桐柏高压变质地体:对桐柏-大别-苏鲁高压/超高压变质带构造框架和俯冲/折返机制的制约

桐柏造山带位于秦岭造山带和大别-苏鲁造山带之间,是揭示秦岭-桐柏-大别-苏鲁巨型造山带中各地质体之间构造关系及地质演化差异的关键地区。桐柏高压变质地体主要由两个高压岩片(I和II)及其北侧的构造混杂岩带和南侧的蓝片岩-绿片岩带构成。高压岩片I以北、南两条榴辉岩带为代表,构成桐柏山背形构造的两翼,其峰期变质条件分别为530～610℃、1.7～2.0GPa和460～560℃、1.3～1.9GPa。高压岩片II以桐柏杂岩中的变质岩包体为代表,其峰期变质条件推测在<700℃、>1.2GPa的榴辉岩相范围内,而退变质条件为660～700℃、0.80～1.03GPa。U-Pb、Lu-Hf、Rb-Sr和Ar-Ar同位素年代学研究表明,高压岩片I的峰期变质时代为255Ma,冷却至白云母封闭温度的时代为238Ma;而高压岩片II的主期变质作用发生在232～220Ma,作为桐柏杂岩主体的片麻状花岗岩则侵位于140Ma。这说明,高压岩片I和II分属于两个时代不同的俯冲/折返岩片,当高压岩片II被俯冲到地壳深处并经受高压变质时,其上覆的高压岩片I已经折返到中上地壳的水平。这一结果验证了在西大别、东大别和苏鲁地区提出的高压/超高压岩石的穿时(或差异)俯冲/折返模型,同时说明华南大陆地壳最早的俯冲发生在晚二叠世,这也代表华北与华南陆块之间从洋壳俯冲转化为陆壳俯冲的时间。基于桐柏杂岩与北大别杂岩的可比性,认为桐柏高压变质地体相对低温低压的变质环境以及超高压岩石的缺乏缘于华南陆块的俯冲深度向西逐渐变浅,而早白垩世的构造挤出造成了桐柏-大别高压/超高压变质带东宽西窄的构造格局。

大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩和脉体中磷灰石氯含量和流体盐度关系的研究

流体的盐度对含羟基变质矿物组合的稳定温压条件和岩石-流体的相互作用有重要影响。流体的盐度可从矿物中氯含量的角度加以研究。磷灰石是一个含氯矿物,作为副矿物广泛分布在各种岩石中,且能在较宽的温压范围内稳定存在。本文选择大别-苏鲁造山带中典型的高压、超高压岩石开展了磷灰石成分的研究,结合前人流体包裹体的研究结果,探讨了榴辉岩相条件下流体盐度和磷灰石中的氯含量之间的关系。榴辉岩和脉体中磷灰石的XClAp/XOHAp比值与已有的流体包裹体盐度呈很好的线性正相关。榴辉岩和脉体中磷灰石的XClAp/XOHAp比值范围为0.00～0.35时,对应的流体包裹体盐度约为0～40%NaCleqv。

大别—苏鲁超高压地体折返过程中岩石组合演化的地球化学约束

大别—苏鲁超高压地体现今的岩石组合是超高压变质岩石经历快速折返过程中各种地质作用叠加改造的最终产物 ,其中拆沉、底侵、构造体制转换是改造的动力 ;退变质作用、构造置换、深熔作用是改造的主要方式 .超高压地体的主要岩石组合有榴辉岩、大理岩、硬玉石英岩、斜长角闪岩、片麻岩和面理化花岗岩 .地质、常量、微量、同位素地球化学研究表明 ,斜长角闪岩是榴辉岩退变的产物 ,片麻岩、面理化花岗岩是榴辉岩退变的斜长角闪岩递进深熔的产物 ,即退变榴辉岩折返到中下地壳 ,初次熔融产生相当于片麻岩成分的半原地英云闪长质-花岗闪长质 -花岗质岩浆 ,片麻岩再次熔融产生成分相当于面理化花岗岩的A型花岗岩岩浆 .

大别-苏鲁地体超高压变质岩中的副矿物——锆石

激光拉曼和锆石阴极发光图像研究结果表明,大别-苏鲁强退变质岩石(包括正片麻岩、副片麻岩、斜长角闪岩、含蓝晶石石英岩、大理岩、云母片岩等)的锆石中,均保存以柯石英为代表的超高压矿物包裹体,且记录了十分一致的超高压变质温压条件:T=732～866℃,p=2.8～4.0GPa,表明大别-苏鲁地体曾发生过巨量物质深俯冲-超高压变质的壮观的地质事件。

苏鲁-大别超高压岩石中锆石SHRIMP U-Pb定年研究——综述和最新进展

如何建立苏鲁-大别超高压岩石深俯冲-超高压-快速折返过程连续而完整的P-T-t轨迹及精细的年代谱系,是目前地学界研究的热点。而变质锆石是否记录深俯冲石英榴辉岩相进变质阶段的年代学信息和超高压峰期变质时代的准确归属,是目前苏鲁-大别超高压变质带需要深入研究的核心问题。本文在对前人同位素年代学方面所取得的成果进行系统总结的基础上。采用锆石中矿物包体激光拉曼和电子探针测试、锆石阴极发光图像成因分析以及SHRIMP U-Pb定年等综合研究手段,确定苏鲁-大别地体榴辉岩及其强退变质围岩在深俯冲-构造折返过程中主要经历了四个阶段的变质演化:深俯冲石英榴辉岩相进变质(Ⅰ)、超高压峰期变质(Ⅱ)、构造折返初期石英榴辉岩相退变质(Ⅲ)和构造折返晚期角闪岩相退变质(Ⅳ)。研究发现,扬子板块(中)新元古代巨量的陆壳物质在早三叠纪(246～244Ma)俯冲到华北板块之下约65km的深处。发生了石英榴辉岩相进变质,相应的变质温压条件为T=542～693℃,P=1.7～2.02GPa。这些高压石英榴辉岩相岩石在中-新三叠纪继续向下俯冲,在235～225Ma期间,俯冲的深度至少达到了170km的地幔深处,并发生了峰期柯石英榴辉岩相超高压变质,相应的变质温压条件为T=722～866℃,P>5.5GPa。苏鲁-大别超高压地体自石英榴辉岩相进变质阶段到超高压峰期变质阶段的俯冲速率为7.0km/Myr。这些超高压岩石在219～216Ma期间,发生了第一次构造抬升至75km的深处,并经历了石英榴辉岩相退变质作用的改造,退变质温压条件为T=730～780℃,P=1.7～2.6GPa。这些退变质岩石在212～205Ma期间,又经历了第二次抬升至25km中-下地壳深处,并叠加了角闪岩相退变质作用,该阶段变质温压条件为T=610～710℃,P=0.7～1.2GPa。苏鲁-大别超高压地体两次构造抬升的速率大致相同,为5.6km/Myr。该项成果不仅确定了苏鲁-大别榴辉岩及其强退变质岩石深俯冲过程石英榴辉岩相进变质-超高压峰期变质、构造折返过程石英榴辉岩相-角闪岩相退变质连续而完整的变质演化P-T-t轨迹及精细的年代谱系,而且对于重新建立苏鲁-大别巨量陆壳物质快速超深俯冲-快速折返的动力学模式有着重要的科学意义。

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—苏鲁超高压地体中面理化含榴花岗岩的成因研究

大别—苏鲁超高压地体中的面理化花岗岩因为常含石榴石而被简称为含榴花岗岩 ,其岩石类型主要为二长花岗岩、花岗岩和微斜长石花岗岩 ,岩石具有花岗结构和片麻状构造 .详细的野外地质研究表明 ,超高压片麻岩作为超高压榴辉岩的围岩与含榴花岗岩呈渐变过渡关系 ,或在含榴花岗岩中呈与面理平行的残留条带 ,体现超高压片麻岩通过构造置换和部分熔融向含榴花岗岩转化 .含榴花岗岩在常量元素的总体组成上 ,w(SiO2 )为 71.73%～ 79.15 % ;A/CNK为 0 .83～ 1.0 9,平均0 .98,为准铝质 ;w(K2 O +Na2 O)为 6 .15 %～ 9.0 0 % ,w(K2 O) /w(Na2 O)为 0 .16～ 1.5 4 (绝大多数集中在 0 .9～ 1.1) ,具有相对弱富钠 -弱富钾特征 .从标准矿物组成上看 ,大别含榴花岗岩主要相当于奥长花岗岩 ;山东含榴花岗岩主要相当于花岗岩 ;东海含榴花岗岩主要相当于钾质花岗岩 .在微量元素特征上 ,含榴花岗岩的 REE、 LREE明显富集 ,δEu具有明显的负异常 ,在原始地幔标准化蛛网图上 ,相对亏损Nb、Ta、P、Zr、Ti等高场强元素及大离子亲石元素Sr ,富集Ba、La、Nd、Y、K等大离子亲石元素 ,结合其贫w(Al) (平均 11.6 % )富w(Ga) (>17× 10 -6)、(Fe/Mg) M(1.0 87～ 2 0 .330 )等特征 ,表明其地球化学特征相当于非造山的A型花岗岩 .结合?

苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压与超高压变质带原岩的接触关系及其地质意义

苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压与超高压变质带接触关系的确定对该地区构造格局的建立具有重要的意义。研究表明苏鲁高压-超高压变质地体南缘高压变质带内的锦屏群底部含砾岩层不整合覆盖于超高压变质带南部的朐山花岗片麻岩之上,含砾岩层中的砾石虽然经历了后期的塑性变形改造,但其地质特征仍展示出地层下部层位沉积砾石特有的性质。此外,同位素年代学研究揭示出朐山花岗片麻岩与锦屏群变质岩的原岩分别形成于859Ma和814Ma。这些都说明锦屏群变质岩与下伏朐山花岗片麻岩原岩之间的接触关系为角度不整合。在后期的构造运动过程中它们一起经历了高压-超高压变质变形作用,折返过程中锦屏群变质岩向北西西方向逆冲,形成叠加于不整合接触面的韧性剪切带。

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 ;

大别山-苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学研究进展

本文总结了近年来大别山 苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学进展。针对大别山 苏鲁超高压变质带中的区域片麻岩围岩是否经历超高压变质的问题 ,研究者在常规岩石学和矿物学手段不能奏效的情况下 ,引入显微喇曼光谱测试 ,最终在各种类片麻岩的锆石中发现柯石英、硬玉和雯石等高压和超高压矿物包裹体 ,证明大别山 苏鲁超高压变质带中的大多数岩石曾与榴辉岩一起被俯冲到地幔深度 ,后又一起回返到地表。在喇曼光谱的测试过程中 ,发现锆石中的柯石英包裹体有 0～ 2 3 0 0MPa不等的现时晶内超压 ,并证明这种晶内超压是超高压变质岩回返过程中 ,柯石英向石英转化而导致的体积膨胀造成的。研究者在产于青岛仰口榴辉岩的石榴子石中发现大量单斜辉石、金红石和磷灰石出熔 ,精细的晶体化学和岩石学研究证明出熔前的石榴子石形成于大于 70 0 0MPa的压力条件 ,说明苏鲁地区的部分陆壳岩石可能曾被俯冲到大于 2 0 0km深的地幔。岩石学研究发现产于桃行地区的榴辉岩在角闪岩相区域退变质之前 ,在 4 0～ 5 0km的浅部地幔深度发育有一期高压麻粒岩相 过渡榴辉岩相变质。进一步研究发现这期变质是由于峰期的多硅白云母在回返到 4 0～5

大别-苏鲁超高压榴辉岩中石榴子石和绿辉石的微量元素研究

对9件大别-苏鲁超高压榴辉岩主要矿物石榴子石和绿辉石进行的激光熔样-等离子质谱(LA-ICP-MS)微量元素研究结果表明,所研究的榴辉岩可由石榴子石稀土元素特征分为两类(Group 1和Group 2):Group 1的石榴子石具有一般石榴子石的贫轻稀土、富重稀土的平滑型配分模式,Group 2的石榴子石则表现出独特的高正Eu异常和平坦型重稀土元素的配分模式.可以认为Group 2的原岩属于堆晶辉长岩,而Group 1更可能是正常的玄武岩.矿物颗粒和两种主矿物的主量元素和微量元素分析表明,所研究的榴辉岩达到了矿物规模上的微量元素分配平衡.

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。

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 .

大别山东北缘桐城高压-超高压变质带的构造解析及其对郯庐断裂带的制约

通过对郯庐断裂带南段桐城地区高压-超高压变质带详细的岩石学和构造学研究,将研究区从空间结构上划分为三个构造单元:上部低温-高压单元、中部中温-高压单元和下部超高压单元。根据研究区多期构造变形分析,共识别出了五期有区域构造地质学含义的事件(D_1-D_5):D_1代表高压-超高压变质岩中-晚三叠世同碰撞早期折返过程;D_2表征了高压-超高压变质岩晚三叠世同碰撞晚期折返过程;D_3记录了早白垩世中大别变质核杂岩的形成,也即整个中国东部晚中生代大规模伸展构造在研究区的表现;D_4可能标志着郯庐断裂走滑构造对高压-超高压造山带的叠加;D_5表现为脆性正断作用,控制了晚白垩世-古近纪潜山半地堑盆地的形成。这些结果表明了研究区所经历构造演化的复杂性,其构造几何形态很难用郯庐断裂左行平移南大别超高压变质岩来解释,也不支持桐城地区存在巨大走滑作用的证据。

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明,苏鲁—大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较,苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高,且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别;而莫霍面下凹程度不如大别地区,地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动,与大别地区相比,有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表;然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明,苏鲁—大别地段的造山、演化过程中,在构造运动基本相似的背景下,存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用,有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是,郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NW-SE向扩张应力场的影响。其中,中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。

大别造山带超高压变质带中含金钛-铁氧化物

大别造山带ＨＰ（高压）－ ＵＨＰ（ 超高压） 变质岩中的钛－ 铁氧化物系列矿物和其寄主岩石同是ＨＰ－ ＵＨＰ变质作用过程的重要地质记录，经研究发现这些钛－ 铁氧化物中金元素浓度较高。对榴辉岩相、角闪岩相变质岩中金红石、钛铁矿电子探针微区分析发现其含金值高达０－０１ ％ ～０－６１ ％ ；微区电子探针浓度扫描揭露金呈超微粒包体、弥散状态分布于金红石、钛铁矿中。钛－ 铁氧化物矿物中出现这种含金形式不仅是金在ＨＰ－ ＵＨＰ变质作用下具有亲铁性质的表现，也可能是金在地幔岩石中的主要赋存状态。