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苏鲁仰口地区辉长岩深俯冲过程中的矿物相转变及变质演化P-T-t轨迹

叶建国  
【摘要】: 青岛仰口地区发育完整的辉长岩向榴辉岩过渡转变的变质岩石组合,依次为变辉长岩→过渡型榴辉岩→含柯石英榴辉岩。岩相学的研究结果表明,变辉长岩保留了原岩的辉长结构,发现斜长石早期分解形成Ab+Ms+Zo+Grt+Qtz等,在残晶斜长石和单斜辉石接触部位发育大量细粒石榴子石和绿辉石冠状体。在过渡型榴辉岩中仍可识别出变余辉长结构,石榴子石和绿辉石也呈冠状体,但晶体颗粒变粗,呈现向典型榴辉岩转变的显微结构特征,典型的矿物组合为Grt+Omp+Phe+Qtz等。含柯石英榴辉岩中已不保存原岩的岩浆结晶结构和矿物组合,岩石呈典型的粒状变晶结构,块状构造,矿物组合为Grt+Omp+Phe+Rt+Coe等,在含柯石英榴辉岩中部分石榴子石和绿辉石周围还见有少量细小角闪石和斜长石的后成合晶。上述特征表明,青岛仰口地区含柯石英榴辉岩的原岩为辉长岩,在扬子板块和华北板块碰撞过程中,辉长岩发生深俯冲,并经历了石英榴辉岩相进变质作用形成了过渡型榴辉岩;然后这些过渡型榴辉岩进一步深俯冲至地幔深度,经历了超高压变质作用形成了含柯石英榴辉岩,最后这些超高压岩石发生构造构造折返并经历了角闪岩相退变质作用的改造。 成因矿物学的研究表明,变辉长岩和过渡型榴辉岩中的石榴子石、单斜辉石和多硅白云母等的化学成分与含柯石英榴辉岩中的同种矿物化学成分存在明显差异。(1)石榴子石:变辉长岩和过渡型榴辉岩中石榴子石相对富含FeO而贫MgO,相应的端元组分含量为Alm=45-64%、Spes=1-4%、Pyr=4-14%、Gro=26-44%;含柯石英榴辉岩中石榴子石的FeO含量明显偏低而MgO含量明显偏高,相应的端元组分含量为Alm=44-49%、Pyr=17-30%、Gro=23-35%、Spes=1%。片麻岩中石榴子石以低MgO和高MnO为特点,且具有明显的扩散环带,端元组分含量变化于Alm=40-49%、Pyr=1-2%、Gro=29-43%、Spes=13-25%之间。由核部到边部,Gro含量逐渐减少,而Spes含量明显增加,指示了折返过程中降温降压的P-T演化过程。(2)单斜辉石:变辉长岩中普通辉石残晶具有明显的成分发育环带,自核部到边部Na_2O和Al_2O_3含量明显增加,相应的硬玉(Jd)端元组分自核部的0.2%逐渐增加到边部的10.5%。与残晶普通辉石对比,呈冠状体的绿辉石的Na_2O和Al_2O_3含量进一步升高,相应的硬玉(Jd)端元组分达到了14-23%。含柯石英榴辉岩中的绿辉石的Na_2O和Al_2O_3含量最高,硬玉(Jd)端员组分端元组分含量高达42-65%。(3)多硅白云母:硅含量从变辉长岩到榴辉岩明显增加,而片麻岩中的多硅白云母发育很好的环带,由核部到边部,Si和Mg含量逐渐降低,Al和Fe含量逐渐升高,Mg和Fe含量呈明显负相关性。(4)退变角闪石均为钙质角闪石,退变的长石均为钠长石。 苏鲁仰口地区超高压岩石的变质演化可划分三个阶段:深俯冲石英榴辉岩相进变质阶段、超高压峰期变质阶段和构造折返角闪岩相退变质阶段。早期深俯冲石英榴辉岩相的矿物组合Grt+Omp+Phe+Qtz+Rt,记录的进变质温压条件为T=540-630℃和P=1.8-2.3 GPa;超高压变质阶段的共生矿物组合Coe+Grt+Omp+Rt,记录的超高压峰期阶段的温压条件为T=660-794℃和P=3.12-4.09 GPa;构造折返角闪岩相退变质阶段的矿物组合Hbl+Pl+Qtz,记录的退变质温压条件为T=528-666℃和P=0.80-1.10GPa。 多种类型岩石不同性质锆石微区定年结果表明,苏鲁仰口地区古-新元古代巨量的陆壳物质在早三叠纪(246-244 Ma)发生深俯冲至65 km的深处,并伴随着石英榴辉岩相变质作用;接着这些高压石英榴辉岩相岩石继续深俯冲,在新三叠纪(227-225 Ma)俯冲到100-120 km的地幔深处,发生了柯石英榴辉岩相超高压变质作用。大约16Ma后,这些超高压岩石构造抬升到20-30km的中-下地壳深处,并叠加了角闪岩相退变质作用,相应的构造抬升速率为0.50-0.60 cm/y,表明苏鲁地体超高压岩石经历了一个相对快速折返的动力学过程。


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