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红河-哀牢山剪切带巴罗型变质系列温压、物性模拟及其对地壳流的启示
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红河-哀牢山剪切带巴罗型变质系列温压、物性模拟及其对地壳流的启示 作者:冀磊 发布时间:2024-09-09 富含黏土的岩石在埋藏到中、下地壳的过程中表现出系统的矿物相转变，随地壳深度的增加（温度、压力增加）岩石的变质程度逐渐递增，由此形成空间规律性分布的一系列变质岩石通常被称为巴罗式变质带。地壳高应变区折返抬升出地表的巴罗式变质序列岩石为揭示造山过程中发生的动力学过程提供了绝佳的机会。以青藏高原东南缘为例，地壳尺度的剪切带吸收了印度-亚欧板块碰撞的30-40%的能量和变形（图1a）。其中，红河-哀牢山剪切带作为印支地体东侧边界是造山带侧向最重要的构造不连续带之一。然而，相对于构造变形方面的研究岩石变质过程中矿物相转变、不同变质级别岩石的物理性质和流变学特征并未系统研究。近年来构造变形研究揭示红河-哀牢山剪切带渐新世曾发育大规模的地壳流。因此，系统红河-哀牢山剪切带内变质岩石分布规律，开展不同变质程度岩石的温压、物性模拟并结合地球是深入揭示大陆地壳岩石变形、造山带侧向动力学过程重要基础。 中国地质科学院冀磊副研究员与牛津大学Richard Palin副教授合作，在系统野外地质填图基础上（图1b-d），深入研究了红河-哀牢山剪切带的巴罗式递增变质带岩石变质变形过程及其相关物理性质的变化，研究发现红河断裂附近在递增变质带白云母脱水殆尽后形成夕线石+钾长石带，带内存在以残存蓝晶石为特征的高压麻粒岩。文章首次报道了青藏高原东南缘沿红河断裂附近产出有超过250 km的高压麻粒岩带，高压麻粒岩带自始新世从下地壳12-16 Kbar （~45-55km）、850℃的变质峰期温度折返至地表，而剪切带西南边缘巴罗式变质带中的云母片岩单元则自中地壳7.0-8.0 Kbar （~25km）、650℃的变质峰期温度折返至地表，揭示红河断裂是剪切带的折返与热流中心。 图1 (a)青藏高原东南缘构造轮廓图，(b)哀牢山地质简图，(c)哀牢山南段采样位置，(d)元江、元阳综合地质剖面 详细的热力学及物性模拟揭示白云母脱水分解反应线与蓝晶石向夕线石转变线之间所夹区域岩石部分熔融程度可达到10%以上（图2），此区域的岩石密度、波速及波速比明显降低，与地球物理在深大剪切带所推测的地壳流性质较为吻合（图3），为地壳流发育的有利区域。结合矿物相变导致的岩石热物理性质模拟揭示蓝晶石→夕线石类质同象转变反应的反应自由能很小可以形成反应过渡带，并且由于蓝晶石的密度大于夕线石反应过程中变斑晶的体积会明显增大导致熔体从岩石中挤出而是岩石的整体密度增加，因此蓝晶石→夕线石的反应可充当下地壳剪切带水平熔体运移的顶部“封盖”（图4）。 图2 红河-哀牢山剪切带递增变质带岩石P-T轨迹。(a)石榴石带内石榴云母片岩，(b)十字石带内十字石榴石云母片岩，(c)蓝晶石带内石榴蓝晶石云母片岩，(d)夕线石-钾长石带内含蓝晶石夕线二长片麻岩 图3 红河-哀牢山剪切带递增变质带岩石P-T轨迹。(a)石榴石带内石榴云母片岩，(b)十字石带内十字石榴石云母片岩，(c)蓝晶石带内石榴蓝晶石云母片岩，(d)夕线石-钾长石带内含蓝晶石夕线二长片麻岩 文章系统的研究了递增变质带岩石的空间分布、变质时代、温度、压力、密度、波速和波速比的变化规律，研究揭示中地壳十字石出现的反应岩石的密度、波速及波速比会发现较大的增加，夕线石的形成会降低岩石的密度和波速比，但岩石的纵波与横波速度会发生跳跃式增加，绿泥石的脱水控制了上地壳岩石物理性质的变化，是泥质岩石密度和波速增加同时导致波速比降低的主要原因，该项研究为深入理解喜马拉雅造山带的侧向动力学及含矿熔体的赋存规律过程提供了重要的岩石学基础。最终成果发表在Nature Index期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。 图4红河-哀牢山剪切带新生代递增变质带岩石构造演化过程。(a)始新世，(b)渐新世，(c)中新世，(d)元江-墨江密度剖面图(据石磊等，2015)，(e)临沧-玉溪宽角反射剖面图(据王夫运等，2014) 文章链接https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JB027253 Lei Ji, Fulai Liu, Richard Palin, Fang Wang, Zaibo Sun. 2024. Thermal and Physical Properties of Barrovian Metamorphic Sequence Rocks in the Ailao Shan-Red River Shear Zone, and Implications for Crustal Channel Flow. https://doi.org/10.1029/2023JB027253 |
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