大别—苏鲁超高压变质岩石的超显微构造研究

论文摘要

超高压变质带的研究是国际地质学界研究的前沿课题，对超高压变质带的研究，不仅可以深入理解板块边界俯冲过程、壳幔作用和造山带动力学过程，而且可以推动对大陆以及全球动力学过程的研究，并可能从更深层次完善地球动力学理论。在超高压变质带的研究中最受关注的问题是大陆壳如何被俯冲到地幔的深度义返回地表的。这一问题的解答依赖变质岩石学、地球化学、同位素年代学和构造地质学等多学科综合研究。研究超高压变质岩超微构造特征相关的变形机制与变形历史以及与特殊出溶结构相关的俯冲深度信息可以为大陆深俯冲和折返的构造模式提供重要依据。本文以透射电子显微分析方法为土，结合电子探针分析方法，详细研究了大别—苏鲁超高压变质带榴辉岩、石榴橄榄岩及硬玉石英岩中主要矿物的超微构造特征，并探讨了其地质意义。取得了如下主要结论： 1、对中国大陆科学钻探主孔岩心中面理化榴辉岩和块状榴辉岩的石榴石变形特征进行了比较研究。结果表明：（1）面理化榴辉岩中石榴石的位错密度比块状榴辉岩中石榴石的位错密度高大约3个数量级，位错密度达1.2×1010／cm2。并且有水分子团与高密度位错共存，表明主导石榴石发生强烈塑性变形的机制为水弱化的位错滑移。（2）块状榴辉岩中石榴石的位错密度低，没有观察到水分子团，虽然在局部发现有位错网，但总体上仍呈刚性。（3）两类榴辉岩的石榴石中占主导地位的位错滑移系都是1／2<111>{110}，其次为<100>{010}。对变形石榴石晶体中水的赋存状态、水弱化机制及变形石榴石形态优选方位与晶格优选方位不协调问题进行了讨论：（1）水在石榴石晶体中有三种可能赋存状态：第一种是吸附于位错管道中的极化水分子；第二种是通过晶体表面以及位错管道扩散进入晶格的间隙水分子；第三种是以4OH-替代SiO44-形式的结构水。（2）石榴石水弱化机制有两种可能：一种是水弱化促进的位错滑移机制，在面理化榴辉岩石榴石的塑性变形中起主导作用；另一种是水弱化促进的扩散和颗粒边界滑移机制，在面理化榴辉岩石榴石的塑性变形中只起次要作用。（3）变形石榴石不产生明显的LPO是由其晶体结构本身特征所决定的，并不能排除其主导变形机制仍然是位错滑移的可能性。 2、对双河榴辉岩绿辉石的透射电镜研究表明，在P2／n绿辉石中存在由位错壁围成的C2／c绿辉石条带。沿C2／c绿辉石条带分布有冻监闪石及钠长石出溶体。（1）根据冻监闪石出溶体、钠长石出溶体、C2／c绿辉石及P2／n绿辉石之间的关系，结合大别双河榴辉岩和硬玉石英岩的退变质P-T轨迹资料，探讨了其成因机制。冻监闪石出溶体和钠长石出溶体是在绿辉石C2／c-P2／n相变之前，即大约在700℃以上的温度条件下形成的，而且冻监闪石出溶体在前，钠长石出溶体在后，钠长石的初始出溶相应该为高钠长石。该演化过程表明Liou等（1997）给出的大别双河榴辉岩和硬玉石英岩的退变质P-T轨迹应该向高温方向作适当的平移。（2）冻蓝闪石出溶体在绿辉石C2／c-P2／n相变之前的高压条件下形成，表

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大别-苏鲁超高压变质岩的研究现状
• 1.3 超微构造的研究范畴
• 1.3.1 晶体缺陷
• 1.3.2 多形相变
• 1.3.3 出溶
• 1.3.4 塑性变形机制
• 1.4 石榴石超微构造研究进展
• 1.4.1 石榴石的流变律
• 1.4.2 石榴石的脆-延性转变
• 1.4.3 石榴石的高温塑性强度
• 1.4.4 石榴石的变形机制
• 1.5 超高压岩石中出溶结构研究进展
• 1.5.1 橄榄石的出溶结构
• 1.5.2 单斜辉石的出溶结构
• 1.5.3 石榴石的出溶结构
• 1.6 主要工作量
• 第二章 研究区地质背景简介
• 2.1 大别-苏鲁超高压变质带地质背景简介
• 2.2 双河区域地质背景
• 2.3 碧溪岭区域地质背景
• 2.4 饶拔寨区域地质背景
• 2.5 中国大陆科学钻探区域地质背景
• 第三章 实验研究方法
• 3.1 透射电子显微分析方法
• 3.1.1 透射电子显微镜简介
• 3.1.2 明场像和暗场像
• 3.1.3 选区电子衍射及其标定方法
• 3.1.4 双束衍衬法测位错滑移系
• 3.1.5 会聚束电子衍射测定位错滑移系
• 3.1.6 X射线能谱成分分析
• 3.2 电子探针分析方法
• 3.3 样品制备方法
• 3.3.1 透射电镜样品制备
• 3.3.2 电子探针样品制备
• 第四章 榴辉岩超微构造
• 4.1 两类榴辉岩的石榴石变形特征差异
• 4.1.1 地质背景与样品描述
• 4.1.2 TEM研究结果
• 4.1.3 讨论
• 4.1.4 结论及意义
• 4.2 双河榴辉岩中绿辉石的超微构造特征
• 4.2.1 地质背景及样品描述
• 4.2.2 绿辉石的超微构造特征
• 4.2.3 结果分析与讨论
• 4.2.4 本节结论
• 4.3 本章小结
• 第五章 橄榄岩超微构造
• 5.1 东海石榴橄榄岩
• 5.1.1 地质背景与样品描述
• 5.1.2 石榴石超微构造特征
• 5.1.3 橄榄石超微构造特征
• 5.1.4 透辉石超微构造特征
• 5.1.5 讨论
• 5.1.6 本节结论
• 5.2 碧溪岭石榴橄榄岩
• 5.2.1 地质背景
• 5.2.2 样品描述
• 5.2.3 橄榄石的超微构造特征
• 5.2.4 石榴石的超微构造特征
• 5.2.5 斜方辉石的超微构造特征
• 5.2.6 单斜辉石的超微构造特征
• 5.2.7 角闪石的超微构造特征
• 5.2.8 讨论
• 5.2.9 本节结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 硬玉石英岩超微构造
• 6.1 地质背景及样品描述
• 6.1.1 地质背景
• 6.1.2 岩相学特征
• 6.1.3 光学显微构造和形态组构
• 6.2 硬玉石英岩超微构造研究
• 6.2.1 硬玉的超微构造特征
• 6.2.2 石榴石的超微构造特征
• 6.2.3 石英的超微构造特征
• 6.3 结果讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 超高压变质岩中几种出溶体的发现及其地质意义
• 7.1 CCSD石榴橄榄岩橄榄石中钛铁矿和含铬钛磁铁矿出溶体
• 7.1.1 样品的地质背景
• 7.1.2 实验方法
• 7.1.3 实验结果
• 7.1.4 讨论
• 7.1.5 本节结论
• 7.2 碧溪岭石榴二辉橄榄岩普通辉石中易变辉石出溶体
• 7.2.1 碧溪岭杂岩体地质背景
• 7.2.2 碧溪岭石榴二辉橄榄岩的岩石学及矿物学特征
• 7.2.3 透辉石的普通辉石边中易变辉石出溶体
• 7.2.4 结果讨论
• 7.2.5 本节结论
• 7.3 饶拔寨榴辉岩绿辉石中镁铁闪石及单斜钠长石出溶体
• 7.3.1 地质背景及样品描述
• 7.3.2 绿辉石中的镁铁闪石出溶体
• 7.3.3 绿辉石中的单斜钠长石出溶体
• 7.3.4 讨论
• 7.3.5 本节结论
• 7.4 本章小结
• 第八章 结语
• 致谢
• 参考文献
• 附录：辉石//（401）出溶条件计算软件
• 一、计算主程序
• 二、输入数据文件样本
• 三、输出数据文件样本