喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室.高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部.这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定.含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程.在约5 Myr内,超高压变质岩从＞100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融.高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融.因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性.     

喜马拉雅造山带的变质作用与部分熔融

喜马拉雅造山带的核心由高级变质岩系和淡色花岗岩构成,是研究碰撞造山作用和板块构造的天然实验室。本文评述了喜马拉雅造山带变质作用和部分熔融研究取得的新进展和存在的争议,主要内容包括:(1)造山带核部具有"三明治"结构,高级变质和部分熔融的高喜马拉雅系列(GHS)夹持在较低级变质的特提斯喜马拉雅系列(THS)和低喜马拉雅系列(LHS)之中,GHS的变质作用程度具有向上和向下部构造层位降低的特征。高喜马拉雅系列主要由高压麻粒岩相到榴辉岩相的变质岩组成,具有1.2~1.6GPa和700~800℃峰期变质条件,顺时针型变质作用P-T轨迹,其进变质以增温增压为特征,退变质早期为近等温或增温降压过程,晚期为降温降压和近等压降温过程;(2)在造山带西段,紧邻缝合带产出的超高压变质岩具有4.4~4.8GPa和560~760℃的峰期变质条件和顺时针型P-T轨迹,并在退变质中期出现加热过程;(3)尽管造山带的高压和超高压变质岩形成在中、高温条件下,但岩石中的石榴石都保存有明显的主量和微量元素生长成分环带特征;(4)造山带变质核下部发育反转的中、高压型变质序列;(5)在造山带核部,变泥质和长英质麻粒岩的强烈部分熔融主要是增压、增温进变质过程中的白云母和黑云母脱水熔融,和近等温或增温降压过程中的黑云母脱水熔融,可以形成花岗质和英云闪长质熔体。加厚下地壳的高变质温度足以使各种成分岩石(包括基性岩)发生深熔,而不需要外来热源;(6)造山带变质核经历了长期的变质演化过程,其进变质始于~47Ma,峰期变质发生在~25Ma,退变质持续到~15Ma。这些岩石也记录了持续的(超过20Myr)高温变质和部分熔融过程。在造山带西段的超高压变质岩具有~46Ma的峰期变质年龄和~40Ma的退变质年龄,所以经历了一个快速俯冲与折返过程;(7)印度大陆西缘与岛弧的碰撞(造山带西段)和印度大陆东缘与大陆弧的碰撞时间一致,为~50Ma;(8)在造山带西段,印度大陆的深和陡俯冲形成了超高压变质岩;而在造山带中段,印度大陆的平缓俯冲形成了中高压变质岩;(9)构造变质不连续在变质核中广泛存在。多重有序逆冲和无序逆冲导致的岩片叠置控制着造山带的地壳结构;(10)现有的构造模型,包括楔形挤出、隧道流、临界楔和构造楔模型,都不能全面合理地解释造山带变质核部的折返机制。     

喜马拉雅造山带的部分熔融与淡色花岗岩成因机制

喜马拉雅造山带核部由高级变质岩和淡色花岗岩组成,是研究大陆碰撞造山带部分熔融与花岗岩成因的天然实验室.基于最新研究成果,探讨了喜马拉雅造山带核部变质作用的条件、类型以及P-T轨迹、部分熔融的方式与程度及熔体成分以及变质作用与部分熔融的时间和持续过程.相关证据表明,造山带核部经历了高压麻粒岩相至榴辉岩相变质作用,具有以增温增压进变质和近等温降压退变质为特征的顺时针型P-T轨迹.这些高压变质岩石发生了长期持续的高温变质与部分熔融.在泥质岩石的进变质过程中白云母和黑云母脱水熔融可以形成不同成分的熔体.同时,总结了淡色花岗岩的形成时间、地球化学特征和源区熔融方式,结果表明碰撞造山过程中加厚下地壳的脱水熔融形成了喜马拉雅造山带的淡色花岗岩.      

三江地区义敦岛弧碰撞造山过程：花岗岩记录

义敦岛弧碰撞造山带是特提斯－喜马拉雅巨型造山带中的一个复合造山带。本文利用义敦岛弧碰撞造山带29个花岗岩体的43件同位素测年数据，结合岩石地球化学特征，建立了造山带花岗岩的时间坐标。初步识别出4套不同成因类型的花岗岩，即印支期弧花岗岩、燕山早期同碰撞花岗岩、燕山晚期A型花岗岩和喜马拉雅期花岗岩。据此，再造了造山带的形成过程与演化历史：印支期的大规模俯冲造山作用（238－210Ma)，形成义敦火山岩浆弧；大约自206Ma始，发生弧－陆碰撞，伴随岛弧地壳挤压收缩和剪切变形，发育同碰撞花岗岩；进入燕山晚期（138－73Ma)，岛弧碰撞造山带发生造山后伸展作用，形成A型花岗岩带；喜马拉雅期发生陆内造山作用（65－15Ma)，岛弧碰撞造山带出现逆冲－推覆和大规模走滑平移，伴随喜马拉雅期花岗岩的侵位和拉分盆地的形成。     

全球典型大陆造山带中榴辉岩的折返机制:来自变质岩和地球物理的限制

大陆岩石圈深俯冲作用是地球科学领域的前沿热点,榴辉岩的折返机制是板块构造及动力学的关键科学问题。全球著名的大陆造山带中榴辉岩的p-T轨迹呈现差异性折返特征,为了揭示榴辉岩的折返机制,本文结合变质岩石学和地球物理学研究,选取3个典型大陆造山带——中生代—新生代的阿尔卑斯造山带、中生代的苏鲁—大别造山带和新生代的喜马拉雅造山带中的榴辉岩进行阐述。在阿尔卑斯造山带地区,地球物理研究结果发现,欧洲板块的俯冲造成了Adria地区下方的岩石圈存在明显厚度差异。同时,阿尔卑斯造山带Doria Maria和Pohorje地区以及Pohorje地区内部,榴辉岩折返历史也不尽相同,原因可能是亚德里亚大洋岩石圈断离后不同期次的逆冲推覆作用使其差异性斜向挤出。苏鲁—大别造山带中榴辉岩的快速折返,原因可能是华南板块与华北板块碰撞后岩石圈的拆沉或断离作用。在喜马拉雅造山带,西构造结和中喜马拉雅榴辉岩的折返存在差异性。在西构造结,那让和卡甘榴辉岩呈现不同的p-T轨迹和折返速率,变质岩石学和地球物理研究结果都表明它们的差异性折返很可能与印度-欧亚大陆碰撞过程中的构造挤压作用以及印度大陆岩石圈的断离作用有关。喜马拉雅造山带是年轻的正在进行造山活动的造山带,相较于古老的苏鲁-大别造山带,它更适合变质岩石学和地球物理学的综合研究。因此西构造结高压/超高压榴辉岩的折返机制——构造挤压和俯冲板块断离可应用于全球造山带。     

大陆俯冲作用及青藏高原周缘造山带的崛起

青藏高原周缘造山带于新生代时崛起。周缘造山带中古老变质地体的折返与3种挤 出作用方式有关：喜马拉雅"逆冲－伸展"型挤出、祁连山"反向逆冲"型挤出和阿尔金"逆冲－转换"型挤出。据地质与地球物理综合研究推测,造山带的折返与周缘大陆岩石圈向内的俯冲作用有关：印度板块岩石圈向北俯冲至雅鲁藏布江缝合带下约 200 km处,西伯利亚板块往南低角度插入祁连山 40 km以下,塔里木地块沿阿尔金北缘边冲断层呈铲式往南俯冲于阿尔金山下100km处,扬子地块呈入体插入青藏高原东部中地壳下面。是否存在扬子地块往西运动及大陆俯冲作用尚待探究。     

大陆座冲作用及青藏高原周缘造山带的崛起

青藏高原周缘造山带于新生代时崛起,周缘造山带中古老变质地体的折返与３种挤出任出作用方式有关：喜马拉雅“逆冲－伸展”型挤出,祁连山“反向逆冲”型挤出和阿尔金“逆冲－转换”型挤出。据地质与地球物理综合研究推测,造山带的折返与周缘大陆岩石圈向内的俯冲作用有关;印度板块岩圈向北俯冲至雅鲁藏布江缝合带下的２００ｋｍ处,西伯利亚板块往地低角度插入祁连山４０ｋｍ以下,塔里木地块沿阿尔金北缘逆冲断层呈铲式往南俯冲     

喜马拉雅造山带两种不同类型榴辉岩与印度大陆差异性俯冲

印度与亚洲大陆新生代碰撞-俯冲形成的喜马拉雅造山带核部由高压和超高压变质岩组成.超高压榴辉岩分布在喜马拉雅造山带西段,由石榴石、绿辉石、柯石英、多硅白云母、帘石、蓝晶石和金红石组成.超高压榴辉岩的峰期变质条件为2.6～2.8GPa和600～620℃,其经历了角闪岩相退变质作用和低程度熔融.超高压榴辉岩的进变质、峰期和退变质年龄分别为～50Ma、45～47Ma和35～40Ma,指示一个快速俯冲与快速折返过程.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中-东段,由石榴石、绿辉石、多硅白云母、石英和金红石组成.高压榴辉岩的峰期变质条件为>2.1GPa和>750℃,叠加了高温麻粒岩相退变质作用与强烈部分熔融.高压榴辉岩的峰期和退变质年龄可能分别是～38 Ma和14～17 Ma,很可能经历了一个缓慢俯冲与缓慢折返过程.喜马拉雅造山带两种不同类型榴辉岩的存在表明,印度与亚洲大陆约在51～53Ma碰撞后,印度大陆地壳的西北缘陡俯冲到了地幔深度,导致表壳岩石经历了超高压变质作用,而印度大陆地壳的东北缘平缓俯冲到亚洲大陆之下,导致表壳岩石经历了高压变质作用.     

喜马拉雅山的韧性逆冲和有关的热作用

目前,喜马拉雅山作为一个最振奋人心的碰撞造山带例子已广泛被人们所接受。印度板块朝亚洲板块向北作整体上的迁移也被印度洋中的地磁资料所证实。碰撞发生在始新世晚期(40～50Ma以前,之后印度板块继续向北运动,造成大陆岩石圈向北大规模的俯冲,并通过一系列由北向南依次发生的低角度逆冲使得地壳加厚。McT即闽中逆断层,沿整个喜马拉雅造山带展布(2000km),构造和地球物理资料表明,其滑移距离超过150公里(Kathmandou和Mahabharat K(?)ippe)产在上地壳和下地壳的界面上。与McT伴生的还有一条厚10km的巨大叶理化带,在地壳尺度上它可定义为一条真正的韧性剪切带,有关文献中经常描述的确定剪切状态的最有效标志在整个糜棱片麻岩岩片中都可以看     

增生构造和地壳加厚作用:来自科迪勒拉和特提斯造山带的实例

正如倾向克拉通的逆冲断层的系统演化所反映的那样,增生构造通常被大陆-地壳的加厚作用所取代。由于大陆地壳的漂浮作用,在陆内部逆冲作用的驱动力不可能是板块拉力,而洋脊的推力倒是产生这一逆冲作用的可能机制。阿拉斯加的Brooks山脉和意大利亚平宁的大地构造环境和构造样式非常相似,对于它们的了解有助于我们更好地理解增生构造和地壳加厚作用过程。这两个造山系统所共有的特征包括:(1)大致1000km长的线性逆冲带,它们是相当大的会聚系统的一个部分;(2)包含整个造山带在内的大约60°的构造旋转;(3)由洋盆封闭产生的逆冲构造导致蛇绿岩推覆体形成上部构造逆冲岩片;(4)地壳加厚作用主要表现为大陆内部双层结构的形成作用-在每种情况下都包含两套准原地碳酸盐岩地台序列;(5)大陆内部地壳缩短200-500km;(6)逆冲断层系统或者位于老的会聚造山系统之上,或