.0)、高P₂O₂与TiO₂, 具有正Nb至微弱的负Nb异常以及无Ti至正Ti异常, 可能由板片熔体交代的地幔橄榄岩熔融在高地热梯度的条件下熔融形成. 阿拉套山石炭纪埃达克岩可能由准噶尔南缘晚古生代洋(盆)的洋壳在向博乐地体俯冲的过程中熔融形成. 阿拉套山石炭纪埃达克岩和富Nb岛弧玄武质岩的发现表明, 博乐地区石炭纪弧下地幔存在俯冲板片的熔融以及板片熔体与地幔楔橄榄岩的明显相互作用, 也暗示石炭纪可能是准噶尔南缘晚古生代洋(盆)发生俯冲消减的重要时期. 阿拉套山在石炭纪可能处在一种高地热梯度的环境中, 俯冲洋壳的熔融可能是该区石炭纪地壳增生的重要方式.     

埃达克岩成因回顾

埃达克岩最初是用来定义那些富硅、高Sr/Y和 La/Yb的源于俯冲带玄武质洋壳部分熔融形成的火山岩和侵入岩. 最初, 人们认为埃达克岩仅形成在年青且尚未冷却的大洋板块俯冲会聚带, 但随后的研究表明埃达克岩也可以形成于岛弧的一些特殊环境, 在这里某些异常构造条件可降低古老板片的熔融温度. 目前认为, 埃达克岩涵盖了一系列的岛弧火山岩, 包括原生俯冲洋壳熔体, 埃达克岩-橄榄岩混合熔体以及源于板块熔体交代后地幔楔橄榄岩的熔融产物. 近年来埃达克岩的研究产生了一些让人困惑的地方, 其原因包括: (1) 埃达克岩定义相当宽泛, 并依化学特征与其他岩石相区别; (2) 将含水体系下玄武岩的高压熔融实验结果作为板块熔融存在的确凿证据; 而且(3)存在有与板块熔融无关的埃达克质岩. 近期研究表明, 埃达克质岩和许多曾被认为是埃达克岩的岩石在岛弧和非岛弧环境下均可形成, 主要通过以下几种机制: 镁铁质下地壳的分熔或直接是幔源低侵岩浆; 高压下玄武质岩浆的结晶分异; 低压下玄武岩浆的结晶分异加上相关的岩浆混合过程. 这些机制在岛弧环境或非岛弧环境都有可能. 尽管对埃达克岩和埃达克质岩的成因解释比较混乱, 但对这些岩石的研究丰富了我们对俯冲带环境中物质循环、地壳演化和成矿作用的理解.     

西天山阿吾拉勒adakite型钠质中酸性岩及地壳垂向增生

西天山阿吾拉勒二叠纪钠质英安岩和钠长斑岩具有与adakite一致的岩石地球化学特征: 富Na_2O和Al_2O_ 3; 高Sr, 低Y, Yb和亏损HREE, 且Sr/Y＞40, La/Yb＞20; Eu具正异常. Nd和Sr同位素组成特征: (143Nd/144Nd)i为0.51236~0.51248, εNd(t)为正值(+0.79~+3.11); (87Sr/86Sr)i为0.7052~0.7054, 显示其岩浆可能起源于弱亏损地幔, 或亏损地幔受到地壳物质混染. 结合北疆二叠纪属后碰撞阶段构造背景, 认为本区adakite型岩浆最有可能由新底侵的玄武质下地壳在角闪岩相向榴辉岩相过渡或榴辉岩相的条件下部分熔融形成. 这些adakite型岩石不仅是底侵玄武质岩石熔融形成的新生陆壳物质, 而且可能是西天山晚古生代后碰撞阶段地幔玄武岩浆底侵作用和地壳垂向增生的重要岩石标志.     

北祁连山西段志留纪高硅埃达克岩:洋壳减压熔融的证据

北祁连山西段熬油沟地区奥长花岗岩具有与高硅埃达克岩相似的地球化学特征:高SiO2,富Na2O(高Na/K),高Sr/Y,高(La/Yb)N,Sr正异常,相对富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土(LREE),亏损Nb,Ta和Ti.锆石SHRIMP定年结果为438±3Ma,表明其形成与北祁连古洋壳的俯冲有关,但其形成时间明显晚于北祁连山榴辉岩的变质时间(460～490Ma).Sr-Nd同位素结果显示其ISr和εNd(t)值分别为0.7044～0.7047和+3.0～+4.1,暗示其来源于新生的洋壳物质.结合北祁连造山带的构造演化背景,熬油沟奥长花岗岩可能是俯冲板片变质成榴辉岩后,在折返过程中发生近等温或升温减压熔融,在大约60km深度熔融形成.     

中国东部燕山期高Sr低Y型中酸性火成岩的地球化学特征及成因: 对中国东部地壳厚度的制约

中国东部燕山期出露的中酸性高钾钙碱生火成岩具有高的Sr/Y(27-166)，La/Yb(14-66)比值和低的Y（6－21μg/g）及Yb(0.5-2.0μg/g）含量，与Defant等人定义的adakite相关元素特征类似，因此被一些学者称为“埃达克质岩石”；但与环太平洋地区典型adakite相比，其K2O明显偏高而Al2O3，Mg^#和δSrN值偏低（平均值分别为3.5%，16.0%，38和１.23），并表现出较平坦的球粒陨石标准化后的重稀土配分模式，Ｙ／Ｙb比值接近于球粒陨石值１０。由此，可以推测其熔融残留相应含角闪石、石榴石和斜长石，不同于典型的adakite，而可能类似于太石代高铝ＴＴＧ，形成的压力范围约０.9-1.3GPa，相当于３０－４５km，因此不支持中国东部燕山期有明显的大范围地壳加厚和“中国东部高原”的推论。     

北秦岭古洋壳物质再循环:岛弧花岗质岩石源区同位素示踪证据

对现代或近代板块俯冲消减带上岛弧岩浆的研究表明,洋壳物质参与了岛弧岩浆的形成,洋壳物质再循环是相当明显的.按照对现代岛弧岩浆的成果推断,在古岛弧岩浆形成过程中也应有着古洋壳物质的参与.然而人们很少见有在古岛弧岩浆源区研究中有关古洋壳物质再循环的报道.本文通过北秦岭古岛弧花岗质岩石源区的同位素示踪研究,论证了北秦岭古岛弧岩浆的形成与古洋壳物质的再循环有关.     

内蒙古索伦山蛇绿岩带早二叠世放射虫动物群的发现及其地质意义

位于中蒙边境地区的索伦山蛇绿岩带,是古生代存在于西伯利亚板块与华北板块之间的古亚洲洋闭合之后形成的索伦山缝合带的重要组成部分.索伦山蛇绿岩的研究,对认识古亚洲洋演化具有重要意义,但其时代一直是学术界争论的焦点问题之一.本次工作采集索伦山蛇绿岩带硅质岩样品,对其进行了放射虫化石的分选与鉴定.在内蒙古乌拉特中旗北部靠近中蒙边境线的索伦山蛇绿岩带硅质岩中发现早二叠世放射虫动物群,包括5个属6个种,其中有4个未定种和1个新种:Pseudoalbaillella bulbosa,Ps.solonensis Wang sp.nov.,Stigmosphaerostylus sp.,Ruzhencevispongus sp.,Cenosphaera sp.,Latentifistula sp.等.Pseudoalbaillella bulbosa这个种在日本、泰国、智利、北美西海岸和中国华南等地发现在晚石炭世-早二叠世硅质岩相地层中,在中国作为早二叠世早期的一个带种,成为广海相硅质岩相区石炭系与二叠系分界的标志.这套放射虫硅质岩属索伦山蛇绿岩的组成部分,该动物群的发现为索伦山蛇绿岩形成时间持续到早二叠世提供了关键证据.这些新证据证实了古亚洲洋在早二叠世时仍存在,古亚洲洋通过俯冲消减最终闭合应是在早二叠世之后.     

新疆东准噶尔北部俯冲花岗岩的SHRIMP U-Pb锆石定年

对东准噶尔北部地区侵入于中泥盆世北塔山组地层的希勒克特哈腊苏花岗闪长斑岩和喀腊萨依二长闪长斑岩的锆石SHRIMP U-Pb定年结果表明, 其形成时代分别为(381 ± 6)和(376 ± 10) Ma, 代表俯冲过程形成的花岗质岩石, 这是该地区迄今为止首次报道的位于350~390 Ma的花岗质岩石的同位素年龄. 喀腊萨依二长闪长斑岩锆石的另一组年龄(408 ± 9 Ma)可能代表了其下部下泥盆统火山岩的时代. 同时, 同位素测年结果暗示了准噶尔洋由南西向北东俯冲过程的时间间隔可能为408~376 Ma(实际间隔间隔可能要略大一些). 由于含矿斑岩是在中泥盆世北塔山组火山岩形成后不久侵位的, 因此本区与产出有世界级斑岩铜矿的安第斯山的构造背景相似, 具有形成大型斑岩铜矿的成矿潜力.     

一个残留的地幔楔: 来自华北早第三纪火山岩的证据

对华北早第三纪火山岩（由K－Ar年龄确定）进行了系统的主元素、微量元素和Sr,Nd,Pb同位素分析。这些资料显示,早第三纪火山岩主要是钙碱质,其次是碱质的,并且与晚第三纪和第四纪火山岩在地球化学上明显差异。特别是,华北南部的早第三纪火山岩来源于富集的岩石圈地幔（EMⅡ）,这一富集地幔可能是印支期扬子大陆向华北大陆俯冲形成的地幔楔的残留。     

西天山石炭纪火山岩SHRIMP年代学及其微量元素地球化学研究

西天山广泛分布的石炭纪火山岩(大哈拉军山组, 主要由粗面安山岩、粗面岩、流纹岩、中酸性凝灰岩和少量玄武岩组成)的岩浆成因一直存在争议. 该火山岩曾经被认为是裂谷作用的产物, 最近有人认为是“古地幔柱”的组成部分. 本文对此火山岩开展了详细的岩石学和地球化学研究, 结果表明, 该火山岩具有典型大陆弧岩浆的地球化学特征. 火山岩以粗面安山质岩石为主, 岩浆源区富集LILE, Th和Pb而亏损HFSE和Ce. 微量元素地球化学模拟计算表明, 玄武岩样品可以由石榴二辉橄榄岩发生7%~11%的部分熔融来模拟. 大哈拉军山组火山岩代表古南天山洋的火山岛弧, 既不是裂谷演化的产 物, 也不是“古地幔柱”的组成部分. 在比较漫长的岛弧演化过程中, 地幔楔被俯冲带熔体交代并发生部分熔融形成岩浆, 地壳物质(主要是洋底沉积物)通过俯冲带熔体加入到岛弧火山岩中. 不同地区的火山岩可能代表不同时期岛弧火山喷发的产物. 锆石SHRIMP定年结果表明, 西部最早喷发玄武岩中锆石的表观年龄在334~394.9 Ma之间变化, 其中13个测点的平均年龄为(353.7 ± 4.5) Ma(MSWD = 1.7); 东部最早喷发粗面安山岩中锆石样品的表观年龄在293.0~465.4 Ma之间变化, 所有年龄测定值落在U-Pb谐和线上, 并分成明显的两个年龄组; 其中8个测点计算得到的一个平均年龄值为(312.8 ± 4.2) Ma (MSWD = 1.7), 代表粗面安山岩中锆石边部的结晶年龄. 所获得的两个年龄(即354和313Ma)分别属于早石炭世早期和晚石炭世早期, 显然不是同一期岩浆活动的产物. 文中认为, 随着高精度定年结果和地球化学研究成果的积累, 大哈拉军山组火山-沉积岩将来可能会被解体成若干组.     

北秦岭铜峪铜矿床铅同位素的fsLA-MC-ICP-MS微区原位分析测定及其地质意义

利用飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱(fsLA-MC-ICP-MS)微区原位分析技术对铜峪铜矿床的矿石硫化物以及赋矿火山岩、矿区煤沟岩体和火山碎屑岩中的长石进行了Pb同位素组成的系统测定分析.分析结果表明,矿石和赋矿火山岩的Pb同位素比值相似,反映了成矿物质与赋矿火山岩同源,在Pb同位素构造演化图解中,二者大多数样点集中于地幔演化线和造山带演化线附近,表明矿石和赋矿火山岩中的铅主要来源于地幔和下地壳的混合铅;矿区煤沟岩体Pb同位素组成高于矿石和赋矿火山岩,分布趋势与矿石和赋矿火山岩相似,主体落在造山带演化线附近;火山碎屑岩Pb同位素组成投点落入上地壳演化线附近,远离于矿石、赋矿火山岩和煤沟岩体分布范围.在(35)g-(35)b成因分类图解中,大多数矿石、赋矿火山岩和煤沟岩体样品点落入与岩浆作用有关的俯冲带铅范围内,且与形成于岛弧环境的东秦岭VHMS型铜矿床、新疆阿尔泰南缘多金属成矿带矿石的Pb分布范围重叠或接近,指示成岩成矿与俯冲作用有关的壳-幔相互作用关系密切.铜峪铜矿床和煤沟岩体形成于与早古生代商丹洋壳北向俯冲作用有关的岛弧环境,成矿物质与赋矿火山岩同源.     

坦博拉火山大喷发之谜——来自西藏榴辉岩的新启示

西藏松多榴辉岩系典型的古洋壳俯冲产物。通过岩相学观察与热力学计算,证实了西藏古洋壳俯冲时经历了还原反应,俯冲洋壳中Fe3+和S6+等物质被还原成Fe2+和S2-,在俯冲通道内释放出富含CO2和H2S的流体。后者因密度低,从俯冲通道上升至岛弧火山之下的岩浆房中,最终通过火山喷发的方式排放至大气圈。因此认为,深俯冲的印度洋洋壳在地球深部也经历了相似的还原反应,将俯冲洋壳表层的硫酸盐转变为含硫流体,再通过坦博拉火山喷发的方式释放出来。现今洋壳持续俯冲,地球深部的还原反应持续进行,新生成的含硫流体正源源不断地汇聚于岛弧火山之下的岩浆房之中,因此,未来坦博拉式火山爆发是大概率事件。     

西南天山榴辉岩的发现及其大地构造意义

我国西南天山造山带分布着一条长200km的蓝闪片岩带,该带西延与吉尔吉斯南天山阿特巴什蓝片岩-榴辉岩带相连,在我国境内一直没有发现榴辉岩.笔者于1995年夏季前往昭苏县阿克牙孜河上游进行考察,发现了榴辉岩,现简要报道如下.1 区域地质概况及榴辉岩的产状特征西南天山造山带是塔里木板块和伊犁中天山板块间的古生代造山带,为古亚洲洋演化史上的一个重要构造域.沿造山带北部展布有一条近东西向的早古生代缝合带,即中天山南缘断裂带.缝合带北侧为由前寒武纪角闪岩相变质岩、上志留统巴音布鲁克组岛弧火山岩和     

东准噶尔盆地巴塔玛依内山组火山岩锆石U-Pb年代及Hf同位素研究

对准噶尔盆地陆梁隆起东部三参1井所钻巴塔玛依内山组玄武岩, 开展了详细锆石内部结构研究基础上的U-Pb年代学、微量元素和Hf同位素系统分析. 结果显示, 所有锆石都属岩浆成因, 都有一致的稀土配分型式, 都具明显的Ce正异常(δCe=5.06~134)、Eu负异常(δEu=0.06~0.55)和重稀土元素富集特征. 25颗锆石中, 谐和年龄主要分成3组, 分别是(300.4±1.3) Ma (n=11), (339.2±2.7) Ma (n=3)和(392.0±1.7) Ma (n=8); 此外, 还有3颗近谐和年龄锆石, 它们的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄分别是(510±7), (488±6)和(453±6) Ma. 最小的谐和年龄为(300.4±1.3) Ma, 可以代表巴塔玛依内山组火山岩的形成时代(如晚阶段年龄). 其他年龄如早泥盆世、奥陶纪等, 与盆地周缘岛弧火山岩(富集Pb)和蛇绿岩的时代一致, 而且这些年龄锆石都具有正的ε_Hf(t)值(+3.6~+10.5), 推测所研究火山岩穿越的盆地基底, 可能与由早古生代-中古生代的残余洋壳和岛弧地体组成有关. 晚石炭世锆石的ε_Hf(t)值变化于 +17.1~+4.2, 显示该玄武岩主要来源于软流圈地幔或亏损岩石圈地幔熔融作用, 熔体在上升-侵位过程中混染了少量较古老基底物质组分. 由于这些玄武岩是后碰撞幔源岩浆直接加入到地壳的物质表现, 推测东准噶尔地区晚石炭世已经有了大规模的陆壳垂向生长过程.     

班公湖SSZ型蛇绿岩年龄对班-怒洋时限的制约

班公湖蛇绿岩位于西藏北部班公湖-怒江新特提斯蛇绿岩带的最西端, 主要由SSZ型蛇绿岩组成, 代表威尔逊旋回末期阶段的产物. 辉长岩中锆石SHRIMP U-Pb年龄为(162.5±8.6)~(177.1±1.4) Ma, 加权平均年龄为(167.0±1.4) Ma (n = 12, MSWD = 1.2), 代表新特提斯洋在该区俯冲消减的时限, 指示班公湖-怒江新特提斯洋至少从中侏罗世开始由扩张转换为俯冲消减.     

扎河坝石榴辉石岩中超硅-超钛石榴子石的发现及其地质意义

超硅石榴子石是一种典型的超高压矿物, 其稳定存在的压力>5 GPa. 在新疆北部扎河坝-阿尔曼泰早古生代造山带扎河坝蛇绿岩岩块的石榴辉石岩中首次发现了超硅石榴子石及同样具有超高压特征的超钛石榴子石. 研究显示, 所发现的超硅石榴子石和超钛石榴子石的形成深度不小于300 km, 它们的寄主岩石-石榴辉石岩是与洋壳超深俯冲有关的超高压变质岩. 研究同时显示, 扎河坝-阿尔曼泰早古生代造山带的形成与古亚洲洋洋壳超深俯冲有关.     

俯冲还是仰冲

俯冲和仰冲本是冲断层两盘的相对位移运动。从地质力学看来,就是剪切作用的构造表现。可是现在很多板块构造学家却只强调俯冲,把与俯冲相当的大规模构造称为消减带(Subduction zone)又称为贝尼霍夫带(Benioff zone),认为现在西太平洋边缘岛弧-海沟系和东太平洋边缘的山弧-海沟系就与之相当,而且进一步把这种在中、新生代以来的构造格式     

北秦岭松树沟高压基性麻粒岩锆石的LA-ICP-MSU-Pb定年及其地质意义

对北秦岭松树沟高压基性麻粒岩中的锆石进行了阴极发光图像、微区原位LA-ICP-MS微量元素分析和U-Pb定年. 结果表明, 这些锆石具有明显的双层结构, 核部主体由扇形或面形分带区域组成, 局部显弱分带或云雾状结构, 具低的Th, U, REE, HREE含量和低的Th/U与较高的(Nd/Yb)_N比值, 显示了与石榴石平衡生长的锆石的稀土配分型式, 应属变质成因; 核部的外围存在一窄的亮色环边, 与核部界线呈浑圆状或港湾状, 为后期退变质影响的结果. 对11粒锆石核部区域的24次U-Pb同位素分析获得²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值为485±3.3 Ma, 代表松树沟高压基性麻粒岩的峰期变质年龄. 该年龄值与秦岭岩群北侧的超高压榴辉岩及其围岩片麻岩的变质年龄值(507±37 Ma)在误差范围内一致, 表明在北秦岭秦岭岩群南北两侧存在同时代的两条早古生代高压-超高压变质岩带. 初步认为这两条高压-超高压变质岩带的形成, 可能分别对应于早古生代时期秦岭古洋盆和二郎坪洋盆俯冲消减引发的微陆块之间或微陆块与岛弧地体之间陆壳双向深俯冲碰撞作用.     

青岛榴辉岩相蛇绿混杂岩——俯冲“洋壳”推覆体的发现及其意义

长期以来,人们观察到的蛇绿岩均被解释为是在板块聚敛边界仰冲侵位于陆壳内的“洋壳”残片;而俯冲消减到深部的洋壳,根据现代碰撞造山模型,只能在陆壳俯冲时,作为碰撞混杂岩被推覆上来。例如造山带碰撞混杂岩中的榴辉岩和超镁铁岩就被解释为是早期俯冲     

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.