大别山镁铁质下地壳的Pb同位素成分:来自榴辉岩的制约

北大别高温超高压杂岩带中榴辉岩的岩石学和地质年代学研究已经证明它们为华南板块新元古代镁铁质下地壳岩石经三叠纪深俯冲变质成因。基于此,开展了北大别榴辉岩的Pb同位素地球化学研究。结果表明:北大别榴辉岩表现出与北大别片麻岩相似的低放射性成因Pb同位素特征,并具有更低的N(^(208)Pb)/N(^(204)Pb)值;其初始Pb同位素组成分别为N(^(206)Pb)/N(^(204)Pb)i=15.217~17.522,N(^(207)Pb)/N(^(204)Pb)i=15.077~15.540和N(^(208)Pb)/N(^(204)Pb)i=35.219~38.082,表现出目前已知的大别造山带3个含榴辉岩的超高压变质岩片中最低的Pb同位素组成,这进一步证明北大别榴辉岩的原岩来自于俯冲镁铁质下地壳;北大别榴辉岩表现出较宽的Pb同位素组成变化范围,其中最低的Pb同位素组成源自于具有低w(U)/w(Pb)值、低w(Th)/w(U)值演化特征的晚太古代至古元古代镁铁质下地壳,而相对较高的Pb同位素组成则继承于新元古代底侵的幔源岩浆,表明北大别榴辉岩的Pb同位素特征是幔源岩浆混染古老镁铁质下地壳的结果。与大别山中生代埃达克质岩的Pb同位素对比研究表明,早白垩纪拆沉再循环的陆壳物质中不仅含有镁铁质下地壳岩石,还含有长英质下地壳物质,大别山深部的长英质下地壳随镁铁质下地壳一起拆沉并再循环进入地幔。

蚌埠老山含石榴子石片麻状花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄及其对华南俯冲陆壳再循环的意义

对华北板块东南缘蚌埠隆起区内凤阳县老山含石榴子石片麻状花岗岩进行了锆石SHRIMP U—Pb定年。阴极发光图像显示所研究样品中锆石通常具有核-幔-边结构。其中，核部年龄为新元古代（一个谐和年龄为673Ma±12Ma）、幔部年龄为三叠纪和具有岩浆结晶环带的边部年龄为159Ma±2Ma。锆石边部明显具有岩浆结晶环带以及高的Th／U比值（一般为0．14～0．45），其年龄代表该岩石的形成时代；幔部具有低的Th／U比值（一般为0．02～0．15），为变质成因；而核部常具有岩浆结晶环带，有时因重结晶等原因而模糊，其年龄应代表源区岩石的形成时代。由于继承锆石的形成时代为新元古代并经过印支期变质作用，这些年龄记录与大别山超高压岩石一致。因此，证明老山含石榴子石片麻状花岗岩为159Ma±2Ma，其为经历了三叠纪多期变质作用改造的华南俯；中陆壳物质发生部分熔融而形成即由华南三叠纪俯冲陆壳物质再循环的结果。而华北板块通东南缘深部存在华南俯冲陆壳岩石，进一步证实在中生代华南板块至少已俯冲至蚌埠地区。

北大别片麻岩的超高压变质证据——来自锆石提供的信息

本文对北大别片麻岩锆石中矿物包体及年代学进行了研究,首次发现了北大别片麻岩的超高压变质作用证据。结合阴极发光图像和同位素定年,片麻岩锆石中矿物包体组合至少可分出三期:(1)原岩岩浆矿物组合,即斜长石、黑云母、石英和磷灰石;(2)超高压变质矿物组合,即金刚石、石榴子石和金红石等;(3)麻粒岩相退变质矿物组合,如透辉石等。其中,金刚石和石榴子石主要以包体形式被包裹于透辉石中,而透辉石是北大别麻粒岩相退变质阶段形成的代表性矿物。锆石SHRIMP U-Pb定年结果表明,北大别片麻岩的峰期变质时代和麻粒岩相退变质时代分别为218±3Ma和199±10Ma。这些证明北大别片麻岩,如同其中的榴辉岩一样,经过了印支期超高压变质作用。

大别山北淮阳带西段新元古代浅变质岩片的岩石组成及其大地构造意义

大量的野外地质调查、室内岩石薄片观察和锆石U-Pb定年结果表明,大别山北淮阳带西段原"定远组"奥陶纪变质火山岩中新元古代浅变质岩片至少包含两类岩石,即750～720 Ma的变质花岗岩和635 Ma的变质辉长岩。其中,变质花岗岩的形成时代与北淮阳带东段庐镇关杂岩的形成时代一致。这两类新元古代浅变质岩石都经过了强烈的构造变形和绿帘角闪岩相变质作用,以构造透镜体或岩片形式产于奥陶纪的变质火山岩带(原"定远组")中,并且与华南陆块北缘湖北随州—枣阳一带发育的2期大规模新元古代中、晚期基性岩墙群和花岗岩的时代以及大别山超高压岩石的原岩时代一致。这些成果进一步证明,它们可能是印支期华南陆块发生俯冲的初始阶段陆壳内部最早被拆离、解耦的岩片,并在南、北陆块汇聚、碰撞及造山过程中被推覆到华北陆块南缘古生代浅变质岩系之上。

北大别的多阶段高温变质作用与部分熔融及其地球动力学过程和大地构造意义

北大别经历了三叠纪高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而榴辉岩中广泛发育多期减压结构,极少保留早期的超高压变质记录,这为它们不同变质阶段的温度条件估算带来了巨大困难。然而,目前流行的微量元素温度计为北大别榴辉岩的峰期及之后的退变质阶段温度的确定提供了可能性。根据锆石中Ti和金红石中Zr温度计,结合传统矿物对温度计的计算数据,获得了北大别榴辉岩中多阶段高温(>900℃)条件的数据,证明研究区经历了从超高压榴辉岩相→石英榴辉岩相→高压麻粒岩相阶段的高温变质过程。并且,北大别经历了折返初期(207±4Ma)的减压熔融和碰撞后燕山期(约130Ma)的加热熔融作用。长时间的高温变质作用与多期部分熔融也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压变质证据等的重要原因。因此,这些成果有助于甄别北大别的岩石成因和演化过程以及大别山多岩片差异折返模型的建立和完善。

北大别罗田超高压榴辉岩中峰期变质矿物:褐帘石和氟磷灰石

对北大别西南部＂罗田穹隆＂中超高压榴辉岩进行了变质岩石学研究,发现其中含有褐帘石和氟磷灰石.褐帘石主要以包体形式产出于石榴子石中,富含稀土元素,部分已退变为绿帘石;氟磷灰石主要以包体形式产出于石榴子石中或存在于基质中,产出于石榴子石中氟磷灰石具有较高的F含量（～3 wt%）,而基质中氟磷灰石大多数具有磁黄铁矿针状出溶体及相对低的F含量（～1 wt%）.根据石榴子石中与褐帘石、氟磷灰石共生的包体矿物组合以及氟磷灰石中较高的F含量,证明它们形成于超高压条件下.由此提出了罗田榴辉岩曾发生超高压变质作用的新证据.

北大别的高温超高压变质作用与多阶段折返

近期的变质岩石学、地球化学及同位素年代学研究表明,北大别整体经历了高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而表现为广泛发育的多期减压结构和极少保留早期的超高压变质记录。北大别榴辉岩以高温变质作用以及折返期间因麻粒岩相和角闪岩相退变质变质作用而形成的多期后成合晶为显著特征。石榴子石中伴有放射状胀裂纹的单晶和多晶石英包体指示早期柯石英的转变结果,这已被锆石中发现的柯石英残晶所证实。结合北大别北部榴辉岩和片麻岩中发现的金刚石等超高压证据以及三叠纪变质记录,由此证明北大别整体经历过深俯冲和印支期超高压变质作用。北大别榴辉岩的多阶段高温条件主要来自石榴子石-绿辉石矿物对温度计、单斜辉石中紫苏辉石+石英针状矿物出熔体以及金红石中较高的Zr含量和变质锆石中较高的Ti含量等得出的温度证据。此外,多期后成合晶以及石榴子石和单斜辉石等矿物中成分分带的存在,证明该区榴辉岩经历了一个多阶段、快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩经历了长时间的高温变质演化与缓慢冷却过程。长时间的高温变质作用与缓慢冷却过程也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压记录的重要原因。因此,这些成果为大别山三个不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据.

北大别罗田榴辉岩的减压出溶结构与超高压变质作用

岩石学研究表明北大别罗田榴辉岩经过了榴辉岩相、麻粒岩相和角闪岩相变质作用，表现出多种减压出溶结构。特征性的减压出溶结构有单斜辉石和石榴石中分别发育石英＋角闪石＋斜长石等与金红石＋单斜辉石＋角闪石等针状矿物出溶体，以及锆石中含有柯石英残晶。这些进一步证明北大别南部（罗田一带）同北部（如黄尾河、百丈岩等地）榴辉岩一样经过了〉5～7GPa的超高压变质作用。

地幔的Ba同位素地球化学

钡(Ba)是大离子亲石碱土金属元素,也是流体活动元素。Ba在地幔熔融过程中高度不相容,因此在地壳中含量远高于地幔。Ba同位素在低温环境和流体作用下可发生显著的分馏,而在高温基性和中性岩浆过程中分馏有限。因此,近年来Ba同位素得到了越来越多的关注,成为示踪地壳物质俯冲再循环的新工具,特别有助于鉴别流体和沉积物对地幔的影响。准确获取上地幔Ba同位素组成是开展应用研究的前提,目前关于地幔Ba同位素组成的研究很少,还存在很大的争议。本文对Ba同位素分析方法、分馏机理和重要地质储库的组成进行了总结。本文重点讨论了幔源岩浆岩的Ba同位素变化,以及岩浆岩和变质岩中的Ba同位素分馏行为及潜在应用,并对当前存在的问题及未来的研究方向进行了展望。

北大别超高压榴辉岩中褐帘石和氟磷灰石及其地质意义

褐帘石是绿帘石族矿物,是轻稀土(LREE)和Th等元素的重要载体矿物(Exeley,1980;Brooks et al.,1981;Gromet and Silver,1983;Tribuzio et al.,1996;Hermann,2002),并且常控制俯冲带流体的LREE和Th的含量以及影响着岩石中微量元素的演化(如Hermann,2002).……

核裂变产物对地表环境Ba同位素体系的影响

近年来,钡(Ba)同位素研究在地表生态环境领域的应用越来越广泛。然而,上世纪的核试验和核事故泄露在地表环境中释放了大量含有人工核素Ba的裂变产物,它们可能会改变地表自然样品的Ba同位素特征,从而不利于Ba同位素研究在该领域的发展和应用,因此需要评估其影响程度。本文根据Ba同位素最新研究进展和国际上已发表的数据,总结不同地表储库中Ba同位素的分布特征,利用核裂变理论计算核试验裂变产物的Ba同位素组成及裂变成因Ba的加入对环境样品Ba同位素组成的改变程度。结果显示,自然样品加入占其Ba含量0.01%的裂变成因Ba,能显著改变它的Ba同位素组成,因此需要引起重视。此外,基于计算结果发现,同时测量样品δ137/134 Ba和δ138/134 Ba值,根据其异常特征可以有效地排除受到沾染的样品。

北大别超高压榴辉岩的快速折返与缓慢冷却过程

岩石学研究表明,北大别超高压榴辉岩经过了超高压和高压榴辉岩相变质作用以及麻粒岩相叠加和角闪岩相退变质作用。其中,高压麻粒岩相和角闪岩相变质阶段形成的后成合晶以及石榴子石和单斜辉石等矿物中成分分带的存在,证明该区榴辉岩经历了一个快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩在峰期超高压变质作用之后又经历了一个缓慢冷却过程。超高压岩石折返期间的缓慢冷却过程也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压证据的重要原因。因此,本文为大别山不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据。

北大别罗田榴辉岩的同位素年代学和岩石成因及其在折返过程中的元素和同位素行为

变质岩石学、同位素年代学和地球化学研究表明,北大别罗田榴辉岩在俯冲和折返过程中经历了超高压变质作用以及多阶段的高温变质过程,并导致了一系列矿物以及元素和同位素组成的变化.从超高压榴辉岩相到高压麻粒岩相,经历了多阶段>900℃的近等温减压变质过程.通过锆石U-Pb定年及矿物包体和微量元素分析,限定了超高压榴辉岩相、高压榴辉岩相和麻粒岩相变质时代分别为226±2,214±2和207±4 Ma,并确定了两期角闪岩相变质和燕山期热事件影响与部分熔融的时代.根据元素和同位素地球化学研究,证明罗田榴辉岩是由新元古代镁铁质下地壳岩石在三叠纪发生超高压变质形成的,其原岩是由幔源岩浆在新元古代侵位过程中不同程度地混染古老地壳物质形成的辉长岩和少量玄武岩,并且在超高压岩石折返过程中受到了部分熔融和流体活动的影响与改造,造成了元素和同位素组成的不同变化.在此基础之上,获得了折返初期发生部分熔融的同位素年代学和地球化学证据.

大别山北淮阳带西段新元古代浅变质花岗岩的发现及其大地构造意义

经过详细的野外地质调查和室内薄片观察,在大别山北淮阳带西段原"定远组"变质火山岩中发现新元古代侵位的浅变质花岗岩.对其中两个浅变质花岗岩样品进行了锆石SHRIMPU-Pb定年和初步的岩石学研究.结果表明,这些浅变质花岗岩经过了强烈的构造变形和绿帘角闪岩相变质作用,它们的形成时代分别为(726±6)和(758±12)Ma,并且与北淮阳带东段庐镇关杂岩的形成时代一致.结合前期发现的(635±5)Ma浅变质(橄榄)辉长岩,证明北淮阳带至少存在两类新元古代侵入岩,即726～758Ma的变质花岗岩和635Ma的变质辉长岩.这些新元古代岩石出露于变质的奥陶纪岩火山岩带(原"定远组")中,二者之间为构造接触以及分别形成于不同的大地构造背景,并且它们与华南陆块北缘湖北随州-枣阳一带发育的二期大规模新元古代中、晚期基性岩墙群和花岗岩的时代以及大别山超高压岩石的原岩时代一致.这进一步证明,它们可能是印支期华南陆块发生俯冲的初始阶段最早被拆离、解耦的岩片,并在南、北陆块汇聚、碰撞及造山过程中被推覆到华北陆块南缘古生代浅变质岩系之上.

北淮阳王母观橄榄辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

对大别造山带北麓北淮阳带西段王母观岩体中橄榄辉长岩及其围岩-含石榴子石绿帘云母石英片岩进行了锆石SHRIMPU-Pb定年.结果表明,王母观橄榄辉长岩并不是前人认为的海西期岩体,它的形成时代应为(635±5)Ma,其围岩的形成时代为(464±7)Ma.因而在北淮阳带发现了新元古代晚期辉长岩.由于该期辉长岩的形成时代与华南陡山沱组沉积岩中普遍发育的火山凝灰岩夹层以及华南陆块北缘湖北随州-枣阳一带发育的一期大规模新元古代晚期基性岩墙群的时代一致,证明北淮阳带西段王母观一带辉长岩属于华南陆块北缘的一部分,因此华南陆块新元古代晚期仍然存在大规模岩浆活动.鉴于北淮阳带王母观等地辉长岩出露于华北陆块南缘变质的奥陶纪岩浆岩之中,二者之间为构造接触以及分别形成于不同的大地构造背景,推测它们可能是印支期华南陆块发生深俯冲的初始阶段被挤离与脱耦的岩片,并在后期构造作用过程中被推覆到华北南缘古生代浅变质岩系之上.

大别造山带三叠纪低级变质的新元古代火成岩:俯冲陆壳表层拆离折返的岩片

野外地质调查、岩石学观察以及地球化学和锆石U-Pb年代学研究结果表明,大别造山带中存在多种三叠纪低级变质的新元古代花岗岩和基性岩.其中北淮阳带西段原"定远组"奥陶纪变质火山岩中新元古代原岩的低级变质岩片至少包含3种岩石,即720-760 Ma侵位的变质花岗岩和变玄武岩以及-630 Ma侵位的变质辉长岩.而超高压变质带中则主要为780-800 Ma侵位的变质花岗岩和变基性岩,局部经历了-770 Ma变质作用和-750 Ma热事件改造.这些变质火成岩的原岩侵位时代与北淮阳带东段庐镇关杂岩的侵位时代一致.北淮阳带西段低级变质的新元古代火成岩都经过了强烈的三叠纪构造变形和-240 Ma绿帘角闪岩相变质作用,以构造透镜体或岩片形式产于变质的奥陶纪火山岩带(原"定远组")中.它们的Pb同位素组成类似于具有上地壳属性的中大别超高压正变质岩,在原岩年龄上与华南陆块北缘湖北随州-枣阳一带发育的两期大规模新元古代中、晚期基性岩墙群和花岗岩的侵位时代、大别山超高压带中低级变质火成岩以及超高压正变质岩的原岩年龄一致.这些成果进一步证明,大别山低级变质的新元古代火成岩是三叠纪华南陆块深俯冲初始阶段陆壳表层被拆离折返的岩片,并在南北陆块汇聚、碰撞造山过程中被推覆到华北陆块南缘的古生代变质岩系之上或以飞来峰的形式存在于超高压变质带中.

大陆俯冲碰撞带高温超高压变质岩的多阶段折返与部分熔融

大陆碰撞造山带根部岩石经受高温(>850℃)变质作用,特别是俯冲带超高压变质岩受到高温叠加变质,对超高压岩片折返期间的元素和同位素行为、部分熔融作用及其地球动力学效应等具有重要意义.本文简要介绍了世界上5个典型的发育高温超高压变质岩的大陆碰撞带,包括中国大别山、哈萨克斯坦Kokchetav地块、格陵兰东加里东造山带、希腊罗多彼山以及德国厄尔士山,分析了它们的高温超高压变质作用及演化特点,讨论了高温超高压岩石的变质P-T-t轨迹和多阶段折返过程以及折返期间的部分熔融作用、超高压指示性矿物的保存和退变质作用等及其可能的机制.在此基础之上,提出了大陆俯冲隧道内高温超高压变质岩的未来研究方向和重点.