一种由α-石英到柯石英转变的新途径

静高压合成柯石英的压力和温度的实验条件是提出地球板块折返假说的基础。然而,静高压没有反映局部碰撞和剪切应力的因素。本文考虑了这些因素,提出了一种利用高能机械球磨与静高压相结合的,可以模拟地表柯石英合成的实验室研究方法。发现了存在一个机械球磨时间阈和一种由机械碰撞引起的α-石英中间亚稳相,其静高压致晶化成柯石英的条件为3.0 GPa,923 K,小于1.0 min。沿袭传统的板块折返假设,对应此条件的板块俯冲深度应比Coes的结果浅20 km。发现了10 s量级的柯石英的短时间快速合成现象。此方法合成的柯石的Raman峰,涵盖了以前得到的天然柯石英和人工合成的柯石英的Raman信息。阐明了此方法合成的柯石英在地质科学上的含义, 并提出另一种可能的地表柯石英形成机制。

柯石英最小静态形成压力与地表柯石英形成新机制及其地学意义

指出了实验室柯石英最小静态形成压力对判断地表柯石英形成机制的重要性.报道了诸多因素,包括动力学因素对柯石英最小静态形成压力(P_(cos,min))的影响.分析了已有文献的实验室P_(cos,min)数据,指明了它们和不均匀局域高压微区压力与表观测量压力的关系.提出不均匀局域高压微区的作用模型;分析了局域高压微区与大尺度板块折返形成地表柯石英特征的差异.最后,对地表柯石英的形成机制进行了讨论.指出地表中因组成物质和应力的不均匀性,可形成许多小尺度不均匀局域高压微区,它们在造山带的断裂带剪切带中,受外界因素(如地震波和/或挤压剪切力等)的影响,容易形成柯石英,是可能性最大的地表柯石英形成机制;而板块折返假说虽然可以解释地表柯石英的形成,但是一种可能性很小的机制.

柴达木盆地北缘早古生代高压—超高压变质带中发现典型超高压矿物——柯石英

从都兰北带榴辉岩的片麻岩围岩的锆石中发现了柯石英包裹体和石墨包裹体,说明该超高压带的峰期变质作用已达柯石英稳定区间(>2.8GPa)但小于金刚石的稳定区间(<3.5GPa),从而确定了柴达木盆地北缘存在早古生代超高压变质作用和陆-陆碰撞作用,为中国中部存在一条横贯东西的早古生代(大致500～400Ma)高压超高压变质带的推断提供了新的关键性证据。

中央碰撞造山带中两期超高压变质作用来自含柯石英锆石的定年证据

沿中央造山带存在一条巨大的超高压变质带,其西起阿尔金—祁连,往东经秦岭,延至大别—苏鲁,全长超过4000 km。柴北缘片麻岩中含柯石英锫石的SIMS离子探针原位微区U-Pb定年获得超高压变质年龄452±13.8 Ma。锆石的退变质年龄419±6.7 Ma。SHRIMP U-Pb定年获得秦岭含金刚石片麻岩中锆石的下交点年龄502±45 Ma,上交点年龄1545±100 Ma,认为前者代表超高压变质年龄,后者为原岩岩浆锆石年龄;获得榴辉岩锆石的上交点年龄1381±82 Ma和下交点493±170 Ma,认为上交点代表榴辉岩原岩年龄,下交点代表超高压变质年龄;获得江苏东海县青龙山榴辉岩含柯石英等超高压矿物锆石的年龄为441±9 Ma,449±9 Ma,和442±9Ma,平均444±9 Ma,核部含斜长石+磷灰石锆石年龄为761±13 Ma,认为前者代表超高压变质年龄,后者代表榴辉岩原岩结晶年龄。认为中国中部沿中央造山带中存在两期超高压变质作用,第一期为加里东期,第二期为印支期,两期超高压变质事件在时空分布方面是不同的,加里东期超高压变质事件由西部阿尔金—柴北缘延至东部大别—苏鲁,印支期超高压变质事件没有在大别以西发现。认为中央造山带应是一个多期活动的造山带,较早形成罗德尼亚大陆的格林威尔造山运动可能留下了10亿年左右的构造岩浆事件记录。

含柯石英锆石的SHRIMP U-Pb定年:胶东印支期超高压变质作用的证据

苏鲁超高压变质带的形成时代究竟是印支期还是新元古代争议始终很大。对山东胶南地区超高压变质带中超镁铁岩和榴辉岩的锆石激光拉曼、阴极发光和离子探针原位定年的研究获得超高压变质作用发生的时代为印支期。其中超镁铁岩含柯石英锆石的年龄为221±12Ma,该深成岩侵位时代为新元古代(581±44Ma)。此外,锆石中另有约400Ma年龄记录,可能代表岩石形成后另有一期热事件。榴辉岩的下交点年龄为228±29 Ma,与超镁铁岩含柯石英锆石年龄一致,代表超高压变质时代;上交点为中元古代(1821±19Ma),代表原岩年龄,后者与其片麻岩围岩时代相一致,说明榴辉岩是原位俯冲。

西藏罗布莎豆荚状铬铁矿中发现超高压矿物柯石英

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带东段的罗布莎豆荚状铬铁矿床中发现典型的超高压矿物柯石英和蓝晶石 ,二者呈针柱状交生 ,产在一个以TiFe合金成分为主的颗粒 (0 .7mm× 0 .5mm大小 )的最外部 .该颗粒从内到外由 4层矿物组成 ,分别为TiFe合金主体、2 0～ 70 μm宽的自然钛、约 10 μm宽的TiSi合金及 30～ 5 0 μm宽的柯石英和蓝晶石为主的硅酸岩和氧化物层 .主体矿物为高Ti低Fe的TiFe合金 ,内部出现由细粒状低Ti高Fe的TiFe合金和自然钛组成的蠕英结构 .最外层由柯石英和蓝晶石组成的格架中分布细粒的Si金红石和Ti-Mg -K -Na -Ca氧化物 .初步认为TiFe合金从深部高温高压环境往浅部上升过程中 ,内部发生局部熔融 ,分解出自然Ti,并在其边部与其他硅酸岩矿物或熔体发生反应 ,形成柯石英和蓝晶石 .这一过程可能发生在洋脊拉张环境 ,由于地幔柱的上涌 ,将深部的豆荚状铬铁矿带到浅部 ,使得其中包裹的一些高温高压环境下稳定的矿物变得不稳定 ,发生熔融和交代反应 ,形成新的不平衡的矿物组合 .罗布莎柯石英的这种不寻常产出特征说明是在减压过程中形成 。

柴达木盆地北缘鱼卡河含柯石英榴辉岩的确定及其意义

在柴达木盆地北缘鱼卡河边达肯大坂杂岩之花岗质片麻岩中发现典型的含柯石英榴辉岩。榴辉岩主要由石榴石、绿辉石和少量（多硅）白云母、柯石英和石英、角闪石、金红石等矿物组成。石榴石中铁铝、镁铝和钙铝榴石分子含量分别为５１％～５９％、２６％～３１％和１３％～１９％；绿辉石中硬玉分子含量为４５％～４８％；岩石中残留有ｂ０值极大的高压矿物多硅白云母（ｂ０＝９０７５×１０－１ｎｍ）；角闪石亦为高压类型的冻蓝闪石；最为重要的是确定了柯石英的存在。榴辉岩原始特征保存完好，仅遭受轻微的退变质作用和叠加变质作用。组成矿物可分为３个世代：（１）峰期矿物组合：石榴石＋绿辉石＋（多硅）白云母＋（柯）石英＋金红石；（２）退变交生组合：冻蓝闪石＋蠕虫状石英；（３）后期叠加变质矿物白云母。榴辉岩相变质作用发生在压力大于２８ＧＰａ的超高压至大约７３０℃、１７０ＧＰａ的高压环境，表明柴达木盆地北缘是一条重要的古板块汇聚边界。

豫南地区含柯石英榴辉岩的发现

商麻断裂西侧的豫南榴辉岩呈似层状、透镜状和不规则状产于下元古界片麻岩中。榴辉岩中多处发现柯石英及其假象呈包体状产于石榴石中。榴辉岩形成条件为T=550～650℃,P>2.5GPa,表明苏鲁-大别超高压变质岩带穿过商麻断裂,向西延伸到豫南,将对西部构造单元划分及其成因演化认识具有重要影响。

中国西北地区早古生代柴达木北缘超高压变质带的大陆俯冲:证据来自此带中发现柯石英

作者使用激光拉曼微光谱在柴达木北缘超高压变质带与一大型榴辉岩体有关的泥质片麻岩的锆石单矿物中发现柯石英。柯石英呈包体产出。此外,还发现一些石墨包体。这发现表明曾发生原地超高压变质作用。地体很可能是在低于金刚石稳定区压力条件下结晶的。

大别—苏北—胶东含柯石英榴辉岩中微粒金刚石及自然金的发现

华中高压变质带位于华北板块与扬子板块的边界部位,西起川甘陕边境,东至胶东半岛,连续延伸约2500公里.这条高压变质带主要由蓝片岩、白片岩和榴辉岩三条相互平行展布的岩带组成,三者在空间上紧密共生,形成时代基本相同。

差应力在超高压变质岩形成过程中的作用——来自石英-柯石英转化的高温高压实验证据

文中概述了超高压变质岩在静水压条件下的形成温压范围和存在的问题 ,并重新整理和分析了Hirth等 (1994 )在差应力条件下石英向柯石英转化的高温高压实验数据。结果表明 ,存在较大差应力的条件下柯石英出现需要的围压 (1 2 0～ 1 2 5GPa) ,远小于静水压下的围压 (2 5～ 3GPa) ,显然差应力的影响是显著的。榴辉岩中部分石榴石存在塑性变形 ,这表明在碰撞造山的构造环境中构造差应力是客观存在的 ,而构造差应力的上限受岩石强度制约。因此 ,差应力在超高压变质岩的形成过程中起到了重要作用 ,而系统地进行高温高压实验研究是深入探讨这一问题必要而有效的方法之一。

大别山含柯石英榴辉岩区——一个晚太古代的超高压变质带

安徽碧溪岭岩体的锆石U-Pb年龄为2774±24Ma。它显示大别山的含柯石英榴辉岩可能形成于晚太古代。榴辉岩多硅白云母的Ar-Ar等时线年龄(662±13Ma)也同样限定其退变质作用的上界年龄在寒武纪。同位素年代学结果与该类榴辉岩严格产出在由大别群组成的太古宙地块中的地质特征一致。我们相信,大别山含柯石英榴辉岩变质地区可能是一个晚太古代的超高压变质带。大别山地区在中生代三叠纪时期处于南秦岭构造带的东延部分。大别群以及赋存其中的含柯石英榴辉岩共同遭受晚期的区域动力变质事件。作者分别测得斜长片麻岩白云母Ar-Ar等时线年龄为192.6±3.8Ma,榴辉岩中低角闪岩相普通角闪石Ar-Ar坪年龄230.7±4.6Ma。它们代表大别群片麻岩和榴辉岩两种原始变质岩的印支期改造年龄。

地表柯石英的实验室模拟合成及其形成机制的研究

静高压合成柯石英的压力和温度的实验条件是提出地球板块折返假说的基础,然而,静高压没有反映局部碰撞和剪切应力的因素。考虑这些因素,提出了一种利用高能机械球磨与静高压相结合的、可以模拟地表柯石英合成的实验室研究方法,发现了一种由机械碰撞引起的α-石英中间亚稳相,其静高压致晶化成柯石英的条件为3.0 GPa、923 K、<1.0 min。如果沿袭传统的板块折返假设,对应此条件的板块俯冲深度应比Jr.L.Coes的结果浅20 km。发现了10 s量级的柯石英的短时间快速合成现象。由本方法合成的柯石英的Raman峰,涵盖了以前得到的天然柯石英和人工合成的柯石英的Raman信息。阐明了由本方法合成的柯石英在地质科学上的涵义,并提出了另一种可能的地表柯石英形成机制。

安徽碧溪岭含柯石英榴辉岩的U－Pb与^（40）Ar／^（39）年代学研究

安徽大别、苏北和山东胶南是世界上第三个发现含柯石英榴辉岩的地区。在关于苏鲁皖超高压变质带大地构造背景的学术讨论中，其时代问题成为当前争论的焦点。本文用锆石Ｕ－Ｐｂ法得到碧溪岭榴辉岩体谐和图上交点年龄２７７４．５±２４Ｍａ以及ｔ（^（２０７）Ｐｂ／^（２０６）Ｔｂ）平均表面年龄２６６２Ｍａ，提供了榴辉岩的原岩和超高压变质作用可能形成于晚太古代的信息；并用多硅白云母Ａｒ－Ａｒ法测得６６１．７±１３Ｍａ的退变质年龄，也表明本区榴辉岩可能是前寒武纪的产物；此外，还测得围岩大别群斜长片麻岩中的白云母以及榴辉岩中晚期交代的普通角闪石的Ａｒ－Ａｒ等时线年龄分别为１９２．５５±３．８５和２３０．７０±４．６１Ｍａ，代表后榴辉岩（ｐｏｓｔｅｃｌｏｇｉｔｅ）的印支期区域动力变质作用改造年龄。笔者对已报道的榴辉岩Ｓｍ－Ｎｄ年龄的地质意义进行了讨论，并指出了含石榴子石Ｓｍ－Ｎｄ矿物等时线定年法潜在的弊端。

含柯石英超高压榴辉岩的早期变形——以苏北东海碱场榴辉岩体为例

以超高压矿物组合的各种后成合晶及冠状体等卸载不平衡结构为参考标志,将含柯石英的超高压榴辉岩的变形序列分成两个部分。后成合晶及冠状体发育之前的变形为早期变形,是在大陆深俯冲和碰撞条件下发育的超高压变质变形组构。后成合晶及冠状体发育之后的变形为晚期变形,是在超高压岩石折返剥露过程中,主要是在角闪岩相甚至绿片岩相条件下发育的。构造上江苏省北部东海县碱场含柯石英榴辉岩体,分为块状榴辉岩和面理化榴辉岩两种类型,分别代表超高压变质岩早期变形的两个构造阶段或世代(D1、D2)。详细描述了它们的矿物组合、中小尺度及显微尺度下的组构特征,讨论了两者的几何关系和区域构造意义,强调指出,只有含柯石英榴辉岩的早期变形组构,才能记录和反映斜向大陆深俯冲及碰撞的动力学过程。

新疆西南天山含柯石英泥质片岩的岩石学特征及变质作用p-T轨迹

新疆西南天山高压-超高压变质带主要由泥质-长英质片岩组成,其中包裹榴辉岩、蓝片岩和超基性岩等透镜体。含柯石英泥质片岩具斑状/筛状变晶结构,片状构造,矿物组合为石榴石、多硅白云母、钠长石、钠云母、蓝闪石、冻蓝闪石、石英以及少量褐帘石、金红石和榍石,柯石英包裹在石榴石变斑晶内。根据岩石学特征和相平衡模拟的结果,识别出含柯石英泥质片岩经历了3期变质演化阶段：压力峰期之前的进变质阶段（Ⅰ）,由石榴石核部到含柯石英区域的环带确定,特征为温度和压力同时升高,所限定的压力峰期条件为500℃、2.9 GPa,模拟的矿物组合为石榴石＋蓝闪石＋硬玉＋纤柱石＋硬柱石＋金红石＋多硅白云母＋柯石英,与含柯石英的事实相符;压力峰期之后的升温降压至温度峰期阶段（Ⅱ）,由石榴石含柯石英区域到边部的环带确定,特征为温度升高压力降低,所限定的温度峰期条件为560℃、2.35 GPa,模拟的矿物组合为石榴石＋蓝闪石＋硬玉＋硬柱石＋金红石＋多硅白云母＋石英,发生连续脱水反应蓝闪石＋纤柱石＋硬柱石=石榴石＋硬玉＋水,释放出岩石中约45%的水,导致柯石英转变为石英,纤柱石消失;温度峰期之后的近等温降压阶段（Ⅲ）,由晚期矿物组合钠云母＋钠长石＋冻蓝闪石＋榍石＋石英的稳定温压条件确定（495～550℃、1.0～1.15 GPa）,减压抬升过程中,在约2.1 GPa处,发生脱水反应硬玉＋硬柱石=蓝闪石＋钠云母＋水,导致硬柱石消失,钠云母出现,在约1.1～1.25 GPa处,榍石取代金红石,绿辉石消失,钠长石和冻蓝闪石出现。阶段Ⅱ强烈的连续脱水过程十分利于矿物组合的再平衡,导致绝大多数压力峰期的柯石英转变为石英,仅有极少数因包裹在刚性石榴石中而得以保存。含柯石英泥质片岩及其榴辉岩透镜体经历了完全相同的俯冲折返过程。

大别山地区柯石英榴辉岩变质作用的P-T-t轨迹及其地球动力学意义

本文对大别山地区的柯石英榴辉岩进行了详细全面的岩相学和矿物化学研究,确定了柯石英榴辉岩的变质条件,识别出了榴辉岩化前的矿物包体及其角闪岩化、绿帘角闪岩化和绿片岩化3期退变质作用,进而再塑了一个呈顺时针方向旋转的复杂P-T-t轨迹。由此讨论了柯石英榴辉岩的形成机制和地球动力学意义。

含柯石英榴辉岩形成深度的构造校正测算

应用透射电子显微镜 ( TEM)对大别地区英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中石榴子石进行研究 ,结果表明在强塑性变形的三类岩石中 ,石榴子石的超微构造特征存在明显差异。在含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密度比角闪岩中的低。修正石榴子石材料系数 α为 0 .2 5 ,用石榴子石位错密度估算了相对差异应力值 ,并讨论了在超高压榴辉岩形成和退变质过程中各阶段的变质条件。根据石榴子石位错密度测定的差异应力 ,结合石榴子石的变形测量 ,恢复构造三维主应力及构造附加静水压力值 PS,从柯石英相的转变压力 P中减去构造附加静水压力值 PS后 ,利用单纯由重力引起的静水压力值 PG换算上覆岩石的重力和厚度 ,获得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅为≥ 32 .0 9～ 32 .1 1 km。因此提出 ,该含柯石英榴辉岩是在这一地壳深处 (或稍深一些 )受强烈构造作用形成的新认识。同位素资料分析表明 ,大别地区榴辉岩系地壳成因 ,这对于榴辉岩是壳内产物的认识提供了进一步证据。

差应力对石英-柯石英转化压力的影响

在差应力条件下出现柯石英的压力远小于静压条件下柯石英稳定存在的压力 ,这表明差应力对石英 -柯石英转化具有显著影响。根据柯石英形成条件 ,石英 -柯石英相变边界向低压方向迁移有两种不同物理机制 :发生在低温半脆性域的相变机制是差应力产生的剪切变形引起应力不稳定 。