地幔矿物学和莫霍面温度对地幔流体进入大陆下地壳过程的制约

只要Moho面温度≥660℃,大陆下地壳就可以接受来自地幔的CO_2-H_2O流体。低于这个温度,则方辉橄榄质的大陆地幔中缺乏自由流体相。在正常大陆地区的上地幔中(例如中欧的海西期地盾)。自由流体相只能局部地出现在断层、逆冲构造和剪切带内。在这些构造带中,斜方辉石+橄榄石组合已被各种具有含水矿物(蛇纹石、滑石)和/或菱镁矿的矿物组合所取代。在方辉橄榄质地幔中流体存在的温度下限(660℃)与Moho面深度(压力)无关。当温度>670℃时,Moho面一般允许地幔流体通过。这时,地幔流体的成分明显受上地幔中斜方辉石+橄榄石组合控制。能够从地幔进入下地壳的流体中CO_2的最大含量取决于Moho面的温度和深度(压力)。一般来说,CO_2的最大含量随温度的升高而增大,随压力的增大而减小。在700℃、Moho面为30km(8×10~8Pa)的深度上,来自地幔的流体中CO_2的最大含量可达40mol％。但这样的CO_2含量还不足以使下地壳与来自地幔的流体相互作用而脱水形成低温麻粒岩。     

斜方辉石-黑云母地质温度计及其在地壳麻粒岩和幔源岩石中的应用

运用Fonarev和Koniliv(1986)的斜方辉石和黑云母之间Fe-Mg交换的实验数据,提出了一种斜方辉石-黑云母地质温度计.该温度计是基于黑云母八面体位Ti和Al的混合以及斜方辉石中Fe和Mg的非理想混合而校正的,将其应用于几种角闪岩—麻粒岩过渡相和麻粒岩相的岩石中以及地幔捕虏体中,对总成分变化较大的岩石和富镁地幔捕虏体都得到了一致的结果.该温度计解决了高级变质地体中无石榴石的岩石温度估计的困难,同时,对于含石榴石的组合也提出了一种独立的温度估计方法.     

上地幔中绿泥石的稳定性

在上地幔条件下有斜方辉石存在时,绿泥石的稳定性已用模拟相系MgO-Al_2O_3-SiO_2-H_2O(MASH)进行了热力学研究.假定MASH相系中的所有矿物都是纯的,反应曲线的计算考虑了热容(C_p)、热膨胀(αV)和等温压缩(βV)等因素.如果假定△αV=△βV=0,那么上地幔中绿泥石的稳定性与压力有轻微的依赖关系,其上部稳定曲线分别位于800℃、2.9GPa,650℃、4.2GPa以及500℃、5.0GPa处.另一方面,如果假定△αV≠0、△βV≠0,那么绿泥石的稳定性与温度有较大的依赖关系,其稳定曲线分别位于800℃、3.9GPa和700℃、5.5GPa处.目前的计算结果表明,在地幔楔状体底部俯冲的含水橄榄岩中的绿泥石在3.0～3.5GPa压力下发生分解,因此,绿泥石中H_2O的释放,对于位于俯冲板块以上约110km的火山前锋之下岩浆的产生,可能起部分的控制作用.     

南阳独山玉矿中的墨玉(软玉)

正独山,位于南阳市北约10公里,因"一山突出,单椒杰立"而谓之。因产独山玉而闻名遐迩。近年在独山玉矿区发现以阳起石为主要矿物成分的"独山墨玉(软玉)"。1地质概况独山玉矿区位于加里东期基性辉长岩侵入体,岩体近椭圆形,面积2.6平方公里。岩体侵入于下古生界二朗坪变质岩群内。矿区内岩石类型主要有次闪石化辉长岩、辉长岩、角闪岩及橄榄质科马提岩等。独山玉脉密集带主要产于独山东西两侧断裂带的碎裂次闪石化辉长岩或次闪石化糜棱辉长岩内。而"独山墨玉(软玉)"则产于基性辉长岩体与变质岩的接触蚀变带,以大小不一的不规则透镜体产出。     

日本中部奥拉层状岩浆杂岩中的铬尖晶石

奥拉(Oura)岩浆杂岩由层状镁铁质和超镁铁质深成岩石序列组成,其中的铬尖晶石为次要的堆积相,呈浸染状分布于富橄榄石的超镁铁质堆积岩中。随着岩浆结晶作用的进行,尖晶石中的Al_2O_3含量明显增加。Al_(尖晶石)/Al(岩浆)分配系数也随铬尖晶石的结晶而增加。根据从体系Fo—An—Di—Qz(含Mg Cr_2O_4尖晶石)获得的实验结果,分配系数的增加可以解释为,由于岩浆中橄榄石的分离,使斜长石组分富集。晚期分离的铬尖晶石Cr/(Cr+Al)比值推测为母岩浆化学条件的指示剂:在标准矿物Pl-Cpx—Opx图解上,随着岩浆中斜长石组分的增加,该比值降低。奥拉岩浆杂岩中出现高铝铬尖晶石,表明岩浆富斜长石和单斜辉石组分,贫斜方辉石组分。它明显与深海拉斑玄武岩浆类似,而不同于富斜方辉石组分的大岩墙和布什维尔德(Bushveld)岩浆。     

美国新泽西州Reading Prong一种新的铁辉石和铁-易变辉石的产状

人们在新泽西州靠近伯克郡峡谷Reading Prong的含铁橄榄石-钙铁辉石-石英-正长岩中发现了以分散粒状和片状与钙铁辉石交生的铁辉石和富铁-易变辉石。辉石温度计测温表明,这些极富铁的辉石很可能在910℃以上开始结晶,出溶辉石叶片的组成表明其封闭温度大约在550～600℃之间,结晶过程中的压力约(6～6.5)×10~8Pa,氧逸度的变化范围为(10~(-12)～10~(-17))×10~6Pa,不低于QFM下的1个log单位。这些数据表明,含石英-正长岩的Reading Prong西北部在10亿年前位于地下约22km深处。     

加利福尼亚Bear山脉断层带中深成岩同构造侵入的证据

在加利福尼亚西变质带的Foothills地体中,Bear山脉断层带(BMFZ)为一复杂的多次变形带,它的活动使Guadalupe火成杂岩(GIC)和Hornitos深成岩的复式镁铁质—长英质花岗岩类在岩浆温度—高角闪岩相温度下发生变形.高温变形的证据包括,在GIC变形岩石中的同变形期重结晶集合体内有斜方辉石、单斜辉石和褐色角闪石产出,在BMFZ内接触变质围岩中董青石—钾长石混合岩的褶皱轴面内有熔融浅色体产出.远离BMFZ,GIC中的复式花岗岩类没有显示出岩浆流动的证据,因此,BMFZ中GIC花岗岩类的变形完全是由于固态流动引起的。这说明,在BMFZ糜棱岩化变形之前GIC就侵入了.在Hornitos深成岩中,复式花岗岩类显示出较弱的固态变形而其中的包体则强烈拉长,表明这是岩浆流动引起的.尽管在很多地区也出现了后来的固相线下的变形.支持Hornitos深成岩中有岩浆流动的证据还包括斜长石板状晶体和柱状角闪石颗粒具有空间取向,以及拉长状斜长石颗粒重结晶集合体的双晶具优选定向性.远离BMFZ,区域变质程度较低,表明高温变形与变质的热来自侵入体. U/Pb锆石年龄与GIC和Hornitos深成岩的侵位以及BMFZ中的变形是一致的,约为150Ma.变形花岗岩类叶理中角闪石的~(40)Ar/~(39)Ar年龄以及接触晕岩石叶理中黑云母年龄均表明,BMFZ中的深成岩和围岩仍保留了足以使角闪岩达到高绿片岩相的热条件.这种热条件在深成岩侵位后还可持续5～15Ma.     

根据岩浆弧内各种作用速率推断深成岩体侵位和围岩变形的时限和性质

岩浆弧建造和大多数深成岩体侵位主要发生在构造活动区.因此,要想了解岩浆弧及相伴的深成岩体-围岩系统的发展演化历史,关键是估算构造和岩浆作用速率.对地壳浅部到中等深度岩浆弧的各种作用持续时间和平均速率的最佳估算结果如下:(1)岩浆晶体生长速率为10~(-4)cm/a;(2)变质变斑晶的生长速率在10~(-5)～10~(-2)cm/a之间;(3)岩浆长期补给率10~(-1)km~3/a,短期补给率350km~3/a;(4)铁镁质深成岩体底辟上升速率1～3m/a;(5)深成岩体冷却到围岩的温度需10~5～10~6a;(6)深成岩体在短期内最终结晶需要完全冷却;(7)断层位移速率3cm/a;(8)在断裂带内产生劈理需小于10~6a的时间、10~(-13)s~(-1)或更高的应变速率;(9)产生区域劈理需要10~6a、10~(-14)s~(-1)的应变速率.从这些速率看出,出现在岩浆弧内的各种作用进行的相对较快:深成岩体侵位、劈理发育等仅用了几万年到几百万年的时间.然而,地壳浅部深成岩体的上升和结晶速率一般小于断裂大位移或普遍发育劈理所需的速率.在地壳深部或在经历了快速应变的带内,各种作用的时间间隔相接近.因此,侵位于经历过快速应变的地区或较深地壳层次的深成岩体与侵位于地壳浅层次或经历过缓慢应变地区的深成岩体相比,虽然在其它方面具有类似的特征,但构造型式则完全不同.对比这些资料发现,如果不考虑快速应变率或复杂变形机制,围岩交形速率是深成岩体侵位期间其它构造作用速率的控制因素.我们赞同岩浆在10~5～10~6a内缓慢迁移的侵位机制,但需要进一步考虑.最后,我们证明了深成岩体-围岩系的构造和其它特征与包含的各种作用速率有关,而这些速率对我们和他人共同提出的定时性准则影响很小或不影响.     

早前寒武纪地壳演化——镁铁质岩浆作用类型的变化

Sutton和Watson(1951)的著作对说明早前寒武纪(太古代和早元古代)片麻杂岩的演化以及造成对增生的太古代克拉通中镁铁质岩墙群的研究奠定了基础。此后,关于地体和地体增生的概念已扩展到了太古代。各种地质事件都可通过日益精密的同位素测时技术予以区分。越来越多的证据表明,均变论原理在一定条件下也可应用到早前寒武纪。以镁铁质岩浆作用而论,一些古老的岩石组合不论是侵入的或是喷出的都与近代岩石组合有相似之处,但也有明显的差别,比如太古代出现有科马提岩,晚太古代末和早元古代则形成了大规模层状侵入体和广泛的岩墙群。随着镁铁质岩浆的逐渐析出,地幔不断演变,但大陆拉斑玄武岩却似乎并没有随时间而发生多大变化。至于古老的大洋中脊玄武岩,由于保存得很差,而令人难以捉摸。许多绿岩带中出现的镁铁质火山岩在地球化学上常显示有大陆混染成分并与现在的岛弧火山岩非常相似。早前寒武纪镁铁质侵入岩组合的相对丰度与地壳生长曲线相似,这反映出接近太古代末期全球性的地壳增生-分解超级事件。双峰式拉斑玄武岩质-苏长岩质的镁铁质岩浆作用及相伴的侵入岩组合均起源于地幔-镁铁质地壳-陆壳体系的迅速循环。反之也说明了从太古代到现代的科马提岩质组合、苏长岩质组合和玻古安山岩质组合各个演变阶段之间的可能联系。     

结晶分异在碱性——超基性(碳酸岩)侵入过程中的作用

在图里梅斯(ТурьМыс) 复成分侵入体的透辉石和普通辉石中,用x光光谱分析方法研究了已固结的硅酸熔岩包体成分。已经了解到包体成分与辉石成分有关,而与岩石无关即与岩石的“岩浆”或“交代”形态无关。在超基性岩、碳酸岩和具有异离-斑杂构造的多矿物岩中占优势的透辉石质辉石中,含有许多包体,主要是富钙,其次富镁。相反,黄长岩和碱性岩中的富含普通辉石组分的辉石中,包体则是富含Fe、Al和Na。所以结论是:矿物结晶作用的开始和停止,是严格地与已分异的原生熔体成分和演化程度相对应的。碱性—超基性(碳酸岩)杂岩体中各种岩石的形成,是由于连续地从熔体中(按鲍温原理)晶出不同矿物的组合结果。     

上地幔交代作用的实验模拟

一项利用活塞-气缸装置的实验技术已被用来模拟部分熔融和交代作用。模式橄榄岩(模拟地幔岩去掉40％的橄榄石)和流体源被装在一个12mm长、带有一个标准活塞-气缸的实验舱内。该舱从热点沿温度梯度向下延伸获得了100℃左右的温差。在20×10~8Pa和最高温度为1 175℃的条件下实验,产生了一系列不同的相组合,即从高温的方辉橄榄岩+熔体变化到舱体底部低温的云母+碱性角闪石二辉岩。在舱体的上部,随温度的下降所有矿物相的Mg'[Mg/(Mg+Fe_总)]也随之降低,两辉石相中的Al和Ti增加,而Cr减少。接近舱底,Al、Ti和Mg'的变化趋势刚好相反。到炉料的最底层形成了大量的碱性角闪石(红(钠)闪石]和较少的金云母。就作者所知,在未经改造的地幔岩中发育碱性角闪石属首次报道。这些矿物组合与所描述的来自上地幔的交代捕虏体中的组合相似。     

水分对与俯冲有关的火成岩成因的影响

溶解水的存在可以明显地改变不同矿物从硅酸盐岩浆中结晶的顺序,这将改变后来残留液相(即“下降液相线”)变化的成分路径,同时也改变堆积在冷却地带的晶体类型和成分。随着压力的降低,水在硅酸盐熔体中的溶解度突然减小,大量的溶解水在喷发前蒸发掉,所以很难直接测量喷发前岩浆中水的含量。这里我们报道了真正包含溶解水(高达6_(ω_Β)％)的玄武岩结晶作用的实验结果,并指出怎样用这一实验结果推测熔岩形成过程中溶解水的含量。这种熔岩记录了熔岩岩浆的下降液相线或岩浆固结后遗留下来的堆积矿物组合。大量岩浆水的存在是俯冲带火山作用的一个特征,通常它可以和会聚边缘、弧后或弧间等构造环境中的岩浆系列或火成堆积岩联系起来。     

超深捕虏体及转换带捕虏体的岩石地球化学

超深(>300 km)捕虏体是基于金刚石包体以及金伯利岩捕虏体镁铁榴石(Mj-Gt)的发现才被确定下来的。前者在石榴石固溶体中保留着辉石的特点(R_4Si_4O_(12)),而后者沿石榴石{111}面有辉石出溶。根据天然和纯实验体系,石榴石+辉石组合的模拟化学重组所形成的具有~(Ⅳ)Si和~(Ⅵ)Si的镁铁榴石固溶体只有在p>100×10~8Pa(300km)的条件下才能稳定。所识别的最深捕虏体来自450 km深的转换带,可能在软流圈达到平衡,而在40×10~8Pa、1200℃的岩石圈中达到平衡态则是肯定的。通过对Kaapvaal克拉通Jagersfontein金刚石火山角砾岩筒中400个样品处理所得的41个捕虏体进行详细的岩相学和探针分析研究,显示了一种上升     

高速铁路复杂岩溶环境下超长钻孔桩施工技术

新建潍坊至莱西铁路大白村特大桥大理岩一般呈层状分布或以夹层、透镜体产于吕梁期侵入岩斜长角闪岩中,地质特征较为复杂。受构造作用、地层结构及地下水等影响,大理岩岩溶强烈发育,呈现出竖向串珠状、横向强连通性的特征,尤以59#墩最为显著。该墩钻孔灌注桩设计为75.5m,属超长岩溶桩,成孔困难,综合比较后采取冲击钻成孔,长钢护筒、溶洞反复回填冲击、泥浆护壁等综合施工方法,保证了成孔质量及施工进度。     

造山期后及非造山背景下碱性花岗岩的岩浆作用

主要造山作用结束后,造山和非造山序列在时空上密切相关,构成岩浆序列,如钙碱性的岩基→抬升和揭顶作用,高钾钙碱火山活动(可有可无)→碱性深成火山杂岩体.从造山地球动力状态向非造山地球动力状态转化过程的持续时间在100Ma内.碱性花岗岩组合可分为两种类型:1.富Ba和Sr的造山期后红色花岗岩,以含富Mg、Mn的镁铁质矿物、碱性长石次溶线结晶作用及高Sr同位素比值为特征,表明其矿物绝大部分来自地壳,反映岩浆中心侵位发生在晚期造山岩浆作用幕后几百万年内.2.贫Ba和Sr的非造山浅绿色至浅灰色超熔花     

正常地壳与加厚地壳中麻粒岩的成因与演化

造山运动期间,埋藏于双重加厚地壳上部的岩石可能显示前进反应,具有从低级岩石直到麻粒岩相过渡的特征,它们能在一个造山旋回中出露于地表。例如:在英属哥伦比亚省出露的麻粒岩,其锆石U-Pb一致性年龄为65—85Ma.相反,埋藏于加厚地壳下部的岩石常常结晶成麻粒岩,它与较年轻的低级岩石间通常仅显示退变关系。造山运动停止时,这类岩石常常经历从高峰期变质作用开始的近等压冷却作用,并可能在正常厚度地壳的底部停留很长时间,只有经历第二次造山运动后,这类麻粒岩才能上隆而出露于地表.例如,南极洲恩德比地的太古代麻粒岩,是于3070Ma在1000℃、8—10kbar的条件下变质的,随后沿着等压轨迹至少冷却400℃。在隆起之前,它们在地壳底部附近停留了2 000Ma. 以上两种极端类型之间无疑存在连续区,但是可以认为,许多中压及高压麻粒岩形成于加厚地壳的下部,因此需要两个旋回的构造作用才能隆起出露于地表。尽管多数麻粒岩可能形成于活动板块边缘的加厚地壳内,但是,伸展作用期间,由地幔熔体造成正常(30—40km厚)地壳的板垫底托作用,也可能产生麻粒岩。这类麻粒岩也经历等压冷却作用,并且通过以后的造山运动才能出露于地表。澳大利亚东部古生代的Lachean褶皱带就是这样的例子,主要超变质作用是在约400Ma发生的,此后褶皱带只经历了局部的隆起.然而可以推测,这些极端类型的麻粒岩建造之间存在同位素、岩石学以及地球化学等方面的差异.     

南澳洛夫蒂山脉东部高温低压变质作用的起因和结果

洛夫蒂山脉东部含红柱石和矽线石变泥质岩保存了反映聚敛变形期矿物平衡的证据;变质温度约550～600℃,压力为300～500 MPa;纤状矽线石首次出现的地方(即纤状矽线石出现的等变线)侧向地温梯度峰值为10℃/km。变质历史的高温段似乎是等压的。所推测的等变线几何形态明显形成于变形期,这说明变形持续时间大约为0.3_(0.3)~(+0.7)Ma。这些因素说明,同峰期变质作用有关的热扰动基本来自岩石圈内局部的热对流。由峰期变质所达的温度、聚敛变形和侵入作用之间的密切联系可推断:至少在现在所暴露的地壳层次上,有花岗质岩浆的热对流。明显短暂的变形期说明,变形是由岩浆热上升时岩石圈热弱化所触发的。     

高压—低温变质岩的抬升

高压低温变质岩的抬升,归因于浮力、底辟或者水动力驱动的回流的作用。只要俯冲作用缓慢或者停止,向下的牵引减弱,浮力就可以使俯冲到地幔的物质回复。由于高压矿物组合的密度增加,地壳内的浮力将倒转,俯冲物质因此不能上升到地壳基底之上。底辟和水动力流作用要求介质密度低、粘度低,所以只能解释被带入流动物质中的较小的岩石块体的侵位。相关地区高压低温地体的构造环境,能够用屈服强度可以忽略的增生楔形体的力学行为来解释,此时,板底垫托作用是增生的主要方式.板底垫托作用从底部加厚了楔形体,并增加了它的表面坡度.即使聚敛作用正在进行,板底垫托作用也导致了楔形体上部的水平扩张。连续的底部板底垫托作用和上部扩张作用可以使最老的高压岩石在1000万年内上升到中等侵蚀的区域。只要楔形体底部的俯冲作用持续进行,地热梯度就不会松弛到正常值。增生楔形体的动力学过程解释:(a)高压-低温岩石在聚敛作用过程中常被抬升的证据。 (b)许多情况下没有高温组合显著的叠加。(c)最古老最高压的岩石位于造山楔形体后上部。(d)上覆岩石的构造厚度不足以解释变质作用。(e)切割部分变质带的变质后断层的常见产状。     

中国碰撞带可能东延至南朝鲜临津江带

朝鲜半岛中部的构造、岩石和地质年代学资料表明,中国中东部的秦岭—大别山—苏鲁碰撞带穿越黄海延伸至临津江带。首次鉴定为临津江带西部的 Yeoncheon 杂岩,主要包含有向北倾斜的变质层序:(1)北部 Jingok单元,由巴罗型变泥质岩组成;(2)南部 Samgot 单元,由钙硅酸盐岩和角闪岩组成。Jingok 单元内,主要是具逆向剪切、向南倾倒的构造。而晚期的正向剪切发育于 Samgot 单元和其南部的变形花岗岩中。这些构造样式被解释为碰撞带挤压后抬升中伴生的伸展变形。角闪岩估算的压力-温度(p-T)指示,高压角闪岩相变质作用(8×10~8Pa～13×10~8Pa 和630～790℃)可能是榴辉岩相沿右旋 p-T 轨迹演化而成。Sm-Nd 和 Rb-Sr 地质年代学资料表明,晚元古代侵入的角闪岩在二叠—三叠纪期间变质。     

山东蒙阴金伯利岩中锆石的成因研究

采用离子探针、阴极发光和拉曼光谱等方法, 对采自山东蒙阴金伯利岩中的锆石进行了年龄测定及成因研究.结果显示, 多数锆石的207Pb/206Pb的年龄变化于2 567±13 ～ 2 636±42 Ma, 该年龄值与研究区太古宙花岗岩质岩石的年龄(2 457.3±47 Ma)相近.锆石的微量元素w(ZrO2)/w(HfO2)显示花岗岩型锆石的变化特征.锆石的环带发育, 矿物包裹体为长石、石英和磷灰石.上述结果表明, 锆石为地壳来源, 暗示金伯利岩岩浆上升受到一定程度的地壳混染.