东南极茹尔群岛梅瑟半岛富铁铝副片麻岩超高温变质作用:相平衡模拟与锆石U-Pb年龄

东南极梅瑟半岛出露大量的副片麻岩。本文以岩相学和矿物化学为基础,结合相平衡模拟、地质温度计及年代学分析方法对费拉副片麻岩中的含尖晶石榴夕线石片麻岩和梅瑟副片麻岩中的含堇青石榴夕线石片麻岩进行综合研究,结果显示片麻岩经历了超高温(UHT)麻粒岩相变质作用。两个样品峰期前阶段(M1)进变质条件为600~650℃和0.63~0.85GPa;峰期UHT阶段(M2)变质条件为930~1000℃和0.9~1GPa;峰期后变质重结晶阶段(M3)变质条件为610~780℃和0.3~0.39GPa。三个不同阶段的变质条件定义了一致的顺时针的P-T演化轨迹。锆石U-Pb年龄分析结果表明两个片麻岩样品的超高温变质和相关的深熔作用发生在990~920Ma期间的早新元古代格林威尔期,而流体改造与变质重结晶作用发生在~510Ma的早古生代泛非期。结合区域地质特征,超高温变质作用发生的构造背景可能与以放射性元素衰变为热源的大型热碰撞造山带相关。

东南极米洛半岛尖晶石-堇青石麻粒岩变质作用与年代学研究

东南极普里兹构造带被认为受到格林维尔期及泛非期两期构造热事件的影响,分别与罗迪尼亚和冈瓦纳超大陆的演化密切相关,但对两期构造热事件的性质还存在争议。为了进一步完善该构造带的演化历史,从矿物学、岩石学、相平衡模拟、锆石年代学等角度对普里兹构造带米洛半岛尖晶石-堇青石麻粒岩进行了研究。结果表明其主期矿物组合为尖晶石+堇青石+黑云母+矽线石+少量石榴子石+钾长石+钛铁矿,温压条件为870~910℃、0.64~0.69 GPa,晚期退变至810~820℃、0.49~0.53 GPa,并暗示了更高的峰期变质条件(T>910℃,P>0.69 GPa)。CL图像显示锆石具有明显的核-幔-边结构,LA-ICP-MS锆石U–Pb年代学分析显示核部年龄主要集中在613±7 Ma到877±9 Ma,最大值916±11 Ma,比典型的格林维尔期年龄年轻。锆石边部加权平均年龄为526±8 Ma,其Th/U比值范围较大(0.06~1.23),多数Th/U比值较高(>0.1),应代表峰后冷却结晶阶段。尖晶石-堇青石麻粒岩记录了中低压/高温—超高温的变质条件,结合区域已有资料,可能具有顺时针轨迹,其变质演化历史可能反映了碰撞造山之后的伸展阶段,推测与冈瓦纳超大陆的聚合过程有关。

新疆西南天山榴辉岩高压-超高压峰期变质作用时代:Lu-Hf同位素年代学证据

新疆西南天山蓝片岩-榴辉岩带是全球少有的几个经历超高压变质作用的洋壳俯冲带之一,近年来的同位素年代学研究表明其变质作用主要发生于石炭纪。然而,该蓝片岩-榴辉岩带峰期变质作用,特别是超高压变质作用的时代还未精确限定。本文选取来自该带的典型钠云母黝帘石榴辉岩(样品211-3和H76-10),在详细的岩石学和相平衡研究基础上,开展了Lu-Hf同位素年代学研究,以期获得其峰期变质作用时代。相平衡模拟结果表明两榴辉岩中石榴石均记录了升温降压型折返P-T(温度-压力)轨迹。其中,样品211-3经历了超高压变质作用,其压力峰期P-T条件为~540℃、~2.9GPa,石榴石-绿辉石-全岩Lu-Hf等时线年龄为326.9±1.3Ma;样品H76-10仅经历了高压变质作用,其压力峰期P-T条件为~490℃、~2.4GPa,石榴石-绿辉石-全岩Lu-Hf等时线年龄为306±11Ma。结合前人年代学数据,获得新疆西南天山超高压榴辉岩峰期变质作用时代为327~326Ma,高压榴辉岩峰期变质作用时代为316-306Ma。本文获得的超高压变质作用确切年龄326.9±1.3Ma,对于揭示古南天山洋深俯冲和闭合的时间具有重要意义。

麻粒岩相变质作用与花岗岩成因-Ⅰ:变质泥质岩/杂砂岩高温-超高温变质相平衡

麻粒岩相岩石作为洞察下地壳的窗口一直备受重视。二十世纪九十年代以来麻粒岩研究的一个重要进展是利用变质相平衡的定量研究方法模拟岩石中所发生的深熔变质反应、熔体成分变化、及熔体丢失对变质矿物组合的影响等。本文利用KASH、NKASH和KFMASH等简单体系的相平衡关系,做出P-T投影图、组分共生图解和基于固定全岩成分的P-T视剖面图解,并结合有关实验岩石学结果,讨论了高温和超高温条件下变质泥质岩和杂砂岩中的变质熔融反应、矿物组合、全岩成分与P-T条件之间的相互关系。多数变质泥质岩和杂砂岩中饱和流体固相线熔融反应可利用NKASH体系中有水流体参与的熔融反应模拟,在没有外来流体注入时,这些反应可形成＆lt;3mol%熔体。在不同体系中白云母脱水熔融反应型式及其P-T条件不同,如在NKASH和KFMASH体系中模拟计算的白云母脱水熔融反应与相应的实验结果相似,分别控制了白云母分解熔融的温度下限和上限;白云母的分解温度会随着其中Fe、Mg和Ti含量的增加而升高,也随着共生斜长石中钙长石组分增加而升高,泥质岩中白云母脱水熔融可以形成-10mol%熔体。在KFMASH体系中黑云母脱水熔融反应表现为4条单变反应,其理论计算的温度比实验模拟的结果低一些。在NCKFMASH体系或实际岩石中黑云母脱水熔融反应为滑动反应,如NCKFMASH体系中黑云母从其开始熔融到最后消失在泥质岩中可跨越-100℃,在杂砂岩中可跨越30-50℃。黑云母的稳定温度随着镁值升高而升高,其稳定上限受钛影响更大,黑云母脱水熔融可以形成超过30mol%-40mol%熔体。KFMASH体系中的相平衡模拟表明以出现斜方辉石＋夕线石和假蓝宝石为特征的超高温组合易于出现于富镁泥质岩中,而对正常成分泥质岩在达到1000℃的超高温条件下,主要出现石榴石＋夕线石（即夕线榴）,该组合在更高温度反应形成假蓝宝石＋尖晶石。利用饱和水固相线反应和白云母与黑云母分解反应可以更好地限定不同的变质相。如中压和低压条件下低角闪岩相和高角闪岩相的界限可利用NKASH体系中有水流体和白云母参与的熔融反应和亚固相线条件下的白云母分解反应限定;实验确定的泥质岩中黑云母开始熔融与消失的反应可分别用于限定高角闪岩相与（正常）麻粒岩相的界限,以及（正常）麻粒岩相和超高温麻粒岩相的界限。因此,从矿物组合角度,正常麻粒岩相可限定在黑云母开始熔融到完全消失的温度范围,超高温麻粒岩相可限定在黑云母消失（有石英存在）之后的温度范围。

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。

麻粒岩相变质作用与花岗岩成因-Ⅱ:变质泥质岩高温-超高温变质相平衡与S型花岗岩成因的定量模拟

高温-超高温变质岩石的矿物组合及组构特点取决于不同的进变熔融反应,不同程度的熔体丢失以及不同程度的退变反应三种过程的综合效应。利用相平衡定量研究方法可以很好地模拟进变熔融反应的类型、P-T条件、熔体含量及其丢失行为、以及熔融过程中熔体与残余物的化学成分变化等,这对探讨高温-超高温变质作用过程以及花岗岩的成因非常重要。对平均泥质岩（APR）进行相平衡模拟表明变质泥质岩在等压（0.8GPa）升温熔融过程中可发生5种熔融反应：饱和流体固相线、白云母脱水熔融、黑云母熔融、钾长石-石榴石熔融和铝铁镁矿物熔融,后两种熔融反应主要发生在超高温条件下。减压过程中发生怎样的熔融反应受减压温度控制：在麻粒岩相（如850℃）减压可发生钾长石熔融、黑云母熔融和钾长石-石榴石熔融反应;在高角闪岩相（如750℃）减压主要发生白云母脱水熔融和钾长石熔融;在超高温麻粒岩相（如950-1000℃）减压主要发生钾长石-石榴石熔融和铝铁镁矿物熔融。熔体成分受熔融反应和P-T条件控制,如在高角闪岩相发生的饱和流体固相线和白云母脱水熔融可形成弱过铝的奥长花岗质和二长花岗质熔体;在麻粒岩相发生的黑云母熔融和钾长石熔融形成的熔体具有强过铝的二长花岗岩成分;在中压超高温发生的钾长石-石榴石熔融和铝铁镁矿物熔融形成强过铝的二长（钾长）花岗岩质熔体,可形成石榴石花岗岩;在低压超高温下发生的铝铁镁矿物熔融可形成堇青石花岗岩。除了极端超高温下的铝铁镁矿物熔融外,其它熔融反应都会使残余物的成分更贫硅,贫Na_2O和K_2O,富FeO和MgO,但Al_2O_3和Mg#基本不变。高温-超高温下发生深熔的岩石只记录降温过程形成的固相线组合,但固相线的类型与温度条件取决于熔体的丢失行为。在不丢失熔体或者获得熔体的岩石中,岩石最后只记录流体饱和固相线组合;发生熔体部分丢失的岩石会记录缺流体固相线组合,并且熔体丢失越多,缺流体固相线的温度越高;发生全部流体丢失的岩石可记录岩石所达到的最高温度。因此,在一个麻粒岩相区,甚至一个野外露头上不同部位的岩石记录不同的P-T条件。熔体丢失是导致使麻粒岩相组合在升温过程中发生超高温变质,在降温过程中得以部分保存的重要条件。发生部分熔融的高级变质岩中随着温度升高,熔体含量增加,会发生锆石分解,只有在降温过程中发生锆石结晶,因此,麻粒岩中新生锆石只记录降温过程到固相线及以后的年龄,一般不会记录麻粒岩相峰期时代。对泥质高压麻粒岩来说,如果经历ITD型变质演化,会发生递进减压熔融,变质反应易于达到平衡,但如果减压速度快并使岩石直接抬升到地壳浅部,会出现一些ITD型结构标志,如残留金红石、蓝晶石,或在石榴石周围出现堇青石的反应冠状体等,此时锆石记录的退变质年龄会与峰期变质年龄相差不大（如10-30Myr）;但如果泥质高压麻粒岩减压至中、深地壳,受其中有滞留熔体影响易于发育IBC型结构特征,表现为麻粒岩组合被（中压）角闪岩相组合叠加,在泥质岩中出现黑云母＋夕线石构成的暗色条带,或者出现退变白云母和含白云母的浅色体。在中、深地壳经历IBC过程的麻粒岩锆石记录的退变质年龄会与峰期年龄相差很大（如-100Myr）。高级变质岩中由于出现熔体使水流体活度降低,麻粒岩作为排除部分熔体的残余物,其水活度更低。从这一角度来说,水活度低是麻粒岩相变质作用的结果,而不是条件。某些麻粒岩区之所以出现多期麻粒岩相变质叠加受流体行为控制。在亚固相线下流体饱和岩石变质熔融作用从饱和水固相线开始,然后依次发生含水矿物的脱水熔融和无水矿物熔融,这一过程中流体是内部缓冲的,在麻粒岩相温度峰期形成一组平衡矿物组合,难以保留峰期之前的信息。而流体不饱和岩石（如已形成的麻粒岩或岩浆侵入体）变质作用受外部注入流体控制,与构造变形密切相关。如果发生两期麻粒岩相变质叠加变质,在强应变域会形成晚期麻粒岩组合;在弱应变域,会出现两期麻粒岩组合,其中晚期矿物表现为反应冠状体或细粒交生体;而在一些应变非常弱的区域,可能只保留早期矿物组合。

基性岩高温-超高温变质作用与TTG质岩成因

变质基性岩在高温-超高温下部分熔融可以形成TTG(英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质)质熔体,有关熔融反应机理、熔体地球化学特征以及太古宙TTG质岩石成因问题备受国内外学者关注。本文基于对相关实验岩石学研究的总结,结合基性岩高温-超高温相平衡的模拟计算,分析了变质基性岩(斜长角闪岩)深熔变质反应过程、P-T条件及其与TTG质岩石成因的联系。变质基性岩高温-超高温深熔作用主要受角闪石脱水熔融反应控制。在1.0GPa以下的无石榴石域,角闪石分解反应主要为:角闪石=单斜辉石+斜方辉石+斜长石+熔体(R1),该反应为多变滑动反应,以斜方辉石出现(800℃)和角闪石消失(1000~1100℃)为标志,其滑动温度范围超过200~300℃。实验岩石学确定的斜长角闪岩开始熔融或缺流体固相线大致相当于斜方辉石出现温度。实际上角闪石脱水熔融反应是从饱和水固相线开始的,反应为:角闪石+石英=单斜辉石+斜长石+熔体(R1a),开始有黑云母参与熔融反应,但该反应对熔体贡献有限。在1.0GPa以上的石榴石域,不同实验所确定的石榴角闪岩缺流体固相线温度主要介于800~900℃之间,固相线表现为正斜率、负斜率、或者为与压力无关的直线等不同结果。相平衡模拟计算表明在石榴石稳定域角闪石脱水熔融反应为较陡的负斜率,分为两部分:当有斜长石存在时,反应为角闪石+斜长石+石英=石榴石+单斜辉石+熔体(R2),低温部分有白云母、绿帘石参与反应。该反应从饱和水固相线(约630℃)开始,到角闪石消失(超过1000℃),滑动温度范围可超过400℃,跨越石榴角闪岩亚相与角闪高压麻粒岩亚相范围;在斜长石消失后角闪石脱水熔融反应为角闪石+石英=石榴石+单斜辉石+熔体(R2a),低温部分有绿帘石、白云母参与熔融反应,该反应从饱和水固相线(约650℃)开始,到角闪石消失(超过900℃),滑动温度范围可超过200~300℃。角闪石脱水熔融反应形成的无水残余物形成麻粒岩和榴辉岩,无水麻粒岩的峰期温度会超过1000℃,由于降温过程中的退变质演化,如超固相线下滞留熔体与残余物之间发生的深熔反应的逆反应,以及在亚固相线下离子交换反应,导致大多数麻粒岩只记录缺流体固相线组合与退变质温度。基性岩部分熔融的熔体成分取决于全岩成分、P-T条件及熔融程度。当熔融程度很低时(如小于5%)可形成富钾花岗质熔体,随着熔融程度增加,熔体成分可转变为奥长花岗质(如5%~20%)和英云闪长质(如大于20%),部分熔融的熔体成分受全岩成分影响很大,只有相对富钾的基性岩才能形成花岗闪长质到石英二长质熔体。太古宙TTG质岩石表现出富Sr、低Y、Yb、Nb、Ta、Ti以及稀土分馏程度高等地球化学特征,要求部分熔融压力较高,残余物中有石榴石(及金红石)存在。争论的焦点是部分熔融究竟发生在石榴角闪岩亚相(及角闪高压麻粒岩亚相),还是发生在榴辉岩相。对此,不同实验给出的不同结论应该与源岩地球化学特征不同有关。考虑到TTG质岩石的可能源岩如太古宙科马提岩和玄武岩地球化学特征的多样性,TTG质岩石本身地球化学特征上的差异也许不能完全指示熔融发生的P-T条件。综合实验岩石学和相平衡模拟结果,本文确定TTG质岩石是由基性岩在角闪石和石榴石共同稳定域由角闪石脱水熔融反应R2和R2a在角闪高压麻粒岩亚相和角闪榴辉岩亚相形成的,P-T条件为1.0~2.5GPa和800~1000/1100℃。角闪高压麻粒岩亚相相对应的地热梯度为15~25℃/km,角闪榴辉岩亚相对应的地热梯度为10~15℃/km。TTG质岩石形成的构造环境不能简单对应发生在显生宙的洋壳热俯冲带、碰撞造山带和洋底高原等。

桐柏-大别山区高压变质相的构造配置

作为华北和扬子陆块间的碰撞造山带桐柏大别山区以发育高压、超高压变质带为特征，从南到北变质相从低级到高级，代表俯冲带深度不同的变质产物，整体形成高压变质相系列。不过现今各变质相岩石的分布极受后期地壳规模的伸展构造控制，大别杂岩的穹隆作用更使高压变质相带的空间分布复杂化。超高压变质岩今日多呈大小不等的块体嵌布于相对低压的大别杂岩之内，造山带根部物质的热软化，使许多深层地幔物质得以像挤牙膏一样挤出于大别杂岩内。它们之中广泛发育着减压退变质的显微结构，与大别杂岩内一些麻粒岩相表壳岩所保存的减压退变质证迹一样，同是挤出作用和碰撞后隆升的构造证迹。高压相系的发育使南桐柏山和大别山迥然不同于桐商（ 商丹） 断裂以北的北秦岭北淮阳变质带。新近发表的同位素年代学（４０Ａｒ３９ Ａｒ） 资料：３１６ ～４３４ Ｍａ ，已证明北秦岭是古生代变质带，它与桐柏－ 大别印支期碰撞造山带差异甚大。这两个变质地温梯度差异甚大的变质地体的拼合，说明华北和扬子陆块碰撞的主缝合带是商丹－

煤变质作用的构造物理化学机理实验研究进展

煤作为对温度、压力等地质环境条件极敏感的有机岩,地质历史演化过程中各种构造-热事件必然导致煤发生一系列物理、化学、结构和构造变化,物理模拟实验则是揭示煤变质作用机理的重要手段。本文基于煤变质热模拟实验、高温高压模拟实验方面的研究成果,着重对煤变质作用机理、演化进程及煤变质作用模拟实验的应用和发展趋势进行阐述。煤变质作用包含煤化作用和石墨化作用两个阶段,体现为多尺度、多阶段的物理化学结构演化,基本特征趋向于分子结构有序化和化学成分单一化。温度是煤变质的主导因素,而力的作用方式同样约束着煤变质作用。热模拟实验基于“时间-温度补偿原理”,采用开放、半开放和封闭等不同实验体系,模拟不同温压条件和构造-热环境下的热解过程。高温高压模拟实验基于相似性原理,在热模拟基础上加入压力变量,模拟不同温压条件和应力-应变环境,以全面模拟煤在各种构造物理化学条件下所发生的物理化学变化,探究不同温压耦合条件下煤变质作用机理、影响因素与演化途径。煤变质的热模拟及高温高压模拟实验在油气生成、煤储层评价、煤成石墨化及煤中战略性金属元素迁移等多个领域得到广泛应用,今后将朝多学科交叉融合和多场耦合模拟实验方向发展,以期更精确地模拟地层构造作用下的复杂地质条件,为深入探究煤变质作用的构造物理化学机理提供更有效的技术手段。

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?

柴西缘花土沟超高温变质地体中的镁铝麻粒岩岩石成因及其与熔体行为的关系

镁铝麻粒岩泛指一类全岩化学成分富镁、铝的麻粒岩相变质岩,是研究超高温变质作用的峰期变质条件和变质演化历史的重要对象,但目前对它的原岩属性和岩石成因的认识仍十分有限。本文以柴达木地块西缘的花土沟超高温变质地体为例,在野外调查基础上,对镁铝麻粒岩和泥质片麻岩进行了岩相学和全岩地球化学分析,发现镁铝麻粒岩与含浅色体的泥质片麻岩的SiO_(2)、TiO_(2)、P_(2)O_(5)含量相似,TFe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、MnO、CaO、Na_(2)O含量虽有差异但变化范围存在交集。此外,两类岩石具有相似的微量和稀土元素配分曲线,结合两者的矿物组合也存在相似性,提出花土沟镁铝麻粒岩的原岩可能是与泥质片麻岩类似的泥质沉积岩。从低角闪岩相变泥质岩到含浅色体的泥质片麻岩,再到镁铝麻粒岩,其全岩化学成分向着贫铝、钙、钾、钠,富铁、镁的趋势变化。其中,高XMg值(0.51~0.69)是镁铝麻粒岩与其他泥质片麻岩(XMg=0.34~0.43)的最大差别。通过对变泥质岩的相平衡模拟和理论计算,发现部分熔融和熔体丢失能解释大部分的变化趋势,但基本不影响全岩XMg值;只有在进变质升温过程中丢失含石榴子石的熔体才能造成变泥质岩的镁铝麻粒岩化。此外,富石榴子石的泥质残留体相比附近的含浅色体泥质片麻岩,贫硅、钠、钾,富集铝、铁、镁、锰、钙,重稀土元素含量显著高于后者,上述地球化学特征对应石榴子石熔体的加入而后长英质熔体的丢失,支持野外观察到的熔体携带石榴子石迁移的现象。最后,对镁铝麻粒岩只呈透镜体产出的原因做出了推测,即熔体很难带着石榴子石完成长距离迁移,只有被长英质正片麻岩包围的泥质沉积物,其进变质加热阶段形成的熔体才能携带石榴子石完全迁出原岩,促成变泥质岩透镜体的镁铝麻粒岩化,目前仍需更多的相关研究来验证这一推测。在世界其他高温-超高温变质岩区,石榴子石熔体的迁出和泥质岩的镁铝麻粒岩化可能也不同程度有所保留和记录。

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。

北大别的高温超高压变质作用与多阶段折返

近期的变质岩石学、地球化学及同位素年代学研究表明,北大别整体经历了高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而表现为广泛发育的多期减压结构和极少保留早期的超高压变质记录。北大别榴辉岩以高温变质作用以及折返期间因麻粒岩相和角闪岩相退变质变质作用而形成的多期后成合晶为显著特征。石榴子石中伴有放射状胀裂纹的单晶和多晶石英包体指示早期柯石英的转变结果,这已被锆石中发现的柯石英残晶所证实。结合北大别北部榴辉岩和片麻岩中发现的金刚石等超高压证据以及三叠纪变质记录,由此证明北大别整体经历过深俯冲和印支期超高压变质作用。北大别榴辉岩的多阶段高温条件主要来自石榴子石-绿辉石矿物对温度计、单斜辉石中紫苏辉石+石英针状矿物出熔体以及金红石中较高的Zr含量和变质锆石中较高的Ti含量等得出的温度证据。此外,多期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多阶段、快速折返过程;而不同变质阶段的温度、压力和形成时代,却反映该区榴辉岩经历了长时间的高温变质演化与缓慢冷却过程。长时间的高温变质作用与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记录的重要原因。因此,这些成果为大别山三个不同超高压岩片的差异折返模型的建立提供了新的证据.

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。

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.

泥质岩变质脱水作用的高温高压实验研究

研究表明,大洋沉积物或陆壳岩石可以发生俯冲作用进入俯冲带深部[1-3].该过程中岩石的含水矿物发生了变质脱水作用和相转变,所产生的流体是俯冲带流体的重要来源[4]并对俯冲带岩浆产物的地球化学特征有标志性的影响.为了深入揭示陆壳物质在俯冲带温度-压力条件下的变质脱水作用和该过程中发生的微量元素变化,我们开展了泥质岩变质脱水作用的高温高压实验研究.……

超高压变质作用过程中的流体岩石相互作用——中国大陆科学钻探工程主孔(0～2050m)岩心的氧同位素证据

中国大陆科学钻探工程主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海地区。该钻孔 0～ 2 0 5 0m井段钻遇的岩石主要是榴辉岩、正片麻岩、副片麻岩和石榴石橄榄岩。激光原位氧同位素研究表明 ,变质矿物的δ18O值具有显著的不均一性 ,从 - 6 .8‰变化至 + 7.5‰。空间上看 ,从近地表至 10 0 0m深度δ18O值逐渐降低 ,向更深处又逐渐升高。位于钻孔 110 0～ 16 0 0m深度之间的正片麻岩是新元古代花岗岩体 ,该岩体的侵入为表壳岩与低氧同位素大气降水之间的水岩交换作用提供了热源 ,并导致岩体附近的围岩发生了最强烈的水岩蚀变 ,因此具有极低的氧同位素值。研究还显示 ,在厘米尺度内 ,大多数超高压变质矿物之间具有平衡的氧同位素组成 ,所获得的超高压峰期变质温度为 70 0～ 882℃ ,与矿物之间的主元素交换温度计获得的结果基本相同。超高压变形与变质分异、高压退变质作用及其伴生的局部流体活动可能是造成超高压变质矿物氧同位素不平衡的主要原因。研究进一步证明 ,超高压变质岩原岩的异常低氧同位素特征在大陆板块的俯冲与折返过程中得以较好保存 ,在超高压变质前期、同期和后期均没有大规模的透入性流体活动发生。与围岩呈构造接触关系的石榴石橄榄岩具有正常地幔岩的氧同位素成分 。

金红石高-超高压变质成矿作用的几个问题

通过岩石及矿物晶体化学特征的计算,试图解决“为什么高-超高压变质作用利于金红石形成”的三方面内容:在高-超高压变质基性岩中,金红石普遍出现(即使在岩石全钛含量很低情况下)、基本不出现(或很少出现)钛铁矿、榍石、磁铁矿及赤铁矿等非金红石钛矿物及铁质矿物;石榴石和绿辉石“分流”的钛是极其有限的;以及从低压到高压,形成金红石粒度有逐渐变粗的趋势等问题。

造山带榴辉岩的变质作用P-T-t轨迹研究进展

板块俯冲和折返是板块构造理论的重要组成部分,也是固体地球科学研究的一个前沿方向。俯冲/碰撞造山带内的高压-超高压变质岩经历了俯冲至地球深部而后折返至地壳浅部的复杂地质过程,反演它们的P-T-t轨迹是高压-超高压变质作用研究的重要课题,也是揭示造山带构造演化的一个重要途径。造山带榴辉岩作为高压-超高压变质岩中的一类典型代表,常保留多个变质阶段的矿物组合,较完整地记录了造山带演化的关键信息,是反演P-T-t轨迹的理想样品。根据详细的岩相学观察和矿物成分分析,能识别出榴辉岩不同变质阶段的矿物组合。在此基础上,选取合适的地质温压计或采用相平衡模拟,可获得岩石相应变质阶段的温压条件(P-T)。如何获得多阶段变质年龄(t)和如何匹配变质作用的温压条件和年龄信息,是反演榴辉岩P-T-t轨迹的两个关键问题。本文针对榴辉岩中的锆石、金红石、榍石和褐帘石这四个适用于U-Pb定年的副矿物,从结晶条件和封闭温度等角度评估它们可能记录的年龄信息。结果表明,受限于结晶的温压条件或结晶后的改造作用,单种矿物定年难以获得多阶段年龄,一些实际研究中需要采用多种矿物或多个同位素体系实施定年分析。对于将副矿物从岩石中分选出来再实施原位微区定年的方法,测定微量元素和包裹体矿物组合并不总能准确限定这些定年副矿物结晶于哪个变质阶段,这将影响副矿物年龄意义的解析。观察分析定年副矿物在榴辉岩中的结构,能够厘清它们与岩石主要组成矿物之间的成因联系,进而可通过主要组成矿物限定副矿物的结晶温压条件和年龄意义。因此,具有岩相学结构制约的副矿物原位定年分析(“岩石年代学”方法)是耦合变质岩石学(P-T)和地质年代学(t)结果的重要手段,应在今后的变质作用研究中得到更多的重视和运用。与此同时,进一步研究变质分解/重结晶、熔/流体交代、脆/韧性变形等地质作用对副矿物定年同位素体系的影响。变质作用的时间信息不仅包括通过同位素定年获得的绝对年龄,也包括变质作用所持续的时间。受制于定年测试的精度,一些短时间尺度(≤1Myr)的变质作用难以通过同位素年代学方法进行限制。基于矿物的成分扩散、结构演变、力学性质转变等模拟方法,可用于揭示和限定这类变质事件的时间尺度,以此精细刻画岩石的变质P-T-t轨迹,有助于深入理解造山带榴辉岩的形成过程和机制。

苏北高压-超高压变质变形作用与成矿

苏北榴辉岩经历了5期以上变质变形作用，其中至少有两期高压或超高压变质变形作用。其pTt轨迹呈顺时针方向旋转。榴辉岩形成后，随着地体的反弹、推覆，于印支期末迅速回返到中地壳，再经燕山期-喜山期区域隆升和拉伸折返，最终剥露于现代侵蚀面。苏胶造山带至少经历了晋宁期、印支期和燕山期三次造陆或造山运动。苏北榴辉岩等的成矿组合为金红石、蓝晶石、金刚石、石榴红宝石及水晶等。