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超高压榴辉岩中多相固体包裹体的成因机制:原位熔融vs生长捕获vs熔/流体渗入

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中国矿物岩石地球化学学会第15届学术年会

作者：刘鹏雷章军锋金振民中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室

越来越多的证据表明,超高压地体在俯冲和折返过程中可以经历部分熔融[1-2]。部分熔融会显著影响深俯冲板块的物理化学性质,在超高压地体的演化过程中扮演着极其重要的角色[3-4]。长英质片麻岩是超高压地体中最常见且最易熔的一种岩石类...

越来越多的证据表明,超高压地体在俯冲和折返过程中可以经历部分熔融[1-2]。部分熔融会显著影响深俯冲板块的物理化学性质,在超高压地体的演化过程中扮演着极其重要的角色[3-4]。长英质片麻岩是超高压地体中最常见且最易熔的一种岩石类型,目前已报道的部分熔融现象普遍同该类岩石紧密相关。不同于长英质片麻岩,基性榴辉岩通常保留了峰期超高压矿物组合且相对难熔,同时其经历部分熔融的现象鲜有报道。超高压榴辉岩中石英±钾长石±斜长石±其他矿物多相固体包裹体的研究表明,大别—苏鲁超高压榴辉岩在折返早期可能经历过低程度部分熔融[5-6],然而关于该类多相固体包裹体的成因目前仍存在争议。本研究对大别山甘家岭M型超高压榴辉岩进行了详细的岩石学和矿物学研究并发现了部分熔融的多种证据。与此同时,对榴辉岩中的多相固体包裹体进行了详细的显微构造和成分分析,相关研究结果为其形成机制提供了新的认识。甘家岭超高压榴辉岩峰期矿物组合由石榴子石、绿辉石、多硅白云母、柯石英、菱镁矿、白云石、金红石、磷灰石和锆石等组成,局部经折返熔融形成以石榴子石和石英为主要组成的残余体。相较于榴辉岩,残余体的Si O2、P2O5和REE含量升高,其他主量元素和LILE含量降低。榴辉岩和残余体在显微尺度上保留了部分熔融的多种结构证据:斜长石和绿帘石薄膜/条带、斜长石+石英熔体囊假象、斜长石+钾长石交生体、绿帘石的震荡环带等。榴辉岩和残余体中的石榴子石含有相似的多相固体包裹体,不过该现象在残余体中更为典型。石榴子石中的多相固体包裹体主要分为两类:第一类由石英±钾长石±斜长石±其他矿物组成,整体形态非常接近柯石英;第二类核部由金红石组成,其周围被斜长石+钾长石±石英包裹,包裹体的整体形态非常接近核部的金红石。两类包裹体均发育楔入状和颈缩构造,包裹体同石榴子石之间的接触边界明显受控于寄主矿物晶面,这些特征暗示两类包裹体的形成均同熔流体活动紧密相关。第一类多相固体包裹体富集LILE（Cs、Rb、Ba、K、Pb、Li、Be和Sr）但其LREE和HFSE（Nb、Ta和Ti）含量变化较大,后两类元素的含量分别同包裹体中的绿帘石和含钛矿物多少紧密相关。考虑到两类包裹体的整体形态分别接近早期的柯石英和金红石包裹体并且其化学组成多变,本研究认为这些包裹体是由外界的熔流体渗入到石榴子石中并同早期的矿物包裹体相互反应形成的。石榴子石中发育两期裂隙,早期裂隙已经愈合并在电子背散射图像上表现为脉络状亮纹,晚期裂隙切割早期愈合裂隙并被后期蚀变的绿泥石充填,本研究将前者解释为早期熔流体的渗入通道。此种成因机制下,利用上述多相固体包裹体恢复早期的熔流体成分将会非常困难。

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下地壳含水量与变形和地震活动

吉林大学学报(地球科学版) 2015年第S1期 339-339页

作者：章军锋王中航中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室

下地壳的含水性和变形研究对探讨岩石圈变形方式和机制具有重要意义。传统观念认为,大陆岩石圈强度轮廓为"果酱三明治"式(即下地壳力学强度相对较弱,而上地壳和地幔岩石圈力学强度相对较硬,而大洋岩石圈强度轮廓正好相反,即下地壳力学... 详细信息

下地壳的含水性和变形研究对探讨岩石圈变形方式和机制具有重要意义。传统观念认为,大陆岩石圈强度轮廓为"果酱三明治"式(即下地壳力学强度相对较弱,而上地壳和地幔岩石圈力学强度相对较硬,而大洋岩石圈强度轮廓正好相反,即下地壳力学强度相对较强,而上地壳和地幔岩石圈力学强度相对较弱。大陆地震震源深度分布的研究发现,大陆岩石圈地幔并无明显地震活动的证据,而某些地区下地壳却存在比较显著的地震活动,从而表明至少在某些地区,大陆下地壳在力学强度上要高于岩石圈地幔。大陆下地壳的流变学性质具有显著的空间和时间上的不均一性。大陆下地壳不同力学强度模型争议的一个很重要的关键点为下地壳究竟是干的还是湿的。我们对攀西含钒钛磁铁矿辉长岩和汉诺坝麻粒岩中结构水和组构特征的研究结果表明:下地壳可能是富水的而不是先前认为的干的,辉石与长石中的含水量及分配系数在不同的下地壳岩石中差别很大,并直接影响矿物和岩石的变形组构和强度。对榴辉岩相条件下准稳态的麻粒岩的变形初步实验研究表明,麻粒岩相变是非常缓慢的过程,很难导致地震,下地壳地震活动可能与含水矿物脱水和部分熔融有关。

关键词：下地壳岩石圈地幔力学强度上地壳果酱三明治地壳岩石大陆岩石圈麻粒岩相榴辉岩相部分熔融

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北祁连蓝闪石片岩的组构与地震波各向异性

北祁连蓝闪石片岩的组构与地震波各向异性

2020年中国地球科学联合学术年会

作者：吴文天曹毅刘文龙章军锋中国地质大学(武汉)

蓝片岩是高压低温俯冲带的典型变质岩,形成于低地温梯度的冷俯冲环境(4～14℃/km),也是古缝合带的标志之一。蓝片岩的变形特征与组构研究有助于了解俯冲板片地壳物质在30-60 km深度的流变学特征,同时蓝片岩中的蓝闪石是强各向异性矿物,... 详细信息

蓝片岩是高压低温俯冲带的典型变质岩,形成于低地温梯度的冷俯冲环境(4～14℃/km),也是古缝合带的标志之一。蓝片岩的变形特征与组构研究有助于了解俯冲板片地壳物质在30-60 km深度的流变学特征,同时蓝片岩中的蓝闪石是强各向异性矿物,对约束俯冲板片的地震波速特征有重要研究意义。前人对蓝片岩的变形研究程度较低。我们选取了形成于北祁连山古大洋俯冲折返中晚期阶段的白石崖-清水沟蓝闪石片岩为主要研究对象,系统研究了其矿物组成、组构和变形机制。研究结果表明,其主要组成矿物变化较大,蓝闪石含

关键词：地震波各向异性北祁连

北京周口店地区房山岩体中岩浆混合作用的野外实践教学

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中国地质教育 2012年第4期21卷 135-139页

作者：续海金宋衍茹章军锋王永锋袁晏明中国地质大学(武汉)地球科学学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)<地球科学>编辑部湖北武汉430074

岩浆混合作用对于认识岩浆演化、岩浆成岩过程和壳幔物质与能量交换等有重要意义。北京周口店地区房山复式岩体岩浆混合作用的特征十分明显和丰富,精彩地呈现了岩浆混合的方式、过程和程度,是岩浆混合作用野外地质实践教学的理想场所和... 详细信息

岩浆混合作用对于认识岩浆演化、岩浆成岩过程和壳幔物质与能量交换等有重要意义。北京周口店地区房山复式岩体岩浆混合作用的特征十分明显和丰富,精彩地呈现了岩浆混合的方式、过程和程度,是岩浆混合作用野外地质实践教学的理想场所和天然实验室。本文总结了岩浆混合作用野外实践教学所面临的一些问题和挑战,并结合相关科学研究成果探讨了以房山岩体岩浆混合作用为例的野外地质实践教学的主要内容。

关键词：岩浆混合作用野外实践教学房山岩体周口店

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碳酸盐熔体与华北克拉通破坏关系的高温高压实验研究

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碳酸盐熔体与华北克拉通破坏关系的高温高压实验研究

中国矿物岩石地球化学学会第九次全国会员代表大会暨第16届学术年会

作者：王超章军锋刘勇胜金振民中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室

洋壳中的碳主要以3种方式存在:大洋沉积碳酸盐(Mackenzie and Morse,1992)、洋壳蚀变玄武岩(Alt and Teagle,1999)、蛇纹石化橄榄岩(Schwarzenbach et al.,2013)。野外证据和高温高压实验均表明,大量碳酸盐被俯冲返回地球深部(沈晓洁和... 详细信息

洋壳中的碳主要以3种方式存在:大洋沉积碳酸盐(Mackenzie and Morse,1992)、洋壳蚀变玄武岩(Alt and Teagle,1999)、蛇纹石化橄榄岩(Schwarzenbach et al.,2013)。野外证据和高温高压实验均表明,大量碳酸盐被俯冲返回地球深部(沈晓洁和张立飞,2009;刘鹏雷等,2014)。华北克拉通北缘与兴蒙造山带的新生代玄武岩中发现的富

关键词：岩石圈地幔华北克拉通碳酸盐熔体破坏关系高温高压实验

中国实验地球科学研究进展与展望(2011-2020)

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矿物岩石地球化学通报 2021年第3期40卷 597-609页

作者：章军锋倪怀玮杨晓志毛竹张宝华熊小林侯通许文良中国地质大学(武汉)地球科学学院武汉430074 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥230026 南京大学地球科学与工程学院南京210023 浙江大学地球科学学院杭州310027 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室广州510640 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 吉林大学地球科学学院长春130061

过去十年,我国的实验地球科学快速发展,已成为国际高温高压实验领域的一支重要研究力量。代表性研究进展主要体现在地球深部重要挥发分的赋存与效应、成矿过程和机制、壳幔物质的物理化学性质和相互作用等方面。本文综述了实验地球科学2... 详细信息

过去十年,我国的实验地球科学快速发展,已成为国际高温高压实验领域的一支重要研究力量。代表性研究进展主要体现在地球深部重要挥发分的赋存与效应、成矿过程和机制、壳幔物质的物理化学性质和相互作用等方面。本文综述了实验地球科学2011-2020年间取得的主要研究进展和平台与技术建设情况,并展望了该领域未来的发展方向。

关键词：实验地球科学高温高压物理化学属性与地质过程

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大别山甘家岭超高压大理岩和榴辉岩在折返早期经历的两期隐性的榴辉岩相流体-岩石相互作用

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大别山甘家岭超高压大理岩和榴辉岩在折返早期经历的两期隐性的榴...

2020年中国地球科学联合学术年会

作者：刘鹏雷 Hans-Joachim Massonne 章军锋金振民中国地质大学(武汉)地球科学学院

研究高压-超高压变质岩所记录的流体-岩石相互作用能够为俯冲带深部的流体性质和行为提供重要约束。本研究对大别山超高压变质带中甘家岭地区的透辉石大理岩和其中包裹的榴辉岩进行了详细的岩相学观察、矿物主微量元素化学分析和相平衡... 详细信息

研究高压-超高压变质岩所记录的流体-岩石相互作用能够为俯冲带深部的流体性质和行为提供重要约束。本研究对大别山超高压变质带中甘家岭地区的透辉石大理岩和其中包裹的榴辉岩进行了详细的岩相学观察、矿物主微量元素化学分析和相平衡模拟计算。阴极发光、元素面扫和线扫研究结果表明,大理岩中的透辉石发育三个截然接触的成分区域,具体表现为成分均一的核部被其他两个成分区域先后所取代。相较于核部,新生的两个区域更加富Na、Al、Fe、Ti、Sr、Y、REE和过渡族金属元素Sc、V、Co、Ni、Zn,而贫Mg,Ca、K。

关键词：流体-岩石相互作用榴辉岩相大理岩早期经历大别山

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俯冲隧道中含水矿物的变形及其构造意义

吉林大学学报(地球科学版) 2015年第S1期 284-284页

作者：刘文龙章军锋史锋中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室

研究表明,俯冲隧道中发生显著脱水作用形成富水流体,并交代地幔楔物质形成富含水矿物(蛇纹石、绿泥石、角闪石等)的橄榄岩。这些含水矿物的变形特征对了解俯冲带的动力学过程具有重要意义。我们研究了来自意大利Monviso地区俯冲带折返... 详细信息

研究表明,俯冲隧道中发生显著脱水作用形成富水流体,并交代地幔楔物质形成富含水矿物(蛇纹石、绿泥石、角闪石等)的橄榄岩。这些含水矿物的变形特征对了解俯冲带的动力学过程具有重要意义。我们研究了来自意大利Monviso地区俯冲带折返所形成的变质混杂蛇绿岩套内部出露的绿泥片岩、透闪石绿泥岩、蛇纹片岩以及绿泥蛇纹岩的变形特征。研究结果表明,地幔楔的流体交代所形成的含水矿物一方面降低了橄榄岩的密度,另一方面绿泥石、叶蛇纹石以及透闪石均发生了强变形并形成强变形组构。绿泥石的组构特征表现为(001)面近平行页理面,[100]轴在平行线理方向形成强极密或在页理面内形成大圆环。叶蛇纹石发育[010]轴平行线理和(001)面平行面理的强组构。角闪石发育[001]轴平行线理和(100)面平行面理的中等强度组构。这些富含水矿物的岩石,沿平行页理面的纵波速度大于垂直页理面的速度,且剪切快波的极化面近平行于页理面。绿泥片岩的最大的剪切波各向异性为33.4%,大于叶蛇纹石片岩的最大剪切波各向异性(17.8%)。研究认为:俯冲隧道中的流体交代形成低密度的含水矿物为俯冲隧道中地幔物质的上升提供了浮力;低流变强度(由强变形组构指示)含水矿物的为地幔物质的折返提供了主要的润滑和上升通道;3)叶蛇纹石和绿泥石变形可以合理解释大角度低温俯冲带(60o~90o)的平行海沟的剪切快波,而低角度(30o~60o)高温俯冲带平行海沟的剪切快波可能主要与角闪石变形相关。

关键词：叶蛇纹石绿泥片岩俯冲带快波橄榄岩透闪石剪切波面理蛇绿岩套脱水作用

上地幔以及转换带中含水硅酸盐的晶体结构与热力学状态方程

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上地幔以及转换带中含水硅酸盐的晶体结构与热力学状态方程

中国矿物岩石地球化学学会第15届学术年会

作者：叶宇章军锋金振民 Joseph R.Smyth 中国地质大学GPMR国家重点实验室中国地质大学地球科学院 Department of Geological Sciences University of Colorado at Boulder

水对地幔硅酸盐矿物的物理化学性质、运移迁徙以及热稳定性都有着显著的影响。研究水在地幔矿物中的赋存机制及地球深部的水循环过程,是当今世界矿物学与地球科学领域内的热点和重点之一,这对于我们了解地球深部的岩石矿物学与诸多地球...

水对地幔硅酸盐矿物的物理化学性质、运移迁徙以及热稳定性都有着显著的影响。研究水在地幔矿物中的赋存机制及地球深部的水循环过程,是当今世界矿物学与地球科学领域内的热点和重点之一,这对于我们了解地球深部的岩石矿物学与诸多地球动力学过程都有着深远的意义。首先俯冲板块中的蛇纹石(serpentine,含水量10%3%)随着板块的向下运动,在高温高压下分解将产生Phase A(含水11.8%)、粒硅镁石(chondrodite,含水5.4%)和斜硅镁石(clinohumite,含水2.9%)[1-3]。这3种矿物为橄榄岩体系中重要的致密高含水硅酸镁(DHMS)成员,通过这些含水矿物作载体,俯冲板块中的水将有可能进入上地幔深部乃至转换带中。而地幔转换带作为地幔物理化学性质剧烈变化的区域(从41060 km),对地球的岩石圈层结构以及地球动力学都有着特殊的意义[4-6],其贡献主要来自于橄榄石的高压相瓦兹利石(Wadsleyite)和林伍德石(ringwoodite)。这两种矿物占据了地幔转换带体积的60%0%,为名义上无水矿物(NAMS),但是通过羟基取代(Mg2+=2H+)的方式,可使得其结晶水含量高达3%左右[7-9]。如果瓦兹利石和林伍德石的结晶水含量达到了饱和,将使得地幔转换带的储水能力为地球表面水总量的7倍,因此转换带是地球深部最重要的储水层。最近,加拿大Pearson研究小组通过研究来自巴西Juina的金刚石包裹体,发现来自地幔转换带的天然林伍德石的含水量约为1%[10],这与我们通过高温高压实验数据[11],模拟出的地幔转换带中的含水量是一致的。对含水矿物晶体结构的分析将有助于我们从微观机制上认识水(羟基)在硅酸盐矿物中的赋存机制。关于晶体结构方面的工作,我们将介绍以下两个方面:1)通过不同含水量的瓦兹利石和林伍德石晶体结构分析,深入探讨氢离子在名义无水矿物中的取代机理[11-13];2)通过比较合成的和天然的粒硅镁石和斜硅镁石样品,系统分析氟、钛、铁元素对其晶体结构的影响[14-15]。除了探讨晶体结构之外,我们还将通过高温高压实验数据,系统阐述水对上述硅酸盐矿物的热力学状态方程的影响[11-16]。结晶水的进入将会使得矿物的热膨胀系数与压变系数明显增加,这将对上地幔及转换带的动力学产生深远影响。

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