新疆西南天山哈布腾苏一带高压-超高压变质基性岩的地球化学特征及其构造意义

新疆西南天山哈布腾苏地区的高压-超高压变质基性岩(榴辉岩和蓝片岩)主要以形态各异的岩块或构造透镜体形式产于其围岩变质沉积岩石榴多硅白云母片岩中。本文对这些变质基性岩进行了详细的岩石学、矿物学和地球化学研究,并对其原岩性质及区域构造演化进行了讨论。地球化学分析结果显示其原岩成分主要为拉斑玄武岩和少量碱性玄武岩。榴辉岩原岩可进一步划分为N-MORB(正常洋中脊玄武岩)、E-MORB(富集洋中脊玄武岩)和OIB(洋岛玄武岩)三种类型,而蓝片岩为OIB型。第一种榴辉岩具低的TiO2(1.00%～1.08%)、P2O5(0.09%～0.15%)和∑REE(35.98×10-6～43.51×10-6)含量以及低的LREE/HREE(1.35～1.43)和(La/Yb)N(0.63～0.71)比值等特征,具有N-MORB属性,暗示其原岩可能来源于亏损的地幔源区,形成于大洋环境;第二种榴辉岩具有较高的Ti(TiO2=1.35%～2.25%)、P(P2O5=0.05%～0.20%)和∑REE(60.10×10-6～77.35×10-6)含量和较高的LREE/HREE(1.25～2.43)、(La/Yb)N(0.52～1.52)比值,具有E-MORB特征;第三种榴辉岩TiO2含量为1.16%～2.86%,Zr/Y=5.32～7.78,∑REE=79.12×10-6～192.1×10-6,LREE/HREE=4.15～6.54,(La/Yb)N=3.77～9.44,其轻重稀土元素分异明显,显示OIB属性,暗示其原岩可能来源于富集地幔源区。而OIB型蓝片岩则富集TiO2(1.39%～2.86%)和∑REE(88.18×10-6～227.8×10-6)和具有相对高的(La/Yb)N(5.03～9.84)和Zr/Y(4.93～9.55)比值,这些特征与OIB型榴辉岩类似,暗示二者可能具有共同的岩浆源区。新疆西南天山哈布腾苏地区具MORB和OIB属性岩石组合的出现揭示该区早古生代曾发育有洋盆,其演化过程中可能受到结晶分异作用以及异源岩浆混合的影响,导致该区的变质基性岩元素地球化学特征具有MORB和OIB的亲缘性,暗示其原岩是在大洋中脊和临近洋岛共同作用背景下形成的。该区榴辉岩和蓝片岩的形成可能与先存洋壳残片经历高压-超高压变质作用及后期构造折返有关。

苏北连云港地区超高压变质岩特征讨论

继板块构造学说提出后,地球科学领域又一重大发现取得突破性进展,即超高压变质岩的发现,其可成为探索地球内部动力学过程和建立动力学理论的门户。大别-苏鲁造山带不仅是我国也是世界范围内规模最大,保存最为完整的超高压变质带之一,其产生于华北板块与杨子板块三叠系时期的相互碰撞作用,后期被晚侏罗世-早白垩世的郯庐断裂左行切割,构造运动经历了陆壳深俯冲-超高压变质作用-快速折返的过程。大别-苏鲁造山带东段南部,苏北连云港地区广布典型的超高压变质榴辉岩,同时构造层次复杂的地下蕴藏了多种经济型矿床,如磷矿、金红石矿等。60年代起,该区就已开展勘探找矿工作,且为深入研究大别-苏鲁造山带时空演化过程更是在东海县开展了中国大陆科学钻探工程(CCSD)(主孔5158米),获得了丰富的科学数据和认识。因此,对于该区的研究不仅具有现实的找矿经济学意义,也具有重要的地球深部探索科学意义。

北苏鲁威海地区超基性岩的原岩形成时代和超高压变质时代

超基性岩是苏鲁超高压变质地体中一类特殊且十分重要的岩石类型,它们通常呈规模不一的块状、条带状或不规则透镜状(体)赋存于区域大面积出露的花岗质片麻岩中。锆石中矿物包体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和不同性质锆石LA-ICP-MSU-Pb定年等综合研究结果表明,北苏鲁威海地区含橄榄石辉石岩(样品W1和W2)中锆石的成因十分复杂,可进一步划分3种不同类型锆石。其中第一类锆石呈自形-半自形晶,阴极发光图像显示清晰的岩浆结晶环带,矿物包体主要为Ol+Cpx+Ap,记录的207Pb/206Pb年龄为1835～1845Ma,应代表含橄榄石辉石岩的原岩形成时代;第二类为变质重结晶锆石,呈半自形-他形晶,阴极发光图像显示模糊的岩浆结晶环带,矿物包体与第一类完全一致,记录的206Pb/238U年龄变化范围大,为250～784Ma之间,表明部分继承性岩浆结晶锆石明显受到后期岩浆-变质热事件的影响而发生不完全重结晶和Pb丢失,进而使其记录的年龄相对偏新;第三类锆石呈他形晶,为典型的变质锆石,阴极发光图像十分均匀,矿物包体相对少见,主要为Grt+Cpx,记录的206Pb/238U年龄为230～234Ma,且与苏鲁地体榴辉岩及其围岩中含柯石英锆石微区记录的超高压变质年龄(225～235Ma)十分一致,应代表含橄榄石辉石岩的峰期超高压变质时代。超基性岩中超高压变质锆石的准确识别表明苏鲁地体在峰期超高压变质阶段的确存在流体,流体的存在对超高压变质锆石的形成起着至关重要的作用。该项研究不仅准确厘定北苏鲁威海地区超基性岩的原岩形成时代和超高压变质时代,而且对于深入探讨苏鲁-大别超高压地体流体行为、演化规律及其水-岩相互作用机理具有重要的科学意义。

苏鲁超高压变质带中海阳所地区变基性岩的地球化学性质及变质演化特征

苏鲁超高压变质带的海阳所地区广泛分布各类变基性岩,它们主要由＂红眼圈＂结构的变辉长岩、（石榴）斜长角闪岩组成,且以透镜状或似层状赋存于片麻岩中。根据主量元素和微量元素特征,可将海阳所地区变基性岩划分为两种类型：第一类（A组）样品轻稀土相对富集,其稀土元素配分曲线具有右倾型的特征,微量元素具有Nb、Ta、Zr、Hf、Ti的明显负异常,其蛛网图配分曲线微弱右倾,类似于岛弧玄武岩IAB的特征;第二类（B组）样品稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图配分曲线均相对平坦,Nb、Ta、Zr、Hf、Ti略微亏损,与洋中脊玄武岩E-MORB具有一定的相似性。所有变基性岩样品均属于拉斑玄武岩系列,成因类型部分与岛弧环境相关,另一部分则可能与洋中脊环境关系密切。根据岩相学、矿物相转变、变质反应以及温压条件估算的综合研究结果,识别出海阳所变基性岩可能经历了两期变质作用,其中第一期中-高压麻粒岩相变质作用（M1）的标志性矿物组合以基质中保存的粗粒石榴石（Grt1）＋粗粒单斜辉石（Cpx1）＋粗粒斜长石（Pl1）±石英（Qtz）组合为特征,形成的温压条件为T=725～845℃、P=9.5～12.4kbar;第二期峰期高压麻粒岩相变质阶段（M12）以发育＂红眼圈＂结构为特征,典型的矿物组合为新生的细粒石榴石（Grt12）＋单斜辉石（Cpx12）＋斜长石（Pl12）±石英（Qtz）,形成的温压条件为T=765～845℃、P=14.8～17.5kbar,而峰后角闪岩相退变质阶段（M12）以形成低温退变质矿物组合绿色角闪石（Amp22）＋斜长石（Pl22）±石英（Qtz）±石榴石（Grt22）为特征,形成的温压条件为T=575～680℃、P=6.0～8.0kbar。第二期变质演化P-T轨迹具有近等温降压至减压冷却的顺时针型式。海阳所变基性岩记录的多期变质演化的信息及其P-T条件与苏鲁-大别超高压变质带存在明显差异。结合以往变基性岩新太古代-古元古代原岩年龄信息,可以判断海阳所地区的变基性岩可能来自于华北克拉通东南缘胶北地体的古老变质基底,并卷入苏鲁-大别地体中-晚三叠世造山事件中。这一重要成果对于揭示海阳所及其邻区变基性岩和围岩的成因、胶北地体古老基底的形成演化过程以及重塑苏鲁-大别超高压变质带的构造演化模式具有重要的科学意义。

苏鲁超高压变质带东北端多种成因类型变基性岩:来自岩石学、同位素年代学及地球化学属性的制约

苏鲁超高压变质带是扬子板块与华北板块在三叠纪俯冲-碰撞的产物。变基性岩是苏鲁超高压变质带内出露最广泛的岩石类型之一,研究其岩石学、年代学、地球化学属性及成因机制,对于揭示扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞-折返的动力学过程具有重要的科学意义。以(退变)榴辉岩为代表的超高压变质岩石广泛出露在威海-荣成一带,少量出露在乳山地区。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,(退变)榴辉岩的原岩时代为792~760Ma,峰期榴辉岩相变质时代为243~226Ma,后期角闪岩相退变质时代为221~207Ma。非榴辉岩相变质的基性岩(麻粒岩和斜长角闪岩)主要出露在乳山地区,其原岩形成时代应不晚于古元古代(>1939Ma),峰期麻粒岩相变质时代为1895~1870Ma,后期角闪岩相退变质时代为1848~1806Ma,与胶北地体变基性岩的原岩时代和变质时代十分相似。全岩地球化学研究结果表明,(退变)榴辉岩的原岩显示高Fe拉斑玄武岩的特点,根据其稀土和微量元素特征,可将(退变)榴辉岩进一步划分为A、B和C三组。在球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网图解上,A、B和C三组样品分别具有轻稀土弱亏损、轻稀土弱富集和轻稀土富集的特点。轻稀土富集或弱富集型(退变)榴辉岩的原岩地球化学性质与岛弧或大陆玄武岩相似,它们的源区可能与深部富集地幔或受流体交代的地幔楔存在密切的成因关系;而轻稀土亏损型(退变)榴辉岩的原岩可能来自于亏损地幔的部分熔融。由此可见,(退变)榴辉岩的原岩具有成因多样性的特点。乳山地区的基性麻粒岩和斜长角闪岩的原岩也具有高Fe拉斑玄武岩的地球化学属性,Al2O3与Mg O呈正相关变化,TiO_2、P_2O_5与MgO表现出一定程度的负相关性。绝大多数非榴辉岩相变质基性岩的球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网配分曲线具有微右倾或明显右倾的特点。上述特征表明,研究区绝大多数非榴辉岩相变质的基性岩原岩来自于富集地幔,少数来自于原始地幔或亏损地幔,并经历了斜长石和辉石的分离结晶以及不同程度的部分熔融过程。由此可见,乳山地区出露的非超高压变质基性岩的原岩具有与胶北地体(高压)基性麻粒岩相近的成因特点。岩石学、同位素年代学和地球化学特征的综合对比研究结果表明,在苏鲁超高压变质带东北端的威海-荣成-乳山地区,既存在与华北板块古老变质基底相关的变基性岩,也存在与华南板块北缘新元古代变质基底相关的超高压榴辉岩,表明三叠纪时期华北板块东南缘胶北地体的部分古老变质基底曾卷入到扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞造山过程,随后与超高压岩石一起抬升折返,形成当今的构造混杂岩带。

北秦岭高压-超高压岩石的多期变质时代及其地质意义

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA-ICP-MS原位微区定年分析方法,本文确定北秦岭清油河退变榴辉岩的峰期变质时代为490±6Ma,退变质时代为453±9Ma,原岩形成时代为655±9Ma;松树沟超高压长英质片麻岩的峰期变质时代为497±8Ma,两期退变质时代分别为448±4Ma和421±2Ma,原岩形成时代上限832±25Ma;寨根石榴石辉石岩的峰期变质时代为498±2Ma,中压麻粒岩相退变质时代为450±3Ma,角闪岩相退变质时代为426±1Ma,原岩形成时代为573±40Ma;西峡北榴闪岩的角闪岩相变质时代为423±3Ma,原岩形成时代为843±7Ma。新确定的这些岩石的峰期变质时代与前人已报导的区内高压-超高压岩石的峰期变质时代在误差范围内基本一致,结合区内高压-超高压岩石不仅分布在秦岭岩群北缘的官坡-双槐树一带,而且断续出露在秦岭岩群中部或偏南侧的清油河北-松树沟-寨根北甚至西峡北东西一线,进一步表明它们应是同一期构造地质事件的产物。北秦岭已发现的全部正变质的高压-超高压岩石均呈透镜体状分布在围岩片麻岩中,松树沟超高压长英质片麻岩的原岩为典型的陆壳沉积物,因此,这些高压-超高压岩石的形成可能都是陆壳俯冲-深俯冲作用的产物。结合岩相学观察、锆石CL图像和锆石U-Pb定年表明,这些高压-超高压岩石在～500Ma经历了峰期变质作用后,又分别在～450Ma和～420Ma遭受了中压麻粒岩相和或角闪岩相退变质作用的叠加,充分说明这些高压-超高压岩石经历了一个完整的由陆壳俯冲-深俯冲、之后连续两次抬升的构造演化过程。另外,本次研究新获得的这些岩石的原岩形成时代介于843±7Ma～573±40Ma之间,结合官坡榴辉岩的原岩形成时代为791～814Ma以及松树沟榴闪岩原岩时代为787±16Ma的研究,共同表明北秦岭高压-超高压岩石的原岩形成时代均为新元古代,因此,限定俯冲-深俯冲的陆壳物质应来自形成时代为新元古代的大陆地壳或地质体。结合区域地质背景和前人研究成果综合分析,本文初步认为,北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在～500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用的产物,之后在～450Ma与～420Ma经历了两期抬升。

陆-陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆陆碰-撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5 GPa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山—沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析,探讨非规则边界的碰撞引起的构造附加压力对超高压岩石形成的影响作用。模拟计算表明,大陆板块的早期碰撞,会引起碰撞附近的局部应力集中现象(平均压力较周围增大了5～9倍),构造压力在超高压中所占的比例约为20％～35％。由此推测,大别山高压—超高压岩石形成深度可能为 65～80 km。为此本文提出超高压岩石新成因模式——大陆点碰撞模式。这种模式符合力学基本原理,也符合地质记录和地质过程;可以解释为什么超高压岩石并非沿碰撞造山带全线存在,而是出现某些特定部位。本文提出喜马拉雅山碰撞?

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室。高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部。这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定。含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程。在约5Myr内,超高压变质岩从>100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用。高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融。高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融。因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性。

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。

冀北崇礼高压-超高压榴英岩的发现及其矿物化学和锆石U-Pb年代学特征

首次在冀北崇礼晚古生代红旗营子变质表壳岩中发现了高压-超高压榴英岩,并对其进行了矿物化学研究及锆石U-Pb年代学限定。该高压-超高压榴英岩呈透镜状产出,直接围岩为石榴黑云斜长片麻岩,矿物成分主要为石榴子石和石英,有少量角闪石、斜长石和重晶石,副矿物可见磷灰石、钛铁矿以及铜铁硫化物等。石榴子石以高的Grs+And值(23.08%~29.38%)为特征,属铁铝榴石-钙铝榴石-镁铝榴石系列,铁铝榴石分子、钙铝榴石分子和镁铝榴石分子分别为51.70%~61.87%、23.08%~28.45%和11.31%~16.75%,另有少量的锰铝榴石分子(1.25%~2.45%)。磷灰石为氟磷灰石,F含量介于1.65%~3.29%之间,磷灰石包裹体周边石榴子石颗粒常具放射状减压膨胀缝,显示出高压-超高压变质岩的退变质特征。重晶石可能为磷灰石在高压-超高压榴英岩的折返过程中减压分解出溶的结果,该过程同时伴随有铜铁硫化物的形成。榴英岩形成的温压条件为667~710℃、1.189~1.279 GPa,与矿物学特征所显示的压力属性相一致。榴英岩锆石SHRIMP U-Pb定年获得两组不同的年龄数据,其中碎屑锆石的Th/U值较高(0.23~3.81),年龄介于485.5~304.9 Ma之间,主要为369.8~348.8 Ma,加权平均年龄为359.4±3.8 Ma,对应的原岩可能为大陆边缘的陆源碎屑岩,物源主要为晚古生代(约359 Ma)岩浆岩;变质锆石的Th/U值较低(0.05~0.18),年龄介于277.0~259.4 Ma之间,加权平均年龄为268.1±2.9 Ma,应该是高压-超高压榴英岩的峰值变质年龄,表明高压-超高压变质作用发生在晚古生代(约268 Ma),可能与古亚洲洋洋壳向南俯冲消减过程中部分陆壳物质的加入有关。

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。

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。

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。

地壳深部“重力-构造力复合压力状态”研究和大别——苏鲁超高压变质形成深度的测算

讨论了地壳深部岩石处于"重力-构造力复合的静水压力模型"。此模型的基本认识为,地壳深部压力是由重力应力和构造应力引起的两部分各向等应力合成的,构造应力场的静水压力部分被称为"构造附加静水压力"。遵循这一认识,需要从总静水压力中先去掉构造附加静水压力,进而用构造校正[深度=重力引起压力/(总压力-构造附加的压力)]的方法,进行形成深度的测算。考虑岩石作为黏弹性体的应力-应变关系,作者用黏弹性本构方程,获得大别地区英山县含柯石英榴辉岩的成岩深度≥30km,安徽岳西碧溪岭地区含柯石英榴辉岩深度为23~53km,河南新县地区的含柯石英榴辉岩成岩深度为36~40km。再进一步用变质深度的流变学公式,在黏性系数0.2×10^(23)条件下,推算出超高压变质岩形成深度约50~55km。可见,大别超高压变质岩形成深度介于23~55km,而不是前人认为的超过100km甚至更深,由此,"深俯冲-折返"模式需要科学的论证。本研究为高压-超高压变质的"构造增压壳内成因"提供了一些依据。

陆-陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆- 陆碰撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5Pa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山——沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析。

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 ;

大别造山带超高压变质岩和镁铁质岩浆岩锆石U-Pb年代学的TIMS和SIMS法定年结果比较

大别山已报导的锆石U-Pb年龄数据的综合对比表明大别山超高压变质岩的变质锆石的ID-TIMS年龄变化范围为212～238Ma(平均值为225.8Ma),SHRIMP单个样品年龄平均值变化范围219～231Ma(平均值为224.2Ma),二者吻合得很好。已报导的Cameca IMS 1270锆石U-Pb年龄显示较大变化。瑞典及美国有关实验室用Cameca IMS 1270得到的年龄值与ID-TIMS法给出的结果一致,但法国CNRS-CRPG离子探针国家实验室用Cameca IMS 1270获得的两个年龄值(248±16Ma,254±38Ma)的中心值显著高于其它ID-TIMS和SHRIMP的测定结果。对大别山镁铁-超镁铁岩岩浆锆石U-Pb年龄的统计结果表明,用ID-TIMS法得到的年龄均集中在123～130Ma,SHRIMP年龄变化范围为125～129Ma,二者仍吻合很好。而在法国CNRS-CRPG离子探针国家实验室得到的年龄平均值为144.5Ma,也显著高于ID-TIMS和SHRIMP法的定年结果。因此已报导的法国CNRS-CRPG实验室用Cameca IMS 1270得到的大别山U-Pb锆石年龄结果可能存在偏高的系统偏差,其年龄数据不适于用来讨论地质事件中的精细年代学问题。此外,锆石SHRIMP单点分析年龄值具有较大的随机误差,在一个符合正态(高斯)分布的数据群中,只有平均值才有意义。

大别山造山带高压-超高压变质岩的折返过程

高压-超高压变质岩的形成与折返是地球动力学过程,虽人眼不能见及,但在岩石中留下种种记录。本文以大别山为例对高压-超高压变质岩的折返过程进行了探讨。文中(1)综合构造地质学和地球物理学观测资料,剖析了大别山造山带的结构构造,指出了作为高压-超高压变质岩折返通道的莫霍面断口和折返形成的挤压穹隆地壳结构;(2)综合变质岩石学P-T-t轨迹研究资料,追踪高压-超高压变质岩在地下的运动轨迹,揭示了其在俯冲-折返过程不同时段经过的深度和运动速率,并指出其向南的折返极性;(3)结合沉积岩石学研究资料,利用合肥盆地中砾岩成分和碎屑白云母Si含量记录,限定了高压-超高压变质岩折返至地表的时间为中侏罗世前。基于上述资料,本文重建了大别山高压-超高压变质岩的三阶段折返过程,指出大别山包含三个岩片,于230Ma左右分别从不同深度快速折返,折返速率为3～10km/Ma,于210Ma左右进入中地壳,并于180Ma左右快速折返(折返速率为3km/Ma左右)至上地壳,白垩纪折返速率极慢(0.1km/Ma左右)。

苏北高压-超高压变质带中成矿作用

以苏北地区为例,在分析区域岩石学、构造地质学和成矿学资料的基础上,结合江苏省地质调查院和江苏省地质矿产局第六地质大队有关区域地质调查和矿产资料,初步建立了2个成矿系列,即与超高压变质作用有关的金刚石-金红石-蛇纹石-蓝晶石-大理石成矿系列和与高压变质作用有关的磷-水晶-蓝晶石成矿系列.前者与印支期巨量物质超深俯冲有关,后者与稍晚发生的高压-超高压变质带的折返事件有关.本区可能存在燕山期金、银多金属成矿系列,在下一步地质找矿时值得注意.