大别-苏鲁造山带橄榄岩中橄榄石异常组构成因研究

Olivine is the most abundant mineral in the Earth's upper mantle. The crystallographic preferred orientation of olivine (hereinafter called olivine fabric) as a result of mantle flow is of great geological and geophysical significance. It is crucial to understanding the deformation mechanism and conditions, interpreting the seismic anisotropy, and exploring geodynamic issues related to the viscous anisotropy of the upper mantle. Abnormal olivine fabrics (i.e., the B-, C-, and E-type) are commonly observed in orogenic peridotites, yet their origin is still hotly debated. Various orogenic peridotites are exposed in the Dabie-Sulu orogenic belt, providing us a good opportunity to investigate the formation mechanisms of abnormal olivine fabrics. In this project, an integrated study of whole-rock and mineral chemistry, petrography, microstructures, mineral fabrics and water contents will be carried out on orogenic peridotites from five localities in the Dabie-Sulu orogenic belt. In particular, we will determine statistically the dominant slip systems in olivine that shows abnormal fabrics by virtue of transmission electron microscopy. Combining all these data, we will address the link between abnormal olivine fabrics and water contents, deformation mechanisms, and melt-peridotite interaction. The results will be of great significance for understanding the rheological behavior of the Dabie-Sulu ultrahigh-pressure terrane during subduction and/or exhumation.

橄榄石是上地幔的主要组成矿物，其组构对于了解地幔岩的变形机制和变形环境、解释上地幔地震波各向异性现象以及与橄榄石粘性各向异性有关的地球动力学问题非常重要。大陆造山带橄榄岩通常发育异常橄榄石组构，但目前其成因仍存在很大争议。大别-苏鲁造山带出露大量不同类型的造山带橄榄岩，为研究异常橄榄石组构成因提供了难得的机会。本项目我们拟在前人研究基础上，对该造山带五个不同地区的橄榄岩进行详细的矿物和全岩化学分析、岩相学和显微构造观察、以及矿物组构和结构水测试。特别是，我们将利用透射电子显微镜通过统计分析来确定异常组构橄榄石的主导滑移系。通过这些研究，我们将讨论异常橄榄石组构形成与结构水含量、变形机制、熔体-岩石相互作用等因素之间的关系。这些资料对于理解大别-苏鲁超高压地体在俯冲和/或折返过程中的流变学行为将具有重要启示意义。

橄榄石是上地幔的主要组成矿物，其组构一般被认为是造成上地幔地震各向异性的主要原因。目前，学术界对于橄榄石组构，特别是异常橄榄石组构，的成因仍存在较大争议。大别-苏鲁造山带出露大量不同类型的造山带橄榄岩，为研究异常橄榄石组构成因提供了难得的机会。本项目主要利用现代化测试分析仪器（电子探针、扫描电镜、电子背散射衍射技术、红外光谱仪）对出露于大别-苏鲁造山带仰口、梭罗树、赣榆、碧溪岭和饶钹寨的橄榄岩进行了详细的分析。显微构造观察显示研究样品中橄榄石具有半自形至自形晶体形态，平直至稍微弯曲的颗粒边界，缺乏显著的晶内塑性变形特征，指示这些研究样品中橄榄石的主导变形机制为非位错蠕变。红外光谱结果表明，橄榄石结构水含量较低，均小于50wt ppm，代表了地幔源区的含水量，指示其相对干的变形环境。组构分析结果显示，橄榄石普遍发育非A型的异常橄榄石组构（包括B型、C型和F型，其中F型为本项目界定的一种新的橄榄石组构类型，B型组构也是本项目在大别-苏鲁造山带中报道的首例），与目前报道的大多数包体橄榄岩中橄榄石组构类型明显不同。此外，这些橄榄岩中橄榄石组构普遍较弱，甚至有些样品（如碧溪岭橄榄岩）中橄榄石呈近随机组构。但是，与之形成鲜明对比的是，两种辉石普遍发育显著且强的组构。通过分析对比前人实验和天然观察研究中提出的异常橄榄石组构的成因假说，我们认为现有的成因模型均不能解释大别-苏鲁造山带橄榄岩中橄榄石的异常组构。根据我们的观察结果，我们提出了一种新的橄榄岩异常组构的成因模型，即变质作用过程中橄榄石的定向变质重结晶可能是产生这些异常橄榄石组构的主要原因。这一新的认识对于解释超高压变质带中橄榄石组构乃至深部地球动力学过程具有十分重要的科学意义。