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.     

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.     

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.     

大别山超高压带片麻岩锆石中柯石英包裹体

利用显微Raman光谱,辨认了大别山超高压带片麻岩锆石中的矿物包裹体。作为锆石中包裹体,柯石英出现在所有类型的片麻岩中,其他重要的包裹体矿物还有硬玉、绿辉石、文石、重晶石和硬石膏等。这些发现表明：（1）榴辉岩与围岩片麻岩有同变质历史;（2）与柯石英共生的重晶石和硬石膏指示出高压过程中有含SO4^2-流体参与。     

大别山超高压变质带白片岩中的流体包裹体

大别山花凉亭白片岩是一种特殊类型的富镁铝超高压变质岩，其原岩为长英质岩脉，后又在榴辉岩相变质过程中被高压流体交代。根据白片岩中赋存的流体包裹体研究结果，初始高压流体为含CO2的水溶液，证明超高压变质阶段存在CO2－H2O流体；假次生H2O溶液包裹体是在超高压折返阶级被捕获的，而次生H2O包裹体应与超高压折返最晚演化阶段有关。     

山东临朐新生代玄武岩携带的单斜辉石晶体中玻璃质熔体包裹体

山东临朐新生代玄武岩携带有较多的单斜辉石晶体, 这些单斜辉石中发现存在大量玻璃质熔体包裹体. 玻璃质熔体包裹体形状极不规则, 大小多在10~50 μm之间, 并与低镁橄榄石、拉长石和富钙钾长石共生. 原位主、微量元素分析表明玻璃质熔体包裹体富碱(Na₂O+K₂O > 10%), 高硅(>54%)、钙、铁(>4%, 质量分数, 下同), 贫镁(Mg# < 20), 富集轻稀土元素((Ce/Yb)_cn = 11.6~16.4), 并具有明显的Eu正异常(Eu/Eu* > 2), 即为类似响岩质组成. 单斜辉石晶体和玻璃质熔体包裹体及其共生矿物的组成特征说明这些熔体包裹体是寄主玄武岩携带前捕获的外来熔体. 该熔体包裹体的发现为进一步探讨华北东南部中生代岩石圈地幔的演化过程提供了另一个新的途径.     

南苏鲁超高压岩石含柯石英锆石中的流体包裹体

对锆石微区性质、显微结构、激光Raman测试及阴极发光图像的研究结果表明, 南苏鲁中国大陆科学钻探工程主孔片麻岩和退变榴辉岩中的锆石均保存了与柯石英等典型超高压矿物共存于同一变质增生锆石微区中的流体包裹体, 多数为CO₂(气)-H₂O(液)两相, 且以H₂O液相为主的流体包裹体, 少数为单一的H₂O液相流体包裹体, 表明苏鲁地体的榴辉岩及其围岩在超高压变质阶段并非处于“干体系”环境, 而是处在有流体参与的相对“湿体系”环境. SHRIMP定年结果显示, 含柯石英+流体包裹体的变质增生锆石微区的U-Pb年龄为233.7±4.3 Ma, 可能代表了苏鲁地体超高压变质峰期阶段至峰后降压初始阶段锆石生长时间. 其他锆石边的U-Pb年龄为213.2±5.2 Ma, 代表角闪岩相退变质过程中锆石增生的时间. 因此, 苏鲁地体超高压岩石折返过程中的流体活动主要出现在中晚三叠世, 不过在超高压阶段依然存在流体活动. 这些结果不仅为进一步深入探讨超高压变质过程中流体性质、演化以及流体-岩石相互作用机理提供重要的信息, 而且为今后在世界各地超高压岩石中准确识别原生流体包裹体提供了新的研究方法.     

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.     

苏鲁造山带超高压变质岩的差异性折返: 流体包裹体证据

苏鲁超高压变质带的南部和北部经历了具有明显不同的折返过程, 主要表现为在北部榴辉岩中有麻粒岩相叠加变质作用. 流体包裹体研究表明, 苏鲁高压-超高压榴辉岩矿物及脉石英中存在有五种类型包裹体: 在超高压-高压榴辉岩相条件下捕获的A型N2±CO₂包裹体; 在榴辉岩发生麻粒岩相叠加变质作用期间被捕获的B型纯CO₂液相包裹体; 在高压榴辉岩重结晶阶段被捕获的C型CO₂-H₂O包裹体和D型高盐度水溶液包裹体; 超高压岩石折返过程中最晚(角闪岩相退变质甚至更晚)阶段捕获的E型低盐度水溶液包裹体. 石榴石中密集分布的B型高密度CO₂流体的发现为本区榴辉岩相岩石遭受了麻粒岩相叠加提供了又一佐证.     

西南天山阿坦塔义一带片岩和榴辉岩中的柯石英

柯石英是超高压变质作用发生的标志矿物.西南天山造山带阿坦塔义地区的高压变质岩中迄今未发现柯石英,其变质峰期条件颇具争议.对这一地区的主体岩石类型——片岩和榴辉岩开展了详细的岩相学和显微拉曼光谱分析,识别出阿坦塔义河沿岸3处露头的岩石含有柯石英.含柯石英的片岩主要由钠长石、石榴石、钠钙质角闪石、石英和白云母构成;含柯石英的榴辉岩主要由绿辉石和石榴石构成.柯石英的发现表明这一地区的榴辉岩及其围岩整体经历了超高压变质作用,西南天山超高压地质体的南北宽可达10km,其东西长可达60～80km.     

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.     

苏鲁榴辉岩钾长石+石英聚合体中重晶石矿物及其意义

在苏鲁超高压榴辉岩的绿辉石中, 发育具有柯石英(?)假象的自型或半自型钾长石+石英多晶聚合体. 在钾长石和石英中, 发育半自型或浑圆状的重晶石. 重晶石的大小普遍小于1 μm, 个别可达3~5 μm. 利用扫描电镜的能谱分析(EDS)对重晶石进行了矿物化学测试, 结果表明, 这些重晶石的SO₃变化范围较小为33.86%~41.12%, SrO和BaO的变化较大, 分别从0~34.65%和24.12%~63.55%; SrO与BaO呈近乎线性负相关关系, 说明它们是重晶石(BaSO₄)和天青石(SrSO₄)的固溶体; 它们的Sr/Ba摩尔比值高度变化, 从0~2.1. 榴辉岩中以包裹体形式存在的重晶石不仅表明了大陆地壳物质深俯冲作用伴随着明显的氧化作用, 而且表明了有限的流体作用使它们在退变质作用过程中保存下来的主要因素.     

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.     

山东临朐新生代地幔捕虏体中的流体/熔体包裹体：软流圈-岩石圈相互作用的信息

橄榄岩捕虏体中的流体(熔体)包裹体是研究地幔流体的最直接样品. 应用流体包裹体显微测温学和激光拉曼技术, 研究了山东临朐乔山地幔橄榄岩捕虏体中的各类流体(熔体)包裹体(早期富CO₂流体包裹体和碳酸盐熔体包裹体, 晚期富CO₂流体包裹体和硅酸盐熔体包裹体). 其中早期富CO₂流体包裹体多为高密度纯CO₂流体包裹体, 部分含有石墨, CO, N2, 菱镁矿等多种杂质. 两期流体包裹体的最小捕获压力分别为1.42 GPa和0.80 GPa. 由于碳酸盐熔体包裹体的寄主矿物主要是斜方辉石, 据此推测碳酸盐熔体的形成可能与CO₂流体和橄榄石、单斜辉石之间的反应有关. 富CO₂流体包裹体中杂质组分的多样性说明橄榄岩曾经经历与流体/熔体灌入有关的氧化还原反应. 乔山地幔捕虏体的流体(熔体)包裹体证据说明该区陆下岩石圈地幔曾经被软流圈来源的富CO₂流体/熔体所改造.     

阿尔卑斯型铬铁矿中岩浆包裹体的发现及其意义

近20年来,国内外陆续有研究者报道了蛇绿岩套阿尔卑斯型铬铁矿中有含水溶液流体包裹体、气液包裹体、全结晶化硅酸盐熔体包裹体和晶体-流体包裹体。最近,作者在我国西部西准噶尔地区萨尔托海阿尔卑斯型铬铁矿中,又进一步发现了原生含玻璃相和晶相子矿物的岩浆包裹体,这对研究蛇绿岩中豆荚状铬铁矿的形成条件及成因有着重要意义。     

北秦岭含柯石英斜长角闪岩的发现及其地质意义

详细的激光拉曼光谱分析,在陕西丹凤县城东北部的秦岭岩群斜长角闪岩锆石中发现柯石英、绿辉石、石榴子石和金红石等多种矿物包裹体.柯石英具有典型的524 cm?1主峰以及270和151 cm?1次峰的拉曼光谱组合,绿辉石显示680 cm?1拉曼特征峰.柯石英、石榴子石和绿辉石显微包裹体的发现证明,丹凤斜长角闪岩应该是退变的超高压榴辉岩,变质的峰期压力2.8 GPa.利用LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年方法,结合锆石CL图像特征、显微包裹体分布和微量元素组成,得到丹凤含柯石英斜长角闪岩的峰期变质时代为496.9±2.5 Ma,并同时得到451.7±4和425.8±3.3 Ma两期叠加变质事件年龄.丹凤斜长角闪岩锆石包裹体中柯石英的发现以及年代学研究结果与前人在邻区斜长角闪岩锆石包裹体中微粒金刚石的发现和490.4±5.8 Ma峰期变质年龄的获得,以及秦岭岩群已有榴辉岩和超高压长英质片麻岩普遍获得的~500 Ma的峰期变质以及~450和~420 Ma的后期构造事件叠加完全一致,表明北秦岭构造带的秦岭岩群在~500 Ma的早古生代确实经历过超高压变质作用,存在巨量陆壳物质的深俯冲.     

细碧岩岩浆成因的最新证据——北祁连山下古生代辉石细碧玢岩单斜辉石斑晶中发现原生富钠质岩浆包裹体

海相火山岩系的重要组成部分——细碧-角斑质火山岩组合的成因,长期以来一直处于争论之中,其焦点是钠质的来源问题。作者等曾根据在细碧-角斑岩中发现无序-过渡型钠长石,以及在石英角斑岩石英斑晶中发现原生富钠质岩浆包裹体,证明细碧-角斑质火山岩极有可能是从一种富钠、富水的岩浆中结晶产出。最近,作者又于甘肃省永登县石灰沟奥陶系辉石细碧玢岩的单斜辉石斑晶中发现了原生富钠质岩浆包裹体,现报道如下。     

上地幔中的岩浆混合作用: 东太平洋海隆13°N附近玄武岩高Mg# 橄榄石内熔体包裹体证据

洋中脊玄武质岩浆中早期结晶产物: 高Mg#橄榄石常捕获有早期熔体, 从而形成熔体包裹体. 这些熔体包裹体记录了岩浆早期演化的重要信息. 本研究获得的东太平洋海隆(EPR) 13°N附近5个站位玄武岩具有很小的K/Ti (0.07~0.12), Tb/Lu (1.72~1.84), Sm/Nd (0.310~0.332)变化范围和相似的稀土元素配分型式, 说明亏损上地幔源区具有相似的矿物组成. 结合前人的Sr和Nd同位素分析结果表明这些玄武岩未经受明显的洋壳混染作用. 通过对校正橄榄石分异和“铁丢失”作用后获得的65个初始熔体包裹体组成分析, 表明这些熔体包裹体具有较寄主玄武岩高的MgO含量, 因此, 可能是寄主岩浆早期不同演化阶段的产物, 从而能够指示岩浆较早期阶段的演化过程. 寄主玄武岩尚处于橄榄石+斜长石共结结晶阶段, 但熔体包裹体具有较寄主玄武岩更高的CaO/Al₂O₃比值, 且该比值与MgO正相关和Na₂O负相关的事实表明寄主玄武岩经历了较高压下的单斜辉石结晶分异. 同时, 根据单斜辉石结晶和熔体包裹体液相线组成计算其平均结晶压力为(0.83±0.25) GPa, 说明这些熔体包裹体平均捕获于洋底以下~24 km左右的上地幔中. 熔体包裹体的Ca₈/Al₈, Na₈与Fe₈ 之间良好的负相关性, 及其明显高于寄主玄武岩的Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti变化范围, 显示这些熔体包裹体形成于不同熔融程度和深度的岩浆混合作用. 另外, 根据寄主玄武岩和熔体包裹体Ca₈/Al₈, Na₈, Fe₈和K/Ti的变化范围和平均值, 这些玄武质岩浆仍需要在洋壳中经历其他组成端元的岩浆混合作用. 由此可见, 洋中脊玄武岩斑晶内熔体包裹体组成的多样性并不都反映岩浆在洋壳内的混合和结晶作用, 形成于上地幔压力下的橄榄石中熔体包裹体不能直接与其他矿物斑晶中熔体包裹体共同用于指示洋壳内的岩浆过程. 本次高Mg#橄榄石中熔体包裹体研究证明东太平洋海隆下部地幔中的确存在不同来源深度和熔融程度的岩浆混合作用.     

西天山高压-超高压变质带折返过程中的流体活动证据:高压脉体和异剥钙榴岩

西天山造山带以发育蓝片岩和低温榴辉岩著称,蓝片岩中的大量榴辉岩相脉体记录了蓝片岩-榴辉岩相转变时的流体活动.详细的野外调查发现,西天山超高压榴辉岩内也发育了大量的高压脉体,而与蛇纹岩伴生的榴辉岩则受到了明显的异剥钙榴岩化改造,这些都是俯冲带变质作用过程中流体活动的直接证据.超高压榴辉岩内发育的高压脉体主要有3种类型,分别为绿辉石脉、石英脉和黝帘石脉,这些脉体不同程度地切穿了早期的面理.脉体石榴石是物理迁移的结果,而其他脉体矿物如榍石、绿辉石、黝帘石、白云石和磷灰石等,是从高压流体中晶出的.高压流体对钡元素具有富集作用,流体成分在时空上存在不均一性.这些普遍发育的脉体形成于超高压榴辉岩折返阶段,表明在减压过程中也可以发生强烈的流体活动和微量元素迁移.西天山异剥钙榴岩的原岩年龄为-420 Ma,异剥钙榴岩化作用发生在折返阶段(-290 Ma).在部分异剥钙榴岩化阶段,流体富集Ca,Si,Ti,Mn,Nb,Ta,Zr和Hf,亏损Fe,Mg,Na,K,REE,Tb和Y,氧逸度高,流体对岩石的交代作用不彻底,发育不平衡矿物结构;在完全异剥钙榴岩化阶段,流体富集Ca,Mg,LREE,Ni和Cr,亏损Fe,Ti,Rb,Ba,MREE和HREE,流体作用强烈,富水流体相的强烈淋滤作用使大部分元素发生迁移.     

柯石英榴辉岩相变质构造岩:超高压变质岩构造形迹

青岛仰口湾出露了一套超高压韧性剪切混杂岩。混杂岩由弱变形的岩块和高度塑性流变的糜棱岩组成。超高压变质构造岩包括强变形的和糜棱岩化的榴辉岩。柯石英在构造岩中以石榴石和绿辉石包裹体和料间矿物的形式出现，表明构造变形发生在柯石英的稳定域（800－850℃，＞30GPa)，属上地幔范围。柯石英呈短柱状和浑圆状，具有波状消光和裂纹，表现了以脆性变形为主的特点。石榴石也以脆性破裂为主，只有少量的细颈化和拉长，绿辉石普遍被拉长，并具有很强的定向排列，波状消光，亚晶粒和动态重结晶构造，以塑性流变为特点。超高压变质构造岩可能是在超高压变质岩折返的早期在剪切构造带中形成的，其运动方向指示了超高压变质岩片折返的运动方向。