印度-亚洲大陆碰撞过程中新特提斯洋岩石圈的命运

印度-亚洲大陆碰撞之后的新特提斯洋板片的断离过程及其产生的岩浆作用一直是青藏高原南部地质研究中受到广泛关注但存在极大争议的问题.分析了青藏高原南部拉萨地块上新特提斯洋板片断离存在的问题,总结了目前用于限制板片断离过程的岩石学方法.对拉萨地块南部典型地区早新生代镁铁质岩石开展了详细的地质年代学、主微量元素和Sr-Nd-Hf同位素地球化学分析,厘定了~57 Ma和~50 Ma与新特提斯洋板片断离过程密切相关的两套岩石.~57 Ma的镁铁质岩石显示出高的Zr/Y和Ti/Y比值,不同于拉萨地块南部广泛分布的岛弧岩浆地球化学特征,表明它们形成于板内伸展背景下,很可能代表了新特提斯板片断离的开始.~50 Ma的镁铁质岩石为富闪深成岩,反映了印度-亚洲大陆碰撞后南拉萨地块岩石圈中的富水环境,暗示大洋板片断离后仍然持续释放流体至上覆岩石圈地幔中.结合拉萨地块上已有的镁铁质岩石的年代学和地球化学数据,重建了新特提斯洋在印度-亚洲大陆碰撞之后从初始撕裂至板片完全断离的全过程,即新特提斯板片在~57 Ma开始发生初始撕裂,随后以高角度俯冲并与印度大陆岩石圈脱离,导致中拉萨和南拉萨地块同时出现广泛的镁铁质岩浆作用,在~50 Ma大洋板片完全断离.拉萨地块内部岩石圈地幔地球化学组成存在极大的不均一性,中拉萨地块和南拉萨地块东部的局部地区存在古老的岩石圈物质组成,而南拉萨地块中部主要为亏损的岩石圈.拉萨地块内局部古老富集岩石圈可能受到新特提斯洋板片断离后深部地幔物质上涌的影响转变为新生的亏损岩石圈,这一过程很可能促进了拉萨地块的中酸性岩浆大爆发作用和大陆地壳生长.      

大洋平板俯冲的数值模拟再现:洋–陆汇聚速率影响

利用地球动力学数值模拟方法探讨了洋-陆汇聚时,大洋岩石圈的绝对俯冲速率和上覆大陆岩石圈的向洋绝对逆冲速率对俯冲模式的影响,尤其是上覆大陆的向洋绝对逆冲速率与平板俯冲之间的关系。模型结果显示,对于年龄为40 Ma的含正常洋壳厚度的大洋岩石圈,在初始俯冲角度为现今洋–陆俯冲平均倾角的极小值(19°)条件下,低速大洋俯冲(绝对俯冲速率≤3 cm/a)且上覆大陆岩石圈向洋绝对逆冲速率≥1 cm/a时,具备形成平板俯冲的条件。当中–高速大洋俯冲(绝对俯冲速度3 cm/a)时,在上覆大陆的绝对逆冲速率不小于俯冲速率时可以形成平板俯冲。当增加初始俯冲角度到平均倾角的极大值(36°)时,仅在低速大洋俯冲(绝对俯冲速率≤3 cm/a)且绝对逆冲速率达到10 cm/a时(自然界中基本不存在),才有可能出现平板俯冲,其他情况均表现为陡俯冲。我们的模拟结果表明:(1)较高的大洋岩石圈绝对俯冲速率更容易克服板间耦合作用力而有利于陡俯冲形成;(2)较高的上覆大陆绝对逆冲速率更有利于俯冲板片弯曲而趋向于平板俯冲形成;(3)上覆大陆朝向海沟的逆冲速率会在俯冲板片下方产生水平向陆的地幔流,绝对逆冲速率越大该地幔流越强烈,导致作用于板片下表面的水平剪切分量越大而有利于板片弯折和平板俯冲发生;(4)初始俯冲角度的增加对平板俯冲的形成起到强烈抑制作用。这些能被现今平板俯冲,如具相似洋–陆汇聚速率条件的南美洲西海岸平板俯冲实例所验证。     

中国大陆构造及动力学若干问题的认识

中国(东亚)大陆受特提斯、古亚洲和太平洋构造体系的制约,具有复杂的地体构架和特殊的岩石圈结构。本文从地学前沿——大陆动力学的视野出发,围绕中国大陆构造及动力学四个方面的研究,总结已有的进展并提出新的思考:①中国大陆板块下的构造和整个地幔运动的构架:地震层析资料揭示西太平洋板片向西俯冲到东亚大陆之下,其倾角逐渐减小,最后近水平地插进400～600km深度的地幔过渡带中,成为箕状几何形态的超深俯冲板片。印度岩石圈板片超深俯冲至青藏高原之下～800km的深度,在喜马拉雅西构造结部位发生双向不对称深俯冲,印度岩石圈板片向东俯冲至东构造结东侧之下300～500km的深度。②中国大陆变质基底的再活化:中国大陆的大部分陆块未受显生宙以来构造、变质和岩浆事件的改造与激活,在冈瓦纳大陆北缘的印度陆块和阿拉伯陆块北缘还发育有形成于泛非期(530～470Ma)的造山带,其影响范围至高喜马拉雅、拉萨地体和三江地区。新生代的变质活化普遍出现在喜马拉雅、南迦巴瓦、拉萨地体和三江-缅甸地区,最新的变质年龄仅2～1Ma(南迦巴瓦)。③中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及深俯冲-折返机制:中国及邻区含榴辉岩的高压-超高压(HP/UHP)变质带有洋壳(深)俯冲和陆壳(深)俯冲之分。青藏高原中,大部分洋壳俯冲形成的高压/超高压变质带与原-古特提斯洋盆中诸多微陆块之间的小洋盆的汇聚碰撞有关,陆壳深俯冲作用有两种机制,它们分别是大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片的深俯冲。④中国大陆造山带的深部物质可经3类机制挤出,即深部地壳物质"牙膏式"挤出、侧向挤出和"挤压转换式"挤出。     

大洋板块拖曳窄条陆壳俯冲——大规模超高压变质形成的构造条件

超高压变质岩生成问题中解决低密度大陆地壳深俯冲力学机制是一个关键问题。虽然俯冲地幔岩石可以裹携十几千米乃至几十千米尺度的陆壳块体到超高压变质深度，大规模的陆壳深俯冲需要特殊的构造条件。新西兰南岛北端研究表明，俯冲大洋板块能携带宽度达150km左右的窄条陆壳克服浮力达到超高压变质深度，而大陆板块碰撞的主体则浮在岩石圈上形成走滑断层。苏鲁-大别可能曾存在类似的构造条件：苏鲁西侧俯冲海洋板片首先拖曳苏鲁陆壳俯冲到超高压变质深度；随后大别以西俯冲大洋板片拖曳大别至超高压变质深度，而陆壳浮力导致苏鲁陆壳停止俯冲，飘浮的陆壳被北推而形成郯庐断裂；秦岭陆陆碰撞造山后大别超高压陆壳也折返；秦岭作为典型造山带，虽然不排除零星超高压变质的可能，但不具备大规模超高压变质的条件。     

大陆深俯冲的动力学机制：观测和模拟结果

兴都库什-帕米尔-中国西部1975～2003年期间的地震活动记录、地表地质构造和地壳速度结构数据证明,沿特提斯陆-陆碰撞带正在进行大陆深俯冲作用。帕米尔地区大陆地壳的下部物质与上地幔一起俯冲到200km 以下,而中、上地壳在不同深度上被反冲断层所剥离。帕米尔地区向南的大陆深俯冲作用限于西部恰曼左行走滑断裂和东部喀喇昆仑右行走滑断裂之间。沿深俯冲带存在上、中、下3个地震群。上地震群出现在30～50km 附近,对应于中、上地壳的反冲剥离构造作用,地震成因与长英质地壳的脆-韧转换和“二相变形”机制有关。中地震群大体出现在90～120km 深度上,与帕米尔深俯冲岩板向下由缓倾变陡的深度大体相当。下地震群的主体出现在180～220km,代表深俯冲岩板的最前端。帕米尔大陆深俯冲岩板为上宽下窄、上缓(20～30°)下陡(60～70°),转变深度在80～120km 的楔形体,深度超过200km 的走向宽度只有500～600km。在探讨大陆深俯冲的动力学过程中采用了2种模拟方法。利用考虑温度场和负浮力的二维数值模拟表明:(1)地幔对流拖曳力对俯冲深度和俯冲速度有重要控制作用,从100MPa 到20MPa 的变化将导致俯冲深度由231km 减到151km,速率由10.79mm/a 减到5.46mm/a。(2)俯冲角30°与45°相比,前者的俯冲深度要深约25～50km。(3)俯冲板块厚度越大,则俯冲深度越浅。(4)在俯冲板块的负浮力、洋脊推力为10～30MPa 及地幔对流拖曳力为100MPa 的综合作用下,陆壳俯冲实际垂向位移可达120km,最终俯冲深度达到150km,而洋壳实际垂向位移约170km,最终俯冲深度达到230km。在考虑岩石圈和软流圈相互耦合的俯冲模拟中,块体间的接触判断采用了 LDDA 方法的接触判断准则和区域分解方法求解。其特点是边界条件比较简单,并能自动实现俯冲过程中岩石圈和软流圈之间的相互作用,但需要确定研究区域不同深度和不同板块的力学参数,且计算量很大。     

大别山超高压变质岩的冷却史及折返机制

大别山超高压变质岩及其围岩 T-t 冷却曲线显示了超高压变质岩的冷却史从800℃到300℃经历了三个阶段:两次快速冷却(226±3Ma 到219±7Ma 期间从800℃到500℃的第一次快速冷却,180～170Ma 期间从450℃到300℃的第二次快速冷却)和介于二者之间的等温过程。这一具有两次快速冷却的 T-t 曲线已被近年来获得的高精度金红石 U-Pb 年龄(218±1.2Ma)(Li et al.,2003),高压变质和退变质独居石 Th-Pb 年龄(Ayers et al.,2002),和强面理化榴辉岩二次多硅白云母的Rh-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)(Li et al.,2001)所证实。超高压变质岩的二次快速冷却事件反映了二次快速抬升过程。在东秦岭及苏鲁地体东端发育的同碰撞花岗岩 U-Ph 年龄为225～205Ma,与超高压变质岩第一次快速冷却时代吻合。考虑到同碰撞花岗岩与俯冲板片断离的成因联系,这种时代耦合关系表明俯冲板片断离可能是超高压变质岩第一次快速抬升和冷却的重要机制之一。大别山 Pb 同位素填图揭示出南大别带超高压变质岩具有高放射成因 Pb 特征,因而源于俯冲的上地壳;而北大别带超高压变质岩具有低放射成因 Pb 特征,源于俯冲长英质下地壳。这表明在陆壳俯冲过程中上、下地壳之间可发生挤离(detachment)或脱耦(decoupling)。已有实验证明脱耦的上地壳在俯冲过程中可沿挤离面逆冲抬升(Chemenda et al.,1995)。同理,由于俯冲镁铁质下地壳在大别山没有出露,可以推测俯冲长英质下地壳和镁铁质下地壳之间也最终发生了挤离或脱耦。大陆岩石圈在不同深度存在若干低粘度带(Meissner and Mooney,1998)是上述俯冲陆壳分层脱耦现象发生的依据。因此,俯冲上地壳及部分长英质下地壳的第一次快速抬升折返是俯冲过程中大陆地壳内部分层脱耦和俯冲板片断离的综合结果。上述过程只能使已脱耦的上地壳及部分长英质下地壳抬升折返,而未与俯冲岩石圈脱耦的下地壳在板片断离后仍可继续俯冲。俯冲板片断离后,两大陆块在晚三叠世和早-中侏罗世继续汇聚,导致华南陆块下地壳继续俯冲,及已经脱耦并折返至中上地壳的超高压岩片向北仰冲。这一仰冲可能是导致超高压变质岩第二次快速抬升的重要机制。强面理化榴辉岩二次多硅白云母的 Rb-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)可能记录了这一超高压岩片仰冲事件发生的时代。惠兰山基性麻粒岩年代学研究揭示了罗田穹隆在早白垩世的快速抬升,与此同时大别山发生了大规模岩浆事件。山体快速抬升与大规模岩浆事件的耦合关系指示了大别造山带早白垩世的去根作用,或岩石圈拆离事件。伴随这一山体快速抬升,大别山超高压变质岩开始大面积出露地表。     

板块下的构造及地幔动力学

最新的全球地幔地震层析资料揭示了岩石圈板片可以俯冲到核幔边界，超地幔羽可以从核幔边界上升到地壳上部形成热点。在大陆板块汇聚边界，地幔地震层析图像不仅显示了岩石圈板片的超深俯冲，还保存了拆沉的岩石圈“化石”残片的重要信息。从地幔深部所获取的新资料为全地幔“单层对流“的新模式提供了依据。在介绍上述全球构造研究新动向的基础上，本文强调了研究岩石圈板块必须了解板块下的构造，探索岩石圈板块的驱动力应该从“岩石圈动力学”升华到“地幔动力学”，并提出了大陆板块汇聚边界地幔动力学研究的新思考。     

冈底斯弧的岩浆作用：从新特提斯俯冲到印度亚洲碰撞

位于青藏高原南部的冈底斯岩浆弧形成于中生代新特提斯大洋岩石圈的长期俯冲过程中,而且在印度与亚洲大陆碰撞过程中叠加了强烈的新生代岩浆作用,是世界上典型的复合型大陆岩浆弧,已经成为研究汇聚板块边缘岩浆作用和大陆地壳生长与再造的天然实验室。基于对现有研究成果的总结,我们将冈底斯岩浆弧的岩浆构造演化划分为5个阶段：第1阶段发生在晚白垩世之前,以新特提斯洋岩石圈长期正常俯冲和钙碱性弧岩浆岩的发育为特征;第2阶段发生在晚白垩世时期,以活动的新特提斯洋中脊发生俯冲和强烈的岩浆作用与显著的新生地壳生长为特征;第3阶段发生在晚白垩世晚期,以残余的新特提斯大洋岩石圈俯冲和正常弧型岩浆作用为特征;第4阶段发生在古新世至中始新世,以印度与亚洲大陆碰撞、俯冲的新特提斯洋岩石圈回转和断离,及其诱发的幔源岩浆作用、新生和古老地壳的强烈再造为特征;第5阶段为发生在晚渐新世到中中新世的后碰撞阶段,深俯冲印度岩石圈的回转和断离,或加厚岩石圈地幔的对流移去导致了加厚下地壳的部分熔融和埃达克质岩石的广泛发育,同时伴随幔源钾质超钾质岩浆作用。冈底斯弧岩浆作用与岩浆成分的系统时空变化很好地记录了从新特提斯洋俯冲到印度亚洲大陆碰撞的完整构造演化过程。     

地震动力学:震源分布与岩石圈流变特性(英文)

地震震源分布强烈依赖于构造环境的温度和压力条件。震源机制可使大陆地壳脆性-韧性转换带(下部稳定性过渡边界)的温压条件复杂化。该过渡边界伴随速度弱化作用(有震活动)向速度强化作用(无震活动)的转化。在岩石圈流变和壳幔动力学的基础上研究了与板块边界有关的地震活动,包括板缘地震和俯冲板片地震。俯冲带板缘地震的深度分布受约于脆性摩擦动力机制,而摩擦剪切机制不能满意地解释深震活动,包括俯冲板片地震。这是因为深震震源机制可能与高压、高温条件下的固一固相变有关,而用脆性破裂或摩擦作用来解释就不近合理。以理论与实验研究为依据,本文对与震源物理和震源分布有关的岩石圈流变特性进行了较为深入的论述。     

华南晚中生代大陆变形、深部过程及动力学

受控古太平洋板块俯冲及后撤作用,华南晚中生代经历了强烈大陆再造,并伴随幕式岩浆活动,是研究活动大陆边缘构造- 岩浆作用、壳幔过程和板块俯冲动力学的天然实验室。本文系统综述了近年来发表的构造变形、岩浆作用和深部结构等多学科成果,以构造解析为主线,深- 浅结合,在华南识别出与古太平洋板块俯冲相关的中晚侏罗世弧背缩短和白垩纪弧后伸展系统,厘定了二者的时空格架和叠加改造关系。弧背缩短系统以扬子中部的隔档- 隔槽式褶皱、深部多层滑脱和双重逆冲推覆构造为特征,具SE向NW的逆冲扩展变形规律,与古太平洋板块的前进式俯冲有关。白垩纪主体以大陆伸展为主,经历了伸展和挤压变形交替,并伴随着岩浆活动的爆发、迁移和停止,其可能与板片俯冲动力学变化有关。在此基础上,我们分析了白垩纪岩石圈长距离伸展的深部过程及浅表响应,提出了岩石圈随深度变化的分层差异伸展模式。自下而上,从岩石圈地幔到上地壳,应变近一致地表现为(W)NW- (E)SE伸展,反映了垂向变形一致性。可能的垂向应力传播过程：板片后撤诱发长距离地幔流,其在岩石圈底部形成剪切牵引应力,促进下岩石圈地幔被动拉伸;上岩石圈地幔局部发育强应变剪切带,作为应力传播构造,其可有效加强壳- 幔间剪切,促进下地壳韧性拉伸,将下地壳和岩石圈地幔的变形关联。我们认为岩石圈伸展、板片后撤和地幔流形成了三位一体的动力学耦合系统,将华南岩石圈长距离伸展的驱动力归结为：① 古太平洋俯冲带海沟后撤和板片回卷诱发的远程效应,和② 地幔流在岩石圈底部施加的剪切牵引应力。     

大别山超高压变质岩折返机制与华北-华南陆块碰撞过程

古地磁研究表明华北和华南陆块的碰撞始于三叠纪初 ,止于晚侏罗世 ;同位素年代学研究及大别山北部中—上侏罗统砾岩层中榴辉岩砾石的发现表明大别山超高压变质岩形成于三叠纪初 ,并在中—晚侏罗世出露于地表。因此 ,超高压变质岩是在陆陆碰撞过程中完成它的折返出露过程。揭示超高压变质岩的折返历史与机制有助于我们认识大陆的碰撞过程。大别山超高压变质岩及其围岩θ t冷却曲线显示超高压变质岩从 80 0℃到 3 0 0℃经历了三个阶段 :( 2 2 6± 3 )～ ( 2 1 9± 7)Ma期间从80 0℃到 5 0 0℃的第一次快速冷却 ,1 80～ 1 70Ma期间从 4 5 0℃到 3 0 0℃的第二次快速冷却 )和介于两者之间的等温过程。这一具有两次快速冷却的θ t曲线已被近年来的若干年代学数据所证实。超高压变质岩的两次快速冷却事件反映了两次快速抬升过程。在东秦岭及苏鲁地体东端发育的同碰撞花岗岩U Pb年龄值为 2 2 5～ 2 0 5Ma,与超高压变质岩第一次快速冷却时代吻合。这种时代耦合关系表明俯冲板片断离可能是超高压变质岩第一次快速抬升和冷却的重要机制。大别山Pb同位素填图揭示出南大别带超高压变质岩具有高反射成因Pb特征 ,因而源于俯冲的上地壳 ;而北大别带超高压变质岩具有低放射成因Pb特征 ,源于俯冲长英质下地壳。这表明在俯     

Exhumation mechanisms of melt‐bearing ultrahigh pressure crustal rocks during collision of spontaneously moving plates

A series of 2D petrological–thermomechanical numerical experiments was conducted to: (i) characterize the variability of exhumation mechanisms of ultrahigh pressure metamorphic (UHPM) rocks during collision of spontaneously moving plates and (ii) study the possible geodynamic effects of melting at ultrahigh pressure conditions for the exhumation of high‐temperature–ultrahigh pressure metamorphic (HT–UHPM) rocks. To this end, the models include fluid‐ and melt‐induced weakening of rocks. Five distinct modes of exhumation of (U)HPM rocks associated with changes in several parameters in the models of plate collision and continent subduction are identified as follows: vertical crustal extrusion, large‐scale crustal stacking, shallow crustal delamination, trans‐lithospheric diapirism, and channel flow. The variation in exhumation mechanisms for (U)HPM rocks in numerical models of collision driven by spontaneously moving plates contrasts with the domination of the channel flow mode of exhumation in a majority of the published results from numerical models of collision that used a prescribed plate convergence velocity and/or did not include fluid‐ and melt‐induced weakening of rocks. This difference in the range of exhumation mechanisms suggests that the prescribed convergence velocity condition and the neglect of fluid‐ and melt‐related weakening effects in the earlier models may inhibit development of several important collisional processes found in our experiments, such as slab breakoff, vertical crustal extrusion, large‐scale stacking, shallow crustal delamination and relamination, and eduction of the continental plate. Consequently, the significance of channel flow for the exhumation of UHPM rocks may have been overstated based on the results of the earlier numerical experiments. In addition, the results from this study extend over a larger proportion of the high‐temperature range of P–T conditions documented from UHPM rocks, including those retrieved from HT–UHPM rocks, than the results of experiments from previous numerical models. In particular, the highest peak metamorphic temperatures (up to 1000 °C) are recorded in the case of the vertical crustal extrusion model in which subducted continental crust is subjected to a period of prolonged heating by asthenospheric mantle abutting the continental side of the vertically hanging slab. Nonetheless, some extreme temperature conditions which have been suggested for the Kokchetav and Bohemian massifs, perhaps up to 1100–1200 °C, are still to be achieved in experiments using numerical models.     

超高压变质岩中柯石英-石英相变动力学研究的评述

含柯石英超高压变质岩的发现是陆过 幔深部俯冲的岩石学语气也揭示了深部变质深种物折返地表的可能性。超高压变质岩的开 折返机制是当前地球科学中最有挑战性的前沿课题之一,具有深刻的大陆动力学意义。     

南苏鲁造山带的超高压变质岩及岩石化学研究

在南苏鲁造山带核部，古老的表壳岩和花岗质侵人岩经历了三叠纪的超高压变质作用，在超高压变质岩石抬升过程中经历了强烈的角闪岩相退变质作用改造。据岩相学和岩石化学研究，可以区分出六大类典型超高压变质岩：榴辉岩、石榴石橄榄岩、石英硬玉岩、石榴石多硅白云母片岩、硬玉石英岩和石榴石绿辉石文石岩。这些岩石的角闪岩相退变质产物分别是斜长角闪岩、蛇纹岩、长英质片麻岩、长石石英云母片岩、石英岩和大理岩。地球化学研究揭示，榴辉岩的原岩很可能是形成在大陆内部构造环境的拉斑玄武岩，而石榴石橄榄岩可能是起源于亏损的残余地幔。石英硬玉岩原岩包括正变质的花岗岩和奥长花岗岩、副变质的酸性火山碎屑岩和长石石英砂岩。大面积分布的古老花岗岩很可能是形成在大陆或大陆边缘环境。长石石英云母片岩、石英岩和大理岩的原岩为沉积岩，与副变质的长英质片麻岩和基性火山岩—起构成了古老的表壳岩组合。双峰式的酸性和基性火山岩组合的存在也证明部分表壳岩是形成在大陆环境。因此，可以推测南苏鲁造山带核部的超高压变质岩原岩为形成在大陆板内环境的沉积岩—酸性和基性火山岩—花岗岩和奥长花岗岩建造。     

CCSD HP-UHP变质岩石英脉和东海水晶中有机包裹体的发现及其意义

荧光显微镜下观察、激光拉曼和显微红外测试,首次在CCSDHP-UHP变质岩石英脉和东海水晶中发现了含有沥青和烃类的有机包裹体,进一步证实大别-苏鲁超高压变质带曾经历了快速的俯冲与折返过程,俯冲板块沉积物中的有机质未能充分地演化和成熟。俯冲板块在进变质过程中强烈脱水,释放出含烃流体,并被在板块抬升及其伴随的减压重结晶和退变质过程中形成的石英脉和水晶体所俘获。     

大别山超高压变质岩的变形历史及折返过程

大别山南部的超高压变质岩在其形成及折返过程中经过5期变形。D₁变形为榴辉岩相前变形,形成于扬子板块北缘陆壳基底的俯冲过程中;D₂变形形成于折返初期(220-210Ma)即超高压变质岩在浮力驱动下折返至下地壳底部的过程中,变形以块状榴辉岩的糜棱岩化及层状榴辉岩和基质的紧密-同斜褶皱为特征;D₃变形发生在折返中期(200-180Ma)即超高压变质岩在南北陆块持续碰撞作用下被挤出并向北逆冲折返至中地壳的过程中,变形以榴辉岩的布丁化和基质的强烈韧性剪切变形为特征;D₄变形是折返晚期(130-110Ma)超高压变质岩在地壳浅部伸展体制下向南滑脱所致;在折返至近地表时,超高压变质岩受到NE向断层(D₅)的切割。     

大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制

大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识,而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的ε_Nd为-6.2~-17,ε_Sr为18~42,且显示明显的Nd同位素的不平衡现象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明,这些榴辉岩的原岩在超高压变质前,不同程度地与贫18O的大气降水(或海水)发生过氧同位素交换,且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外,大别-苏鲁地区的榴辉岩的3He/4He比值都落在0.79×10-7~9.35×10-7范围内,显示陆壳岩石来源He的重要贡献。所有Sr-Nd、O和He同位素研究均表明:超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征,而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征,有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山带俯冲和折返的速度太快,表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换,故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强,因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma.在如此长的时间内,在100多公里地幔深处高于700℃的高温下发生超高压变质作用,表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反,如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成,则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。      

High- to ultrahigh-pressure (UHP) ductile shear zones in the Sulu UHP metamorphic belt, China: implications for continental subduction and exhumation

High‐ to ultrahigh‐pressure (HP‐UHP) metamorphic rocks that resulted from deep continental subduction and subsequent exhumation in the Sulu orogenic belt, China, have experienced multiphase deformation and metamorphic overprint during its long journey to the mantle and return to the surface. HP‐UHP shear zones are strain‐localized weak zones on which the UHP slab is transported over long distances. HP‐UHP shear zones are well exposed along a 200‐km belt in the Sulu UHP metamorphic belt. The shear zones lie structurally below the UHP rocks and above the non‐UHP rocks, suggesting the early exhumation of the UHP rocks by thrusting. The large area distribution, HP‐UHP nature, high strain and structural association of the shear zones with the UHP rocks suggest that the shear zones are probably a regional detachment developed during the early stage of exhumation of the UHP rocks. Kinematic indicators suggest top‐to‐the N–NW motion of the UHP slab during the exhumation, which, combined with isotope signature in Mesozoic igneous rocks, leads us to the interpretation that the subduction polarity is the North China plate down to the south rather than the Yangtze plate down to the north in the Sulu region.     

走滑断裂对超高压变质岩石折返的贡献及青藏高原北部白垩纪隆升之新思考

青藏高原已识别出柴北缘、南阿尔金和高喜马拉雅三条超高压变质带。这些超高压变质带提供了一个不可多得的研究超高压变质岩石形成和折返的机会。柴北缘超高压变质带位于阿尔金断裂的东边,是柴达木—东昆仑地体与祁连—阿尔金微地体和阿拉善—敦煌地体碰撞的产物,由榴辉岩、石榴石橄榄岩和含柯石英片麻岩组成,榴辉岩形成时代500~440Ma,峰期超高压变质年龄440Ma。南阿尔金超高压变质带位于阿尔金断裂带的西边,以产出榴辉岩和石榴石橄榄岩为特征,榴辉岩形成时代为500Ma。南阿尔金超高压变质带被认为是柴北缘超高压变质带的西延,两者被阿尔金断裂左旋位移约400km。阿尔金断裂是巨大的深度>200km的岩石圈走滑断裂,断裂的活动时代至少早到240~220Ma,认为走滑过程中伴随的隆升作用有可能为柴北缘和南阿尔金超高压变质岩石的折返和出露地表做出了贡献,其中阿尔金断裂起到了类似剪刀型断裂的作用。高喜马拉雅超高压变质带在巴基斯坦和印度被发现,以榴辉岩中含柯石英或金刚石为特征,榴辉岩的超高压变质年龄为46Ma,表明超高压变质岩石发生在雅鲁藏布江缝合线关闭后并快速折返。喀喇昆仑断裂走滑过程中伴随的抬升作用则可能对高喜马拉雅地区超高压变质岩石的折返和出露地表做出贡献。在中国东部出露的大别—苏鲁超高压变质带被巨大郯庐断裂左旋走滑位移约500km,可以看作是走滑作用伴随的抬升运动对超高压变质岩石的最后折返和出露地表做出重要贡献的又一例证。青藏高原的隆升通常被认为是印度板块和欧亚大陆新生代以来的碰撞结果。根据高原北部断裂的时代、火山活动和沉积盆地的形成,我们提出高原的隆升是两次俯冲碰撞的结果。第一次发生在中特提斯班公湖-怒江洋盆在白垩纪时期的关闭,其时由于北部来自塔里木盆地和北中国板块及东部来自太平洋板块俯冲产生的抵柱效应,高原北部开始隆升;第二次发生在印度板块的新生代俯冲碰撞作用,造成高原的整体抬升,由此可以解释高原北部平均海拔(5000m)要高于高原南部(平均海拔4000m)。