造山带中成对出现的高压麻粒岩与榴辉岩及其地球动力学意义

在一些典型碰撞造山带中,高压麻粒岩与榴辉岩在空间和时间上密切相关,它们之间的关系对揭示碰撞造山带的造山过程和造山机制具有重要意义.本文以中国西部的南阿尔金、柴北缘及中部的北秦岭造山带为例,详细陈述了这3个地区榴辉岩和相关的高压麻粒岩的野外关系、变质演化和形成时代,目的是要建立大陆碰撞造山带中榴辉岩和相关高压麻粒岩形成的地球动力学背景模式.南阿尔金榴辉岩呈近东西向分布在江尕勒萨依,玉石矿沟一带,与含夕线石副片麻岩、花岗质片麻岩和少量大理岩构成榴辉岩一片麻岩单元,榴辉岩中含有柯石英假象,其峰期变质条件为P=2.8～3.0GPa,T=730～850℃,并在抬升过程中经历了角闪岩-麻粒岩相的叠加;大量年代学研究显示其峰期变质时代为485～500Ma.南阿尔金高压麻粒岩分布在巴什瓦克地区,包括高压基性麻粒岩和高压长英质麻粒岩,它们与超基性岩构成了一个大约5km宽的构造岩石单元,与周围角闪岩相的片麻岩为韧性剪切带接触.长英质麻粒岩和基性麻粒岩的峰期组合均具有蓝晶石和三元长石(已变成条纹长石),形成的温压条件为T=930～1020℃,P=1.8～2.5GPa,并在退变质过程中经历了中压麻粒岩相变质作用叠加.锆石SHRIMP测定显示巴什瓦克高压麻粒岩的峰期变质时代为493～497Ma.都兰地区的榴辉岩分布柴北缘HP-UHP变质带的东端,在榴辉岩和围岩副片麻岩中均发现有柯石英保存,形成的峰期温压条件为T=670～730℃和P=2.7～3.25GPa,退变质阶段经过了角闪岩相的叠加;榴辉岩相变质时代为420～450Mao都兰地区的高压麻粒岩分布在阿尔茨托山西部,高压麻粒岩包括基性麻粒岩长英质麻粒岩,基性麻粒岩的峰期矿物组合为Grt+Cpx+Pl±Ky±Zo+Rt±Qtz,长英质麻粒岩的峰期矿物组合为：Grt+Kf+Ky+Pl+Qtz.峰期变质条件为T=800～925℃,P=1.4～1.85GPa,退变质阶段经历了角闪岩-绿片岩的改造,高压麻粒岩的变质时代为420～450Ma.北秦岭榴辉岩分布在官坡-双槐树一带,榴辉岩的峰期变质组合为Grt+Omp±Phe+Qtz+Rt,所计算的峰期温压条件为T=680～770℃和P=2.25～2.65GPa,年代学数据显示榴辉岩的变质时代为500Ma左右.北秦岭高压麻粒岩分布在含榴辉岩单元的南侧松树沟一带,包括高压基性麻粒岩和高压长英质麻粒岩,与超基性岩在空间上密切伴生,高压麻粒岩的峰期温压条件为T=850～925℃,P=1.45～1.80GPa,锆石U-Pb年代学研究显示其峰期变质时代为485～507Ma.以上三个实例显示,出现在同一造山带、在空间上伴生的高压麻粒岩和榴辉岩有各自不同的变质演化历史,但榴辉岩中的榴辉岩相变质时代和相邻的高压麻粒岩中的高压麻粒岩相变质作用时代相同或相近,这种成对出现的榴辉岩和高压麻粒岩代表了它们同时形成在造山带中不同的构造环境中,即榴辉岩的形成于大陆俯冲带中,而高压麻粒岩可能形成在俯冲带之上增厚的大陆地壳根部.     

俯冲的大陆岛弧--柴北缘片麻岩的地球化学和同位素证据

柴北缘早古生代高压—超高压变质带的片麻岩分为花岗质片麻岩和副片麻岩 ,花岗质片麻岩的原岩形成于新元古代 (90 0～ 10 0 0 Ma) ,岩石类型为英云闪长岩 -奥长花岗岩 -石英二长岩 -花岗岩 ,非活动性元素的特征类似于岛弧环境形成的花岗岩。副片麻岩的原岩可能为富铝的沉积岩 ,其稀土元素特征类似于 PAAS(后太古宙澳大利亚的平均页岩 )的稀土元素分布 ,非活动性元素的特征与大陆岛弧沉积岩的特征类似。根据花岗质片麻岩与副片麻岩的共生关系结合其地球化学特征推测它们的原岩形成于岛弧环境。鱼卡河花岗质片麻岩的εNd(t) =3.2 (t=1.0 Ga) ,TDM=1.3Ga,表明岩浆源区有大量起源于亏损地幔的初始地壳物质。而落凤坡、锡铁山、沙柳河的花岗质片麻岩与副片麻岩的 Sm - Nd同位素组成类似 ,εNd(t) =- 3.4～ - 7.3(t=1.0 Ga) ,TDM=1.8～ 2 .2 Ga,表明岩浆源区为先存的大陆地壳 ,两类片麻岩地球化学特征的相似性说明岩浆源区的成分类似于变质沉积岩的组成。这项研究说明柴北缘早古生代的深俯冲卷入了大量的大陆岛弧岩石。     

东昆仑造山带早古生代的大陆碰撞:来自榴辉岩原岩性质的证据

东昆仑东段温泉榴辉岩呈透镜状分布在片麻岩中,榴辉岩的SiO_2含量为47%~59%,Mg#指数为0.45~0.51,表明其原岩为分异程度较高的中-基性岩石,稀土元素显示为轻稀土富集型((La/Sm)N比值为1.42~1.72)和轻稀土亏损型((La/Sm)N比值为0.82~0.88),Eu轻微负异常(δEu=0.85~0.95),榴辉岩的εNd(t)值为+0.51~+6.17(原岩年龄t=934Ma)。榴辉岩原岩锆石与陆壳辉长岩锆石的U-Yb-Hf值类似,且具有正的εHf(t)值(+8~+10),这些特征类似于大陆拉斑玄武质岩,岩浆来自亏损地幔,遭受了地壳物质的混染及较高程度的结晶分异,表明榴辉岩原岩形成于大陆边缘环境。因此,该榴辉岩代表了俯冲的陆壳,进一步证明了东昆仑早古生代发生过陆-陆碰撞造山作用。     

重新认识阿尔金断裂东段红柳峡火山岩的时代及构造意义

在阿尔金断裂和祁连北缘断裂交会处识别出两期岩浆活动: 112~106 Ma的粗玄质熔岩喷发和83 Ma的粗面质的岩浆侵入. 修改了前人认为该火山形成于晚新生代的看法. 岩石学研究表明这两种岩石在矿物组合和化学成分方面相差甚大, 结合年代学研究, 应将其归于两期岩浆作用所形成. 认为阿尔金断裂带中发生的白垩纪火山活动和变形作用, 是阿尔金断裂自印支期强烈活动之后的再一次活化.     

俄罗斯极地乌拉尔Сыум-Key超基性岩体中的硬玉岩

俄罗斯极地乌拉尔Сыум-Key超基性岩体中的硬玉岩呈脉状在以叶蛇纹石为主的蛇纹岩中产出,硬玉岩由硬玉和绿辉石组成,根据硬玉岩的颜色、结构和构造可划分出三个世代,可能对应存在三期硬玉化过程.第一世代硬玉为主体,灰白色,粗粒结构,致密块状,硬玉分子(Jd)含量54%～88%;第二世代硬玉发育在灰白色硬玉中,呈浅绿色,细粒-隐晶结构,细脉状.囊状,硬玉分子(Jd)含量74%～86%;第三世代硬玉呈绿色-深绿色,半透明-透明,中-细粒结构,瘤状.第二、三世代硬玉达到珠宝首饰级,具有较高的商业价值.根据硬玉岩的产状和晶体具有韵律生长环带及流体包裹体发育等特征,认为硬玉岩是在高压低温环境中由富含Na、Al、Si的流体直接结晶形成的.     

苏鲁造山带胶南区段片麻岩原岩的成因:地球化学及Nd同位素证据

出露于苏鲁造山带胶南区段的片麻岩主要包括三种类型:黑云斜长片麻岩、二长花岗片麻岩和A型花岗质片麻岩,地球化学判别结果表明它们的原岩均为火成岩.不同类型片麻岩的地球化学特征各不相同,反映它们的原岩具有不同的形成与演化历史.其中黑云斜长片麻岩以负Eu异常弱,甚至出现明显的正异常(δEu=0.60～1.45)、强的Ba正异常、无明显的Sr异常为特征而明显不同于其它类型的片麻岩.其地球化学的总体特征类似于扬子克拉通北缘新元古代双峰式火山岩的酸性端元;与黑云斜长片麻岩类似,二长花岗片麻岩中轻、重稀土元素之间的分馏程度也较强(LaN/YbN=6.3～17.2),但以强的负Eu异常(δEu=0.27～0.54)、强的Sr负异常和弱的Ba负异常为特征明显不同于黑云斜长片麻岩;A型花岗片麻岩的稀土模式及蛛网图的形态类似于二长花岗片麻岩,所不同的是前者Nb、Ta负异常相对较弱.区内几种类型片麻岩的εNd(t)值差别不大,反映它们的原岩之间可能有一定的成因联系.它们的Nd同位素模式年龄TDM都集中在2.0Ga左右,表明它们的源区主要为早元古代的地壳物质,且岩性比较均一.推测二长花岗片麻岩与黑云斜长片麻岩的原岩是同源异相,而A型花岗岩是在大规模Ⅰ型花岗质岩浆形成后,由脱水的紫苏辉石质残留下地壳物质再次发生部分熔融形成的.     

柴北缘绿梁山高压基性麻粒岩的变质演化历史：岩石学及锆石SHRIMP年代学证据

高压基性麻粒岩出露在柴北缘HP/UHP变质带的绿梁山地区,它主要呈透镜体状分布在石榴蓝晶(夕线)黑云片麻岩中。岩石学和矿物学数据显示高压基性麻粒岩经历了多阶段变质历史,早期可能经历了榴辉岩相变质作用(p>15kbar),以石榴子石中保留的少量绿辉石为特征;高压麻粒岩组合(Grt-Cpx-Pl-Qtz±Amp±Rt-Ilm)为退变质作用产物,其形成的变质条件为p=9.6~13.5kbar,T=730~870℃。晚期的变质反应以围绕石榴子石和后成合晶生成斜方辉石的为特征,形成的p-T条件为6.2~8.5kbar和720~860℃。高压基性麻粒岩中的锆石SHRIMP测定共获得两组年龄,分别为(448±3)Ma和(421±5)Ma。结合锆石阴极发光和矿物包体研究,前者代表高压麻粒岩阶段的变质年龄,后者代表晚期与斜方辉石形成有关的中低压麻粒岩阶段的变质年龄。这些年龄结果显示麻粒岩相变质作用持续了大约27Ma,这可能与早古生代祁连地块与柴达木地块碰撞作用所引起的地壳加厚和后来的热松驰有关。     

柴北缘锡铁山榴辉岩的地球化学特征

柴北缘锡铁山的榴辉岩呈透镜状分布在片麻岩中，榴辉岩的SiO2为45．0％～49．83％，，Al2O3=11．31～16．52，与火成岩中的拉斑玄武质岩石类似。其稀土配分模式有3种类型：(1)轻稀土富集型，(La/Yb)N=1．74～2．81，δEu=0．86～1．07，与E-MORB类似；(2)平坦型，(La／Yb)N=0．80～1．22，δEu=0．96～1．20，与T-MORB相似；(3)轻稀土亏损型，(La／Yb)N=0．66。δEu=1．03，与N-MORB类似。微量元素中Rb、Ba、Th略富集，可能与地壳物质的混染有关。δEd(0)=2．52～10．98，δEd(800Ma)=3．05～9．20，显示大洋亏损地幔的特征。初步认为榴辉岩是洋壳俯冲的产物，与大别-苏鲁地区榴辉岩的成因明显不同。     

南苏鲁造山带根部的物质组成及变质作用

在南苏鲁地区，大陆造山带根部主要由5种不同化学成分的岩石类型组成，分别以石榴石橄榄岩、榴辉岩、片麻岩、石英岩和大理岩为代表。它们的原岩是古老的花岗质侵入岩、表壳岩和基性一超基性侵入岩，并一起经历了超高压变质作用。正变质的花岗质片麻岩是超高压变质带的主要组成部分，构成了花岗质和奥长花岗质岩石组合，不同于典型的TTG岩系。变质火山岩具有双峰式火山岩地球化学特征，很可能形成于大陆裂谷环境。除幔源石榴石橄榄岩以外，其他各种岩石都具有可变的、但均低于正常变质岩的氧同位素值，表明其原岩曾在地壳浅部发生了不同程度的水—岩交换作用，并在整个超高压变质过程中保持其米级尺度的不均匀性。新的温、压计算结果表明，石榴石橄榄岩的形成条件可能是1100—1200℃和6．5—8．0GPa，地热梯度等于或小于5℃／km，即以前认为变质作用不可能达到的“禁区”。     

柴达木北缘鱼卡-落凤坡榴辉岩-片麻岩单元的变质变形演化

鱼卡－落凤坡榴辉岩－片麻岩单元位于柴北缘HP/UHP 变质带的西段。微构造分析和岩相学观察显示,榴辉岩及相关岩石经历了3期与俯冲和折返作用有关的变质变形阶段：①前榴辉岩相阶段,变质变形组构主要以包裹体的形式保存在具有生长环带的石榴子石核部,矿物组合为Ep+Pl+Amp,并局部显示出S形或反S形分布的特征,反映与俯冲作用有关的变形组构以不对称的旋转应变为特征。②榴辉岩相变质变形阶段,以绿辉石、多硅白云母等矿物围绕石榴子石定向分布为特征,构成榴辉岩相条件下的面理和拉伸线理。缺乏明显的不对称组构,显示榴辉岩相的变形作用以共轴变形为特征。③后榴辉岩相变质变形阶段,以角闪石、斜长石等矿物的定向分布为特征,其变形组构主要存在于围绕榴辉岩透镜体分布的退变榴辉岩（角闪石化榴辉岩）和围岩中,与区域上占主导地位的片麻岩中角闪岩相的变形构造一致,与榴辉岩的折返作用有关。榴辉岩及相关岩石的变质变形演化代表了鱼卡-落凤坡榴辉岩-片麻岩单元从俯冲到折返的构造热历史。