中国大陆科学钻探工程（CCSD）主孔2000-3000m超高压变质岩岩石学

【摘要】： 大别-苏鲁超高压变质地体是华北与杨子板块俯冲-碰撞作用的产物，被认为是目前世界上已知的最大的超高压变质带。中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔位于江苏省东海县毛北村附近，构造上位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔获取了多种重要的超高压变质岩岩心，为研究超高压变质作用及大陆造山带动力学提供了重要的样品。本文选取CCSD主孔2000-3000m岩心，进行了较深入的岩石学、矿物化学和岩石化学研究，取得了如下初步研究成果： 1、CCSD主孔2000～3000米岩心主要由正、副片麻岩组成，夹有薄层榴辉岩、退变榴辉岩和斜长角闪岩。正、副片麻岩主要由钾长石、斜长石和石英组成，含少量石榴石、角闪石、黑云母、绿帘石、榍石、磁铁矿以及锆石等。总地来看，正片麻岩具有较低的暗色矿物含量，多在5％左右，副片麻岩具有较高的暗色矿物含量，为在20％左右。正、副片麻岩呈互层状，多为突变接触关系。榴辉岩的矿物组成主要是石榴石和绿辉石，次要矿物主要有：金红石、磷灰石、石英、绿帘石，多硅白云母、蓝晶石、钛铁矿、磁铁矿和锆石等。角闪岩主要由斜长石、角闪石、云母，石榴石、绿帘石及少量磁铁矿、榍石和钛铁矿组成。 2、榴辉岩的超高压变质矿物组合包括：石榴石+绿辉石+多硅白云母+石英+金红石，石榴石+绿辉石+多硅白云母+石英，石榴石+绿辉石+多硅白云母+石英，石榴石+绿辉石+石英+金红石。钻孔中的榴辉岩大多经历了不同程度的退变质作用，依据主要矿物的退变质程度，将榴辉岩退变质过程划分为轻微退变质、部分退变质、退变质、强退变质四个阶段。依据暗色矿物的含量和两种长石的含量，副片麻岩可划分为角闪石黑云绿帘石二长片麻岩、绿帘黑云斜长片麻岩、绿帘二云二长片麻岩、二云斜长片麻岩。正片麻岩可划分含石榴石和白云母的二长花岗质片麻岩、绿帘石黑云母的二长花岗质片麻岩、含磁铁矿二长花岗质片麻岩、含黑云母和白云母二长花岗质片麻岩、含角闪石和绿帘石的二长花岗质片麻岩，和基本不含暗色矿物的二长花岗质片麻岩。斜长角闪岩的矿物组合包括：石榴石+角闪石+斜长石+绿帘石+黑云母和角闪石+斜长石+绿帘石+黑云母。片岩可划分为绿帘石榴石二云片岩、含磷灰石石榴石绿帘黑云片岩和石榴石二云石英片岩。 3、矿物化学分析表明，榴辉岩中的石榴石具有相近的化学成分，镁铝、铁铝+锰铝榴石、钙铝榴石组分的变化范围分别是：19.2～37.7％、34.8～48.7％和26.1～40.9％。相比之下，正片麻岩中的石榴石的镁铝榴石含量很低，其中镁铝、铁铝+锰铝榴石、钙铝榴石组分分别为：0.1～3.7％、43.3～85.7％和13.9～55.0％；部分正片麻岩中的石榴石变斑晶具有明显的成分环带。榴辉岩中的单斜辉石全部是绿辉石，其硬玉组分含量为47％～58％，霓石组分0～18％。角闪石受其所替代矿物成分的制约成分变化较大，代替石榴石的角闪石主要是钙-镁韭闪石和铁钙．镁韭闪石，代替绿辉石的角闪石主要是冻蓝闪石和含铁冻蓝闪石。榴辉岩中的白色云母均属于多硅白云母。大多数多硅白云母具有扩散成分环带，表明超高压变质阶段的高Si多硅白云母已经在早期退变质过程中转变成了较低硅的多硅白云母。 4、岩石化学分析显示，正片麻岩主元素成分较为相近，主要表现为SiO_2含量偏高，而MgO、CaO、Al_2O_3和全铁含量明显偏低，MgO=0.02～0.78％，Na_2O和K_2O含量分别为3.83～5.41％和1.97～4.34％之间。同时，正片麻岩表现出较强的轻、重稀土元素分馏，具较强烈的负Eu异常，Eu／Eu~*=0.11～0.58，平均值为0.36。富集大离子亲石元素，Nb、Sr呈中等负异常。除个别样品外，绝大多数显示出明显的负Ba异常。不同于正片麻岩，副片麻岩具有较低的SiO_2含量，较高的Al_2O_3、FeO、MgO和CaO含量，而Na_2O+K_2O含量则与正片麻岩相当。副片麻岩多具较弱的轻、重稀土元素分馏，弱的负Eu异常，富集大离子亲石元素，中等的负Nb异常，Ba、Pb和Gd显示正异常。片岩与副片麻岩具有相似的主量元素含量，但Eu呈正异常，Ba、Gd具中等的正异常，Nb、Hf为明显副异常。榴辉岩轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，多具弱的负Eu异常和明显的Hf负异常，Eu／Eu~*=0.89～1.21，比较富集Rb、Ba、La、Pb、Gd和Lu，亏损Ce、Th、Nb、Sr和Hf。 5、地球化学特征显示，CCSD主孔2000～3000米榴辉岩的原岩相当于玄武岩或玄武安山岩，副片麻岩原岩相当于英安质和粗面安质的火碎屑岩或变质沉积岩，正片麻岩的原岩相当于花岗岩。 6、CCSD主孔2000-3000米榴辉岩中的石榴石含柯石英的多晶石英假象包体。在榴辉岩、片岩、正片麻岩和副片麻岩的副矿物锆石的变质增生微区中普遍发现了标志性超高压矿物柯石英包裹体。这证明片岩、正片麻岩和副片麻岩同榴辉岩一样都经历了超高压变质作用。 7、岩石学和矿物化学研究表明，钻孔中的超高压变质岩经历了柯石英榴辉岩相峰期变质作用，以及角闪岩相退变质作用。榴辉岩的温、压计算结果表明，超高压峰期变质温度为780～834.6℃，压力大于2.8GPa；角闪岩相退变质作用的温压范围为580～670℃和0.9～1.1GPa。