陆-陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆陆碰-撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5 GPa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山—沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析,探讨非规则边界的碰撞引起的构造附加压力对超高压岩石形成的影响作用。模拟计算表明,大陆板块的早期碰撞,会引起碰撞附近的局部应力集中现象(平均压力较周围增大了5～9倍),构造压力在超高压中所占的比例约为20％～35％。由此推测,大别山高压—超高压岩石形成深度可能为 65～80 km。为此本文提出超高压岩石新成因模式——大陆点碰撞模式。这种模式符合力学基本原理,也符合地质记录和地质过程;可以解释为什么超高压岩石并非沿碰撞造山带全线存在,而是出现某些特定部位。本文提出喜马拉雅山碰撞?

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室。高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部。这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定。含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程。在约5Myr内,超高压变质岩从>100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用。高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融。高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融。因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性。

陆-陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆- 陆碰撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5Pa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山——沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析。

苏北高压-超高压变质带中成矿作用

以苏北地区为例,在分析区域岩石学、构造地质学和成矿学资料的基础上,结合江苏省地质调查院和江苏省地质矿产局第六地质大队有关区域地质调查和矿产资料,初步建立了2个成矿系列,即与超高压变质作用有关的金刚石-金红石-蛇纹石-蓝晶石-大理石成矿系列和与高压变质作用有关的磷-水晶-蓝晶石成矿系列.前者与印支期巨量物质超深俯冲有关,后者与稍晚发生的高压-超高压变质带的折返事件有关.本区可能存在燕山期金、银多金属成矿系列,在下一步地质找矿时值得注意.

金红石高-超高压变质成矿作用的几个问题

通过岩石及矿物晶体化学特征的计算,试图解决“为什么高-超高压变质作用利于金红石形成”的三方面内容:在高-超高压变质基性岩中,金红石普遍出现(即使在岩石全钛含量很低情况下)、基本不出现(或很少出现)钛铁矿、榍石、磁铁矿及赤铁矿等非金红石钛矿物及铁质矿物;石榴石和绿辉石“分流”的钛是极其有限的;以及从低压到高压,形成金红石粒度有逐渐变粗的趋势等问题。

苏北高压-超高压变质变形作用与成矿

苏北榴辉岩经历了5期以上变质变形作用，其中至少有两期高压或超高压变质变形作用。其pTt轨迹呈顺时针方向旋转。榴辉岩形成后，随着地体的反弹、推覆，于印支期末迅速回返到中地壳，再经燕山期-喜山期区域隆升和拉伸折返，最终剥露于现代侵蚀面。苏胶造山带至少经历了晋宁期、印支期和燕山期三次造陆或造山运动。苏北榴辉岩等的成矿组合为金红石、蓝晶石、金刚石、石榴红宝石及水晶等。

西南天山造山带超高压变质作用研究新进展

低温超高压变质岩具有极低的地热梯度,其变质演化对于认识板块间相互作用的动力学过程以及弧地壳的生长机制具有重要意义。西南天山造山带发育了世界上少有的经历过深俯冲作用且具有洋壳属性的典型低温超高压变质地质体。近几年来对该造山带中的超高压变质岩开展了大量深入细致的岩石学研究工作,取得了一系列新进展。变基性岩和变沉积岩系岩石中柯石英的普遍发现,直接证明西南天山变质蛇绿混杂岩曾经俯冲到上地幔深度,且具有极低的地热梯度,与热力学模拟结果一致。柯石英的稀少以及大量不同类型柯石英假像的存在,说明在折返过程中发生了强烈的退变质叠加,只有刚性较大且没有经历碎裂-愈合作用的矿物(如石榴石)才有可能保存柯石英。综合岩相学证据和相平衡计算结果,确定西南天山造山带北部的高压地质体(即哈布腾苏-科布尔特单元)整体经历过超高压变质作用,南部的高压地质体峰期压力未达到柯石英稳定域。超高压和高压变质地体的空间分布特点指示了古天山洋由南向北的俯冲极性。这些基础岩石学研究工作的开展对于揭示冷俯冲带的深部物理化学过程以及建立中亚南天山造山带演化的精细模型具有重要意义。

关于含柯石英锆石SHRIMP测年获得大别-苏鲁超高压变质带超高压变质作用年龄的讨论

对大别-苏鲁超高压变质(UHPM)带部分含柯石英包体的锆石及部分进行SHRIMPU-Pb测年的锆石进行划分和讨论后得出为大别-苏鲁UHPM带超高压变质作用(UHPM)年龄而进行含柯石英锆石SHRIMPU-Pb测年,宜从有结晶环带且在环带域或环带核部有柯石英包体的锆石的核部或环带域进行SHRIMPU-Pb测年,不宜从锆石边部获得UHPM年龄。着重讨论杨经绥等(2002)的两颗含柯石英锆石的结构,柯石英包体所在部位,测年数据的意义,得出苏鲁UHPM带UHPM年龄是578Ma(或略大于578Ma)。且这一认识与苏鲁UHPM带内区域地质情况相吻和。锆石中(多在边部)给出的印支期年龄值反映印支期地质作用(流体改造、重结晶等)改造事件的时代。

北秦岭高压-超高压岩石的多期变质时代及其地质意义

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA-ICP-MS原位微区定年分析方法,本文确定北秦岭清油河退变榴辉岩的峰期变质时代为490±6Ma,退变质时代为453±9Ma,原岩形成时代为655±9Ma;松树沟超高压长英质片麻岩的峰期变质时代为497±8Ma,两期退变质时代分别为448±4Ma和421±2Ma,原岩形成时代上限832±25Ma;寨根石榴石辉石岩的峰期变质时代为498±2Ma,中压麻粒岩相退变质时代为450±3Ma,角闪岩相退变质时代为426±1Ma,原岩形成时代为573±40Ma;西峡北榴闪岩的角闪岩相变质时代为423±3Ma,原岩形成时代为843±7Ma。新确定的这些岩石的峰期变质时代与前人已报导的区内高压-超高压岩石的峰期变质时代在误差范围内基本一致,结合区内高压-超高压岩石不仅分布在秦岭岩群北缘的官坡-双槐树一带,而且断续出露在秦岭岩群中部或偏南侧的清油河北-松树沟-寨根北甚至西峡北东西一线,进一步表明它们应是同一期构造地质事件的产物。北秦岭已发现的全部正变质的高压-超高压岩石均呈透镜体状分布在围岩片麻岩中,松树沟超高压长英质片麻岩的原岩为典型的陆壳沉积物,因此,这些高压-超高压岩石的形成可能都是陆壳俯冲-深俯冲作用的产物。结合岩相学观察、锆石CL图像和锆石U-Pb定年表明,这些高压-超高压岩石在～500Ma经历了峰期变质作用后,又分别在～450Ma和～420Ma遭受了中压麻粒岩相和或角闪岩相退变质作用的叠加,充分说明这些高压-超高压岩石经历了一个完整的由陆壳俯冲-深俯冲、之后连续两次抬升的构造演化过程。另外,本次研究新获得的这些岩石的原岩形成时代介于843±7Ma～573±40Ma之间,结合官坡榴辉岩的原岩形成时代为791～814Ma以及松树沟榴闪岩原岩时代为787±16Ma的研究,共同表明北秦岭高压-超高压岩石的原岩形成时代均为新元古代,因此,限定俯冲-深俯冲的陆壳物质应来自形成时代为新元古代的大陆地壳或地质体。结合区域地质背景和前人研究成果综合分析,本文初步认为,北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在～500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用的产物,之后在～450Ma与～420Ma经历了两期抬升。

超高压变质作用过程中的流体——来自苏鲁超高压变质岩岩石学、氧同位素和流体包裹体研究的限定

苏鲁造山带超高压变质岩岩石学、氧同位素、流体包裹体和名义上无水矿物的研究表明,流体．岩石相互作用在大陆地壳的俯冲与折返过程中起到多重的重要作用,并形成了复杂的流体演化过程:(1)大陆表壳岩通过与高纬度大气降水的交换作用被广泛水化,并获得了异常低的氧同位素成分;(2)在水化陆壳物质的俯冲过程中发生了一系列的进变质脱水反应,所释放的流体主要结合进了高压、超高压含水矿物和名义上无水超高压矿物;(3)在超高压变质过程中,以水为主的变质流体通过选择性的吸收使其盐度逐渐升高,并在峰期出现高密度、高盐度的H2O或CO2-H2O流体。有机质的分解反应在局部形成了以CO2、N2、CH4或它们的混合物为主要成分的变质流体;(4)名义上无水超高压矿物的结构水出溶是早期退变质流体的主要来源,并在局部富集形成了高压变质脉体;(5)透入性的中、低盐度水流体活动使超高压变质岩通过一系列的水化反应转变成角闪岩相变质岩;(6)沿韧性剪切带和脆性破碎带的强烈水流体活动为绿片岩相退变质作用和低压石英脉的形成提供了变质流体;(7)可变盐度的H2O或CO2-H2O流体是整个超高压变质岩形成与折返过程中的主要流体,但局部的流体-岩石相互作用形成了非极性的变质流体。

大别—苏鲁超高压变质带内变形分解作用对榴辉岩透镜体群发育的影响——以碧溪岭地区为例

确定超高压变质岩体的大小、分布、构造关系及变质演化 ,是理解超高压变质岩形成和折返动力学过程的关键。在大别—苏鲁超高压变质带内 ,榴辉岩及变质的镁铁质—超镁铁质岩石 ,一般成厘米至公里尺度的布丁或透镜体 ,散布于片麻岩及面理化含榴花岗岩内。区域系统性的岩石学及构造学观察 ,尤其是在安徽省碧溪岭区 1∶ 1万比例尺的精细制图中证实 ,榴辉岩及其它超高压变质岩透镜体群的形成 ,主要是多期及递进变形分解作用的结果 ,造成了网络状线形强应变带与透镜状弱应变域流变学组合型式。榴辉岩与围岩片麻岩的过渡关系也证实 ,超高压变质的榴辉岩体是“原地”形成的。榴辉岩体的形态、大小及空间分布规律特征 ,不支持超高压变质带岩石属构造混杂岩的推论 ,而是反映了超高压及角闪岩相条件下不均匀韧性流动的应变图像。

大别-苏鲁区超高压变质岩的多期构造变质演化

对大别-苏鲁地区超高压(UHP)变质岩的详细构造和岩石学研究揭示了其复杂的构造变质演化历史。除前超高压事件外,至少可识别出5个相继发育的构造变质事件或阶段(D_1-D_5)。D_1和 D_2同超高压事件与三叠纪(250～230Ma)中朝克拉通和扬子克拉通间的大陆深俯冲及碰撞有关,而超高压后的 D_3和 D_4韧性变形及其伴生的减压部分熔融作用和退变质作用事件,则是超高压岩石向中上地壳折返过程中(230～140Ma)发生的。碰撞后形成的 D_4构造,主导了大别-苏鲁超高压和高压变质带区域尺度的构造格架。第5阶段的构造以摩擦或摩擦-粘性过渡性变形机制为主,并伴随有大规模的未变形的花岗质岩体就位,该期构造热事控制了现今大别-苏鲁地区的地貌学特征。新的构造和岩石学资料并结合可利用的地质年代学和地球化学等资料,提出一个涉及中朝与扬子克拉通间三叠纪大陆深俯冲、碰撞及相继超高压变质岩石向地表的多期折返构造变质演化模式。

大别—苏鲁超高压变质带P-T-t轨迹的动力学模拟

综合现有的地质、地球化学资料以及同位素年龄等研究成果 ,同时结合新西兰南岛北端陆壳俯冲的最新发现 ,提出了超高压变质岩的形成四阶段演化模式 :板片俯冲形成增生楔、板片俯冲驱动角落流、板片拆离浮力抬升至Moho深度和后期上地壳伸展阶段 .以此为定量模拟的出发点 ,利用二维有限元对大别—苏鲁超高压变质带的形成演化进行了动力学和热演化模拟 ,追踪超高压变质岩形成演化过程中的质点路径以及对应的P T t轨迹 .计算的P T t轨迹及其空间分布特征均能与实测结果较好吻合 .

大别山东南部高压-超高压变质岩的氢氧同位素地球化学

本文报道了大别山东南部安徽石马地区柯石英榴辉岩组合和黄镇地区石英榴辉岩组合的全岩及单矿物的氢氧同位素特征。石马榴辉岩的 δ1 8O值在 1.0‰～ 7.4‰之间 ,云母 δD值为 - 76‰～ - 6 1‰ ;黄镇榴辉岩的全岩 δ1 8O值为 - 1.1‰～ - 2 .1‰ ,云母 δD值为 - 89‰～ - 77‰。矿物之间的氢氧同位素分馏既有处于平衡状态者 ,也有处于不平衡状态者 ,反映这些岩石除继承变质前母体的 1 8O亏损特征外 ,还经历了显著的同位素退化交换作用。石马和黄镇榴辉岩的矿物对氧同位素温度均给出两个峰值 :380～ 430℃与绿片岩相变质条件一致 ,6 0 0～ 6 40℃与高角闪岩相变质条件一致 ;给不出峰变质温度 (75 0～80 0℃ )是由于岩石经历了退变质流体的强烈改造作用。大别东南部高压 -超高压榴辉岩的南部边界为石英榴辉岩与花岗片麻岩的界线 。

超高压变质作用与壳幔循环

榴辉岩相的高压超高压变质作用发生在俯冲或碰撞增厚的大陆地壳的底部或上地幔中（深度可达１２０ｋｍ），并导致岩石密度增大。超高压岩石同一些地球动力学问题关系十分密切，如榴辉岩可能是在拆沉作用中被拆沉的地壳物质，超高压变质作用可能是实现壳幔循环的一种途径等...

超高压变质作用过程中的流体岩石相互作用——中国大陆科学钻探工程主孔(0～2050m)岩心的氧同位素证据

中国大陆科学钻探工程主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海地区。该钻孔 0～ 2 0 5 0m井段钻遇的岩石主要是榴辉岩、正片麻岩、副片麻岩和石榴石橄榄岩。激光原位氧同位素研究表明 ,变质矿物的δ18O值具有显著的不均一性 ,从 - 6 .8‰变化至 + 7.5‰。空间上看 ,从近地表至 10 0 0m深度δ18O值逐渐降低 ,向更深处又逐渐升高。位于钻孔 110 0～ 16 0 0m深度之间的正片麻岩是新元古代花岗岩体 ,该岩体的侵入为表壳岩与低氧同位素大气降水之间的水岩交换作用提供了热源 ,并导致岩体附近的围岩发生了最强烈的水岩蚀变 ,因此具有极低的氧同位素值。研究还显示 ,在厘米尺度内 ,大多数超高压变质矿物之间具有平衡的氧同位素组成 ,所获得的超高压峰期变质温度为 70 0～ 882℃ ,与矿物之间的主元素交换温度计获得的结果基本相同。超高压变形与变质分异、高压退变质作用及其伴生的局部流体活动可能是造成超高压变质矿物氧同位素不平衡的主要原因。研究进一步证明 ,超高压变质岩原岩的异常低氧同位素特征在大陆板块的俯冲与折返过程中得以较好保存 ,在超高压变质前期、同期和后期均没有大规模的透入性流体活动发生。与围岩呈构造接触关系的石榴石橄榄岩具有正常地幔岩的氧同位素成分 。

榴辉岩相高压-超高压变质岩的He同位素地球化学研究现状与问题

He同位素是区分地壳、地幔物质,研究壳-幔相互作用最灵敏的示踪剂之一,但其在高压-超高压变质作用过程中的地球化学行为目前仍不清楚,因而制约其在榴辉岩研究中的应用。中国作为高压-超高压榴辉岩带分布的重要地区,榴辉岩产出得天独厚,大洋、大陆两种俯冲成因榴辉岩均有分布。本文在归纳榴辉岩相高压-超高压变质岩研究进展的基础上,分析了He同位素示踪在榴辉岩研究中的应用现状。

大别—苏鲁超高压—高压变质带伸展构造格架及其动力学意义

构造分析结合变质作用PTt轨迹和同位素年代学资料指出,现今观察到的大别—苏鲁超高压—高压变质带区域构造框架,主要是在印支期中-朝与扬子克拉通斜向碰撞及超高压—高压变质作用期后伸展体制下形成的(200～170Ma)。构造样式类似于北美科迪勒拉型变质核杂岩并发育多层低缓角度地壳尺度的伸展拆离带。几何形态表现为大型穹窿或小型穹窿群。区域伸展构造叠加于先期碰撞或挤压构造之上,控制了超高压和高压变质岩石的空间分布。大规模的近水平韧性伸展流动,是在超高压—高压变质岩石从地幔深处折返到中、下地壳层次及角闪岩相环境下发生的。广泛的减压部分熔融作用反映的壳—幔动力学过程和地壳热结构的变化,是促使造山带从挤压体制向伸展体制转换的因素之一。证明造山带尺度的地壳伸展和薄化作用,在超高压和高压变质岩石折返到地表动力学过程中,曾起过重要作用。

阿尔金、柴北缘与北秦岭高压-超高压岩石年代学研究进展及其构造地质意义

目的分析总结中国西部南阿尔金、柴北缘与北秦岭3地高压-超高压岩石年代学研究取得的新进展，讨论这些年代学数据所蕴含的构造地质意义。方法选取高质量锆石原位微区LA—ICP—MS或SHRIMP分析结果，综合分析确定3地不同区段高压-超高压岩石的变质时代。结果分别获得南阿尔金、柴北缘与北秦岭高压-超高压岩石的变质时代为（475～509）Ma，（420—457）Ma与（485—514）Ma，柴北缘高压-超高压岩石的变质时代明显滞后于南阿尔金约20—80Ma。结论中国西部南阿尔金、柴北缘与北秦岭3地高压-超高压岩石可能不构成同一条巨型高压-超高压变质岩带，其形成可能与多陆块或弧陆之间的对接碰撞有关。

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别—苏鲁是全球最大的超高压变质带 ,本文基于地球物理资料的分析和综合研究 ,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性 .在扬子与中朝克拉通碰撞后大别—苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用 .之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞 ,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件 .扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹 .然而由于南北压挤力的继续作用与大别—苏鲁地体的折返 ,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲 .这种陆 -陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔 ,诱发部分熔融和后期的地幔上隆 .