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。

显生宙碰撞造山带超高温变质作用的加热机制:来自二维数值模拟的约束

大量的岩石学证据表明:碰撞造山带中常发育900~1100℃的超高温变质作用。然而,碰撞造山带中如何出现如此极端的超高温条件仍然存在争议。为了更好地理解超高温变质作用加热机制和碰撞造山带中主要热源的相对贡献,我们建立了一系列高分辨率二维热-动力学模型,借此探讨了俯冲大陆岩石圈密度亏损程度、大陆地壳放射性生热率和大陆汇聚速率等因素对碰撞造山过程中超高温变质主要热源的影响。当大陆岩石圈密度亏损(Δρ=ρ软流圈地幔-ρ岩石圈地幔)大于50kg/m^(3)时,有利于发生大陆平板俯冲,软流圈地幔无法上涌为地壳物质提供热源;此时,具有较高放射性生热率(>3μW/m^(3))的地壳可以发生“浅俯冲-折返”型超高温变质作用。而当大陆岩石圈密度亏损小于10kg/m^(3)时,大陆上地壳在深俯冲阶段首先发生超高压榴辉岩相变质作用,随后伴随着大陆岩石圈地幔后撤和软流圈上涌,进而出现以异常高的地幔热流加热为主的“深俯冲-折返”型超高温变质作用。此外,较低的大陆汇聚速率(<1cm/yr)更有利于“深俯冲-折返”型超高温变质作用的产生。将数值模拟结果与特提斯构造域的变质岩石数据和地球物理观测进行对比,我们认为在现今板块构造体制下,由具有密度亏损程度较高的大陆岩石圈平俯冲有利于“浅俯冲-折返”型超高温变质作用的发生,而由密度亏损程度较低的大陆岩石圈俯冲可能导致“深俯冲-折返”型超高温变质作用的产生。

朝鲜半岛西北部古元古代高温变质-深熔作用：宏观和微观岩石学以及锆石U-Pb年代学制约

朝鲜半岛左接中国大陆右连日本岛链,其地质位置重要不言而喻,对其区域地质演化历史和构造属性的准确厘定,直接关系到对整个东北亚地质的全面理解和认识。本文对朝鲜半岛狼林地块西部的南浦群和甄山群的相关岩石进行了研究。野外露头、手标本和岩相学观察表明,南浦群和甄山群岩石保存了深熔作用的宏观和微观证据,矿物组合以及矿物间的反应结构表明南浦群和甄山群混合岩经历了角闪岩相到麻粒岩相的变质作用,并且在晚期熔体结晶过程中发生了逆反应或退变质过程。7件样品的锆石U-Pb定年结果显示,朝鲜半岛西北部地区在古元古代经历了多阶段（期）的变质和深熔作用过程。南浦群岩石在1917Ma可能经历了第一阶段（期）变质作用,在1877～1855Ma经历了第二阶段（期）变质深熔和石榴石持续生长,熔体冷却结晶时代为1842Ma。甄山群样品给出的变质深熔和石榴石生长的时代为1841～1830Ma,1785Ma可能代表深熔作用中抽取的熔体冷却的时代。但是,为何南浦群和甄山群样品记录的变质和深熔作用时代显示较大的差异,尚需更进一步的研究。综述前人研究成果可知,狼林地块与华北克拉通东部辽吉活动带,在变质和深熔作用类型方面存在不同之处,然而它们所记录的古元古代高温变质-深熔时代的一致性,表明二者可能至少在古元古代之前就形成了统一的大陆。

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。

内蒙凉城2.0Ga变质花岗岩对超高温变质作用的制约

内蒙凉城位于华北克拉通北缘中段,孔兹岩带的东端。本区孔兹岩系内存在着大量的古元古代变质花岗岩,彼此呈构造接触。根据野外地质特征、岩石学和矿物学特征,可将其分为三类:Ⅰ)二长花岗岩;Ⅱ)深熔花岗岩;Ⅲ)似斑状紫苏花岗岩。本文针对Ⅰ类花岗岩进行详细的锆石和岩石成因研究。结果显示该类岩体形成于大约2.0Ga左右,并记录了1.95～1.90Ga的变质作用年龄,对应的岩浆和变质锆石结晶温度(采用锆石Ti温度计)分别为856～964℃(平均912℃)和861～900℃(平均879℃),暗示该花岗岩体源区曾经历了高温熔融事件,同时也说明它们与围岩孔兹岩共同经历了古元古代的超高温变质作用。该类型岩体的岩石化学特征类似太古宙TTG或Adakite,而深熔花岗岩类(Ⅱ类)的地球化学特征则类似岛弧岩浆岩。这种差异说明凉城2.0Ga变质花岗岩的原岩非孔兹岩重融而成的S型花岗岩。锆石Lu-Hf和全岩Nd同位素组成则指示形成岩体的物质主要来自新太古代和古元古代下地壳的熔融。

华南晚古生代末超高温变质作用:以十万大山花岗岩中麻粒岩包体为例

广西东南部大容山-十万大山地区过铝质(S型)花岗岩中包含丰富的副变质麻粒岩包体。部分麻粒岩包体保留了尖晶石+石英、斜方辉石+夕线石±石英等超高温变质矿物组合,指示这些麻粒岩包体曾经历了超高温变质作用。矿物温压估算结果显示:峰期温压条件为7.5～8.0kbar,950～1000℃,峰后退变质温压条件为3.2～3.7kbar,790～820℃。矿物共生组合、变质反应结构以及温压条件估算表明,大容山-十万大山花岗岩中的麻粒岩包体经历了从单相夕线石的稳定域,到尖晶石+石英和紫苏辉石+夕线石±石英的矿物共生组合的稳定域,最后发生了近等温降压退变质作用,形成了紫苏辉石+斜长石和紫苏辉石+堇青石冠状体后成合晶,构成了典型的顺时针P-T演化轨迹,反映区域当时经历了造山过程中地壳增厚,而后折返快速抬升到地表的动力学过程。

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。

内蒙古土贵乌拉孔兹岩带超高温变质作用：变质反应结构及P-T指示

内蒙古土贵乌拉地区分布了含石榴石花岗岩、夕线石榴黑云片麻岩以及二者以不同比例互层状组成的岩石,超高温变质岩以暗色含尖晶石堇青石夕线石榴黑云片麻岩条带或透镜体产于石榴石花岗岩和夕线石榴片麻岩中。基于[K]FMAS[H]系统以及岩石成因格子,认为超高温变质岩经历了三个阶段的变质:早期变质作用阶段,以同一石榴石颗粒中含有夕线石、尖晶石、石英等单相矿物包体为特征,表明变质作用进入到尖晶石+石英组合稳定域;峰期变质作用阶段,以尖晶石+石英、假蓝宝石+石英、斜方辉石+夕线石+石英三种超高温矿物组合为特征,表明峰期变质条件稳定在这三种矿物组合稳定域,指示变质温度高于1000℃;退变质阶段过程中,粗颗粒斜方辉石边部和核部 Al 含量的重新平衡,指示温度降低到950～970℃左右,表明了近等压冷却的退变质作用,随后由于快速抬升,发生了近等温降压的退变质作用,这个过程以各种反应边和后成合晶结构为标志,例如尖晶石与石英、假蓝宝石与石英之间有堇青石的反应边,石榴石外围有堇青石和斜方辉石的后成合晶。最后黑云母和斜方辉石分解为黑云母标志着高级变质作用的结束。内蒙古土贵乌拉地区超高温变质岩经历了逆时针的 P-T 演化特点。

北大别的多阶段高温变质作用与部分熔融及其地球动力学过程和大地构造意义

北大别经历了三叠纪高温超高压变质作用和多阶段折返历史,因而榴辉岩中广泛发育多期减压结构,极少保留早期的超高压变质记录,这为它们不同变质阶段的温度条件估算带来了巨大困难。然而,目前流行的微量元素温度计为北大别榴辉岩的峰期及之后的退变质阶段温度的确定提供了可能性。根据锆石中Ti和金红石中Zr温度计,结合传统矿物对温度计的计算数据,获得了北大别榴辉岩中多阶段高温(>900℃)条件的数据,证明研究区经历了从超高压榴辉岩相→石英榴辉岩相→高压麻粒岩相阶段的高温变质过程。并且,北大别经历了折返初期(207±4Ma)的减压熔融和碰撞后燕山期(约130Ma)的加热熔融作用。长时间的高温变质作用与多期部分熔融也许正是北大别长期难以发现柯石英和有关超高压变质证据等的重要原因。因此,这些成果有助于甄别北大别的岩石成因和演化过程以及大别山多岩片差异折返模型的建立和完善。

新疆西南天山低压高温变质带深熔时代及其地质意义

西南天山木扎尔特地区低压高温变质带主要出露片麻岩类、斜长角闪岩类和麻粒岩类三种岩石类型,由于受到深熔事件的影响在其内部形成了规模不一的长英质脉体,然而对这些深熔长英质脉体的时代还缺乏准确的限定。本文通过详细的岩相学、锆石阴极发光图像研究,采用LA-ICP-MS技术对3件长英质脉体不同锆石微区进行了U-Pb定年,进而探讨西南天山低压高温变质带的形成时间。长英质脉体中的新生锆石具有弱的振荡环带,低的Th/U比值,锆石形态学和内部结构也表明锆石结晶于与深熔作用有关的熔体中,长英质脉体获得的深熔时代为276.5±2.0Ma、272.0±1.7Ma、265.5±1.5Ma,其年龄范围代表了木扎尔特地区低压高温变质带的形成时间可能为早中二叠世,该年龄与区域上西南天山造山带广泛出现的碰撞后岩浆事件的时代相一致,表明早二叠世西南天山造山带已进入造山后伸展减薄的后碰撞造山演化阶段。同时获得一组集中分布的深熔长英质脉体421.8±3.2Ma的继承锆石年龄,该年龄与寄主岩石夕线石榴黑云斜长片麻岩一组主要的年龄峰值一致,表明长英质脉体可能来源于夕线石榴黑云斜长片麻岩的部分熔融作用,对应于南天山志留纪晚期的岩浆事件。

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。

南极大陆超高温变质作用及其大地构造背景

超高温变质作用对认识大地构造-热演化以及地壳成分分异等具有重要意义。南极大陆发育典型的超高温变质作用,分布于不同的构造域。主要的超高温地质单元包括内皮尔杂岩、茹尔(赖于尔)群岛、拉斯曼丘陵、吕措-霍尔姆杂岩以及席尔马赫丘陵等。不同地质单元的超高温变质作用分布规模不同,恩德比地内皮尔杂岩的超高温变质作用分布广泛(~15000 km^(2)),而席尔马赫丘陵等地的超高温变质作用分布有限,超高温变质作用规模与出露特征的不同可能暗示了不同的成因机制与热源。各超高温地质单元中发育丰富多样的超高温矿物组合,如假蓝宝石+石英组合、斜方辉石+矽线石组合、尖晶石+石英组合以及含大隅石、刚玉、三元长石或富Al斜方辉石的矿物组合,在变质基性岩中还发育石榴子石+单斜辉石+斜长石±高钛角闪石等矿物组合。丰富多样的矿物组合为研究超高温变质作用矿物反应机制提供了重要基础。不同超高温地质单元,乃至同一超高温地质单元内不同区域的P-T-t轨迹类型不同,如有些超高温变质作用具有显著的近等温减压轨迹,而有些超高温变质作用主要记录近等压降温轨迹,反映了不同的演化历史或构造背景。南极大陆超高温变质作用可分5个期次,包括中太古代晚期(2850 Ma),新太古代末期—古元古代早期(2585~2450 Ma),新元古代早期(格林维尔期,约1000~900 Ma),新元古代晚期(泛非期早期,650~605 Ma)和新元古代末期—早古生代(泛非期晚期,570~500 Ma),与超大陆(或超级克拉通)演化存在密切联系。不同的超高温变质作用可能与板块构造演化的不同阶段有关,如弧后盆地或造山带垮塌阶段等;但超高温变质作用并不局限于现今板块构造体制。南极大陆多数超高温地质单元的研究程度还相对较低,对其矿物反应机制、变质演化轨迹、形成时代及持续时间、熔融反应及熔体成分演化等还缺乏深入认识,制约了对这些超高温变质作用的热源、动力学机制和构造背景等的准确解释,将来需要加强研究。

阿尔泰造山带晚古生代高温变质作用与塔里木地幔柱活动的成因联系：来自泥质和镁铁质麻粒岩的证据

阿尔泰造山带是中亚造山带（CAOB）的重要组成部分,在其南缘出露有高温泥质和镁铁质麻粒岩,确定其P-T轨迹对于理解阿尔泰造山带南缘在晚古生代的构造演化历史具有重要意义。通过对该区乌恰沟泥质和镁铁质麻粒岩样品精细的岩相学观察,显示其变质矿物组合分别为石榴石＋堇青石＋黑云母＋斜长石＋石英＋磁铁矿＋钛铁矿±斜方辉石±尖晶石±钾长石,斜方辉石＋单斜辉石＋角闪石＋黑云母＋斜长石＋钾长石＋石英＋钛铁矿＋磁铁矿。使用传统温压计和平均温压计算方法对其变质峰期及峰期后的P-T条件进行了计算,并利用Thermocalc软件对其中两个泥质麻粒岩进行了P-T视剖面图模拟,确定了其峰期变质条件为770~865℃和3.0~5.1kbar,并得到了两条峰期后近等压冷却（IBC）的P-T演化轨迹。这样近等压冷却的P-T轨迹表明高温变质作用可能发生于一个总体伸展的大地构造背景之下。已有年代学数据支持该区高温变质事件发生于二叠纪（270-280Ma）,与塔里木地幔柱活动的时间（-275Ma）高度一致。这说明阿尔泰二叠纪高温变质事件可能与塔里木地幔柱有着密切的成因联系。因此,我们认为二叠纪地幔柱活动引起的幔源岩浆底侵和加热可能提供了阿尔泰南缘高温-超高温变质作用所需的热源。

拉萨地块东南缘晚白垩世高温变质作用及其地质意义:来自石英出溶金红石的证据和锆石U-Pb定年

文中对拉萨地块东南缘林芝杂岩中的含榴斜长角闪岩进行了详细的岩相学研究和锆石U-Pb定年。岩相学观察表明,含榴斜长角闪岩经历了峰期麻粒岩相变质和角闪岩相退变质作用。峰期麻粒岩相矿物组合为石榴子石+高Ti角闪石+紫苏辉石+斜长石+石英+金红石,其中的石榴子石、石英和角闪石中含有大量金红石出溶体,说明这些矿物的初始成分具有高Ti含量。角闪岩相退变质矿物组合为低Ti角闪石+斜长石+斜黝帘石+石英+金红石。利用Ti在石英中的含量(TitaniQ)温度计计算得到峰期麻粒岩相变质温度为803～924℃,后期角闪岩相退变质温度为555～732℃。样品中的锆石具有明显的核边结构,核部为典型岩浆型锆石,具有高的Th/U值,强烈富集HREE,明显的正Ce异常和负Eu异常,206Pb/238U年龄为(89.3±0.6)Ma,代表含榴斜长角闪岩原岩结晶年龄。锆石边部呈无环带结构,同核部相比,具有低的Th/U值,低的M-HREE和弱的Eu负异常,为变质峰期生长的锆石,206Pb/238U年龄为(81.1±0.8)Ma,代表麻粒岩相峰期变质年龄。我们认为约81Ma高温麻粒岩相变质作用可能与洋中脊俯冲造成的板片窗导致的软流圈上涌有关。

越南西北部大象山超高温变质岩的发现及其区域构造意义

越南西北部大象山群孔兹岩系中发育一套含刚玉+尖晶石+石榴石+夕线石组合的富铝岩石块体,它们呈透镜状包体形式赋存于孔兹岩系内。岩石中刚玉+尖晶石+石榴石+夕线石组合的发育指示岩石经历了超高温变质作用的改造。其中尖晶石和石英的共生组合表明了变质温度高于900℃,而利用岩石退变质矿物组合中的黑云母-石榴石温度计,黑云母-斜长石-石榴石-石英组合温度-压力计估算的变质温度压力条件分别为879～917℃、0.90～0.94GPa。岩石中的早期刚玉+夕线石的组合的存在说明岩石变质作用已经从高角闪岩相进入到了麻粒岩相;而峰期变质矿物组合尖晶石+石英的出现,指示了变质温度高于900℃的超高温变质作用。另一方面,退变质过程中钛铁矿的发育表明岩石经历了快速抬升降压的过程。变质作用的P-T轨迹分析揭示出岩石经历了早期同步升温增压后的快速增温达到峰期条件,后经历快速等温减压过程。这种温压条件的变化与板块会聚过程中由于俯冲板片的断离而使软流圈上涌造成热异常的温压条件变化基本一致。通过对超高温变质岩石进行锆石SIMSU-Pb测年获得的结果大于58Ma,推测这次超高温变质与喜马拉雅运动中印度与欧亚大陆的初期会聚-碰撞作用相关。

东南极普里兹湾地区超高温变质作用

东南极普里兹湾地区主要包括西福尔丘陵、赖于尔(茹尔)群岛、拉斯曼丘陵、姐妹岛等。普里兹湾地区普遍记录高温-超高温变质作用,在赖于尔(茹尔)群岛地区发育典型超高温变质作用,最近研究表明超高温变质作用可能分布更广,如拉斯曼丘陵、姐妹岛等地区也可能有超高温变质作用的记录。普里兹湾地区超高温变质作用矿物组合多样,该地区的斜方辉石+夕线石、假蓝宝石+石英等矿物组合可以明确指示超高温变质作用,含假蓝宝石但不含石英的矿物组合、尖晶石+石英的矿物组合、含刚玉的矿物组合等也可能指示超高温变质作用,这些组合是否反映超高温条件还需根据具体矿物成分结合可靠温度计及相平衡模拟计算等方法进行精确限定。超高温变质作用的潜在热源不同,可以归为自生热和外来热;其中自生热主要有放射性生热、机械热;外来热主要是深部热源经过热对流、热传导等方式提供。超高温变质作用可能发生在不同构造背景,如洋脊俯冲、弧后盆地、造山带下地壳拆沉等。已有的研究显示普里兹湾地区记录了不同期次构造变质事件,是一个典型的多期变质叠加造山带。最近的研究表明超高温变质作用主要形成于泛非期,但具体时间、演化特征、构造背景以及热源仍存在争议,需进一步研究限定。

假蓝宝石(Sapphirine)的矿物学特征及其在超高温变质作用研究中的应用

假蓝宝石是Mg-Al质麻粒岩中一种特殊的高温矿物,对超高温变质作用的研究有重要的意义。本文通过对全球66个超高温麻粒岩中47个含假蓝宝石麻粒岩地区的文献调研,总结了几种最常见的含假蓝宝石矿物组合产出的结构位置和变质反应关系,以及假蓝宝石的矿物化学特征。假蓝宝石的化学成分一般位于7∶9∶3端元左右,X_(Mg)大于0. 7,XFe_(3+)变化范围很宽,为0～0. 7。含假蓝宝石矿物组合的形成和演化指示了岩石经历的P-T轨迹。岩石中保留的假蓝宝石取代尖晶石、Grt/Opx+Sil取代Spr+Qz组合,以及随后的Spr+Crd±Opx后成合晶取代Grt/Opx+Sil组合的结构,一般可能指示了逆时针P-T轨迹中冷却和随后减压的部分;岩石中Grt/Opx+Sil/Ky或富Mg十字石反应形成Spr+Qz组合的结构可能指示了顺时针P-T轨迹中减压升温的部分。超高温变质岩不同的P-T轨迹暗示着它们的成因机制并不单一,前者可能是幔源基性岩浆底侵或增生作用的结果,后者可能与长期的热造山作用相关。

碰撞造山带超高温变质作用及构造意义——以泛非造山带为例

超高温(≥900℃)变质作用发生在自太古代以来的各个地质历史时期,目前极可能也正发生在青藏高原地壳深部。同时,它也是以冈瓦纳为代表的超大陆在最终拼合时的显著标识,这一关联指示了超高温变质作用与碰撞造山带的密切关系。本文总结了东冈瓦纳内与泛非造山作用有关的典型超高温变质岩的分布、岩石学特征、峰期变质条件、P-T轨迹及形成时代,并简要介绍我们在柴达木地块西段新识别出的泛非期超高温变质作用的基本特征。结合东冈瓦纳超高温变质作用特征和造山带热模拟研究的新进展,本文获得以东冈瓦纳超高温变质作用为代表的碰撞造山带超高温变质作用的几点认识:1)东冈瓦纳麻粒岩地块中的超高温变质岩和普通麻粒岩记录了相似的变质年龄、P-T轨迹以及呈过渡变化的峰期温度,两者可能是同一构造事件的产物,共同组成一个高温-超高温变质岩单元;2)超高温变质作用在东冈瓦纳内部持续了至少超过30Myr,但未见呈大规模的同期或近同期基性岩岩浆出露,指示此处需要的长期热源不是地幔来源岩浆;3)虽然数值模拟能成功呈现加厚地壳被放射元素衰变热加热至超高温条件的情况,且加热及持续时间与东冈瓦纳超高温变质约束的结果相当,但是模拟中需要的高生热值暗示,在自然界中,完全只靠放射性元素衰变生热或许不能让碰撞造山带内达到超高温条件;4)碰撞造山带经历了长期的构造演化,这一过程中,造山带内地壳不太可能同时达到超高温变质条件,这一特征可能反映在P-T-t轨迹的差异上,对这些轨迹的系统研究有助于对超高温变质作用的构造-热过程的理解。

北大别变质带高温变质作用的证据和时限:龚家岭地区刚玉片麻岩及其围岩的记录

长期以来,大别造山带的超高压变质作用一直是研究的热点,而有关该造山带的高温或超高温变质作用的研究则相对有限,且主要集中于北大别变质带中残存的特征性岩石--榴辉岩和变基性岩,对于普遍发育的长英质和泥质片麻岩的变质属性和时限则极少涉及,制约了人们对该造山带形成与演化过程的充分解读。为此,本次研究以北大别龚家岭地区广泛出露的刚玉片麻岩和含辉石花岗闪长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩为研究对象,展开了详细的野外调查、岩相学、矿物化学分析、热力学评价和年代学研究。研究显示,这些片麻岩经历了麻粒岩相、角闪岩相和绿片岩相3个阶段的变质作用,温压条件分别为:(1)T=724℃~762℃和P=0.3~0.4 GPa;(2)T=586℃~595℃和P=0.3~0.4 GPa;(3)T=382℃~395℃和P=0.1~0.3 GPa,总体显示了近等压降温的特征。其中条件(1)基本达到了高温变质作用范畴,为北大别变质带中普遍发育的片麻岩的主期变质条件。锆石U-Pb定年结果显示,刚玉片麻岩具Group-Ⅰ和Group-Ⅱ两组锆石年龄,分别为709±19 Ma~677±19 Ma和207±2 Ma。含辉石花岗闪长片麻岩则记录了Group-Ⅰ、Group-Ⅱ和Group-Ⅲ等3组锆石年龄,分别为602±23 Ma~237±11 Ma、217±4 Ma和192±5 Ma。结合锆石CL图和Th/U比值分析,这两个片麻岩的Group-Ⅰ组锆石Th/U比均大于0.1(多数>0.4),均为岩浆继承锆石,该年龄反映了早期多岩浆事件。Group-Ⅱ组锆石的Th/U比均<0.1,显示了变质成因特征,其217~207 Ma年龄对应于主期麻粒岩相变质时限。Group-Ⅲ组锆石的Th/U比均<0.1,表现变质增生特征,其192 Ma年龄相当于角闪岩相变质时限。本次研究表明北大别变质带主体经历了浅层次的高温变质作用,缺乏高温超高压变质的“记录”。

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。