大别地块超高压变质期后伸展变形及超高压变质岩石折返过程

详细构造分析证明 ,现今观察到的大别地块内部超高压变质地体的区域构造样式 ,主要是在印支期 ( 2 40～ 2 1 0Ma)扬子与中 朝克拉通陆 陆碰撞及超高压变质作用期后形成的 ,具有变质核杂岩和多层伸展拆离带的组合格局 .通过鉴别挤压和伸展组构可知 ,超高压变质岩石由地幔深处折返和剥露于地表 ,至少经历过 3个不同的减压退变及构造变形阶段 ,其中 ,角闪岩相条件下的中下地壳近水平的伸展流动是一个重要的折返动力学过程 ,而且可能受到增厚的岩石圈地幔的拆沉及岩浆底侵作用的驱动 .     

大陆深俯冲带的地壳速度结构——东大别造山带深地震宽角反射/折射研究

在安徽大别山(东大别)进行的深地震宽角反射/折射探测获得6条二维地壳速度结构剖面. 结果显示，东大别造山带地壳为一高速穹隆构造，在其核部中、下地壳变质岩出露于地表，波速高达5.0km/s；在其翼部，上、中地壳发育速度约6.1km/s的壳内低速层(体). 莫霍面的起伏变化较大，中心部位深达41km左右，周边地区则抬升到32～34km. 在晓天—磨子潭断裂一线下方莫霍面垂向错断，断距约4km. 东大别造山带具有大陆深俯冲-碰撞造山带地壳结构的典型式样. 莫霍面错断与扬子陆块深俯冲有关，错断处表征扬子与华北陆块碰撞缝合的深部位置. 高速穹隆构造可能是两陆块碰撞挤压的产物，穹隆翼部上、中地壳发育的低速滑脱带(面)可能在碰撞期之后的地壳伸展、超高压变质岩从中地壳抬升出露于地表过程中起到重要作用.     

大陆俯冲碰撞带高温超高压变质岩的多阶段折返与部分熔融

大陆碰撞造山带根部岩石经受高温(850℃)变质作用,特别是俯冲带超高压变质岩受到高温叠加变质,对超高压岩片折返期间的元素和同位素行为、部分熔融作用及其地球动力学效应等具有重要意义.本文简要介绍了世界上5个典型的发育高温超高压变质岩的大陆碰撞带,包括中国大别山、哈萨克斯坦Kokchetav地块、格陵兰东加里东造山带、希腊罗多彼山以及德国厄尔士山,分析了它们的高温超高压变质作用及演化特点,讨论了高温超高压岩石的变质P-T-t轨迹和多阶段折返过程以及折返期间的部分熔融作用、超高压指示性矿物的保存和退变质作用等及其可能的机制.在此基础之上,提出了大陆俯冲隧道内高温超高压变质岩的未来研究方向和重点.     

大别山双河超高压变质岩及北部片麻岩的U-Pb同位素组成——对超高压岩石折返机制的制约

大别山超高压变质岩及各种片麻岩的U-Pb同位素地球化学研究表明,出露于大别山南部的超高压变质岩具有较低的Pb含量（多数<4μg/g）和较高的 U/Pb比（多数>0.1）,以及较大的Pb同位素变化范围和较高的放射成因Pb（206Pb/204Pb=16.535～20.405）.它们表现出在俯冲过程中经历了脱水、析出流体和Pb丢失过程及地幔Pb与上地壳岩石Pb混合的Pb同位素特征.然而出露于大别山北部的片麻岩具有较高的Pb含量（多数>4μg/g）和较低的U/Pb（<0.07）以及较低的Pb同位素比值（206Pb/204Pb=15.781～16.647）,并与侵入南、北大别山的中生代花岗岩的Pb同位素特征相同.它们表现出在俯冲过程中仅有少量流体析出和Pb丢失以及地幔Pb与下地壳Pb混合的同位素特征.这些样品在230Ma前的初始Pb同位素组成还表明南大别带超高压岩石的U/Pb比在大陆俯冲前很长一段时期内比北大别带片麻岩高。这些观测表明南大别带出露的超高压岩石主要是深俯冲的上地壳岩石,而北大别带具有中、下地壳的性质.据此,本文提出了在大陆深俯冲过程中,俯冲陆壳拆离成若干岩片,深俯冲的超高压上地壳岩片有可能沿断层逆冲到较浅部位的超高压岩石折返机制模型.     

大别山双河超高压变质岩及北部片麻岩的U-Pb同位素组成

大别山超高压变质岩及各种片麻岩的U-Pb同位素地球化学研究表明, 出露于大别山南部的超高压变质岩具有较低的Pb含量(多数<4 mg/g)和较高的U/Pb比(多数>0.1), 以及较大的Pb同位素变化范围和较高的放射成因Pb(206Pb/204Pb = 16.535～ 20.405). 它们表现出在俯冲过程中经历了脱水、析出流体和Pb丢失过程及地幔Pb与上地壳岩石Pb混合的Pb同位素特征. 然而出露于大别山北部的片麻岩具有较高的Pb含量(多数 > 4 mg/g)和较低的U/Pb(<0.07)以及较低的Pb同位素比值(206Pb/204Pb = 15.781～16.647), 并与侵入南、北大别山的中生代花岗岩的Pb同位素特征相同. 它们表现出在俯冲过程中仅有少量流体析出和Pb丢失以及地幔Pb与下地壳Pb混合的同位素特征. 这些样品在230 Ma前的初始Pb同位素组成还表明南大别带超高压岩石的U/Pb比在大陆俯冲前很长一段时期内比北大别带片麻岩高. 这些观测表明南大别带出露的超高压岩石主要是深俯冲的上地壳岩石, 而北大别带具有中、下地壳的性质. 据此, 本文提出了在大陆深俯冲过程中, 俯冲陆壳拆离成若干岩片, 深俯冲的超高压上地壳岩片有可能沿断层逆冲到较浅部位的超高压岩石折返机制模型.     

大别造山带上部地壳结构的有限差分层析成像

将有限差分层析反演方法用于大别造山带人工地震测深剖面上部地壳初至波的走时层析成像，得到这一剖面上部地壳横向不均匀结构图像表明，在南大别地区的超高压变质带发现榴辉岩相岩石，其下方3km深度以内的基底仍具有大陆地壳构造中正常的结晶基底速度（6．00km／s左右）；北大别地区在整个上地壳保持正常的速度，而在超高压带下方3km深度以下为6．20-630km／s的相对高速异常区，这一现象可能与超高压变质岩的含量增大有关．同时还表明，南大别和北大别之间至少在上地壳已有明显差异，它们之间的水吼一五河断裂可能是大别造山带内部的主要构造分界线．     

大别山超高压变质杂岩的折返

作为世界上规模最大的一个超高压变质带,大别山超高压变质杂岩是扬子板块与中朝板块在三叠纪碰撞造山的产物,表现为扬子板块 呈北北东向斜向俯冲到中朝板块之下。超高压变质杂岩的折返机制是个复杂的动力学过程,折返速度也胡时间推移而变慢。早期阶段同碰撞期浮力驱动下高压－超高压变质杂岩在俯部带内沿逆冲－韧性剪切断裂快速到地位位,折返速率高达４ｍｍ／年;中期伴随着巨厚造山带根的拆沉。上部发生拉张塌陷,使超高压变质     

大洋岩石层拖曳窄条陆壳俯冲的极限尺度分析——以新西兰南岛和大别山超高压变质带为例

超高压变质研究涉及的一个基本力学问题是为什么低密度的大陆地壳岩石能克服浮力俯冲到高密度地幔100多公里的深度.本文的三维有限单元法计算表明:俯冲海洋板块可以拖曳侧面相邻宽度不超过150km的一窄条大陆板块,俯冲到超高压变质深度,形成少见的大规模超高压变质带.十几公里乃至几十公里尺度的陆壳块体,可能被俯冲地幔裹挟至超高压变质深度,在造山带内形成零星出露的超高压变质岩.成熟的陆-陆碰撞带则不可能使陆壳俯冲到超高压变质深度.     

滇东南老君山片麻岩穹窿变形构造与剥露过程

变质核杂岩或片麻岩穹窿中广泛出露大陆中-下地壳乃至地慢岩石,是研究深部地壳岩石剥露过程和流变学的理想场所,也是研究造山带折返或区域伸展过程的重要窗口.滇东南老君山地区位于华夏地块、扬子地块和印支陆块所夹持的特殊大地构造位置,其出露一套不同程度的变质-变形岩系和花岗质侵入岩体,且发育丰富的锡钨等多金属矿床,具有重要研究意...     

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别-苏鲁是全球最大的超高压变质带,本文基于地球物理资料的分析和综合研究,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性.在扬子与中朝克拉通碰撞后大别-苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用.之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件.扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹.然而由于南北压挤力的继续作用与大别-苏鲁地体的折返,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲.这种陆-陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔,诱发部分熔融和后期的地幔上隆.本文给出了大别-苏鲁演化动力学的修正模型.     

东大别超高压变质带的深部构造

在大别山东段进行的综合地球物理调查的资料不仅提供了较精细的地壳构造信息, 而且不同方法取得的资料有很好的相关性. 根据这些资料作综合研究可以编制出较为可靠和精细的地壳构造剖面图(图版II). 东大别造山带的地壳可分为北淮阳、北大别、南大别与宿松4个构造单元. 其中宿松高压变质带的中下地壳为扬子俯冲地壳, 而北淮阳下方的中下地壳为中朝克拉通的地壳, 合肥盆地下方亦为中朝克拉通的基底. 南、北大别的中下地壳结构具有明显差别, 反映了它们在印支期之后有过不同的演化轨迹, 不应把它们合并为同一个地壳单元. 现今大别造山带的结构主要反映了早-中侏罗世扬子克拉通的向北陆-陆俯冲, 而且华北基底同时向南俯冲, 和晚侏罗世以来以北大别为中心的地壳伸展和上隆揭顶. 在三叠纪南北碰撞时晓天-磨子潭断裂带处于缝合带南沿部位, 从它往北上地壳构造从北倾低角度正断层很快转变成向南陡倾的逆冲褶断, 这种强烈的地壳变形反映了碰撞缝合带的典型特征. 北淮阳中上地壳与华北基底相连, 反映了后碰撞期南北板块继续处于挤压环境的会聚态势, 而这一会聚事件向北一直影响到处于合肥盆地北缘的淮南. 在双程走时22s出现反映岩石圈底界的强反射体, 估计岩石圈厚度约78 km. 由地球物理资料可推断大别UHPM岩片的厚度不超过8 km. 这一结果不支持“陆壳先俯冲到地幔然后整体折返回地壳而形成UHPM带”的假说.     

大别杂岩减压变质过程与造山带深部区域性快速构造折返

大别杂岩的变质岩岩石可分出麻粒岩相带和角闪岩相带.麻粒岩相中石榴石内带的生长成分环带保存完好,角闪岩相石榴石内带无成分变化,但近外带为生长环带,反映两个变质相带早期具有不同的变质历史.但是,两个变质相带普遍发育反映减压的反应结构和成分演化趋势.矿物温度计压力计估算麻粒岩相带减压△P≈-0.70GPa;角闪岩相带减压△P≈-0.85GPa.变质P-T轨迹具碰撞和俯冲变质的双重特点,表明大别杂岩经受了快速下沉和快速构造折返.区内高压超高压榴辉岩折返可能与之同期.     

苏鲁超高压变质带岩石圈的地震组构

苏鲁超高压变质带上地壳以片麻岩为主体, 地表出露超高压变质岩片. 近年来在此带中进行大陆科学钻探, 并进行了以反射地震为主导的地球物理调查. 通过研究地球物理资料和钻孔岩芯等直接证据的相关性, 有可能标定出现在地壳中的地震反射体, 了解它们的内部组构. 同时, 在大陆科学钻探孔区附近有两座第四纪火山, 对其中包体的成分分析和波速计算也提供了中下地壳和岩石圈地幔组构的信息. 经岩心和测井资料标定, 大陆科学钻探孔区的地震反射体可由变质带内岩性变化、韧性剪切复合岩套和现代断裂破碎带引起. 其中, 韧性剪切作用产生的侧向位移与拆离造成了上百米厚的互层带(韧性剪切复合岩套), 它们由糜棱岩化岩石和经剪切错动产生的榴辉岩片互层组成, 形成了产生区域性强反射的主要机制. 苏鲁超高压变质带的上地壳由超高压变质岩片与下方片麻岩层组成. 超高压变质岩片以高波速、高密度和高电阻率为特征, 构造复杂, 厚度一般不超过11 km; 下方片麻岩层波速渐趋于正常. 苏鲁超高压变质带的中下地壳具有正常的波速与泊松比, 由火山岩包体分析可知, 中地壳含有大量的片麻岩, 下地壳主要由酸性麻粒岩和基性麻粒岩组成. 岩石圈地幔主要由尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和二辉岩组成, 具有分层结构, 反映了中国东部中生代岩石圈减薄作用. 不同成因的地震组构可能是不同时代地球动力学作用的产物. 例如, 超高压变质岩片和韧性剪切复合岩套反映了三叠纪的碰撞造山作用及超高压变质作用, 而正常的中下地壳波速结构反映了中新生代地壳的拉张与伸展. 通过反射体的细致标定与火山岩包体验证了的地震组构, 可以找到地震反射体的成因及其与地球动力学作用的关系, 为地球动力学作用过程的恢复提供新的依据.     

大别山超高压变质岩的地球动力学意义

超高压变质岩因其在岩性与原岩上的多样性,以及其岩块与基质混杂的构造特征而具变质混杂岩属性,其顺时针型P-T轨迹表明,超高压岩石的形成与演化与碰撞造山作用有关,年代学研究表明,峰期超高压变质作用发生于中-晚三叠世,几个不同地点的超高压岩石的P-T-t轨迹已被归纳,并据之计算了超高压岩石的折返速率.计算表明,大别山超高压岩石的折返具多阶段性,即中-晚三叠世的快速折返(3.3～3.6mm/a),早侏罗世的中速折返(0.7～1.1mm/a),以及中侏罗世至早白垩世的极慢速折返(0.15mm/a).以上述资料为约束条件,提出了一个大别山造山带的柱状模型.     

攀西微古陆块的变质演化与地壳抬升史--中基性麻粒岩的Sm-Nd,40Ar/39Ar和FT年龄证据

攀枝花-西昌(攀西)微古陆块是扬子陆块西部最古老的地体. 代表其下地壳的岩石为中基性麻粒岩, 相应的麻粒岩相变质作用发生于1186～1128 Ma. 在地质年代方面, 麻粒岩的形成可能与Rodinia超大陆中各微古陆块汇聚的碰撞造山作用有关. 麻粒岩的角闪岩相退变质作用时代为877～825 Ma, 在时间上与Rodinia超大陆裂解的时代相吻合. 40Ar/39Ar和FT年代学研究表明, 自新元古代中至中生代, 古陆块的地壳垂直运动演化历史总体上表现为一种刚性地体的缓慢抬升过程. 新生代, 印度板块向欧亚板块的俯冲碰撞作用使青藏地块迅速隆起, 后者又向东作侧向挤压运动. 受此影响, 攀西微古陆块也快速抬升, 使得麻粒岩结晶基底最终出露地表.     

大别造山带宽角度反射射线方程偏移研究

二维介质中的宽角度反射射线方程偏移是一种基尔霍夫型叠前深度偏移算法．基于射线理论,这一算法对二维不均匀介质具有广泛的适用性,在宽角度反射研究中能够显示其优越性．通过计算射线场,插值出震源和接收器的波场,对旅行时间tP=tSP+tPR的深度点P,可以在地震图中找到与该点对应的强度（或振幅）AP．将AP按照一定的关系进行转化,移至该深度点,对多个震源和接收点进行同样的计算,并将结果进行叠加,就完成了射线方程偏移．数值模拟计算取得了令人满意的结果;处理了通过大别造山带的庄墓——岳西——黄梅——张公渡人工地震测深剖面,获得了沿测线的莫霍界面构造形态．结果表明:南大别岩块高压变质岩带与这里莫霍界面局部抬升有关．北大别岩块下面有山根存在,与重力均衡原理相一致．晓天——磨子潭断裂作为华北板块和扬子板块的碰撞缝合带穿透了莫霍界面．在六安附近有一深大断裂,它是洛南——明港断裂的东延部分,在这里得到了进一步的证实．      

攀西微古陆块的变质演化与地壳抬升史

攀枝花-西昌(攀西)微古陆块是扬子陆块西部最古老的地体. 代表其下地壳的岩石为中基性麻粒岩, 相应的麻粒岩相变质作用发生于1186~1128 Ma. 在地质年代方面, 麻粒岩的形成可能与Rodinia超大陆中各微古陆块汇聚的碰撞造山作用有关. 麻粒岩的角闪岩相退变质作用时代为877~825 Ma, 在时间上与Rodinia超大陆裂解的时代相吻合. ⁴⁰Ar/³⁹Ar和FT年代学研究表明, 自新元古代中至中生代, 古陆块的地壳垂直运动演化历史总体上表现为一种刚性地体的缓慢抬升过程. 新生代, 印度板块向欧亚板块的俯冲碰撞作用使青藏地块迅速隆起, 后者又向东作侧向挤压运动. 受此影响, 攀西微古陆块也快速抬升, 使得麻粒岩结晶基底最终出露地表.     

桐柏-红安造山带的构造演化:从大洋俯冲/增生到陆陆碰撞

桐柏-红安造山带位于秦岭与大别-苏鲁造山带之间,因其完好地保存了古生代增生造山体系和古生代末-中生代碰撞造山体系而成为了解华北-华南陆块之间构造演化的关键地区.近20年来的可利用研究资料表明,桐柏-红安造山带显生宙的总体构造演化框架包括以下4个主要阶段:(1)早古生代(490~420 Ma)大洋俯冲、岛弧增生与弧陆碰撞,从而于早古生代末在华北陆块南缘形成一个新的安第斯型大陆边缘;(2)晚古生代(340~310 Ma)大洋俯冲与增生,进而在商丹-松扒断裂南侧形成变质时代相同,但变质作用类型不同的"双变质带",即被分割的武关-龟山中级变质杂岩带和熊店高压榴辉岩带;(3)晚古生代末-早中生代(255~200 Ma)大陆俯冲与陆陆碰撞,通过华南大陆岩板东深西浅的俯冲和多层次拆离/折返形成桐柏高压变质地体和红安高压/超高压变质地体;(4)晚中生代(140~120 Ma)伸展、大规模岩浆侵位与构造挤出,造成桐柏-红安-大别高压/超高压变质地体最终出露地表及东宽西窄的构造格局.然而,对每一构造演化阶段的具体细节以及早期地质历史的认识方面还存在着诸多争议和(或)难以解释的问题.未来的研究除在桐柏-红安造山带继续开展深入细致的工作外,还需与西部"软碰撞"的秦岭造山带和东部"硬碰撞"的大别-苏鲁造山带的研究紧密结合,以期建立适合于整个秦岭-桐柏-红安-大别-苏鲁造山带从古生代到中生代的经典构造演化模型.     

大别造山带北部卢镇关杂岩的U-Pb锆石年龄

对大别造山带北部卢镇关杂岩的2个花岗片麻岩和1个斜长角闪岩的U-Pb 锆石同位素年龄测定, 得到其分别为740 Ma和725 Ma左右的原岩年龄. 此结果表明卢镇关杂岩主要由新元古代酸性和基性岩浆岩组成, 指示大别造山带东段北部不存在代表华北陆块南缘古生代活动大陆边缘的岩石组合. 据此年龄并结合地质和地球物理资料，将北淮阳带的中低变质岩分为以新元古代酸性和基性岩浆岩为主体的卢镇关杂岩，新元古代仙人冲组和祥云寨组及泥盆纪佛子岭群诸佛庵组和潘家岭组3部分，并推断南北陆块间的缝合线逆掩在北淮阳带之下.     

中国东南部中生代陆内岩浆作用的动力学背景

根据叠置在华夏和扬子陆块的中生代岩浆岩的时代，岩石系列和岩石组合以及Ｓｒ、Ｎｄ同位素特征，分析中生代岩 浆作用特提斯陆内俯冲和碰撞－古太平洋俯冲走的动力学背景。在２３０－１５０Ｍａ间，特提斯构造域的影响是华北与扬子陆块的水平碰撞缩短，华夏西南部是离散陆块的陆内俯冲，基结果在华夏陆块形成大规模高Ｉｓｒ低εＮｄ（ｔ）的Ｓ型花岗岩。１４５－９０Ｍａ间，在特提斯构造域深部效应的基础上叠加了古太平洋的俯冲走