蚌埠荆山地区变质P-T条件评价与锆石U-Pb定年分析

本次研究区荆山位于蚌埠隆起区西部,主要由荆山岩体和太古代五河杂岩(庄子里组)组成。前人主要对荆山岩体进行了大量详实的年代学研究,认为其形成于晚侏罗世(160.2±1.3 Ma),继承锆石记录了(217.1±6.6 Ma)三叠纪变质改造作用,但是对该地区变质岩石学和年代学研究相对缺乏。为此,本文对荆山岩体南侧的角闪岩(WS002-2)、含石榴子石花岗片麻岩(WS004-2)和斜长角闪岩(WS003-2)以及其内部的黑云斜长角闪岩(WS007-1)夹块进行了细致的变质P-T条件分析和锆石U-Pb年代学分析。样品WS002-2因矿物组合简单,适用的温压计有限,其获得的P-T值最低:-T=617±13℃和P-=0.39±0.02 GPa;WS004-2获得的变质P-T条件为T-=545±8℃~549±8℃和P-=0.92±0.02 GPa~1.03±0.02 GPa;WS003-2和WS007-1获得的P-T条件较为一致,二者的平均P-T条件范围为T-=650±11℃~675±10℃和P-=0.64±0.06 GPa~0.70±0.06 GPa。为了进一步细化变质时限,本文对样品WS004-1(花岗片麻岩)和WS007-1进行了锆石U-Pb年代学分析,前者记录了3期明确的地质事件:(1) 2 808±65 Ma;(2) 2 657±64 Ma~2 533±67 Ma;(3) 1 873±80 Ma~1 802±75 Ma,应分别指示了初始陆壳形成时限、华北克拉通~2.5 Ga和1.9~1.8 Ga经历的高级变质和退变质作用;后者记录了4期明确的地质事件:(1) 157±4 Ma;(2) 244±6 Ma~212±5 Ma;(3) 480±15 Ma~336±8 Ma;(4) 774±19 Ma~579±14 Ma。其中,变质年龄157±4 Ma仅1颗,应记录了荆山地区经历了晚侏罗世变质作用;年龄(2)应与蚌埠隆起区三叠纪超高压地幔/下地壳拆沉作用相关;年龄(3)和年龄(4)与华北克拉通普遍经历的古生代—中生代变质改造、大规模岩浆活动以及新元古代岩浆活动较为一致。本次研究进一步丰富了荆山地区的变质岩石学和年代学结果,初步将蚌埠隆起区划分为4个变质P-T区间,其形成时限与变质年代学研究结果具有良好的一致性。

大别地块东南缘变质P-T条件及锆石U-Pb年代学研究

大别山东南缘高压-超高压地块一直为研究的热点地区,人们普遍认同其是由2个具有不同变质级别的单元构成,并以此为基点探讨大别造山带的俯冲、折返机制。然而,由于工作程度所限,对于大别山腹地店前-寺前-罗溪地区一直缺乏详细的资料,对其确实的变质属性及年龄并不清晰,限制了人们对该地区客观的结构单元划分的准确理解。本次通过区域变质岩石学和年代学的研究,详实地分析了该地块的结构构成。研究显示,大别山东南缘高压-超高压地块由2个超高压单元和1高压单元构成,并呈岩石-构造岩片形式相互叠置,其变质P-T条件分别为:(1)单元-Ⅰ:T=723±22℃和P=3.90±0.43GPa(金刚石稳定域);(2)单元-Ⅱ:T=630±45℃和P=3.10±0.23GPa(柯石英稳定域);(3)单元-Ⅲ:T=545±24℃和P=2.48±0.11GPa(石英稳定域)。锆石U-Pb年龄表明这三个单元具有穿时性,形成于不同的时间段,自单元-Ⅰ、单元-Ⅱ至单元-Ⅲ,年龄分别为226.4±2.6Ma→230.1±3.5Ma→235.2±4.2Ma年龄(徐旭峰等,2013)。在空间分布上自北向南,总体的峰期变质P-T条件逐渐降低,年龄则逐渐变老。但由于风化剥蚀作用,在马龙-石马一线的单元-I以构造窗形式产出,致使P-T条件呈现跳跃性的变化。

大别山太湖地区榴辉岩峰期变质条件与构造意义

大别山太湖地区曾被作为“冷”、“热”榴辉岩带的交界处所在,我们对大别山太湖地区的进行了1:10000地质填图,并详细研究了该地区榴辉岩的岩相学和矿物成分变化,以及K_D值、峰期变质P-T条件。研究表明榴辉岩自南向北可分为三类:①朱家冲型榴辉岩;②大坝型榴辉岩;③金河桥型榴辉岩。其中朱家冲型榴辉岩和金河桥型榴辉岩显示出明显的温度、压力差异,它们形成的P-T条件分别为:P=2.14GPa、T=563℃和P=3.76GPa、T=791℃。大坝型榴辉岩的峰期变质P-T条件差别较大,在柯石英-石英相变线附近徘徊,变质环境相当于高压-超高压过渡环境。朱家冲型榴辉岩与大坝型榴辉岩分别对应于前人所划分的“冷”、“热”榴辉岩,并且两者在峰期,变质温、压条件上是连续变化的,没有明显的温、压间断。因此,我们认为本区所谓的“冷”、“热”榴辉岩带界线是不存在的。

大别山南部高压-超高压变质地体的峰期变质条件

长期以来 ,人们普遍认同南大别高压 超高压变质地体是由“冷”、“热”榴辉岩带组成的观点 ,但关于两者的接触关系一直存在着不同的认识。本次研究重点解剖大别山太湖地区花凉亭水库附近地区 ,力图通过对各类榴辉岩峰期变质P T条件的研究 ,揭示南大别变质地体的地质结构。全区由南向北出露 4种岩石 :云母片岩、黑云母片麻岩、花岗片麻岩和绿帘黑云斜长片麻岩。榴辉岩多呈大小不等的透镜体、岩块或层状分布于后 3类岩石中。根据内洽地质温压计的计算结果 ,并结合各类榴辉岩的地理位置 ,可以看出榴辉岩的峰期变质P T条件自朱家冲经水口、大坝至金河桥是渐次增高的 ,并没有明显的压力差存在 ,其中水口、大坝附近的榴辉岩相当于高压 /超高压过渡环境中形成的榴辉岩。因此 ,我们认为南大别变质地体是一个连续的整体 ,“冷”、“热”榴辉岩带并不是以断层形式相接触的 ;

南大别变质块体温压结构的初步探讨

根据对太湖地区大坝附近榴辉岩的峰期变质P-T条件的研究,以及前人对南大别榴辉岩的P-T条件的分析,同时结合榴辉岩的空间分布状态的研究,文章认为南大别变质块体自北向南可分为金刚石、柯石英榴辉岩、石英/柯石英榴辉岩和石英榴辉岩4个变质单元;变质P-T条件总体上显示逐渐降低的趋势,反映了南大别变质块体俯冲时的连续性,而现今榴辉岩的P-T分布型式则代表南大别多板片的折返状态。

石榴石钇(Y)元素电子探针分析及应用——以佛子岭石榴云母片岩为例

石榴石是最重要的造岩矿物之一,通常能够保留早期的矿物结构和物质并记录较为晚期的变形和变质反应。石榴石钇(Y)元素环带特征丰富、复杂,不同的环带特征通常暗示不同的形成环境或经历了不同的变质事件,是变质演化历史研究的重要媒介之一。以往的研究中,多以LA-ICP-MS作为石榴石Y元素的主要分析手段,EPMA主要用于主量元素的分析。但是,LA-ICP-MS的束斑尺寸(44μm)和基底效应较EPMA(0~5μm)大,当石榴石颗粒小、包体和裂隙发育或成分环带以微区尺寸内存在较大变化时,大束斑更容易覆盖某些特殊信息。通过对石榴石Y元素测试参数的调试和标样验证,最终确定峰位测试时长和背景测试时长分别为140s和70s,并进行了PHA谱峰干扰剥离,降低检测限至54×10^(-6)。本文将通过对比佛子岭石榴云母片岩(LD025)4颗石榴石的EPMA主、微量原位分析(Ca、Mg、Mn、Fe、Y、Al、Si、Cr、Ti、Na)和LA-ICP-MS石榴石Y元素分析结果,论证EPMA分析Y元素的可行性。石榴石X-ray Mapping和主量成分剖面揭示该4颗石榴石均为生长环带,Mn呈钟形分带,Y与X Sps呈强烈正相关性,与X Grs、X Alm、X Prp相关性不清晰。EPMA和LA-ICP-MS分析结果显示Y含量曲线在核部和幔部具有良好的一致性,Grt1~Grt3中Y均表现出自核部(500×10^(-6)~1200×10^(-6))向幔部(200×10^(-6)~500×10^(-6))逐渐降低,极边部Y含量低(20×10^(-6)~200×10^(-6))且变化复杂;Grt4中Y含量差异相对较小(180×10^(-6)~450×10^(-6)),仅在边部出现不同程度的升降。因EPMA对于Y元素含量较低(<200×10^(-6))时灵敏度不够或者LA-ICP-MS束斑尺寸大容易掩盖边部窄带成分真实变化等原因,二者在边部Y元素差异较大。分别对EPMA和LA-ICP-MS的分析结果应用Grt-Xtm温度计和Grt单矿物压力计获得的变质PT结果显示Grt1~Grt3(核-幔-边)和Grt4(核-边)均记录较为完整、统一的温压演化过程。M1→M2→M3的变质温压变化分别为T=530~544℃、P=0.78~0.82GPa→T=577~616℃、P=0.89~0.98GPa→T=631~661℃、P=1.01~1.07GPa,表现为顺时针演化型式,M1至M3反映的是一个“暖俯冲”过程。根据温度评价结果,Grt1~Grt3(1.2~1.4mm,自形程度高)形成时间应早于Grt4(0.8mm,自形程度低)。由此可知,大颗粒的石榴石Y元素含量及变化特征通常更容易揭示相对完整的变质演化历史。本次研究为变泥质岩演化历史、变质温压评价等研究提供了不同视角和思路,结合EPMA主量(矿物成分、X-ray mapping、BSE分析)和微量元素(Y等)分析能够更加精准、全面地解读地质信息。

南大别高压-超高压过渡类型榴辉岩的确定及其构造意义

通过对大别山太湖地区榴辉岩的岩石学、矿物成分和峰期变质P-T条件的研究表明,南大别榴辉岩可分为:①高压榴辉岩;②高压/超高压过渡榴辉岩;③超高压榴辉岩。它们的峰期变质P-T条件分别为:T=570℃～680℃,P=2.00 GPa～2.40 GPa;T=650℃～810℃,P=2.70 GPa～3.20 GPa;T=760℃～980℃,P=3.50 GPa～4.00 GPa,表明三类榴辉岩形成于不同的变质环境中。其中高压/超高压过渡榴辉岩是本次研究新近确定的,该类榴辉岩无论是在变质环境,还是在岩石结构、成分特征方面,均显示了高压-超高压过渡变质的特征。这种榴辉岩的存在解释了南大别变质块体俯冲时的连续性和折返后的断块特征。

中大别腹地榴辉岩锆石U-Pb年龄及其类型归属

根据对黄岗-牛凸岭地区榴辉岩样品JS249和JS250的岩相学研究表明,该地区榴辉岩具有明显的高压变质特征,石榴石中包含大量的早期矿物,成分环带显著,其峰期矿物组合主要为Grt+Omp+Phn+Rt+Qtz+Ep+Ky,角闪岩相退变矿物主要为Di+Mg-Hbl+Ab+Prg+Bt。对样品JS249和JS250温压条件进行计算,样品JS249为T=594±61℃,P=2.58±0.27GPa;样品JS250为T=616±56℃,P=2.14±0.14GPa。同时利用LA-ICPMS以及激光拉曼对这两个样品进行锆石U-Pb年代学研究和锆石包裹体分析,结果显示样品JS249锆石包体主要为角闪石、长石等退变矿物,其加权平均年龄为217.3±3.5Ma,该组年龄代表了角闪岩相退变质年龄;样品JS250锆石包含了石榴石、金红石、绿辉石等峰期矿物包体,其加权平均年龄为235.2±4.2Ma,该年龄应为峰期变质年龄。综合榴辉岩的岩石学、热力学和年代学的研究表明,黄岗-牛凸岭地区应属于低温高压单元,与南大别变质块体类似。

藏南定结铁镁质麻粒岩矿物化学、PTt轨迹和折返过程

定结铁镁质麻粒岩出露于藏南拆离系和申扎-定结伸展构造系交汇处的高喜马拉雅岩系糜棱岩化片麻岩内, 以不同规模的透镜状包体沿着糜棱面理分布, 主要岩石类型包括退变石榴石斜长辉石岩、石榴石二辉麻粒岩和辉石斜长角闪岩等. 详细的岩相学分析表明这些铁镁质麻粒岩经历了至少四个阶段的变质演化, 早期形成了石榴石+单斜辉石+石英(榴辉岩)矿物组合(M1)、早期降压分解形成斜长石+单斜辉石后成合晶构成的高压麻粒岩矿物组合(M2)、晚期降压分解形成的斜长石+单斜辉石+紫苏辉石后成合晶构成的麻粒岩相矿物组合(M3)和最后降温水化形成的斜长石+角闪石退变质矿物组合(M4). 详细的矿物电子探针成分分析表明早期石榴石和单斜辉石(M1和M2)矿物成分与B类和C类榴辉岩同类矿物的成分特征相似, M3单斜辉石与麻粒岩相单斜辉石的成分特征一致. 早期残晶矿物组合形成于榴辉岩相(M1), 早期降压分解(M2)反应发生于1.35～1.48 GPa, 625～675℃, 降压分解的M3麻粒岩相变质阶段矿物组合形成于0.7～0.95 GPa, 775～900℃, M4退化变质的斜长石+角闪石矿物组合形成于4.0～7.5 GPa、660～700℃, 记录了俯冲增厚-构造隆升的PTt轨迹. 矿物化学特征和不同阶段变质作用的P-T条件表明早期经历了榴辉岩相变质作用. 折返过程中经历了榴辉岩相构造隆升、榴辉岩-高压麻粒岩相到麻粒岩相均衡隆升和伸展隆升的三阶段折返过程.