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.     

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。     

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。     

秦岭造山带内高压榴辉岩变质带与元古宙碰撞作用

在北秦岭造山带的秦岭群中发现两个高压变质带，分别出露于秦岭群的北部和南部边界线之内侧。其中北带内以榴辉岩为主，并伴生有石榴角闪岩、含石榴斜长角闪岩、含多硅白云母及石榴石的长英质片岩；南带中由石榴单辉岩和石榴角闪岩组成。变质作用可分为三个阶段，依次为榴辉岩或石榴单辉岩阶段、石榴角闪岩阶段，斜长角闪岩阶段，前二者是元古宙时期华北和华南板块碰撞中地壳发生了强烈增厚的作用的产物，后者是晚期抬升作用下再现降     

苏北榴辉岩变质变形模式与苏胶造山带的隆升机制

苏北榴辉岩经历了５期以上变质变形作用,其中至少有两期以上为高压变质变形作用,ｐ－ｔ轨迹呈顺时针方向旋转,榴辉岩形成后,随着地体的反弹,推覆,于印支期未迅速回返到地壳,再经燕山期－喜山期区域隆升和拉伸折返,最终剥露于现代侵蚀面。苏胶造山带至少经历了晋宁期,印支期和燕山期３次以上的造陆或造山运动。     

大陆板块俯冲和折返的同位素地球动力学

大别 -苏鲁造山带是扬子大陆板块与华北大陆板块之间在三叠纪时期俯冲 -碰撞所形成的超高压变质带。对该带超高压变质岩的稳定同位素研究发现 ,不仅含柯石英榴辉岩出现局部氧同位素负异常 (δ18O =- 10‰ ) ,而且区域上存在氧同位素分布的不均一性 (δ18O =- 10‰～+10‰ )。前者要求榴辉岩原岩在变质前经历过大气降水热液蚀变 ,说明俯冲板块具有大陆地壳特点 ;后者反映扬子板块具有快速俯冲变质的特征 ,否则将达到同位素均一化。榴辉岩氧同位素负异常的保存显示 ,这些超高压变质岩与地幔之间没有发生显著的化学相互作用。因此 ,载有榴辉岩原岩的板块俯冲到 2 0 0多公里深的地幔内部时 ,超高压岩石形成后在地幔中的滞留时间很短(<10Ma) ,致使它们与地幔之间的氧同位素交换没有达到再平衡。榴辉岩中不同矿物对氧同位素测温不仅给出了相互一致的结果 (6 5 0～ 75 0℃ ) ,而且这些温度与阳离子交换温度计的结果 (6 0 0～80 0℃ )相一致。因此 ,在榴辉岩相变质温度下共生矿物之间的氧同位素平衡已被“冻结” ,岩石冷却过程中的氧同位素交换再平衡没有发生 ,从而证明超高压榴辉岩在变质作用后经历了快速降压/冷却过程 ,对应于板块的快速抬升。这些结果首次从地球化学角度证明了大陆板块俯冲—超高压变质—折     

大陆俯冲过程中的流体

含水矿物矿物稳定性的实验研究和超高压岩石的同位素地球化学研究表明 ,大陆地壳在俯冲过程中 ,随着变质程度的升高和部分含水矿物的相继分解 ,会有流体释放出来。当俯冲深度接近5 0km ,俯冲陆壳岩石中大量低级变质含水矿物 (如绿泥石、绿帘石、阳起石 )会脱水并从俯冲陆壳逸出形成流体流。这一流体流可溶解带走俯冲陆壳内已从云母类矿物逸出的放射成因Ar及部分U、Pb ,并导致w(U) /w(Pb)升高。这一阶段逸出的流体有可能交代、水化仰冲壳楔 ,为其发生部分熔融形成同碰撞花岗岩或加速山根下地壳的榴辉岩化创造条件。在俯冲深度为 5 0～ 10 0km ,变镁铁质岩石中的角闪石相继分解并释放出H2 O。由于变镁铁质岩石在陆壳中所占比例较少 ,因此 ,这一阶段释放的水不能形成大规模的流体流 ,因而不能使体系内的过剩Ar大量散失 ,但足以形成局部循环 ,加速变镁铁质岩石及其互层或邻近围岩的榴辉岩化变质反应。在俯冲深度 >10 0km的超高压变质阶段 ,仅有少量的含水矿物分解 ,而多硅白云母仍保持稳定。这时俯冲陆壳内只可能有少量粒间水存在 ,从而导致俯冲陆壳与周围软流圈地幔不能发生充分的相互作用。     

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     

苏鲁造山带池庄超高压榴辉岩中变质脉:大陆俯冲带超临界流体活动的证据

高压-超高压变质岩中的变质脉能够反映俯冲带变质流体的组成和演化。为了探究大陆俯冲带超临界流体活动及伴随的元素迁移,本文系统地研究了苏鲁造山带南部江苏东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素(HREE);黝帘石强烈富集轻稀土元素(LREE)。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致(石英的δ18O分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰),说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65℃和3.6±0.3GPa,脉体中锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。     

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.      

扬子板块俯冲的构造加积楔

在总结大洋板块俯冲形成加积楔的基础上，对大别－苏鲁造山带内部及北缘浅变质岩进行了系统的研究，指出它们是扬子大陆板块俯冲的构造加积楔，这些浅变质岩既有产出在造山带北缘，也有少量出露在超高压变质带的内部，它们均形成于前印支期扬子板块北缘，主体为低绿片岩相变质的复理石相沉积岩和少量侵入岩，并遭受了与造山带超高 为质岩相同的加里东－印支期构造热事件的改造，具有板块俯冲过程中被刮削下来的构造残睛－加积楔的形成机制和特征。垂向剖面上，这些浅变质岩原岩主要由表层浅海复理石相沉积岩系和下伏陆壳基底岩石（花岗质侵入体－变质中基性杂-岩大理岩组合）两部分组成，而超高压变质岩原岩主要为扬子板块北缘的俯冲击壳基底岩石，将构造加积楔形成理论纳入到印支期扬了变质岩及构造加积楔形成过程的时空耦合关系，确定子扬子板块俯冲加积楔不同构造部位浅变质岩的构造组合特点，探讨了扬子板块俯冲过程中构造加积楔形成的动力学过程。     

The Lanshantou Kyanite-bearing Eclogite with Coesite Inclusions in the Sulu Ultrahigh-Pressure Metamorphic Belt and Its PTt Path

Coesite inclusions are found in kyanite from the Lanshantou eclogite in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt. This discovery extends the stable region of kyanite to over 2.4 GPa. As an important UHP metamorphic belt in China, the Sulu eclogite belt is the product of A-subduction induced by strong compression of the Yellow Sea terrane to the Jiaodong-northereastern Jiangsu terrane during the interaction of the Eurasian plate and Palaeo-Pacific plate in the Indosinian. It stretches about 350 km and contains over 1000 eclogite bodies. Most eclogites in this belt belong to Groups B and C in the classification of Coleman et al., and commonly contain kyanite, while the Lanshantou eclogite belongs to Group A and contains coesite. The MgO, CaO and FeO contents in garnet and pyroxene show regular variation from the core to the rim, which reveals the PTt paths of progressive metamorphism during the Early Mesozoic (240-200 Ma) and retrogressive metamorphism during the Late Mesozoic and Cenozoic exhum     

Geochemical and Boron Isotopic Evidence that Tourmaline Records Country Rock Assimilation of Leucogranites in the Himalayan Orogen

Tourmaline geochemical and boron(B)isotopic compositions in two-mica granites(TMG),tourmaline-bearing leucogranites(Tou-LG),tourmalites and metapelites from the Gyirong-Malashan areas of the Himalayan orogen provide evidence for country rock assimilation during the intrusion of Himalayan leucogranite.The schorls in Gyirong leucogranitic plutons show low contents of MgO(0.238%-1.160%)and δ¹¹B values(-12.1‰--11.2‰),while dravites gathered in the contact zone between the leucogranitic veins and metapelites show high contents of MgO(4.815%-6.755%)and δ¹¹B values(-10.7‰--9.3‰).This geochemical and isotopic variation of tourmalines can also be identified in the Malashan gneiss dome.As a result,three types of tourmaline were identified in the Himalayan orogen:(1)Tou-Ⅰ in the TMG and Tou-LG,which is the most common tourmaline type of schorl;(2)Tou-Ⅱ(dravite and high-Mg schorl)in the Tou-LG and tourmalite at the margins of the leucogranite;and(3)Tou-Ⅲ(mainly dravite,with minor high-Mg schorl)in metapelites of the High Himalayan Crystalline Sequence.The lenses and veins of Tou-LG may have experienced metasomatism and assimilation as a result of interaction with the High Himalayan Crystalline Sequence metasedimentary country rocks,which can be traced by the geochemical and isotopic characteristics of the tourmaline therein.     

Low temperature eclogite facies rocks discovered in the Eastern Himalayan Syntaxis: Poly-cyclic metamorphic evolution and implications

We report the first occurrence of poly-cyclic high-pressure low-temperature (HP-LT) rocks from the easternmost Indus-Yarlung suture zone, formed during subduction of Neo-Tethyan oceanic lithosphere. Petrology, mineral composition and P–T pseudosection modelling reveal two low-temperature eclogite facies metamorphic events with an initial high-pressure P–T condition of 16.4–18.7 kbar and 510–520°C, exhumation to 10.5–12.0 kbar and 580–590°C and a subsequent second high-pressure P–T condition of ~16 kbar and ~560°C and exhumation to ≤9 kbar and ≤600°C. This history implies a complex ‘yo-yo type’ P–T path. In situ monazite dating and textural relationships show that late-stage exhumation, cooling and garnet breakdown occurred at c. ~25–22 Ma. We interpret the first burial event to represent subduction of the Neo-Tethys Ocean at the eastern Indus-Yarlung suture zone. Initial exhumation, reburial and final exhumation represent material transport in a large-scale convective circulation system in the subduction channel. Convective overturn in the subduction channel evidently serves both as a mechanism to produce poly-cyclic metamorphism and to exhume LT eclogite facies rocks.     

大别-苏鲁造山带榴辉岩及其中磷灰石的碳同位素地球化学

应用EA MS连线技术 ,对大别山东部和苏鲁地体南部超高压变质榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳的含量和同位素分析。结果得到 ,榴辉岩全岩的δ1 3 C值变化较大 (- 30 .7‰～ +2 .5‰ ) ,而所含磷灰石中结构碳酸根的δ1 3 C值变化较小并显著亏损1 3 C(- 2 8.1‰～ - 2 0 .8‰ )。部分榴辉岩具有高的全岩δ1 3 C值 ,指示其形成后受到过含CO2 流体的退化蚀变。低的磷灰石δ1 3 C值指示 ,榴辉岩中含有地表有机碳 ,因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表 ,在超高压变质阶段存在以亏损1 3 C为特征的含CO2 流体。     

北秦岭榴辉岩及相关岩石年代学的进一步确定及其对板片俯冲属性的约束

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA ICP MS原位分析方法,对北秦岭官坡超高压榴辉岩和伴生的石榴石角闪岩(榴闪岩)进行了详细的锆石微区微量元素和U Th Pb同位素分析,在榴辉岩样品中得到变质年龄为(502±11)Ma,原岩结晶年龄>(657±18)Ma;在榴闪岩样品中得到原岩结晶年龄为(791±6)Ma,变质年龄为487~503 Ma,角闪岩相退变质年龄为(366±4)Ma。岩石地球化学研究显示,北秦岭官坡地区的榴闪岩具有低Si(SiO2质量分数为4916%~5078%),高Ti(TiO2质量分数为228%~283%)、富集LREE、LILE和大部分的HFSE元素,不显Nb、Ta负异常的板内玄武岩特征,与北秦岭超高压榴辉岩地球化学特征一致。结合两者的野外产状、岩相学特征、锆石形貌和年代学研究结果,表明本文研究的官坡地区的榴闪岩是超高压榴辉岩在抬升过程中在角闪岩相条件下退变质的产物。综合两者的年代学研究结果,得到北秦岭地区超高压榴辉岩的变质年龄为(502±11)Ma,原岩结晶年龄为(791±6)Ma,角闪岩相退变质年龄为(366±4)Ma。研究得到的(502±11)Ma的榴辉岩相变质年龄与前人得到的该榴辉岩围岩超高压泥质片麻岩的变质年龄(507±38)Ma以及北秦岭松树沟地区的超高压长英质片麻岩的变质年龄485~514 Ma一致,表明它们经历了同期超高压变质作用。而且,榴辉岩(502±11)Ma的变质年龄与其原岩的结晶年龄(791±6)Ma存在近300 Ma的时间间隔,表明原岩具有板内玄武岩性质的北秦岭官坡超高压榴辉岩不可能是秦岭古生代大洋板块深俯冲的产物,而可能是已构造就位的古洋壳或裂谷火山岩在古生代随陆壳一起发生大陆深俯冲作用的产物。     

大别山造山带前陆深地震反射剖面

在大别山南部和扬子地块前陆实施的深地震反射剖面(140 km)揭示出大别山造山带前陆地壳的精细结构。总体北倾的地壳内部结构与向北缓倾的叠瓦状莫霍面反射揭示出扬子陆块向北俯冲的行迹。莫霍面向北插入大别山造山带下与南大别山地壳内南倾反射震相叠置,构成交叉反射图像,刻画出扬子前陆与大别山造山带的碰撞构造面貌。     

Two Contrasting Eclogite Types on the Northern Margin of the Qaidam Basin, Western China

Eclogites have been recently discovered in the Xitieshan area in the middle segment of the northern margin of the Qaidam basin. These eclogites, together with those recognized earlier in the Yuka area of the western segment of the northern margin of the Qaidam basin and in the Dulan area of the eastern segment of the northern margin of the Qaidam basin, form an eclogite belt with a length of 350 km. A comparison of the eclogites from the Yuka and Xitieshan areas suggests that they show different country rocks, microtextures, mineral assemblages, and especially, different peak temperatures, PT paths during decompression and isotopic features. Eclogites from the Yuka area bear evidence of prograde metamorphism, such as prograde mineral relics in garnet and growth zoning of garnet, and hairpin-shaped PT paths with coincidence of the baric and thermal peaks of metamorphism, which reflect rapid burial and uplift. Sm-Nd isotopic determination shows obvious Sm-Nd disequilibrium, and no isochron ages of Early P     

东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群中的石榴辉石岩——印度大陆向欧亚板块之下俯冲至80～100km深度的证据

在东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群中,石榴辉石岩呈透镜状产于麻粒岩相变质的长英质片麻岩和泥质片岩之中。石榴辉石岩主要由富铁铝榴石的石榴子石和透辉石组成,含少量的金红石、榍石和石英,不含斜长石和角闪石,是榴辉岩相高压变质作用的产物,其原岩相当于基性—超基性层状侵入体中的辉长岩。在高压岩石快速抬升的过程中叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用。石榴辉石岩峰期变质作用的温度和压力条件是800～900°C和2.6～2.8GPa,变质时代可能为50Ma。本研究成果,以及超高压变质岩在西喜马拉雅构造结和榴辉岩在珠穆朗玛峰地区的存在,表明整个喜马拉雅造山带,从西构造结到东构造结,都经历了古近纪的高压、超高压变质作用,证明印度板块向欧亚板块之下的俯冲深度至少达到了80～100km。