北祁连中段高压/低温混杂带——岩石学、地球化学和年代学证据

详细的野外研究结果表明,北祁连中段清水沟-香子沟高压低温变质带中出露的变质岩主要有榴辉岩、蓝片岩、多硅白云母石英片岩、变硅质岩、大理岩和蛇纹岩。地球化学测试结果表明,榴辉岩原岩为大洋中脊玄武岩和洋岛拉斑玄武岩;蓝片岩有两种类型,第1种蓝片岩原岩为基性-中基性火山岩,第2种蓝片岩原岩主要形成环境为大洋岛弧和/或大陆岛弧的沉积岩;多硅白云母石英片岩的原岩主要形成于大陆边缘环境;变硅质岩的原岩为形成于远离大陆边缘的沉积环境中的热水成因硅质岩;大理岩原岩为灰岩。榴辉岩锆石SHRIMP定年结果显示其原岩年龄为500±4 Ma,第1种蓝片岩原岩年龄为529±5 Ma。锆石Lu-Hf同位素表明,榴辉岩原岩明显受到了古老地壳的影响,基性蓝片岩的原岩源区为亏损地幔,后期没有或者极微弱地受到地壳物质的影响。结合已有研究资料,认为北祁连高压/低温变质带中变质岩的原岩类型具有明显的多样性特征,且原岩时代具有多期性特征。上述研究结果表明,古祁连洋在早古生代向北俯冲过程中,携带了不同性质和时代的岩石进入俯冲带深部,形成高压/低温变质条件下的混杂带,代表了早古生代与洋壳俯冲有关的俯冲隧道。     

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆- 陆碰撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5Pa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山——沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析,探讨非规     

桐柏—大别山高压超高压变质带

桐柏—大别山高压超高压变质带自南向北可划分为３个带：绿帘－蓝片岩相变质带，高压榴辉岩相变质和超高压榴辉岩相变质带，超高压变质带形成于加里东期洋壳俯冲作用过程中，而前两个高压变质带则是印支期陆－陆俯冲－碰撞作用的产物。     

大陆造山运动：从大洋俯冲到大陆俯冲、碰撞、折返的时限——以北祁连山、柴北缘为例

北祁连山和柴北缘是典型的早古生代大陆造山带,分别发育有北祁连山大洋型俯冲缝合带和柴北缘大陆型俯冲碰撞带.作为早古生代大洋冷俯冲的典型代表,北祁连山经历了从新元古代-寒武纪大洋扩张、奥陶纪俯冲和闭合及早泥盆世隆升造山的过程.高压变质岩变质年龄为490～440Ma,证明古祁连洋经历了至少50m．y．的俯冲过程.柴北缘超高压变质带是大陆深俯冲的结果,岩石学、地球化学和同位素年代学表明,柴北缘超高压变质带中榴辉岩的原岩分别来自洋壳和陆壳两种环境.高压/超高压变质的蛇绿岩原岩的年龄为517±11Ma,与祁连山蛇绿岩年龄一致.榴辉岩早期的变质年龄为443～473Ma,与祁连山高压变质年龄一致,代表大洋地壳俯冲的时代,而柯石英片麻岩和石榴橄榄岩所限定的超高压变质时代为420～426Ma,代表大陆俯冲的年龄.从大洋俯冲结束到大陆俯冲最大深度的转换时间最少需要20m．y．.自420Ma起,俯冲的大洋岩石圈与跟随俯冲的大陆岩石圈断离,大陆地壳开始折返,发生隆升和造山.北祁连山和柴北缘两个不同类型的高压-超高压变质带反映了早古生代从大洋俯冲到大陆俯冲、隆升折返的造山过程.     

西南天山高压-超高压变质岩的原岩判别

西天山高压-超高压变质带沿中天山南缘缝合带近东西向展布约200 km,南北最宽达30 km,构成一增生楔[1,2]。在对该高压-超高压变质带进行研究,不断发现新的榴辉岩体和蓝片岩体[3]。超高压变质岩原岩的构造环境判别,对于经历深俯冲折返的变质岩具有重要限制意义。通过对西南天山榴辉岩、蓝片岩样品进行岩石学、主微量元素检测和构造投图分析。研究表明榴辉岩和蓝片岩有着不同的原岩性质:榴辉岩原岩为E-MORB和N-MORB两类,而蓝片岩原岩介于E-MORB与OIB。西南天山的高压-超高压岩石形成于近岛弧的海洋环境中。     

柴达木盆地北缘新元古代-早古生代大洋的形成、发展和消亡

柴达木盆地北缘构造带是一条典型的早古生代造山带,是由陆壳深俯冲形成的高压/超高压变质带,产于其中的高压/超高压变质岩石原岩形成时代普遍大于750Ma,原岩的性质为陆壳属性,但柴北缘东段都兰沙柳河地区出露的含柯石英榴辉岩原岩的形成时代为516Ma,原岩的性质为洋壳属性,证实柴北缘局部地段还存在洋壳深俯冲,柴北缘地区可能记录了从大洋俯冲到大陆俯冲再到碰撞造山这一完整的演化历史。本文主要从岩石学、年代学、地球化学以及同位素地球化学等方面对柴北缘地区陆壳深俯冲前新元古代-早古生代大洋发展与演化的岩石记录进行了系统总结,认为柴北缘地区在700~850Ma时受Rodinia超大陆裂解事件的影响发生了裂解;535~700Ma时在裂解事件的基础上形成了一个新元古代-早古生代的大洋,沿柴北缘连续分布的岩石记录表明该洋盆可能在早古生代已具有一定的规模;460~535Ma时该洋壳发生了俯冲消减作用;450~460Ma期间洋盆闭合消失。这一认识对全面深入了解柴北缘高压/超高压变质带早古生代构造演化历史具有重要意义。     

大别超高压变质过程中部分熔融作用的地球化学约束

报道了大别超高压变质带西部麻城四道河榴辉岩-围岩剖面系统的元素和同位素地球化学研究成果, 对超高压变质榴辉岩在俯冲和折返过程中的部分熔融作用进行了探讨. 研究表明, 榴辉岩原岩性质类似于N-MORB, 其长英质围岩可分为TTG片麻岩和含石榴石花岗岩; 两类长英质围岩Sm -Nd同位素特征与其寄主的榴辉岩相似; REE特征、w (Nb)/w (Ta) 比值、Nd同位素组成及锆石U -Pb定年等地球化学证据支持了TTG片麻岩为大别地区陆壳俯冲过程中发生部分熔融作用而形成, 其与超高压榴辉岩的关系属特殊的异地关系; 含榴花岗岩为超高压榴辉岩折返过程中的部分熔融作用形成, 但因其形成环境为石榴石稳定场的深度, 故含榴花岗岩与超高压榴辉岩被视为近似原地的构造关系.      

北祁连俯冲-增生杂岩带中低温榴辉岩的地球化学特征

北祁连俯冲-增生杂岩带中的低温榴辉岩以透镜体形式产于蓝片岩和多硅白云母片岩中。根据稀土元素、微量元素及Sr-Nd同位素分析研究,可将本区低温榴辉岩分为两类:Ⅰ类榴辉岩以轻重稀土分异不明显和具有Eu正异常为特征;Ⅱ类榴辉岩的轻稀土富集,有轻微的Eu负异常。Sm-Nd同位素研究显示,I类榴辉岩样品的εNd(t)值为2.5~6.9,平均值为4.5;Ⅱ类榴辉岩εNd(t)=-3.3~1.4。这些研究成果表明,Ⅰ类榴辉岩的原岩来源于长期亏损的地幔源区,可能形成于大洋环境;而Ⅱ类榴辉岩的原岩在形成过程中很明显混入了陆壳物质,据此推断其原岩形成于大陆边缘或洋陆过渡环境。     

中国蓝片岩带的分布及其构造意义

在前人研究的基础上, 根据变质时代及产地将中国蓝片岩带划分为20个带, 选取不同时代典型蓝片岩带论述其特征(分布区域、大体规模、原岩特征、形成时代及矿物组合), 并对其地质成因进行分析。中国蓝片岩带生成方式复杂, 但均与俯冲消减作用有关, 且大多属B型俯冲消减; 部分地段叠加了A型俯冲的高压—超高压变质带(如阿尔金带、大别-苏北带、南迦巴瓦-密支那带等)。中国蓝片岩带在时代上可以分为元古代(晋宁期)、古生代(加里东—海西期)、中生代(印支—燕山期)和新生代(喜马拉雅期)4个时期, 每个时期蓝片岩带的形成大多与中国地体增生过程中洋盆的消减俯冲有关, 并在特定地段经历后期的陆内俯冲(高压—超高压俯冲)叠加影响。      

苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用:大陆板块汇聚边界的成矿作用

榴辉岩型钛矿床是重要的钛矿床类型之一。苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用以金红石型钛矿床为主,其中金红石以变质矿物中的包裹体、晶间颗粒或脉状形式出现。富钛石榴子石是金红石包裹体出溶的初始矿物。岩石地球化学研究表明,有利于金红石成矿的榴辉岩为高钛榴辉岩,其源岩为富钛基性岩。利用红外显微镜对金红石进行的流体包裹体研究表明,金红石中主要存在三类流体包裹体,即型H2O溶液包裹体、型CO2-H2O包裹体和型CH4包裹体,其中I型原生和假次生流体包裹体和型流体包裹体反映出的压力范围为0.6~1.3GPa,与榴辉岩角闪岩相退变质作用的压力相当,说明与这类金红石形成有关的变质流体源于榴辉岩退变质作用所释放的水。苏鲁地区超高压榴辉岩是华南—华北板块碰撞的结果,巨量陆壳物质俯冲—折返形成了多样式的高压—超高压岩石,与此同时也发生了以金红石为主要矿石矿物的钛成矿作用。综合矿物学、岩石学、地球化学等研究,我们提出大陆板块汇聚边界的钛成矿作用应该经历了原岩的初始富集、陆壳物质俯冲过程中钛的成矿作用、俯冲板块折返过程中钛的成矿作用和流体阶段的金红石成矿作用四个主要成矿阶段。     

柴北缘野马滩超高压榴辉岩中副片麻岩夹层的锆石U-Pb定年及其地质意义

榴辉岩与围岩的变质程度和变质年龄研究是超高压竞质地体形成机制研究的关键.已有研究表明,柴北缘野马滩榴辉岩和围岩副片麻岩共同经历了超高压变质作用,榴辉岩的变质年龄为458±7Ma,但有关副片麻岩的变质时代存在争议,从而制约了本区超高压变质地体形成机制的讨论.本文选择新发现的野马滩超高压榴辉岩中的副片麻岩夹层进行详细的年代学和地球化学研究.锆石的阴极发光图象显示所选锆石具有清晰的核.边结构,为典型的变质碎屑锆石特征.LA-ICP-MS定年方法获得锆石核部原岩形成年龄为大于1000Ma,边部变质事件年龄为458±6Ma.该年龄与紧邻的超高压榴辉岩的变质年龄一致,指示二者形成于同一地质事件.岩石地球化学研究表明,片麻岩的原岩为形成于陆缘环境的含泥硅质岩.综合榴辉岩与片麻岩原岩形成构造背景、变质程度及产状关系,提出野马滩榴辉岩与围岩属"原地"关系,可能形成于陆壳的深俯冲作用.     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约:(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式:陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

柴北缘超高压变质带：从大洋到大陆的深俯冲过程

    柴北缘超高压变质带同我国大别- 苏鲁造山带类似,同属典型的大陆型俯冲碰撞带。柯石英在榴辉岩和片麻岩中均 有发现,且石榴橄榄岩锆石中含有金刚石。本文从岩石学、温压计算、地球化学和年代学四个方面,对此带中的鱼卡、绿 梁山、锡铁山和都兰4 个榴辉岩和石榴橄榄岩出露地区近些年的研究进展进行了系统详细的综述。与典型的大陆型俯冲碰 撞带不同,柴北缘超高压变质带保存了早期陆壳俯冲前发生的洋壳深俯冲的证据。因此,结合现有数据,本文对柴北缘超 高压变质带从大洋俯冲到大陆俯冲碰撞的构造演化模式进行了探讨。     

柴达木北缘超高压变质带中的岛弧火山岩

青藏高原北部柴北缘发育一套与超高压变质带并行的早古生代岛弧火山岩带,岛弧火山岩以玄武岩类为主,包括一些中酸性岩类,岩石以普遍遭受绿片岩相蚀变为特征,区别于该地区普遍遭受角闪岩相区域变质的元古代的基性火山岩。该早古生代的岛孤火山岩显示三组地球化学特征:①VTG-Ⅰ,岛弧拉斑玄武岩(IAT);②VTG-Ⅱ,高Al次钙碱性-碱性过渡型玄武岩;③VTG-Ⅲ,较N-MORB更亏损的拉斑玄武岩(异常MORB)。研究认为前两组火山岩是成熟岛弧两个发育阶段的特征性产物:洋壳俯冲到陆壳的初用,由俯冲洋壳和地幔楔的部分熔融形成岛弧拉斑玄武岩(IAT),随着俯冲板块的速度加快和岛弧周围地壳的加厚,则形成钙碱性玄武岩(CA)、高Al玄武岩。第三组火山岩形成于弧间盆地,由亏损的地幔楔高度部分熔融形成比N-MORB亏损的的火山岩(异常MORB)。岛弧火山岩的锆石LA-ICP-MS法U-Pb年龄为514.2±8.5 Ma,说明柴北缘在早古生代发生过洋壳向陆壳的俯冲作用。鉴于该地区代表陆-陆俯冲作用的柴北缘超高压变质岩石也是形成于早古生代(494Ma),认为陆-陆俯冲作用发生在洋-陆俯冲作用之后,二者时间和空间相伴随。     

新疆西南天山超高压变质带的形成与演化

本文系统地总结了近年来有关新疆西南天山超高压变质带在野外地质产状、岩石学、矿物学、地球化学和年代学等方面研究取得的进展。根据野外地质产状特征,西南天山出露的榴辉岩可以分为三类:即在蓝片岩中呈透镜体的块状榴辉岩、保存有玄武岩岩枕的枕状榴辉岩和夹杂在大理岩中的条带状榴辉岩。详细的岩石学研究表明它们都经历过超高压变质作用,其变质作用演化经历了3个阶段:峰期榴辉岩阶段(560～600℃,4.95～5.07GPa)、主期榴辉岩阶段(598～496℃,25.72～26.66±1kbar)和退变绿帘石蓝片岩相阶段。地球化学研究显示其原岩相当于源于富集地幔的(ε_(Nd)-1.4～-0.4)具有 OIB 特点的变碱性玄武岩、源于亏损地幔的(ε_(Nd)= 6.7～ 7.4)具有 NMORB 特点的洋中脊玄武岩和源于较富集地幔的(ε_(Nd)=-2.5～ 3.2)具有 EMORB 特点的洋中脊玄武岩,它们形成于海山环境下的洋壳。榴辉岩中锆石 SHRIMP定年结果表明榴辉岩的原岩形成于石炭纪(>310Ma)之前,洋壳开始俯冲发生在二叠纪末(280～290Ma),高压一超高压变质发生在三叠纪(220～230Ma)。结合在其北侧低压麻粒岩带的发现,提出了新疆西南天山超高压变质带双变质带构造演化模式。     

从洋壳俯冲到陆壳俯冲和碰撞：来自羌塘中西部地区榴辉岩和蓝片岩地球化学的证据

羌塘中部晚三叠世低温/高压变质带是目前青藏高原内部延伸规模最大的高压变质带,但大量关键高压变质岩石出露地区地球化学资料匮乏,严重制约了对高压变质带原岩建造以及构造演化的全面认识。本文以羌塘中西部地区尚无地球化学资料的果干加年山榴辉岩和红脊山蓝片岩为研究对象,进行了系统的地球化学以及原岩恢复工作。研究表明,果干加年山榴辉岩呈透镜状产于围岩石榴石多硅白云母片岩和少量大理岩中,其原岩为亚碱性玄武岩,具有较低的稀土总量(∑REE=51.19×10-6~59.43×10-6)和轻稀土亏损的特征[(La/Yb)N=0.59~0.70],不具有Nb、Ta、Ti的亏损,与典型的N-MORB特征一致,暗示其原岩可能来源于亏损的地幔源区,形成于洋中脊环境。红脊山地区基性蓝片岩的原岩为碱性玄武岩-亚碱性玄武岩,具有高的TiO2(2.97%~4.14%)和P2O5(0.29%~0.48%)含量,富集轻稀土元素[(La/Yb)N=6.10~11.6]和高场强元素,地球化学特征类似于OIB。但是这些基性蓝片岩与大量的陆源碎屑岩伴生产出,且具有明显的硅铝质上地壳物质混染的特征,与南羌塘地区二叠纪大陆板内基性岩墙的产出特征以及地壳混染特征一致,可能是其俯冲消减的产物。通过本文研究结果并结合区域内已识别出的E-MORB型洋壳和洋岛/海山物质深俯冲的证据,我们认为羌塘中部晚三叠世高压变质带以洋壳物质深俯冲为主,同时亦保留了部分陆壳物质俯冲的证据,暗示大洋向北俯冲消减结束之后,又牵引至少一部分南羌塘北缘陆壳物质经历了随后的俯冲过程。     

青岛榴辉岩及胶南群片麻岩的锆石U-Pb 年龄——胶南群中晋宁期岩浆事件的证据

研究表明，苏鲁地体是扬子与华北陆-陆碰撞造山带的一部分（东段）。其主要变质岩系——胶南群，是扬子陆块北缘俯冲陆壳的基底。在已有的文献中，人们均将胶南群划为早、中元古代地体。组成胶南群的主要岩石是长英质片麻岩，在其中间包含有少量斜长角闪岩、大理岩、超镁铁岩和榴辉岩。大量的Sm-Nd 及 40Ar/39Ar 同位素定年已证明了，胶南群在三叠纪时，经历了与华北和扬子陆块碰撞有关的高压或超高压变质作用，原岩的时代缺乏可靠的年龄测定，被认为是早、中元古代岩石。然而最近我们对青岛附近仰口的退变质榴辉岩及胶南群片麻岩的     

西南天山超高压变质带中志留纪岛弧火山岩岩片及其构造意义

西南天山造山带位于伊犁-中天山板块和塔里木板块之间,普遍被认为是古南天山洋闭合,塔里木板块和伊犁-中天山板块碰撞造山的产物.在西南天山含榴辉岩高压-超高压变质带中,我们在哈布腾苏和科普尔特2个地区识别出这一套基性-酸性火山岩.在哈布腾苏剖面,该套火山岩以酸性岩为主,在野外作为构造岩片与高压-超高压榴辉岩与蓝片岩相间产出...     

桐柏高压变质地体:对桐柏-大别-苏鲁高压/超高压变质带构造框架和俯冲/折返机制的制约

桐柏造山带位于秦岭造山带和大别-苏鲁造山带之间,是揭示秦岭-桐柏-大别-苏鲁巨型造山带中各地质体之间构造关系及地质演化差异的关键地区。桐柏高压变质地体主要由两个高压岩片(I和II)及其北侧的构造混杂岩带和南侧的蓝片岩-绿片岩带构成。高压岩片I以北、南两条榴辉岩带为代表,构成桐柏山背形构造的两翼,其峰期变质条件分别为530~610℃、1.7~2.0GPa和460~560℃、1.3~1.9GPa。高压岩片II以桐柏杂岩中的变质岩包体为代表,其峰期变质条件推测在<700℃、>1.2GPa的榴辉岩相范围内,而退变质条件为660~700℃、0.80~1.03GPa。U-Pb、Lu-Hf、Rb-Sr和Ar-Ar同位素年代学研究表明,高压岩片I的峰期变质时代为255Ma,冷却至白云母封闭温度的时代为238Ma;而高压岩片II的主期变质作用发生在232~220Ma,作为桐柏杂岩主体的片麻状花岗岩则侵位于140Ma。这说明,高压岩片I和II分属于两个时代不同的俯冲/折返岩片,当高压岩片II被俯冲到地壳深处并经受高压变质时,其上覆的高压岩片I已经折返到中上地壳的水平。这一结果验证了在西大别、东大别和苏鲁地区提出的高压/超高压岩石的穿时(或差异)俯冲/折返模型,同时说明华南大陆地壳最早的俯冲发生在晚二叠世,这也代表华北与华南陆块之间从洋壳俯冲转化为陆壳俯冲的时间。基于桐柏杂岩与北大别杂岩的可比性,认为桐柏高压变质地体相对低温低压的变质环境以及超高压岩石的缺乏缘于华南陆块的俯冲深度向西逐渐变浅,而早白垩世的构造挤出造成了桐柏-大别高压/超高压变质带东宽西窄的构造格局。     

大陆碰撞造山带的两类橄榄岩——以柴北缘超高压变质带为例

论述了大陆俯冲碰撞带中地幔橄榄岩的基本特征和成岩类型,并重点讨论柴北缘超高压变质带中不同性质的橄榄岩及其成因。根据岩石学特征,我们确定柴北缘超高压带中发育有两种类型的橄榄岩:(1)石榴橄榄岩,岩石类型包括石榴二辉橄榄岩、石榴方辉橄榄岩、纯橄岩和石榴辉石岩,是大陆型俯冲带的标志性岩石。金刚石包裹体、石榴石和橄榄石的出溶结构、温压计算等均反映其来源深度大于200km。地球化学特征表明该橄榄岩的原岩是岛弧环境下高镁岩浆在地幔环境下堆晶的产物。(2)大洋蛇绿岩型地幔橄榄岩,与变质的堆晶杂岩(包括石榴辉石岩、蓝晶石榴辉岩)和具有大洋玄武岩特征的榴辉岩构成典型的蛇绿岩剖面,代表大洋岩石圈残片。这两类橄榄岩的确定对了解柴北缘超高压变质带的性质和构造演化过程有重要意义。