韧性剪切带中片麻岩和超高压榴辉岩变形特征及其与地震波速各向异性的关系:来自中国大陆科学钻探(CCSD)680～1200米岩心的证据

中国大陆科学钻探(CCSD)680-1200米区段发育了多个韧性剪切带,带中主要岩石类型包括片麻岩和超高压榴辉岩。片麻岩中的变形石英、面理化榴辉岩中的拉长石榴石和绿辉石的应变轴比都表现为X>Y>Z,Flinn系数分别为0.11-0.27、0.22-0.23和0.23-0.24。随着糜棱岩化作用的增强,变形石英的C轴组构由Z轴极密逐渐向Y轴极密和叶理面上的大圆环带转变。在常温常压下测试了样品的波速,计算出片麻岩Vp和Vs的各向异性分别为30.17％-60.97％和11.52％-35.79％,榴辉岩Vp和Vs的各向异性分别为0.17％-11.19％和2.41％-6.70％。影响各向异性的主要因素有岩石的结构构造、矿物的晶格优选方位(LPO)、形态优选方位(SPO)和定向微裂隙。随着糜棱岩化作用的增强,岩石的P波各向异性逐 渐升高。变形岩石中的黑云母、石英、绿辉石的LPO和SPO是地震波各向异性的主要控制因素。饱水后的片麻岩样品的P波各向异性明显低于干燥片麻岩样品。在东海钻井中的强反射带主要是由于不同岩层之间的波阻抗差异而造成的,榴辉岩/强退变榴辉岩和黑云斜长片麻岩之间的接触界面会产生较强的地震深反射。此外,与LPO相关的地震波各向异性会增强地震波的反射,所以韧性剪切带中的糜棱岩化片麻岩可能是地震反射的良好载体。

超高压榴辉岩退变质作用对岩石磁化率的影响

系统测量了中国大陆科学钻探 (CCSD)主孔 10 0～ 2 0 0 0m超高压榴辉岩的磁化率及其各向异性 ,并进行了相应的岩石学和矿物学分析 .研究结果表明 ,不同退变质程度榴辉岩的磁化率特征具有明显差别 :新鲜 -弱退变质榴辉岩对应超高压榴辉岩相 ,平均体积磁化率κ =1.4× 10 -3 SI ,磁化率各向异性度Pj=1.0 9,磁性载体主要是顺磁性矿物石榴子石和绿辉石 ;中等 -强退变质榴辉岩对应角闪岩相 ,κ =5 .1× 10 -3 SI ,Pj=1.2 0 ,磁性载体主要是退变质所产生的磁铁矿和钛铁矿 -钛磁铁矿 ;完全退变质榴辉岩对应绿帘角闪岩相 -绿片岩相 ,κ =1.3× 10 -3 SI,Pj=1.0 8,磁性载体主要来自顺磁性矿物角闪石、绿帘石、黑云母等 .该研究为超高压变质岩石地区磁异常的解释提供了基础数据和重要的科学约束 。

苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用:大陆板块汇聚边界的成矿作用

榴辉岩型钛矿床是重要的钛矿床类型之一。苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用以金红石型钛矿床为主,其中金红石以变质矿物中的包裹体、晶间颗粒或脉状形式出现。富钛石榴子石是金红石包裹体出溶的初始矿物。岩石地球化学研究表明,有利于金红石成矿的榴辉岩为高钛榴辉岩,其源岩为富钛基性岩。利用红外显微镜对金红石进行的流体包裹体研究表明,金红石中主要存在三类流体包裹体,即型H2O溶液包裹体、型CO2-H2O包裹体和型CH4包裹体,其中I型原生和假次生流体包裹体和型流体包裹体反映出的压力范围为0.6~1.3GPa,与榴辉岩角闪岩相退变质作用的压力相当,说明与这类金红石形成有关的变质流体源于榴辉岩退变质作用所释放的水。苏鲁地区超高压榴辉岩是华南—华北板块碰撞的结果,巨量陆壳物质俯冲—折返形成了多样式的高压—超高压岩石,与此同时也发生了以金红石为主要矿石矿物的钛成矿作用。综合矿物学、岩石学、地球化学等研究,我们提出大陆板块汇聚边界的钛成矿作用应该经历了原岩的初始富集、陆壳物质俯冲过程中钛的成矿作用、俯冲板块折返过程中钛的成矿作用和流体阶段的金红石成矿作用四个主要成矿阶段。

大别山超高压榴辉岩流变强度——来自高温高压实验的证据

利用Griggs型 5GPa高压仪器 ,在柯石英稳定域围压条件下 ( >3GPa)完成大别山超高压榴辉岩流变学实验 ,建立了榴辉岩流变状态本构方程 (流动律 ) : ε=Aexp( -Q/RT)σn ,应力指数 (n)为 3 .4 ,活化能 (Q)为 4 80kJ/mol,结构常数 (A)为 10 3.3.实验结果表明 :( 1)作为两相矿物组成的榴辉岩 ,其流变学强度在很大程度上取决于强相矿物 (石榴石 )和弱相矿物 (绿辉石 )含量比例 ;( 2 )天然榴辉岩塑性变形机制是以位错蠕变为主 ;( 3 )根据实验成果比较榴辉岩和上地幔方辉橄榄岩流变学强度相当 ,两者耦合在大陆深俯冲 10 0km左右深度发生拆沉作用可能性很小 ,与上地幔上隆 (upwelling)作用有关的造山期后伸展作用对超高压岩石折返更具有重要意义 .

江苏东海超高压榴辉岩的热导率及对大陆科学钻探研究的意义

对采自江苏东海毛北地区 (中国大陆科学钻探先导孔附近 )的新鲜榴辉岩样品进行了岩石热导率的测定 ,初步查明了该区榴辉岩热导率随矿物组成的变化关系 ,探讨了岩石结构特征和温度变化对热导率的影响 .本次所测东海超高压榴辉岩的热导率介于 3 .2 2 2～ 3.716Wm-1·K-1之间并随岩石中 2种主要矿物的相对含量比而变化 ,随着榴辉岩中石榴石对绿辉石体积比 (VGrt/VOmp)的增加而降低 ,近似的函数关系满足K =3 .76 7- 0 .18× (VGrt/VOmp) .岩石中矿物分布的不均匀性和面状构造的发育对榴辉岩热导率的影响较大 ,由此产生的热导率各向异性可达近 10 % .温度是影响热导率的另外一个重要因素 .结合本次的实测资料和相应的热导率 -温度关系 ,建立了东海地区榴辉岩热导率随温度的变化关系方程K(T)=1/ ( 7.85× 10 -2 +6 .95× 10 -4 ×T) ,根据这一方程并结合东海地区的地热梯度资料推算了榴辉岩热导率随 5 0 0 0m钻孔深度的变化关系 ,推测东海地区科学钻探施工至 5 0 0 0m深度时 ,榴辉岩的热导率将比地表平均降低 2 4% .该成果为钻探测井资料的解释以及该区地热结构模型的建立提供了重要依据和约束资料 .

鄂北高压榴辉岩相变质带的变质、变形和流体演化

大别高压超高压变质带从南到北可分成四个带，它们是绿帘蓝片岩带、高压榴辉岩带（南带）、超高压榴辉岩带和高压榴辉岩带（北带）。高压榴辉岩相变质带以蓝闪石榴辉岩为代表，并出现多硅白云母、绿帘石、石英、金红石和锆石等变质矿物。石榴石中含有前榴辉岩相变质形成的矿物包体，并具典型的进变质成分环带。高压榴辉岩中保存了其进、退变质作用全过程中的岩石学和构造信息，即在挤压体制下，表壳岩石经绿帘角闪岩相到榴辉岩相进变质作用和强烈韧性变形；在继续挤压逆冲机制下高压变质岩的大幅度折返，从壳幔边界上升到地壳中、浅层次，并发生绿帘角闪相退变质作用和多期韧性变形；在伸展体制下经滑脱、断块升降、差异抬升高压变质岩块体暴露到地表，并发生绿片岩相退变质作用和韧－脆性变形。高压变质作用过程中存在广泛的流体－岩石相互作用，气液包裹体和高压含水矿物的稳定产出，是最有力的证据。流体的成分、含量、迁移形式控制着变质反应，是影响高压变质岩形成与保存的热力学和动力学条件。

苏鲁超高压榴辉岩中钾长石的超高压相

在苏鲁超高压榴辉岩中,石榴石和绿辉石包含多种含钾长石的显微多晶包裹体。确定其中的钾长石是否经历过超高压变质不仅有助于限定这些长英质包裹体的成因机制,而且有助于深化理解在超高压变质过程中陆壳岩石的物理和化学行为。榴辉岩B174样品采自于中国大陆科学钻探主孔岩心。该样品的石榴石含多种单相和多相多晶包裹体,其中包括钾长石和方解石单相包裹体、钾长石+石英和钾长石+方解石多晶包裹体。激光拉曼光谱分析揭示了部分钾长石残留有超高压钾长石相——钾质钡铝沸石,表明(1)钾长石至少经历了从钾质钡铝沸石向钾长石的退变质相变;和(2)榴辉岩中含钾长石多晶包裹体形成于超高压变质条件下。

大别山桐城地区雷庄低温高压榴辉岩的增温退变P-T轨迹及其构造含义

早期的研究显示大别山东段(安徽部分)出露的榴辉岩均为中温榴辉岩,并没有其他类型榴辉岩存在。本研究通过对桐城地区雷庄附近的榴辉岩野外地质调查、岩相学、矿物成分化学以及热力学分析表明,该地区榴辉岩为低温高压榴辉岩。榴辉岩的 P-T 演化特征研究区分了5个变质阶段,展示了一个"发卡式"增温退变轨迹。Ⅰ-阶段的变质温压为 T=390～411℃,P=0.89～1.40GPa;Ⅱ-阶段为 T=527～544℃,P=1.95～2.34GPa。该阶段为峰期变质,代表了板片俯冲最大深度;Ⅲ-阶段为 T=501～519℃,P=1.74～2.14GPa;Ⅳ-阶段为 T=630和 P=1.22GPa;Ⅴ-阶段为 T=350℃,P=0.20GPa。由Ⅲ-阶段至Ⅳ-阶段随着压力的降低,温度明显增加,反映了一个退变增温的演化趋势。这种增温可能是由于低温榴辉岩对温度变化的敏感,以及榴辉岩板片在折返至地壳某一深度停滞时间较长,北大别热穹隆和地温梯度的恢复是导致增温的热源。

超高压榴辉岩中金红石的纳米级微构造特征及成因机制探讨

本文应用透射电子显微镜(TEM)详细研究了,中国苏鲁毛北地区金红石榴辉岩中金红石的超微构造特征。在该金红石榴辉岩中发育有两种不同类型的金红石晶体。第一种类型的金红石(Rt(A))与石榴石和绿辉石共生,其晶体内部发育有极密集的晶体缺陷,调制结构和变形双晶。变形双晶面分别为(100)和(010)。表明该类金红石晶体曾遭受过强烈的应力作用,推测它们可能是在大陆板块俯冲或折返过程中形成中发育的。而另一类金红石(Rt(B))存在于石榴石和绿辉石晶体中的包体,其晶格十分完整,没有变形痕迹。可能是由于该类金红石寄主于较大颗粒的石榴石或绿辉石晶体中,在大陆板块俯冲或折返过程中因受到寄住主晶的保护,没有发生晶格畸变。

超高压榴辉岩中绿辉石组构测定及其流变学意义

绿辉石高温变形特征在很大程度上决定了榴辉岩流变学表象．绿辉石变形显微构造和晶格优选方位（ＬＰＯ）的研究是认识榴辉岩变形机制和动力学背景参数（应变、应力、应变速率）的重要途径之一．详细介绍了绿辉石ＬＰＯ测定方法和步骤，报道了潜山县双河地区超高压榴辉岩中绿辉石组构初步研究成果及流变学意义．ＬＰＯ测量成果表明：双河榴辉岩中绿辉石组构［００１］极密位于页理面附近，并近于平行线理Ｌ，［０１０］环带垂直于Ｌ，［００１］极密相对Ｓ和Ｌ偏离８°左右，它反映了该区绿辉石事实上经历高温塑性变形，与绿辉石形态方位密切相关的Ｌ型组构显示区域性伸张线理发育，并经历了局部简单剪切非共轴变形．

新疆西南天山超高压榴辉岩、蓝片岩地球化学特征及大地构造意义

新疆西南天山高压-超高压(HP-UHP)变质带为—NEE-SWW向延伸的古俯冲增生杂岩体，其4个岩石组合对应于两个不同的构造环境。榴辉岩组合Ecl为变碱性玄武岩，地球化学特征与洋岛玄武岩(OIB)一致；Ec2微量元素成分特征类似富集型大洋中脊玄武岩(EMORB)；蓝片岩组合Bsl微量元素则显示NMORB特征，上述组合应形成于海山环境。岩石中普遍发育的碳酸盐矿物以及绿辉石石英岩条纹／团块应源于上叠在玄武岩质海山之上的沉积物。Bs2则显示CAB地球化学特征。海山及其携带的远洋沉积物倾没于俯冲带内，在此过程中侵蚀并裹挟发育于活动大陆边缘的CAB物质或其再沉积产物和海沟沉积物，一起遭受高压至超高压变质作用后折返。各岩石组合空间上的交叠并置显示昭苏高压-超高压变质带是在洋壳俯冲过程中，海山玄武岩、火山弧玄武岩、深海和海沟沉积物经构造混杂交叠形成的俯冲增生杂岩体。

地壳俯冲与折返过程的变质作用演化:来自高压-超高压榴辉岩相平衡模拟的证据

本文以大别山双河柯石英榴辉岩为基础,在NCKMnFMASHO体系中计算了P-T、T-M(H2O)和P-M(H2O)一系列相图。这些相图表明在地壳冷俯冲(地热梯度约为6℃·km-1)过程中饱和水的变质基性岩通过脱水反应导致矿物组合演化,随着P-T条件增加,约在2.2GPa(80km)处,绿泥石被滑石取代,在2.4GPa处,蓝闪石消失,在2.5GPa处,滑石消失,在2.9GPa(105km)处,硬柱石消失。相应地可出现硬柱石蓝片岩、蓝闪石-硬柱石榴辉岩、硬柱石榴辉岩和多硅白云母榴辉岩等高压-超高压组合。俯冲基性岩中即使含有很少量的水(如0.3%～0.5%),都会在超高压硬柱石榴辉岩相条件下达到饱和。因此硬柱石会广泛出现于经历冷俯冲地壳的变质基性岩中。高压-超高压榴辉岩的折返过程受折返温度及峰期矿物组合的控制。当峰期矿物组合中含有硬柱石(±蓝闪石±滑石,T=540～600℃)时,其早期折返发生在硬柱石稳定域,受脱水反应控制,难以保存峰期矿物组合;晚期折返发生在绿帘石稳定域,岩石处于流体缺失状态,有利于保存硬柱石消失后的高压矿物组合。当峰期矿物组合中含有绿泥石、硬柱石和蓝闪石时(T<540℃),其折返过程中的脱水作用仅发生在硬柱石与绿帘石共生的狭窄区域,在硬柱石稳定域的早期折返与绿帘石稳定域的晚期折返阶段,都不发生脱水作用,岩石处于流体缺失状态,因此,虽然峰期形成的硬柱石难以保存,但峰期形成的其他矿物可能仅受轻微改造。当硬柱石消失(T>600℃)后,多硅白云母高压-超高压榴辉岩中含有很少量水,在早期折返过程中的很大压力范围内,岩石保持水含量不变,更容易保留峰期矿物组合。高压-超高压榴辉岩在减压至1.5GPa以下时,由于外来流体注入,发生部分水化,形成含有钠钙质、钙质角闪石榴辉岩,它们一般不是平衡矿物组合。榴辉岩中名义上的无水矿物在减压过程中释放的水有助于榴辉岩部分水化,但不足以形成水饱和的斜长角闪岩。

超高压榴辉岩流变学研究

大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别。因此,现有板块构造不完全适合于大陆构造。大陆地壳和上地幔流变学的综合研究是认识大陆构造最佳途径之一。流变学研究是大陆造山带几何学、运动学和动力学的桥梁。大陆岩石圈对构造作用、重力不稳定性和热结构的响应在很大程度上取决于岩石流变强度。岩石圈流变性质是岩石圈分层、构造复杂性和塑性流动的主导控制因素。超高压榴辉岩在地幔对流、壳-幔物质循环和俯冲带动力学起着重要作用。榴辉岩的流变性质和变形机制对于阐明大陆造山带和大陆深俯冲的动力学过程具有十分重要的意义。本文主要内容包括以下4个方面:(1)岩石流变学研究在地球动力学中地位和重要性;(2)回顾池际尚先生对岩石流变学实验的贡献;(3)近几年来超高压榴辉岩流变学研究成果;(4)国外岩石流变学实验研究发展态势和启示。

大别山朱家冲高压榴辉岩变质演化特征分析

研究表明大别山朱家冲榴辉岩属于典型的高压榴辉岩,其具有复杂的变质演化历史。根据岩相学、矿物成份化学和热力学分析表明,该类榴辉岩记录了6期变质过程,具有"顺时针"的P-T演化轨迹。由Ⅰ-阶段、Ⅱ-阶段至Ⅲ-阶段显示了近于等温增压进变质特征,并在Ⅲ-阶段压力值最高达到P=2.53 GPa;Ⅳ-阶段和Ⅴ-阶段则表现为增温降压退变过程,温度在Ⅴ-阶段最高达到T=627℃;到Ⅵ-阶段则为降温降压过程。该过程暗示了高压板片在俯冲和折返过程中可能处于一个非匀速的状态。推测朱家冲榴辉岩后期增温退变的过程可能是源于受扰动的地温线恢复、超高压榴辉岩退变过程的"散热"以及该类榴辉岩对温度变化极为敏感所致。

大别—苏鲁超高压榴辉岩中Pb同位素分析的实验技术研究

通过对大别—苏鲁超高压榴辉岩样品的分析 ,详细报道了铅质量分数较低样品的制备、质谱分析以及发射剂的配制等实验技术 .标准样NBS981测定的内部精度小于 0 .2 5× 10 -3 ,外部精度小于 0 .4× 10 -3 ,与证书推荐值的相对误差在 0 .1× 10 -3 ～ 0 .9× 10 -3 之间 ,榴辉岩样品的分析精度均小于 0 .2 5× 10 -3 .文中对发射剂的作用机理、干扰元素的影响进行了探讨 .

北大别超高压榴辉岩的快速折返与缓慢冷却过程

岩石学研究表明,北大别超高压榴辉岩经过了超高压和高压榴辉岩相变质作用以及麻粒岩相叠加和角闪岩相退变质作用。其中,高压麻粒岩相和角闪岩相变质阶段形成的后成合晶以及石榴子石和单斜辉石等矿物中成分分带的存在,证明该区榴辉岩经历了一个快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩在峰期超高压变质作用之后又经历了一个缓慢冷却过程。超高压岩石折返期间的缓慢冷却过程也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压证据的重要原因。因此,本文为大别山不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据。

安徽太湖县石马超高压榴辉岩相岩石的岩石学研究(英文)

大别山太湖县石马超高压榴辉岩相岩石可分为两类:(1)以柯石英榴辉岩(已退变质)为代表的硅饱和岩石;(2)以二矿物榴辉岩、石榴顽火辉石岩、含顽辉石榴子石岩、单辉橄榄岩、方辉橄榄岩为代表的硅不饱和岩石。前者的原岩是沉积火山碎屑岩;后者的原岩可能是地幔岩经高度部分熔融后的残余物,其后来受到高H2O和CO2流体的变化。本研究提供的有关这些超高压岩石及其围岩的岩矿特征以及温压计计算表明超高压榴辉岩相岩石曾经历从角闪岩相(627-699℃,14-23kbar)到柯石英或金刚石榴辉岩相(700-800℃,30-42kbar)再退变至角闪岩相(556-826℃,13-30kbar和一定的水压下)的顺时针P-T轨迹。

超高压榴辉岩中金红石U-Pb年龄: 快速冷却的证据

对大别山南部超高压带内金河桥榴辉岩的金红石和绿辉石进行了U-Pb同位素分析, 利用等时线法和依据绿辉石Pb同位素组成扣除普通Pb法获得了一致的高精度金红石U-Pb年龄(218±1.2) Ma. 这表明低μ的绿辉石可以作为金红石普通Pb扣除的依据. 另外, 根据前人研究结果计算得到在快速冷却条件下金红石U-Pb体系封闭温度为(470±50)℃. 这一结果证明218 Ma代表超高压岩石冷却到470℃左右的时间, 而非峰期变质时代. 它证明大别山南部超高压岩石在峰期变质之后经历了一次快速冷却过程.