部分熔融与高级变质岩流变机制——以内蒙古大青山高级变质岩为例

部分熔融作用与高级变质岩变形作用是相互制约,变形作用能够提高岩石部分熔融程度,降低熔融温度。熔体存在影响和制约岩石强度和变形机制。大青山高级岩经历了下部地壳构造层次变质变形和深熔作用改造,形成了复杂构造要素组合。宏观与微观构造特点表明:高级变质岩变形机制主要为熔体增强颗粒边界扩散和颗粒流动,使岩石发生大规模的塑性流动。在宏观上形成了不对称流动组构、熔融线理、岩石和矿物条带、层内底辟褶皱和大型穹窿构造。但是,在微观上矿物颗粒变形不明显,晶内变形组构不发育,表现为三边平衡结构,与静态结晶变质岩结构相似,形成了地壳深部构造层次上变质构造岩-构造片麻岩。     

内蒙古大青山高级变质岩韧性剪切带及其流变机制

大青山高级变质岩不仅记录华北克拉通早期大陆形成演化历史,也保留了中下部地壳岩石流变信息,它们经历了下部地壳构造层次高角闪岩相-麻粒岩相条件变质变形、深熔作用改造,形成了复杂构造样式和构造要素组合.韧性剪切带是高级变质岩中主要构造形迹,控制着早前寒武纪高级变质岩主体构造格架.依据野外地质产状、变形特征与构造要素叠加改造关系,韧性剪切带划分为早期近水平顺层伸展型和晚期陡倾韧性剪切带.近水平顺层伸展韧性剪切带呈残留状保留在后期变形改造较弱部位上,主要沿着不同地质单元或者岩性层界面上发育,是在伸展变形体制下形成的.晚期陡倾韧性剪切带呈近东西方向展布,规模较大,叠加和改造早期构造形迹,形成于晚期造山挤压构造环境中,以左行滑移为主.这两种韧性剪切带都形成于地壳中深部构造层次高角闪岩相-麻粒岩相条件下,变形机制主要为熔体增强颗粒边界扩散和颗粒流动,使岩石发生大规模的塑性流动.在宏观上形成了不对称流动组构、条纹条带构造、熔融线理、层内流动褶皱等构造形迹,在微观上矿物晶体没有发生明显塑性变形,均匀消光,晶体为三边平衡结构,与静态变质结构相似,形成了地壳深部构造层次上变质构造岩-构造片麻岩.      

华北东部晚中生代区域伸展背景下同构造花岗岩体的起源与就位

花岗质岩浆的起源、迁移及就位是研究大陆岩石圈流变学特性的重要方面。然而,板内伸展背景下同构造花岗岩体的岩浆来源、就位机制和岩浆流动与区域应力场的关系等问题缺乏系统性的总结。晚中生代期间华北板块东部逐渐变为区域伸展体制,同时中浅部地壳形成一系列的韧性剪切带、变质核杂岩和拆离断层,这些伸展构造往往伴有同剪切变形的花岗岩体。因此,华北东部是系统研究板内伸展背景下同构造花岗岩体的最佳区域。本文选取多个典型的同构造花岗岩体,进行综合分析。通过归纳总结这些同构造岩体的岩石地球化学和年代学资料,发现多数同构造岩体具有多个岩浆源区,且较早就位的中性岩席(单元)往往来自壳幔混合岩浆或新生下地壳的部分熔融,而较晚的酸性岩席(单元)则主要来源于古老下地壳的部分熔融。这一特点反映了同伸展岩体岩浆源区由深至浅的演化规律,也揭示了区域伸展背景下源自地幔的流体和热量是触发地壳部分熔融的重要因素。通过分析岩浆就位过程中围岩和岩体中形成的定向及变形组构,发现华北东部同伸展岩体的就位模式可分为三大类:以扁平岩床或岩基形式就位于中部地壳的水平韧性剪切带内;岩浆以近直立运移的方式形成长轴平行拆离断层的岩基,就位于变质核杂岩核部或拆离断层下盘;岩浆就位于再活化的先存断裂,通过膨胀作用、挤压围岩获得就位空间并使围岩变形,形成类似底辟作用的就位方式。剪切应力和浮力是影响岩浆运移方向的重要力学参数。岩浆自源区上升的过程中浮力起着主要控制作用,就位于韧性剪切带时剪切应力起着控制作用,就位于浅部地壳的脆-韧性过渡带时浮力的作用再次凸显。     

江苏东海CCSD主孔超高压变形与折返变形的叠加关系

位于苏鲁超高压变质地体南部的中国大陆科学钻探工程（CCSD）主孔岩石经历了超高压变形及多期折返变形。第一期折返变形为伸展折返变形,榴辉岩发生角闪岩相退变质作用,没有新生面理或线理的发育,基本保留了超高压阶段的S-L组构,并有显示熔融体特征的强退变榴辉岩发育。第二期折返变形为SEE-NWW向挤压折返变形,超高压变形期形成的不同岩石类型在本期变形中表现出不同的叠加变形现象,榴辉岩类岩石早期形成的S倾面理主体部分转为SEE倾,但拉伸线理产状与超高压变形期的近SN走向基本一致,反映早期面理沿NNE轴向的重褶作用,局部又被向SEE缓倾的韧性剪切带切割;而片麻岩类岩石在超高压变形期形成的S-L组构的主体部分已被新生成的总体向SEE缓倾的S-L组构置换,反映早期面理不仅重褶,而且大部分再度发生韧性剪切变形,具SEE向NWW的逆冲剪切指向,矿物普遍重新定向。第三期折返变形发育具NWW向SEE正滑剪切指向的韧性剪切带,并伴随大量“Z”型褶皱构造的发育。第四期折返变形以NWW向SEE正滑的张性或张扭性脆性断裂活动为主。探讨了苏鲁超高压变质地体折返变形的力学机制及CCSD主孔岩石面理变化的形成机制。     

辽西医巫闾山地区中生代两期韧性变形的研究

医巫闾山地区的韧性剪切构造是中生代两期韧性变形作用的产物。早期韧性变形中a线理发育,线理走向和糜棱面理走向基本一致,线理在xy面上的侧伏角绝大多数<30°;该期韧性变形是以左行走滑运动为主。晚期韧性变形中a线理发育,线理倾伏向和糜棱岩中糜棱面理倾向相近,线理在xy面上侧伏角主要在45°～90°之间;该期韧性变形是伸展作用的产物。医巫闾山中生代两期韧性剪切变形作用表明,在侏罗纪至早白垩世期间辽西地区不仅发生了强烈挤压推覆作用和伸展作用,也发生了大规模左行走滑作用。该韧性变形作用的发现对进一步研究辽西中生代的构造演化序列、期次和构造格架转换等问题有重要意义。     

胶东半岛乳山地区低角度韧性剪切带几何学、运动学特征:对中国东部岩石圈减薄作用的启示

大规模伸展构造是华北克拉通东部岩石圈减薄的重要表现形式。部分低角度韧性剪切带是地壳伸展变形后所展现的构造形式。本文研究了王格庄韧性剪切带的岩石学、几何学、运动学等特征显示:韧性剪切带走向近南北向,剪切带断层面倾向多变(倾向西、西南、西北方向)。大部分区域面理低角度倾向西,矿物拉伸线理近东西向,不对称旋转碎斑及S-C组构指示顶端指向西的剪切特征。结合研究区西侧与伸展构造相匹配的半地堑伸展盆地证据:本研究认为伸展构造的形成可能与西太平洋板块的后撤相关,即大规模伸展构造作用引发了华北克拉通东部的地壳减薄作用。     

嫩江洋闭合机制:来自内蒙古东南部扎赉特旗地区音德尔杂岩构造变形样式与时代的启示SCIEI北大核心CSCD

嫩江洋闭合机制是大兴安岭地区一个争议较大的科学问题。音德尔杂岩为大兴安岭与松辽盆地盆山结合带上新发现的一套俯冲增生杂岩,岩石强烈韧性变形,其构造变形样式及时间较好的记录了嫩江洋闭合过程。该套杂岩基质由绢云片岩、绿泥石片岩及阳起石片岩等组成,岩块主要包括闪长岩、辉长岩、玄武安山岩及花岗岩。宏观变形样式观察和微观组构分析表明,音德尔杂岩发育两期构造变形:早期变形以倾向NW的片理、片麻理及糜棱面理为标志,并发育有NNW向倾伏的构造线理,线理倾伏角一般较大,指示NW-SE方向强烈挤压背景下形成的一期逆冲线理;晚期变形以NE向倾伏的低角度矿物拉伸线理为标志,石英及长石等矿物通过晶内位错滑移与膨凸式重结晶等塑性流变方式显著定向拉长,构造形迹指示一期NE-SW走向的左行走滑剪切作用,晚期线理普遍改造或置换早期线理。两期构造变形事件分别对应兴安增生地体与松嫩地块碰撞造山早期的强烈挤压阶段和造山晚期伸展走滑调整阶段。构造岩与围岩接触关系年代学研究限定音德尔杂岩构造变形发生于早石炭世末期(323Ma)之前。早石炭世早期嫩江洋开启双向俯冲模式,在兴安增生地体东缘和松嫩地块西缘形成大量增生楔。早石炭世末期嫩江洋闭合,兴安增生地体与松嫩地块碰撞拼贴并发生强烈挤压造山,两侧增生楔在NW-SE方向汇聚应力驱使下呈花状仰冲隆起,伴随斜向走滑形成早期高角度叶理与线理。造山晚期,兴安增生地体与松嫩地块之间发生显著的左行走滑剪切作用,形成了NE-SW走向的低角度矿物拉伸线理。嫩江洋闭合相关构造的解析表明其具有双向俯冲的特征。     

碰撞造山带地壳深熔作用:来自纳米花岗岩包裹体的观测与实验约束

在碰撞造山带构造演化过程中,中下地壳深熔作用对于深部地壳物理性质与化学成分具有重要控制作用.作为深熔作用的"见证者",纳米花岗岩包裹体是寄主岩石部分熔融作用的产物,能够为确定陆壳岩石中天然熔体特征及分析熔融机制提供关键信息.在喜马拉雅东构造结南迦巴瓦岩群的代表性岩石单元（泥质片麻岩与长英质片麻岩）中,石榴石与锆石中常包含有典型的纳米花岗岩包裹体,其代表性子矿物组合为钾长石+斜长石+石英±黑云母,这是在黑云母脱水熔融过程中、寄主片麻岩中熔体被主要转熔矿物（如石榴石等）捕获所形成一类特殊包裹体.在观测基础上,采用高温高压与高温常压手段,对纳米花岗岩包裹体进行均一化实验并获得均一化玻璃质熔体.成分分析表明,均一化熔体成分以过铝质花岗岩为主,其主/微量元素特征能够有效反演部分熔融作用的演化过程.因此,纳米花岗岩包裹体的天然观测与实验研究对于确定天然熔体特征与深入剖析碰撞造山带的地壳深熔作用具有重要启示意义.      

东秦岭松树沟蛇绿岩中超镁铁质岩及铬铁矿的成因探讨

地质、岩石地球化学及构造变形特征综合研究表明，松树沟超镁铁质岩是底辟侵位于上覆玄武岩中的地幔岩部分熔残余体，该残余体在底辟上过程中发生塑性变形，并再次部分熔融，其残余物为橄榄质糜棱岩，熔体部分形成中粗粒纯橄岩板状或脉状体及其伴生的铬铁矿。     

医巫闾山地区早白垩世同伸展花岗岩就位机制

石山岩体形成的时间约为124Ma,是医巫闾山地区早白垩世NWW向伸展变形的同构造花岗岩体。花岗岩的主量、微量元素含量表现出埃达克质岩浆的特点,SiO 2、Al2O3及碱性组分含量较高,而Fe2OT3和MgO含量较低,岩浆锆石εHf(t)值=-26.7~-20.3、tDM2=2.0~2.3Ga,表明岩浆来源于华北陆块加厚下地壳的部分熔融。通过对围岩变形组构与岩体中岩浆组构的分析,可将石山岩体的就位过程划分为三个阶段。在岩浆底劈、膨胀作用和围岩伸展滑移的共同影响下,石山岩体最终形成了主体呈近圆形、西部发育两个岩墙的形态。岩浆就位过程与围岩变形组构的相互关系,表明中、浅部地壳的伸展变形可以控制岩浆的就位过程和最终形态,但与下地壳部分熔融的关系不大,岩石圈减薄及区域伸展应力场是下地壳发生部分熔融的诱因。     

构造片麻岩含义及其成因机制

构造片麻岩是地壳深部构造层次上韧性变形带主要的构造岩类型之一,其内保留了大量岩石流变特征的重要信息,在前寒武纪高级变质岩区广泛发育。构造片麻岩是由强烈塑性变形作用、变质作用和部分熔融作用共同作用形成的动力变质构造岩,是一种宏观上具有明显的强塑性流变特征而没有明显粒径减小的构造岩;在露头和手标本上以密集条带状构造和片麻状构造为特征,在微观上为典型三边平衡结构和复晶石英条带构造。熔体存在是控制影响构造片麻岩形成的主要因素之一,主要变形机制为扩散蠕变和颗粒流动,使岩石整体产生巨大应变,而单个矿物晶体不产生变形。构造片麻岩带可以分为3种不同类型：同变质期的层状构造片麻岩带、退变质期的线性构造片麻岩带和网状构造片麻岩带。     

区域变质作用中的流体

区域变质条件下流体的流动有 4种标志 :( 1)细脉 ;( 2 )岩石学 ;( 3 )稳定同位素 ;( 4 )常量元素的交代作用。不同级别的区域变质作用中 ,流体影响着岩石的变质反应和变形 ;在高级变质的情况下甚至有熔体出现。在超高压变质条件下 ,流体量比地壳范围区域变质要少得多 ,从大别山超高压变质带的资料可知 ,流体的演化有明显的阶段性 ,局部曾发现熔融包裹体。水流体的介入 ,引起岩石的退变质和元素地球化学变异 ,是超高压变质岩抬升、进入中下地壳的产物。新近的实验岩石学成果说明 ,多硅白云母、角闪石等含羟基的矿物 ,在俯冲达 10 0km以下依然稳定 ,而一些花岗岩体系在超高压的条件下产生的超临界流体 ,乃是花岗岩、片麻岩只能部分保留超高压矿物组合的原因。     

超高压变质岩的塑性流变学

岩石流变作用是大陆造山作用的基本特征,超高压岩石的形成和折返过程也是大陆深俯冲带内物质的复杂流变过程。要深入理解大陆造山带的造山作用和大陆壳岩石的深俯冲和折返动力学过程,必须对大陆地壳及地幔岩石的流变学进行深入研究。岩石圈流变学的主要研究内容主要包括流变学分层性、变形分解和应变局部化及大陆壳岩石部分熔融作用的流变学效应等。应用岩石圈流变学的基本原理和方法,分析了大别-苏鲁超高压变质带中超高压变质岩的塑性流变特点,探讨了超高压变质岩形成和折返过程的塑性流变学。     

北大别造山后伸展期中-下地壳流动形式数值模拟研究

造山后伸展过程中,深部地壳的变形形式反映深部岩石圈的构造活动方式,是造山后伸展深部动力学研究的主要内容。本次工作以大别造山带造山后伸展变形构造为研究对象,在详细的构造观察和组构分析基础上,以实际变形组构为约束开展数值模拟,系统地研究伸展变形构造在垂向剖面上岩石变形机制的空间分布,进而揭示大别造山带造山后伸展过程中深部地壳的变形形式。野外观察表明,北大别穹隆边缘区域拉伸线理优选方位显著,而到穹隆中部拉伸线理定向性减弱,再到穹隆核部线理定向性有所增强。运动学上,北大别穹隆内呈现了一致的上盘向NW的剪切指向。以此为约束的数值模拟研究表明,大别造山带造山后伸展期中-下地壳流动方式总体上是介于透入性简单剪切形式与纯剪切形式之间的组合形式;垂直剖面上呈现为由上、下边界向中心简单剪切分量显著降低,中-下地壳流变带中部以纯剪切变形为主。我们用造山带加厚地壳的韧性垮塌和深俯冲的太平洋板块"后撤"来解释其动力学来源。     

Andalusite–sillimanite–quartz veins as indicators of low-pressure–high-temperature deformation during late-stage unroofing of a metamorphic core complex, Turkey

Ductilely deformed veins consisting of quartz+andalusite, in which the andalusite is partially replaced by fibrous sillimanite, locally occur in garnet–sillimanite schist near a margin of the Niğde metamorphic core complex in south-central Turkey. Mineral assemblages, reaction textures and structural features of the veins record low-pressure–high-temperature deformation during exhumation of mid-crustal rocks. The partial replacement of andalusite by sillimanite may indicate a late-stage increase in temperature and/or fluid pressure, possibly related to Miocene magmatism, during extensional unroofing of the core complex. Aluminosilicate-bearing veins are observed at the eastern margin of the massif where metapelitic rocks were deformed during unroofing of the core complex. Veins formed in aluminous rocks where deformation-enhanced permeability allowed fluid flow during extensional shear. The cm-scale veins are typically boudinaged and form asymmetric lenses concordant with the host rock foliation and are parallel to the down-dip lineation defined by sillimanite and stretched biotite. Aluminosilicate-bearing boudins record top-to-the-east shear sense, which is compatible with the extensional shear sense displayed by structures in the host rock.     

北喜马拉雅双穹隆构造的建立：来自藏南错那洞穹隆的厘定

错那洞穹隆属于北喜马拉雅片麻岩穹隆带(NHGD)的东南部重要组成部分,是本次研究首次发现并确立的穹隆构造。穹隆位于藏南扎西康矿集区南部,由外向内被两条环形断裂划分为三个岩石-构造单元:特提斯喜马拉雅沉积岩系上部单元、中部单元以及核部,其中内侧断裂为下拆离断层,外侧为上拆离断层。上部单元主要由侏罗系日当组的泥质粉砂质板岩和片岩组成,由外向穹隆中心靠近,根据变质矿物组合特征,其岩性呈较明显的渐变过程,即含或者不含变质矿物的泥质粉砂质板岩、含堇青石粉砂质板岩、含石榴石堇青石粉砂质板岩和含石榴石黑云母粉砂质板岩;中部单元从上至下岩石变质程度逐渐加深,构造变形依次增强,岩性依次为日当组低-高变质的片岩(包括含石榴石黑云母石英片岩、含蓝晶石-十字石二云母石英片岩、含矽线石二云母二长片麻岩)、含电气石(化)花岗质黑云母片麻岩、石榴石云母片麻岩和糜棱状石英二云母片麻岩,其典型变质矿物有石榴石、十字石、矽线石和蓝晶石;核部主要由糜棱状花岗质片麻岩夹少量的副片麻岩和错那洞淡色花岗岩组成。错那洞穹隆主要发育四期线理构造:近N-S向逆冲、N-S向伸展线理、近E-W向线理和围绕核部向四周外侧倾伏线理,分别对应了穹隆构造经历的四期主要变形:初期向南逆冲、早期近N-S向伸展、主期近E-W向伸展和晚期滑塌构造运动,其中主期近E-W向伸展对应于错那洞穹隆的形成,其动力学背景可能是印度板块斜向俯冲及由俯冲引起的中地壳向东流动双重作用。错那洞穹隆的发现和确立丰富了NHGD近E-W向伸展构造,进一步将NHGD划分为由近N-S向伸展所形成的穹隆带(简称NS-NHGD)和近E-W向伸展所形成的穹隆带(EW-NHGD)。     

太古宙高级变质杂岩的近水平顺层剪切构造变形及岩石深熔作用-以内蒙古大青山地区为例

内蒙古大青山地区是华北地台北缘以富含麻粒岩系和孔兹岩系为特征的高级变质地层发育的地区之一，其中太古宙的岩石普遍经历了麻粒岩相变质与变形作用。在高级变质杂岩中变形构造复杂，其中近南北向和近东西向构造构成了本区的基本构造格局。研究发现，在高级变质地层中还存在着一期近水平顺层剪切构造变形形迹，其形成于下地壳麻粒岩相。近水平顺层剪切构造变形不仅导致麻粒岩系与孔兹岩系以近水平构造面相接触。同时还导致麻粒岩系及孔兹岩系不同程度的熔融。