深熔作用,造山带的伴侣_地球科学论坛_2016.6.2

二、汇聚型板块边界类型
三、大陆碰撞造山带演化过程
大陆碰撞造山带一个完整的造山旋回 一般经历: 陆-陆碰撞、 大陆深俯冲、 超高压变质、 深俯冲陆壳折返、 加厚地壳和岩石圈根的形成、 最终的伸展垮塌和莫霍面的再平衡
(Leech, 2001, EPSL)
1. 陆-陆碰撞
增生型造山带 × 俯冲型造山带 √
230-220 Ma
科学问题： 折返部分熔融的P-T,机制？ 大陆俯冲带壳幔相互作用的过程、机制、产物？
UHP地体折返部分熔融: 实验预测
(Auzanneau et al., 2006, CMP)
并不是所有折返的UHP地体都经历了部分熔融：

沿着降温降压(①)或低温(<750℃)近等温
降压(②)的P-T途径折返，温压条件一直处
Case study #2:
Dabie-Shima
Case study #3: (后文详述)
3. 大陆深俯冲_UHP变质作用
FG FTB HUC DFLC
(青少年期)
D BL C HP
lithospheric mantle
UHP
asthenosphere
a
oceanic slab
240-230 Ma
青岛仰口榴辉岩
4. 深俯冲陆壳折返_折返早期(U/HP榴辉岩相-HP麻粒岩相变质叠加)
大洋板片断离，深俯冲陆壳开始折返
F G H P FTB HUC DFLC UHP D BL C
(成年期)
li th o sp h e ri c m a n tle
b
oceanic slab
asthenosphere
Coesite and its pseudomorphs are widespreadly reported as inclusions in garnet, omphacite, kyanite and epidote in eclogite (e.g., Yang et al., 2003; Zhang et al., 2005; 2009; Liu et al., 2008; 2009。。。。。
(诞生)
2. 大陆深俯冲_进变质流体作用
洋壳俯冲：年轻的、湿的、热的 强烈的壳幔相互作用、岛弧岩浆作用
(幼年期)
陆壳俯冲：古老的、干的、冷的
(Zheng, 2012, CG)
(Schmidt and Poli, 1998, EPSL)
研究认为，大陆深俯冲进变质过程中可以产生少量流体，但不足以产生大 量熔体引发同碰撞岩浆作用 实验 天然
-HP eclogite-HP granulite faces 条件下的部分熔融：
威海混合岩(正片麻岩)_苏鲁 (Xu HJ et al., 2013, CG)
UHP变质的岩石学证据
Schertl and O’Brien, 2013
Schertl and O’Brien, 2013
大别山
许志琴于1987年(香港会议报道)，首次在大别山菖 G G
蒲榴辉岩中发现超高压变质矿物——柯石英，揭开
G
我国UHP研究的序幕。。。
Qtz-eclogite amphibolite
the differential, or partial melting of rocks, especially in the forming of metamorphic rocks such as migmatites.
(北大别)
一、深熔作用_岩石类型
混合岩,既不是来源于完全重熔的岩石的结晶作用，也不是固相反应的产物，而主要来源于高温高 压条件下岩石的部分熔融，这种部分熔融过程又称作深熔作用(Anatexis)(e.g., 程裕淇, 1987)。 混合岩,一般由互层的浅色成分条带(±伟晶岩脉)和暗色成分条带组成。浅色成分条带和/或伟晶岩
叠加，其围岩片麻岩发育程度不等的部分
熔融。
Ganghe UHP eclogites_Dabie (Guo S et al., 2012, Lithos) -UHP条件下的部分熔融： The HP vein was formed by fluid liberation from the lawsonite breakdown in the host UHP eclogite at 2.8–3.0 GPa and 650–680 °C. The released UHP aqueous fluid reacted with the eclogite and dissolved kyanite, coesite, epidote, omphacite, rutile, zircon and apatite.
G
Qtz-eclogite amphibolite
post Mesozoic sediments Mesozoic sediments Mesozoic volcanics Mesozoic syenite to granite Yangtze basement pre-Cretaceous Yangtze cover
(Xu HJ et al., 2013, CG)
(Auzanneau et al., 2006, CMP)
Biblioteka Baidu Zheng et al., 2005, CG
实例研究以大别-苏鲁造山 带为例
Case study #1:
Dabie-Shuanghe
Sulu-Shanqingge
Inherited zircon domains: Qtz + Cal + Ap; t= 1823– 503 Ma. Prograde metamorphic domains: quartz eclogite facies assemblage of Qtz + Dol + Grt + Omp + Phe + Ap; T=542–693 C; P=1.8– 2.1 GPa; t= 254–239 Ma. UHP metamorphic domains: Coe + Grt + Omp + Arg + Mgs + Ap; T=739– 866 C; P>5.5 GPa; t= 238– 230 Ma. Amphibolite facies retrogression: calcite; t= 218–206 Ma.
柯石英包裹体及粒间柯石英
Grt Dol Cs Cs Cs Grt Cs
柯石英/金刚石保存机制：
寄主矿物的能干性?
流体？
Dol
Grt
Cs
Cs
Ap
Ap Dol
大别甘家岭(Liu et al., 2015)
2000
大陆深俯冲究竟能俯冲多深？
Recent discoveries of coesite and diamond in regional ultrahighpressure (UHP) metamorphic rocks has demonstrated that continental material can be subducted to depths of at least 120km (Chopin, 1995）. Here we report the observation of high concentrations of clinopyroxene, rutile and apatite exsolutions in garnet within eclogites from Yangkou in the Sulu UHP metamorphic belt, China. We interpret these data as resulting from the high-pressure formation of pyroxene solid solutions in subducted continental material. Appropriate conditions for theNa2Oconcentrations and octahedral silicon observed in these samples are met at depths greater than 200 km.
平息了UHP岩石原地和异地之争
白云石中的柯石英
Lüet al., 2014; Schertl and Okay, 1994; Zhang and Liou, 1996
大理岩中的金刚石
Impure marbles from Kokchetav massif (Korsakov and Hermann, 2006; Ogasawara et al., 2000)
于实验岩石学标定的超高压含水矿物(如多 硅白云母等）的稳定域中。在这类低－中 温超高压变质地体中未发现明显部分熔融 的迹象，超高压榴辉岩中普遍含有超高压 多硅白云母和绿帘石。

沿着高温近等温降压(③)或升温降压(④) 的P-T途径折返，这类P-T途径在80-40公里 的地幔深度即进入多硅白云母和黝帘石脱 水分解的温压范围，其中的超高压榴辉岩 经历了程度不等的高－中压麻粒岩相变质
地球系统科技论坛
深熔作用，造山带的伴侣
续海金 构造地质系
提纲

深熔作用 大陆碰撞造山带演化过程
陆-陆碰撞-进变质流体作用
大陆深俯冲-UHP变质作用 深俯冲陆壳折返-早期榴辉岩相-麻粒岩相变质叠 加，晚期角闪岩相退变质 造山带垮塌

一、深熔作用_定义
Anatexis (via Latin from Greek roots meaning "to melt down") in geology, refers to
-(U)HP条件下的部分熔融
-HP eclogite-HP granulite faces 条件下的部分熔融：
Polyphase inclusions in the Shuanghe UHP eclogites(Liu Q et al., 2013, Lithos)
phengite breakdown at an advanced stage of exhumation at ~1.5–2 GPa and ~750–800 °C occurred. the retrograde mineral assemblage amphibole + plagioclase + quartz + biotite + K-feldspar
coesite eclogite zone
quartz eclogite zone amphibolite zone blueschist-greenschist zone
fold and thrust belt Yangtze cover Yangtze basement
G
大别-苏鲁造山带首例，国际第二例
Kriegsman, 2001; Zhai et al., 2003; Hinchey and Carr, 2006)
大陆碰撞造山带 混合岩同时具有变质岩和岩浆岩的特征，成为碰撞造山带中联 系造山过程、地壳演化、变质作用和岩浆作用的纽带 (e.g., Brown et al., 2001; White, 2001; Wu et al., 2007; Xu et al., 2013) 。
脉又称作浅色体(Leucosome)，具有岩浆结构，为部分熔融形成的花岗质组分的熔体；暗色成分
条带又称作黑色体(melanosome)，具有变质结构，为部分熔融形成的残余体。
(北大别)
一、深熔作用_影响因素
温度(T) 压力(P) 流体 原岩属性
一、深熔作用_构造背景
前寒武纪地体和克拉通地区 研究前寒武纪古老地壳基底的再造和演化(e.g., Brown et al., 1971;
Coe-eclogite
G G
North Dabie
G G
Coe-eclogite
Yangtze basement
blueschistgreenschist
north Dabie granulite zone Foziling Group Luzhenuan Group Dingyuan Formation Nanwan Formation Guishan Formation Qinling Group Erlangping Group granulite fault coesite metamorphic boundary 10 km N