华北古陆块北缘退变榴辉岩的矿物化学与退变质作用

华北古陆块北缘退变榴辉岩呈透镜状产于角闪岩相变质的早元古宙红旗营子群黑云斜长片麻岩中,岩相学研究显示它经历了峰期榴辉岩相、减压过程中的高压麻粒岩相和角闪岩相变质作用。峰期榴辉岩相的矿物组合为石榴子石、绿辉石、金红石和石英等,变质条件为680～730℃和大于1 40～1 50GPa。在退变质早期,绿辉石分解形成钠质透辉石和斜长石(An=20 4～30 7)的蠕虫状后生合晶,榴辉岩转变成高压麻粒岩;晚期的退变质作用表现为高压麻粒岩相矿物组合转变成由钙质角闪石和斜长石(An=31 6～54 8)组成的角闪岩相矿物平衡共生组合。在结构上,主要表现为石榴子石颗粒边部的次变边、保留石榴子石假象的粒状后生合晶和保留辉石假象的蠕虫状后生合晶等,其变质温压条件为530～610℃和0 67～0 81GPa。

非保守元素在苏鲁超高压榴辉岩退变质作用中有限迁移和近原地重新分布

中国大陆科学钻探工程主孔揭露的基性岩石包括新鲜榴辉岩和角闪岩。角闪岩是榴辉岩在折返过程中不同程度退变质作用的产物。全岩主量和痕量元素地球化学数据表明它们不仅在高场强元素(Ti,Zr,Nb,Ta),而且在高度活动元素(Rb,Cs,Sr,Ba)上化学特征相似。尽管从榴辉岩向角闪岩的退变质作用需要流体的参与,上述地球化学特征表明在榴辉岩快速折返过程中,流体仅仅有限地存在,在流体中高度活动的碱性元素仅作有限迁移和近乎原地重新分布。流体可能以高度局域化的管道流形式出现,是导致榴辉岩退变质作用和剪切变形高度局域化的主要因素。

多硅白云母压力计在退变质作用中的稳定性探讨

探讨多硅白云母地质压力计在低温退变质过程中的稳定性,在对大别山东缘和苏鲁造山带西缘郯庐左旋走滑韧性剪切带糜棱岩中的多硅白云母残斑由中心向两侧边缘进行电子探针分析后发现:由中心向两侧边缘Si减少,Al增加,Fe,Mg略有降低,部分样品中K,Na有不同程度的增加,而Ti则显示不活动富集。这是由于退变质过程中流体的活动常会改变残斑白云母的成分,并且在流体活动过程相对短暂的情况下,使残斑白云母的成分不能发生充分变化,最终会导致白云母不同部位具有不同的成分。因而,经历了富流体活动的退变质作用后,岩石中的多硅白云母残斑已不能完全保存其形成时的压力信息。

阜平群的退变质作用——石榴石的生长和分解

本文通过阜平群下部基性麻粒岩中石榴石变斑晶的矿物化学、成分环带,包含变晶结构和冠状体结构的研究,结合石榴石生长前后温压条件估算,确定石榴石生长于区域麻粒岩高峰变质作用之后的近等压降温的热背景中,并由于后期阜平群的快速抬升而发生降压分解,最后利用石榴石的生长成分环带和降压分解现象揭示阜平群在麻粒岩相变质作用之后的退变质PTt轨迹。

大别山菖蒲硬玉石英岩退变质作用过程中岩石地球化学的变异

在大别山菖蒲地区新鲜硬玉石英岩逐步退变为片麻岩的变质作用过程中 ,其岩相学以及地球化学元素发生了一系列有规律的变化。 Si O2 ,Fe O,微量元素 Ba,Zr,Ga以及稀土元素 L a,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu逐步升高 ,而 Ti O2 ,Na2 O,Fe2 O3微量元素 Rb,Y,Nb以及稀土元素 Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb则逐步降低。这反映了矿物晶内的元素的迁移以及外来流体的参与在一定的程度上制约了岩相学以及元素地球化学变异。

2000年退变质作用研究的展望

变质作用的研究是变质岩石学的主要部分之一。世界各地古老地块中麻粒岩和片麻岩区的变质作用深入研究,又结合其它学科的综合研究成果,大大提高了早前寒武纪地壳演化的研究程度。退变质作用属变质作用的一种类型,过去对进变质作用已进行了广泛的研究。

羌塘中部高压变质带的退变质作用及其构造侵位

羌塘中部的高压变质带主要由榴辉岩、石榴石白云母片岩和蓝片岩等组成,它们在遭受高压变质作用之后折返,构造侵位于晚古生代展金组地层中,二者以韧性变形带为接触边界。本文以高压变质带中的榴辉岩和韧性变形带为研究对象,讨论了高压变质带折返过程中的退变质作用特征及折返时代。研究表明,榴辉岩在高峰期变质作用之后的折返过程中经历了由榴辉岩相→蓝片岩相→绿帘角闪岩相的退变质作用演化过程;在高压变质带构造侵位过程形成的韧性变形带中,白云母石英片岩的白云母^(40)Ar-^(39)Ar坪年龄为219±2Ma。高压变质带在219Ma左右构造侵位于展金组地层中,并于214Ma之前最终抬升出露地表。

辽南韧性剪切带中的变质作用与退变质作用

辽南韧性剪切带为一大型韧性滑脱剪切带。糜棱岩呈大面积席状展布。在糜棱岩化过程中,既有进变质作用,又有退变质作用。主滑脱面之上的盖层岩石产生进变质作用;主滑脱面之下的太古宙片麻岩(变质核杂岩)则产生退变质作用。进变质作用和退变质作用研究表明,韧性剪切带活动时期的高峰温度相当于低绿片岩相,但是,同构造基性岩床只退变至角闪岩相的矿物组合。这是因为这一件矿物组台是以准稳态保留下来。变质核杂岩的显微构造特征表明,在整个演化过程中,它是逐渐抬升的。在变质核杂岩的抬升过程中,又有新的一轮退变质作用产生。

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩类岩石退变质过程——对超高压变质地体隆升的启示

中国大陆科学钻探的实施,揭示了深俯冲陆壳的三维结构。超高压变质岩的岩相学详细观察,发现榴辉岩类岩石占0-2000米岩心的60%。大多数榴辉岩的原岩具有长期居留地壳的历史,但是分布在607-783米附近的石榴单斜辉石岩,在成因上与石榴橄榄岩关系密切。从矿物成分,岩石化学特征上看他们构成超镁铁-镁铁质的岩浆杂岩,是俯冲过程中,地幔物质加入于深俯冲的岩片并一起遭受超高压变质作用。榴辉岩质的片麻岩,部分相当于所谓的副片麻岩,在主孔也占一定的地位。实际是中酸性成分的火成岩超高压变质的产物。花岗质片麻岩有多种类型,根据其中所夹的角闪黑云片岩残留体看来大部分应属角闪黑云斜长片麻岩选择性部分熔融的产物。榴辉岩类的变质演化可分为3个阶段。第一阶段(M1约230-240Ma)是超高压变质的峰期,其证据是石榴石、绿辉石、金红石中均发现柯石英的微粒包裹物,石榴橄榄岩中的钛斜硅镁石是其超高压变质历史的见证。第二阶段(M2,226-219Ma)早期退变质阶段,超高压变质岩退变为高压榴辉岩相和角闪岩相岩石,冠状体和后成合晶的生长是此阶段的标志,这些特征性结构反应了岩石的不平衡和再平衡的历史,说明了超高压变质地体的快速隆升。后来(219-180Ma)超高压变质地体长期处于中下地壳,在流体影响下,榴辉岩质片麻岩退变成的黑云角闪斜长片麻岩及绿帘黑云(角闪)片麻岩,他们经选择性部分熔融或经超临界流体的K交代作用转变为黑云角闪二长片麻岩(即所谓正片麻岩)。其中多含有铈褐帘石,成分环带明显,La/Ce=0.42-0.72,且边沿均有绿帘石的边,代表后期叠加的绿帘钠长角闪岩相退变质。第三阶段(M3:170-180Ma)以糜棱岩和构造角砾岩的出现为特征,代表与二次隆升的脆韧性脆性变形的过渡,这些构造岩的基质普遍发育绿泥石、阳起石和方解石,说明了绿片岩相的退变质。所有上述3期的变质作用均与榴辉岩所经历的构造过程相关。显微结构分析可以揭示结晶作用和变形作用之间的相对时序。基于现今已发表的同位素年代学数据可以将苏鲁地区中生代不同阶段的变质作用与构造过程相互联系起来。CCSD主孔所见的变质演化和相关的变形事件对中国大陆中生代大陆动力学提供如下启示;可以肯定华北和杨子两个板块在三叠纪的碰撞(-240Ma)必然引起巨量地壳物质深俯冲至地幔深度,发生超高压变质。超高压变质岩的早期退变质是一个绝热隆升的过程,而后长期滞留中下地壳,发生部分熔融,接着引发进一步的隆升导致伸展体制。

冀西北怀安地区中性辉石麻粒岩的锆石U-Pb、Lu-Hf及微量元素组成对区域退变质时代的制约

冀西北怀安地区位于华北克拉通北缘中段。其区域麻粒岩相变质峰期时间及所代表的碰撞造山时限一直存在不同认识。本文对出露于区内的中性辉石麻粒岩体(变石英闪长岩)进行锆石U-Pb、Lu-Hf及微量元素组成的分析研究,探讨其锆石同位素年龄的地质意义。该类岩石的矿物组合表明它们在中压麻粒岩峰期变质之后经历了角闪岩相退变质作用。锆石阴极发光显示,辉石麻粒岩中存在两种类型锆石:1)具双层结构锆石:核部锆石晶形保存相对完好并具生长环带,幔部为无内部结构的变质增生边;2)内部结构均一,无生长环带,为变质增生的新生锆石。其中具生长环带的核部锆石207Pb/206Pb年龄分布在2542～1902Ma(1σ),并与之相应的Th/U比值(0.10～1.92)、ΣHREE(59.1×10-6～452×10-6)和εHf(t)值呈正相关关系,表明核部锆石曾发生过不同程度的变质重结晶作用。其中谐和度高且年龄大于2400Ma的锆石(Th/U=0.42～1.92)获得了2471±18Ma(2σ,MSWD=6.7)加权平均年龄,该年龄可近似代表原岩的形成时代;相应的单阶段Hf模式年龄(tDM=2550～2621Ma,峰值2586Ma)和两阶段模式年龄(tDMC=2596～2716Ma,峰值2665Ma)以及与较高的εHf(t)值(4.1～6.7),反映其原岩的源区具新生下地壳特征,暗示本区新太古代末发生过地壳增生事件。变质增生锆石具更低的Th/U(<0.10)和176Lu/177Hf比值(<0.0001)以及明显偏低的重稀土含量。结合岩相学分析表明,这些变质锆石应是麻粒岩相向角闪岩相退变质过程中的产物,非峰期麻粒岩相产物。锆石Ti温度计算结果(683～714℃)也进一步支持这种解释。它们获得的1831±7Ma(2σ,MSWD=2.5)加权平均年龄应代表中压麻粒岩相变质晚期至角闪岩相退变质时代。为此,我们认为本区麻粒岩广泛记录的1850～1800Ma的变质年龄应代表古元古代末地壳抬升退变质事件。

柴北缘锡铁山两类榴辉岩的退变质过程及其对俯冲带折返机制的制约

榴辉岩作为俯冲带中重要的岩石类型保存有丰富的地球动力学信息。对榴辉岩及其退变质岩石的研究有助于建立俯冲带演化的p-T轨迹，了解俯冲岩石在折返过程中温压条件及矿物相的变化，从而对俯冲带折返的动力学机制进行限定。对柴北缘锡铁山双矿物榴辉岩及含多硅白云母榴辉岩进行了详细的岩石学研究。在NC（K）FMASH体系中对两类榴辉岩进行变质相平衡模拟，得到双矿物榴辉岩的峰期温压条件为745～790℃，大于2．8～3．0GPa（M1），后经历等温降压过程达到角闪石榴辉岩岩相（670～770℃，1．6～2．2GPa，M2），与含多硅白云母榴辉岩经历了相同的折返过程。锡铁山双矿物榴辉岩的原岩具有N-MORB的地球化学特征，而含多硅白云母榴辉岩则显示E-MORB或者OIB特征，二者原岩成分存在明显差异。两类榴辉岩的p-T演化过程和地球化学特征表明．锡铁山双矿物榴辉岩与含多硅白云母榴辉岩矿物学特征的差异是其原岩的多源性造成的，而与俯冲后折返过程中的退变质作用无必然联系。

榴辉岩退变质过程中的微量元素地球化学行为:对CCSD主孔退变质榴辉岩的研究

对中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩退变质过程中的微量元素地球化学行为进行了研究。对退变质程度连续变化样品的不同部分的对比研究表明,流体作用下的退变质过程中大离子亲石元素(Cs、Rb、Ba、Sr、K、Th、U)和轻稀土元素表现出较大的活动性,重稀土元素和高场强元素变化相对较小。退变质后大离子亲石元素的显著增加和高场强元素、重稀土元素的轻微变化(甚至相对降低),表明与退变质作用有关的流体中的络阴离子含量很少,并不富集高场强元素和重稀土元素。退变质后总体上表现出的Si、大离子亲石元素和轻稀土元素的明显变化,表明外来流体参与了榴辉岩的退变质过程,带入和带出了一些元素。结合榴辉岩中单矿物微量元素组成以及前人对DMineral/Fluid的研究成果,对流体-榴辉岩作用形成的退变质分带(富石英条带→角闪岩→退变质榴辉岩→新鲜榴辉岩)的微量元素组成变化进行了详细研究。结果表明在流体作用下的榴辉岩退变质过程中,大离子亲石元素、轻稀土元素和高场强元素含量的变化除了受退变质流体性质的影响外,更大程度上取决于退变质过程中的矿物相(尤其是副矿物)的变化。

川西同德和沙坝麻粒岩及其退变质岩石之间的元素迁移

利用川西麻粒岩的全岩化学组成与岩石中特征矿物的化学性质 ,研究了麻粒岩退变质作用的元素迁移。对紫苏辉石、普通辉石和普通角闪石的电子探针分析表明 ,随着麻粒岩退变质作用程度的加深 ,矿物的化学组成与全岩的元素迁移同步变化。由于矿物组合和岩相的转变以及地壳流体的作用 ,同德二辉麻粒岩在退变质至黑云角闪斜长片麻岩过程中 ,K ,Rb ,Cs,K/Na ,Fe3+ 和Fe3+ /Fe2 + 增加 ,Fe2 + ,V ,Co ,Ba ,Sr和Pb降低 ;在沙坝二辉麻粒岩退变质为含绿帘石角闪斜长片麻岩过程中 ,Na ,Ca ,Fe3+ ,Zr,Hf,Nb ,Ta ,Rb ,U ,Th ,REE和Fe3+ /Fe2 + 增加 ,Fe2 + ,Mg ,K ,Co ,Zn ,Cs ,Pb和K/Na降低。麻粒岩退变质过程中制约不同元素迁移的主要矿物相是普通角闪石等退变质新生矿物。同德和沙坝两个麻粒岩块退变质作用中 ,个别元素迁移性状并不相同 ,这可能与原岩的性质和变质流体的成分等环境地质条件有关。

西藏东部八宿地区发现退变质榴辉岩

在西藏东部八宿地区的野外地质调查中首次发现可疑的榴辉岩类岩石.通过对所采集系列样品的岩相学研究,初步确定其为退变质榴辉岩,并且遭受了多期次退变质作用的改造,部分样品已彻底转变为榴闪岩.现就该退变质榴辉岩的岩相学特征作一介绍.

大别山北部榴辉岩的退变质特征及其地质意义

研究了大别山北部榴辉岩的变质岩岩石学。结果表明,该区榴辉岩相变质作用可分为早期(超高压)和晚期(高压)两个阶段,并在折返过程中形成了一系列特征性的退变质显微构造。其中,退变质结构主要包括:(1)由于压力降低而出溶形成的一些定向针状或叶片状矿物包裹体,如钠质单斜辉石中石英及石榴子石中的金红石、单斜辉石和磷灰石等;(2)冠状体或后成合晶,特别是石榴子石外围发育两期("双层")后成合晶;(3)反应边或退变边,如绿辉石的透辉石退变边、透辉石的角闪石退变边和金红石的钛铁矿退变边等。这些退变质结构为本区榴辉岩高级变质岩的快速折返过程和抬升历史提供了强有力的岩石学依据;石榴子石中针状矿物出溶体进一步证明研究区榴辉岩早期经历了超高压变质作用,峰期变质压力应大于4.0GPa,甚至可能达到5～7GPa或更高。

北秦岭西部榴闪岩的发现与变质作用过程:锆石年代学和Hf-O同位素制约

秦岭造山带是由多期俯冲-碰撞造山和随后多阶段隆升成山形成的复合型造山带。近年来一个突破性进展是在北秦岭东部即陕西-河南交界地区以及桐柏地区的秦岭群高级变质岩中发现存在大量退变榴辉岩和高压麻粒岩,其中部分退变榴辉岩锆石包裹体中出现柯石英。这些发现证明北秦岭东部和桐柏地区的确在480~500Ma发生过深俯冲作用,随后造山带抬升形成退变榴辉岩。那么,北秦岭西部是否存在类似的(深)俯冲作用?本文首次在北秦岭西部宝鸡眉县地区发现了榴闪岩。该榴闪岩主要由石榴石和角闪石组成,含少量石英、透辉石和绿帘石。石榴石变斑晶都具有明显由退变质扩散作用形成的环带结构,绿帘石变斑晶具有与榴辉岩中绿帘石大致相同的XFe、CaO和Al2O3含量。同时,石榴石变斑晶核部还含有Amp+Cpx+Qtz包裹体,该包裹体矿物组合暗示其退变前可能是榴辉岩,而榴闪岩是在流体活动过程中退变质作用形成的。榴闪岩中锆石的离子探针SIMS定年获得很好的U-Pb谐和年龄(443.9±1.1Ma)和206Pb/238U的加权平均年龄(443.2±2.5Ma)。锆石的低Th和U含量和非常高Th/U比值(0.47~1.66)说明其并非是在"干"体系下形成的进变质锆石,应该是在流体强烈活动下形成的或是进变质锆石被退变质过程完全重置。因此,443Ma应该是榴闪岩的形成年龄即记录退变质作用发生的时间。这些锆石具有亏损的Hf同位素和类似地幔的氧同位素组成。因遭受退变质作用的强烈影响,其εHf(t)值和δ18O值有较宽的分布范围(εHf(t)=2.4~14.7;δ18O=4.25‰~6.39‰),其亏损地幔模式年龄为0.48~0.95Ga。所以,锆石的Hf-O同位素特征指示榴闪岩的原岩主要来自新元古代时期的亏损地幔来源的玄武质岩石。结合北秦岭东部地区榴辉岩发生退变质作用时代间隔可以大致判断北秦岭西部的榴闪岩的峰期变质时代可能为470~480Ma。由此发现,北秦岭东西部早古生代俯冲-碰撞事件时限上存在差异,即北秦岭早古生代俯冲-碰撞作用沿商南-宝鸡一线可能是自东向西发生的。

东海榴辉岩的早期退变质——后成合晶的形成、特点及地质意义

在苏北东海地区出露一种由富石榴子石基质与绿辉石脉组成的榴辉岩。这种榴辉岩有些经历过很强的后榴辉岩阶段变形作用,有些则没有。不论变形与否,其早期退变质均表现为绿辉石脉中沿绿辉石边界发育的细脉状透辉石+钠长石后成合晶。后成合晶的形态及矿物成分变化特点显示:弱变形榴辉岩的退变质作用是在榴辉岩折返到一定深度后,绿辉石颗粒间产生微裂隙,富SiO_2流体进入并与绿辉石反应,形成后成合晶;而在强变形榴辉岩中,伸展性构造变形使绿辉石颗粒间形成微裂隙,富SiO_2流体沿此进入,与绿辉石反应形成后成合晶。不同原因引起的变形为流体进入榴辉岩内部提供通道。榴辉岩的早期退变质发生在绿辉石脆-塑性变形发生转换的温压条件下,反映了榴辉岩折返过程中榴辉岩体与花岗质围岩间的物质交换。

大别山榴辉岩富流体退变质阶段的白色云母

大别山榴辉岩的退变质过程可分为贫流体、弱流体和富流体 3个阶段。贫流体阶段的主要作用是榴辉岩造岩矿物的重结晶、同质多象转变和固溶体出溶 ;弱流体阶段有少量流体参与 ,并且其压力、温度较高 ,形成的白色云母主要为多硅白云母 ;富流体阶段在大量流体参与下 ,形成大量的低压含水矿物 ,其中包括多种白色云母。富流体阶段早期的白色云母主要为多硅白云母 ,其Si原子数介于 6 .5 pfu和 7.2 pfu之间 ;晚期白色云母成分复杂 ,包括钠云母、白云母和珍珠云母。黑云母是退变质作用最晚期形成的云母。退变质云母具环带结构 ,其内带为钠云母 ,中带为白云母和珍珠云母的交生体 。