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苏鲁-大别造山带是华北-扬子两大板块俯冲-碰撞的产物,是世界上规模最大的超高压变质带。超高压变质带中,橄榄岩与超高压榴辉岩紧密共生,研究它们在大陆俯冲-折返过程中的空间关系和成因联系是了解大陆超高压变质岩形成和折返的动力学机制的关键之一。本文以东海地区许沟蛇纹石化橄榄岩及其中的超高压榴辉岩为研究对象,通过的系统的岩石学、地球化学、流变学和LA-ICPMS锆石U-Pb年代学的研究,对许沟蛇纹石化橄榄岩和榴辉岩的成因和演化进行了探讨。
本次研究主要取得了以下几个方面的认识:
1.许沟蛇纹岩体以含石榴石或不含石榴石的方辉橄榄岩为主,含少量的石榴二辉橄榄岩。最亏损的岩石类型为不含石榴石(或含量小于5%)的方辉橄榄岩,最接近原始地幔的岩石类型为富含石榴石(~20%)的二辉橄榄岩或方辉橄榄岩。许沟橄榄岩主量元素亏损.Al<,2>O<,3>、CaO和TiO<,2>等易熔组分,主要矿物橄榄石、顽火辉石高Mg<#>,铂族元素Ir型和Pt型分馏,亏损相对不相容的Pt型元素,表明许沟橄榄岩为亏损的难熔残留地幔。许沟榴辉岩透镜体由榴辉岩(Jd22-26)和石榴单斜辉石岩(Jd16-20)组成,两者为过渡关系,主量成分与橄榄拉斑玄武岩相似,是由地幔分离出来的熔体/岩浆经历超高压变质形成的。
2.许沟蛇纹石化橄榄岩的REE原始地幔标准化显示变化的配分型式,(La/Yb)<,N>值为0.69-12.35,∑REE亏损;HREE为平坦型,含量变化范围大,主要受石榴石含量的控制;LREE为右倾型,是流体交代作用的结果,可能与蛇纹石化有关。
3.岩相学表明许沟蛇纹岩体中蛇纹石主要由利蛇纹石和叶蛇纹石组成,X射线粉晶衍射表明主要的蛇纹石种属为利蛇纹石,并含有少量的斜绿泥石,说明许沟橄榄岩的主要蛇纹石化过程可能是在晚期橄榄岩折返到地壳的过程中发生的。利蛇纹石的晶胞参数为a<,0>=5.3235~5.3239,c<,0>=43.7788~43.8249,β=90°。蛇纹石化橄榄岩中偶见顽火辉石+叶蛇纹石+滑石±橄榄石的组合,表明折返过程中可能存在增温作用促使叶蛇纹石分解,也表明存在早期局部的高温蛇纹石化作用。
4.对许沟橄榄岩采用Al-Opx压力计(Brey&Kohler,1990)和Grt-Opx(Nickel&Green,1985)压力计以及Grt-Cpx温度计(Ravna,2000)和Grt-Ol温度计(ONeill&Wood,1979)计算的峰期变质条件为700~800℃,42~50kb;对榴辉岩采用Ravna[2000)Grt-Cpx温度计在50kb和40kb下,计算的峰期变质温度为724-882℃和620-825℃。
5.许沟橄榄岩和榴辉岩从露头到薄片中都显示条带构造,矿物成分条带具有形态优选方向和变形。橄榄石发育多种类型的位错构造,发育两组正交的(100)和(001)位错壁,以紧密型位错壁为主、宽阔型位错壁为次,应用古应力计估算的差异应力分别为92.7MPa~156.3MPa和37.9MPa~59.6MPa。前者代表了俯冲带环境下的差异应力,后者代表了俯冲前地幔的流动应力。折返初期,橄榄岩以相对低温高应力(92.7MPa~156.3MPa.)的塑性变形为主,并可能由于减压不一致熔融产生了少量含水富硅富钾熔体;折返至中下地壳时,橄榄岩经历静态重结晶作用。一部分橄榄石在不一致熔融和静态恢复过程中位错构造重新调整、减少、消失,不发育位错或仅有少量的自由位错。
6.许沟蛇纹石化橄榄岩和榴辉岩锆石分为岩浆.变质复合锆石和变质增生锆石,U-Pb年龄分别为216.8±1.2 Ma.和212±2 Ma~216±1.6 Ma,前者代表了超高压变质岩折返初期减压部分熔融事件发生的下限,后者代表了折返初期同构造的变质作用时代;榴辉岩中重结晶作用较强的继承性岩浆锆石残留的不一致线上交点年龄为719±61Ma,代表了橄榄拉斑玄武岩浆侵入扬子克拉通大陆岩石圈地幔的时代:许沟蛇纹石化橄榄岩的Re-Os同位素年龄T<,RD>和T<,MA>为2Ga,表明橄榄岩起源于早元古代扬子克拉通岩石圈大陆残留地幔。
7.许沟榴辉岩原岩橄榄拉斑玄武岩在早元古代侵入扬子克拉通大陆岩石圈残留地幔,然后共同经历了三叠纪的大陆俯冲和超高压岩石折返,在折返初期尚处于超高压变质环境,由于减压不一致熔融作用,可能还有变质流体的参与,导致了熔体中的锆石结晶和地幔岩的局部交代。折返初期橄榄岩的交代程度很低,密度和流变学强度都比蛇纹岩高,因此它在折返初期既不能起到迅速增强正浮力的作用,也不可能起到润滑折返通道的作用。但在折返至地壳中后,由于大规模的流体交代和蛇纹石化作用,超基性岩体的密度降低,可能有利于超基性岩及其中的榴辉岩折返至地表。