大别山超高压硬玉石英岩中的水:来自红外光谱的证据

为了探讨大别山“名义上无水矿物”(NAMs)中结构水的分布特征,研究相关的流体活动、矿物变形以及板块俯冲和折返动力学过程提供重要的微观信息.对大别山双河和碧溪岭地区超高压硬玉石英岩中的石英、硬玉、石榴石和金红石进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析,研究结果显示这些矿物都含有以OH-或者H2O形式存在的氢,硬玉中结构水平均含量在1000×10-6左右;石榴石结构水含量在(900～1600)×10-6之间,各样品颗粒结构水的分布不均匀;副矿物金红石结构水含量在2000×10-6以上,而石英结构中基本不含或仅含微量水(<4×10-6).双河和碧溪岭地区的硬玉石英岩全岩含水量分别为(490～600)×10-6和545×10-6,不同地区同一种NAMs中结构水含量基本相同.表明在高压-超高压变质岩的形成过程中,地壳或原岩中的水可以通过这些超高压变质岩中的NAMs携带到地球深部.

大别山双河硬玉石英岩的超高压变质和退变质事件——SHRIMP测年的证据

应用北京SHRIMPⅡ,精确地测定了大别山双河硬玉石英岩中超高压变质锆石的中心、幔和壳的年龄。大部分锆石中心和幔的年龄集中于239～255Ma之间,加权平均值为243±1Ma(n=23)。壳和含矿物包体的晶域年龄集中在225～234Ma,加权平均值为228±2Ma(n=8)。这些锆石的中心、幔和壳都具有极低的Th/U(0.01～0.09)和REE总量,以及重REE平坦型的配分模式。因此,以锆石内部结构、矿物包体、Th/U值和REE地球化学特征为依据,本文提出了大别山超高压变质作用发生于243±1Ma,退变质作用发生于228±2Ma的新观点。

安徽潜山韩长冲──苗竹园一带硬玉石英岩及其伴生榴辉岩特征

安徽潜山硬玉石英岩和榴辉岩共生，呈透镜或似层状产于云母片麻岩中。两类岩石原生矿物组合分别为柯石英＋硬玉＋石榴石＋石英＋金红石和金刚石＋柯石英＋石榴石＋石英＋文石＋黝帘石。本文报导的硬玉石英岩中柯石英及其假象为世界首例。榴辉岩原岩分别为大洋拉斑玄武岩和大陆玄武岩，硬玉石英岩原岩为杂砂岩；两类岩石中矿物组合及其变形特征，表明它们都经历了相同的榴辉岩相超高压变质作用及后期从角闪岩相到绿片岩相的退变质作用的改造；这两种不同构造环境下形成的原岩在一起共生及其强烈的剪切变形，表明它们是经构造作用而混杂在一起的。

大别山双河地区超高压变质岩矿物超微构造的HRTEM研究

报道了大别山双河地区超高压榴辉岩和硬玉石英岩矿物超微构造及缺陷结构的高分辨透射电镜研究结果。在天然变形绿辉石晶内的自由位错、位错倾斜壁、位错环、位错网、亚晶界、堆垛层错等亚构造中 ,发现了纳米级水分子团 ,这种球形状水分子团包体的存在是导致绿辉石晶体水解弱化和塑性变形的重要因素。在榴辉岩矿物中广泛发育的层错、(10 0 )变形双晶、晶畴结构、界面与晶面的交叉滑移、晶格畸变等变形构造及缺陷结构 ,指示超高压岩石经历了快速折返。在硬玉单晶大约 5 0 0nm的微晶畴内 ,发现了C2 /c和P2 1/n两种结构 ,C2 /c结构的晶体学参数对应于硬玉 ,而P2 1/n结构的晶体学参数对应于绿辉石 ,纳米级P2 1/n出溶结构的存在 ,表明在退变质过程中 ,硬玉在纳米尺度上部分转变为绿辉石 ,并且未能达到平衡。也说明在主体岩石的抬升过程中 ,硬玉晶体伴随有复杂的非平衡退变质作用。对于大别山超高压变质岩的p T轨迹描述及其构造解释具有重要意义。

大别山双河和碧溪岭超高压变质岩流体包裹体研究

对大别山双河和碧溪岭含柯石英榴辉岩和硬玉石英岩进行了详细的流体包裹体研究。根据流体包裹体的成分和盐度的不同 ,可以划分出至少五种类型不同的气液包裹体 :( 1) N2 包裹体 ;( 2 )高盐度流体包裹体 ;( 3) CO2 包裹体 ;( 4) CO2 -H2 O包裹体 ;( 5 )低盐度流体包裹体。N2 包裹体仅见于含柯石英榴辉岩 ,而高盐度流体包裹体则几乎存在于所有的榴辉岩和硬玉石英岩中。 CO2 包裹体沿榴辉岩中微剪切带分布 ,或存在于强变形的硬玉石英岩中 ,而低盐度流体包裹体分布较为局限。N2 和高盐度流体被认为是超高压变质作用平衡的产物 ,来源于变质前的古孔隙流体。而且榴辉岩中含有一系列盐度不同的流体显微域 ,其大小与矿物颗粒相当。在板块折返过程中 ,包裹体中流体可能发生迁移 ,但是不会超出寄主晶体的范围。CO2流体明显是外来的 ,可能来自共生大理岩或含碳酸盐的变质沉积岩。这与菱镁矿和柯石英等共生组合所指示的进变质过程中大理岩不存在脱碳反应的结论相一致。而低盐度流体则可能系顶峰变质矿物分解而成 。

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 .

超高压变质岩矿物中的显微构造缺陷：来自TEM和FTIR研究的证据

超高压变质矿物的某些显微构造缺陷可能指示了岩石短暂和快速抬升过程。文中报道了中国大别山双河地区超高压硬玉石英岩矿物显微构造缺陷的透射电镜（TEM）和Fourier变换红外光谱（FTIR）的研究结果。用TEM研究方法，在硬玉石英岩中硬玉包裹体内发现了亚微米级天然蒙钠长石（MA，C2／m）、高钠长石（HA，C1）和低钠长石（LA，C1）三种多形变体。表明岩石在折返过程经历过高温变质作用（〉930℃），以及退变质过程的快速冷却；在石英包裹体内发现了纳米级柯石英和石盐子矿物，提供了柯石英转变为石英以及峰期变质条件下高盐流体存在的证据。“名义上无水矿物”（NAMs）的结构水（OH／H20）是以缺陷形式赋存于矿物结构中。FTIR分析结果显示硬玉、石榴石、金红石和石英中结构水的平均含量分别为1000×10^-6。、（900～1600）×10^-6、〉2000×10^-6和〈4×10^-6，硬玉石英岩全岩含水量为（490～600）×10^-6，表明在高压-超高压变质作用过程中，地壳或原岩中的水可以通过这些NAMs携带到地球深部。该类显微构造缺陷可能是大陆碰撞造山带在高应变速率下的局部弱化和深部断层作用的结果。

大别山双河硬玉石英岩石英中的纳米—亚微米级流体包裹体

用透射电子显微镜(TEM)观察产于大别山双河地区含柯石英硬玉石英岩矿物石英中纳米级至亚微米级的流体包裹体超微观结构特征发现:大多数包裹体呈圆形或负晶形(粒径大多为10nm～350nm),构成宽的密集的包裹体串。TEM揭示了柯石英和寄主矿物石英之间为共晶格取向连生关系,并寻找到在峰期变质条件下高盐流体存在的有力证据。流体包裹体经常伴随着许多相互连接的位错,并且与位错和位错壁等交生在一起,形成网络分布,这是在光学显微镜尺度下所不能探测到的。非爆裂的流体渗漏可能通过H2O或CO2分子沿位错的管道扩散,从包裹体进入寄主矿物石英,因而导致原来包裹体密度和成分的变化。

安徽大别山硬玉石英岩地球化学特征及其地质意义

硬玉石英岩是大别山超高压变质带的重要成员。硬玉石英岩主量元素平均含量为SiO_2 72.73%、Al_2O_311.77%、MgO1.61%、Fe_2O_3 5.00%、Na_2O 5.45%、K_2O 0.22%、TiO_2 0.59%,具有明显的富硅、富铁、富钠的特征;特征微量元素平均含量Th 10.12×10^(-6)、U 1.94×10^(-6)、Hf 10.91×10^(-6)、Sc 7.68×10^(-6)、Zr 437.05×10^(-6)、Nb 15.81×10^(-6)、Y 45.36×10^(-6)、Ba 141.88×10^(-6)、Sr 30.07×10^(-6);Th/U为5.18、Th/Sc为1.56、La/Sc 9.50;∑REE平均含量223.07×10^(-6),(La/Yb)N 7.01,δEu=0.61,Eu负异常明显,轻稀土富集。原岩恢复结果为富钠的杂砂岩,原岩可能形成于古元古代扬子大陆板块的活动大陆边缘,在中生代三叠纪与华北板块碰撞过程中经受了超高压变质作用。

大陆俯冲带大规模的变质流体活动：来自大别造山带超高压硬玉石英岩的记录

硬玉石英岩是一种稀少且与流体作用相关的变质岩,同时出露于高压或超高压洋壳和陆壳俯冲带中.通过对中国东部大别造山带中出露达50 km^2的含柯石英的超高压硬玉石英岩进行研究,综合全岩主微量元素、矿物Mg-O同位素和锆石学研究.结果表明,硬玉石英岩的原岩为古元古代TTG岩石,经历过弱化学风化和强物理风化作用,然后在三叠纪时期受到围岩富黑云母片麻岩分解脱水而产生的大量重Mg同位素流体交代,从而形成硬玉石英岩.考虑到这种受流体交代成因的硬玉石英岩在大别山广泛出露,表明其在三叠纪大陆深俯冲过程中存在着大规模的变质流体活动,这项研究首次报道了大陆俯冲带有大规模的流体活动存在,同时也挑战了传统观点认为的大陆俯冲带缺乏岛弧岩浆作用主要原因是缺乏足够量的流体活动.

大别山榴辉岩带的高压硬玉石英岩块体及其地质意义

大别山区的高压变质岩是多种类型的。已识别出的高压岩石包括榴辉岩-大理岩块、榴辉岩-超镁铁质岩块和榴辉岩-高压片麻岩(包含硬玉石英岩)块。由于在某些围岩片麻岩和榴辉岩所夹持的片麻岩中发现了柯石英假象,一些研究者由此推断大别山——苏鲁榴辉岩及其围岩是一个巨型的原地型超高压变质带。但笔者认为,详细区分两类片麻岩,即与榴辉岩一起经受了高压变质的片麻岩和作为区域性围岩存在的中低压变质片麻岩。