喜马拉雅造山带东构造结变形—变质作用和深熔作用的研究进展与问题

大陆碰撞造山带的造山过程是通过“变形—变质—深熔”自组织系统的高度耦合和时空上演化来实现的。因此,对经过强烈抬升的造山带核部的变形—变质—深熔作用的“三位一体”研究,为认识碰撞造山带的动力学背景具有重要的科学意义。笔者系统总结了大陆碰撞造山带内的变形和变质作用与深熔作用的研究进展,梳理了喜马拉雅东构造结在变形—变质作用和深熔作用方面的研究现状和存在问题,讨论并展望了未来的研究方向。     

喜马拉雅造山带东构造结变形—变质作用和深熔作用的研究进展与问题

大陆碰撞造山带的造山过程是通过“变形—变质—深熔”自组织系统的高度耦合和时空上演化来实现的。因此,对经过强烈抬升的造山带核部的变形—变质—深熔作用的“三位一体”研究,为认识碰撞造山带的动力学背景具有重要的科学意义。笔者系统总结了大陆碰撞造山带内的变形和变质作用与深熔作用的研究进展,梳理了喜马拉雅东构造结在变形—变质作用和深熔作用方面的研究现状和存在问题,讨论并展望了未来的研究方向。     

喜马拉雅造山带纳木那尼穹隆古元古代岩石单元深熔作用

纳木那尼穹窿位于特提斯喜马拉雅带西段,属变质杂岩体,由黑云母片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩、混合岩、变杂砂岩、角闪岩、大理岩及后期侵位的电气石花岗岩和二云母花岗岩组成。本次研究对穹隆核部出露的混合岩、花岗片麻岩、电气石花岗岩及边缘出露的二云母花岗岩和黑云母片麻岩进行了岩相学、锆石U-Pb定年及地球化学研究,结果表明:(1)混合岩(T0768-4A-4C)锆石~(206)Pb/~(238)U谐和图上交点年龄为1873±28Ma,~(207)Pb/~(206)Pb加权平均年龄为1877±21Ma。混合岩Sr同位素比值(1.25018~1.44452)和ε_(Nd)(t)值(-28.8~-28.5)指示其具其有低喜马拉雅岩石单元的地球化学属性;(2)花岗片麻岩锆石核部~(206)Pb/~(238)U谐和图上交点年龄为1878±9Ma,下交点年龄为10.9±0.5Ma。个别震荡环带边记录有13.1±0.3Ma的年龄数据,表明古元古代花岗片麻岩可能经历了~10Ma左右的熔融事件;(3)侵位于古元古代混合岩和花岗片麻岩之中的电气石花岗岩(T0768-LG)具有与深熔事件相一致的年龄,其~(206)Pb/~(238)U谐和年龄为9.0±0.2Ma;(4)穹隆核部电气石花岗岩ε_(Nd)(t)值集中在(-18.9~-16.1),显著低于穹隆边缘的二云母花岗岩(ε_(Nd)(t)=-14.4~-10.3),指示电气石花岗岩部分熔融源区有更多成熟地壳物质的加入;(5)个别电气石花岗岩ε_(Nd)(t)值为-12.6,可能是岩浆上升过程中受到变泥质岩的混染所致。本次在纳木那尼穹隆的研究结果支持19~13Ma左右喜马拉雅造山带发生构造转换的模型(Zhang et al.,2012),并表明这种构造转化可能进一步引发了淡色花岗岩部分熔融源区的变化。南北伸展阶段为深度相对较浅的高喜马拉雅变泥质岩和杂砂岩等发生部分熔融,形成穹隆边缘的二云母花岗岩(~16Ma);进入东西向伸展阶段后,深熔作用导致深部主中央逆冲断层(MCT)附近的古元古代岩石单元和变泥质岩混合源区发生部分熔融,岩浆沿着南北向断裂带上升,形成电气石花岗岩体(~9Ma)。     

喜马拉雅碰撞造山带不同类型部分熔融作用的时限及其构造动力学意义

喜马拉雅新生代淡色花岗岩,是世界上S型花岗岩的典例,主要分布于两条近平行排列的东西向构造带内,特提斯喜马拉雅带和高喜马拉雅带。实验岩石学和理论研究表明:这些淡色花岗岩是中—下地壳岩石进行不同性质的地壳深熔作用的产物,部分熔融类型与构造变形密切耦合。具体表现在:146~35 Ma,在增厚地壳条件下,以角闪岩部分熔融作用为主,形成了具有高Sr/Y比值的二云母花岗岩;228~9 Ma,减压条件下,俯冲物质快速折返,白云母发生脱水部分熔融,形成具有较高Rb/Sr比值的花岗岩;3其中,在21~16 Ma期间,与藏南裂谷系E—W向伸展作用开启密切相关,变泥质岩发生水致白云母部分熔融作用,形成Rb/Sr比值较低,Sr和Ba含量较高的花岗岩;4在25~27 Ma期间,局部地区发生高压水致部分熔融作用。     

喜马拉雅造山带西构造结研究的启示

本文重点介绍了喜马拉雅造山带西构造结的地质概况、变质作用、隆升速率及边界断层的性质等几方面的研究进展，在东构造结的现有研究基础上，将两构造结进行了对比，为进一步探讨构造结在陆-陆碰撞圾碰撞垢的会聚过程中所起的作用提供素材。     

碰撞造山带地壳深熔作用:来自纳米花岗岩包裹体的观测与实验约束

在碰撞造山带构造演化过程中,中下地壳深熔作用对于深部地壳物理性质与化学成分具有重要控制作用.作为深熔作用的"见证者",纳米花岗岩包裹体是寄主岩石部分熔融作用的产物,能够为确定陆壳岩石中天然熔体特征及分析熔融机制提供关键信息.在喜马拉雅东构造结南迦巴瓦岩群的代表性岩石单元（泥质片麻岩与长英质片麻岩）中,石榴石与锆石中常包含有典型的纳米花岗岩包裹体,其代表性子矿物组合为钾长石+斜长石+石英±黑云母,这是在黑云母脱水熔融过程中、寄主片麻岩中熔体被主要转熔矿物（如石榴石等）捕获所形成一类特殊包裹体.在观测基础上,采用高温高压与高温常压手段,对纳米花岗岩包裹体进行均一化实验并获得均一化玻璃质熔体.成分分析表明,均一化熔体成分以过铝质花岗岩为主,其主/微量元素特征能够有效反演部分熔融作用的演化过程.因此,纳米花岗岩包裹体的天然观测与实验研究对于确定天然熔体特征与深入剖析碰撞造山带的地壳深熔作用具有重要启示意义.      

喜马拉雅碰撞造山带新生代地壳深熔作用与淡色花岗岩

自从印度-欧亚大陆碰撞以来,伴随着构造演化和温度-压力-成分(P-T-X)的变化,喜马拉雅造山带中下地壳变质岩发生不同类型的部分熔融反应,形成性质各异的过铝质花岗岩。这些花岗岩在形成时代、矿物组成、全岩元素和放射性同位素地球化学特征上都表现出巨大的差异性。始新世构造岩浆作用形成高Sr/Y二云母花岗岩和演化程度较高的淡色花岗岩和淡色花岗玢岩,它们具有相似的Sr-Nd同位素组成,是碰撞早期增厚下地壳部分熔融的产物。渐新世淡色花岗岩主要为演化程度较高的淡色花岗岩,可能指示了喜马拉雅造山带的快速剥露作用起始于渐新世。早中新世以来的淡色花岗岩是喜马拉雅造山带淡色花岗岩的主体,是变泥质岩部分熔融的产物,包含两类部分熔融作用——水致白云母部分熔融作用(A类)和白云母脱水熔融作用(B类)。这两类部分熔融作用形成的花岗质熔体在元素和同位素地球化学特征上都表现出明显的差异性,主要受控于两类部分熔融作用过程中主要造岩矿物和副矿物的溶解行为。这些不同期次的地壳深熔作用都伴随着高分异淡色花岗岩,伴随着关键金属元素(Nb、Ta、Sn、Be等)的富集,是未来矿产勘探的重要靶区。新的观测结果表明:在碰撞造山带中,花岗岩岩石学和地球化学性质的变化是深部地壳物质对构造过程响应的结果,是深入理解碰撞造山带深部地壳物理和化学行为的重要岩石探针。     

东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群花岗质片麻岩的初步研究

野外地质填图和研究发现,东喜马拉雅构造结高喜马拉雅结晶岩系中有古老的花岗岩侵入,并在鲁霞地区圈定了9个花岗质侵入体。古老的花岗质岩石主要侵位于南迦巴瓦岩群直白岩组中,与南迦巴瓦岩群一起经历了麻粒岩相变质作用而形成花岗质片麻岩套。岩石类型有花岗闪长质片麻岩、黑云母花岗质片麻岩、闪长质片麻岩等。岩石化学研究表明这些花岗片麻岩套具“S”型特征,可能有深部幔源物质的加入。花岗岩形成深度在2～5km之间,侵位时代为552～525 Ma,为新元古代晚期,属泛非期陆内演化阶段的产物。高喜马拉雅地区在元古宙末期形成了结晶基底。     

拉萨地体东南缘的多期深熔作用及动力学

位于青藏高原班公湖-怒江蛇绿岩带与印度-雅鲁藏布江蛇绿岩带之间拉萨地体东南缘的前寒武纪结晶基底经历了角闪岩相-麻粒岩相区域变质作用和强烈的混合岩化.研究区可识别出两期深熔作用,第一期为斜长角闪岩部分熔融形成的花岗闪长岩脉体,其与围岩一起发生了变质与变形再造,转变成了黑云斜长片麻岩.第二期为含夕线石石榴石片麻岩部分熔融形成的含石榴石斜长石花岗岩脉体.岩石化学成分显示,第一期深熔脉体具有埃达克岩的典型地球化学特征,其SiO2=63.81%,Al2O3=16,92%,MgO=1.86%,Na2O=4.22%,K2O=1.81%,K2O/Na2O=0.43,并显示出LREE富集、无Eu异常的BEE配分模型,同时明显富Sr(366×10-6),贫Y(12×10-6)和Yb(0.4×10-6),Sr/Y=30.舍石榴石斜长石花岗岩主要由斜长石、石英和石榴石组成,含少量白云母和黑云母,其全岩SiO2=71.14%,Al2O3=14.26%,K2O=0.26%,Na2O=2.79%.CaO=2.94%.过铝指数A/CNK=1.40,为典型的过铝花岗岩.黑云斜长片麻岩脉体中的大多数锆石具有同心韵律状结晶环带和较高的Th//U比值(0.433～1.167),为典型的岩浆结晶锆石.锆石岩浆结晶域U-Pb原位定年给出了64.0±1.0Ma(MSWD=8.7)加权平均年龄;个别锆石变质交生边给出了27.9 Ma的谐和年龄,同时具有较低的Th/U比值(0.019),应代表后期叠加的变质热事件年龄.含石榴石斜长石花岗岩中的锆石均发育同心韵律状环带,而且具有较高的Th/U比值(0.196～1.212).所获得的谐和年龄在27.0～34.1Ma之间(加权平均年龄为29.3±0.9 Ma),应代表过铝花岗岩的结晶年龄.因此,我们认为拉萨地体东南缘变质基底在古近纪经历了两期深熔作用,第一期发生在约65Ma,在特提斯洋壳俯冲和印度板块与拉萨地体碰撞的动力学体制下,拉萨地体下地壳加厚和升温,发生了麻粒岩相变质和部分熔融,形成了埃达克岩质的花岗闪长岩浆;第二期混合岩化作用发生在约30Ma,在印度板块与拉萨地体碰撞后伸展的动力学体制下,高角闪岩相泥质变质岩中的含水矿物脱水熔融形成了过铝质花岗闪长岩浆.     

东喜马拉雅构造结大陆碰撞以来构造年代学框架及其与哀牢山-红河构造带的对比

东喜马拉雅构造结经历了前期楔入和后期垮塌变形.楔入事件发生于～60Ma、～23Ma和～13 Ma,垮塌开始于6～7Ma.哀牢山红河构造带同样经历早期走滑和后期正断,走滑年代分别为58～56Ma、23Ma和13Ma,后期正断开始于5.5 Ma.上述年龄的意义在于～60Ma的变形代表印度与欧亚大陆的初期碰撞;2 Ma为青藏高原及邻区的主变形期;13Ma的变形也代表一次汇聚事件,并形成青藏高原的东西向伸展.6～7Ma以后的垮塌作用代表了青藏高原的快速隆升.     

喜马拉雅东构造结岩石圈板片深俯冲的地球物理证据

2009～2010年在南迦巴瓦地区进行了宽频带地震和大地电磁探测,分别处理获得东构造结及其邻区的地下300km以上的P波速度图像和两条大地电磁电阻率剖面。通过资料的对比和综合解释,发现电阻率分布与地震波速有较好的对应关系。研究结果表明:南迦巴瓦变质体的上地壳部分呈现明显高速高阻特征,为两侧的雅鲁藏布江缝合带所夹持;中下地壳具有不均匀性,且普遍呈低速低阻特征;印度板块在藏东南向欧亚板块的俯冲前缘越过嘉黎断裂,抵达班公湖-怒江缝合带;在拉萨地体的高速俯冲板片以下100km至200km深度范围内存在大规模的低速异常带,其上盘中下地壳也广泛发育低速高导体,指示青藏高原东南缘可能存在韧性易流动的物质向东、东南逃逸的通道,为印度板块在南迦巴瓦的深俯冲动力学模式提供了地球物理证据。     

印度大陆俯冲过程中的高压变质与深熔作用：东喜马拉雅构造结南迦巴瓦杂岩的相平衡模拟研究

位于东喜马拉雅构造结的南迦巴瓦杂岩是高喜马拉雅结晶岩系的一部分,是印度大陆深俯冲到欧亚板块之下经历了高压变质作用的产物。基于岩相学和矿物化学研究,本文对南迦巴瓦杂岩中的泥质变质岩进行了相平衡模拟研究。结果表明,泥质岩石经历了高压麻粒岩相变质作用,峰期矿物组成是石榴石+蓝晶石+黑云母+斜长石+钾长石+石英+金红石,峰期变质条件是~820℃,13.0~13.5kb,表明印度大陆至少俯冲到了约45km深度,构成了青藏高原的加厚下地壳。高压泥质变质岩在进变质和峰期变质过程中经历了白云母和黑云母脱水反应引起的部分深熔,熔融程度可达27vol%,形成了花岗质成分的熔体,构成了喜马拉雅造山带淡色花岗岩的源区。因此,青藏高原具有一个深熔融的中下地壳,为其侧向流动提供了有利的流变学环境。     

河北平山晚太古代阜平群中主要变质岩类及其深熔产物的稀土地球化学初步研究

河北平山小觉地区晚太古代阜平群含有三种主要表壳岩性质的变质岩类，即钾长浅粒岩类，黑云变粒岩－片麻岩类和角闪质岩石类。它们所经历的初期深熔作用产物，其岩石化学成分分别与钾长花岗岩，奥长花岗岩和花岗闪长岩相当，并在很大程度上继承了原岩（母岩）的总体岩石化学特征。可能由于深熔产物中富含稀土的一些副矿物含量的降低，它们的稀土总量都不同程度地较原岩为低，但两者的稀土分布模式却很相似，这从另一角度说明了它们的成因关系。     

大陆造山带深熔垮塌的岩石学、地球化学证据:以北大别深熔混合岩为例

北大别位于大别造山带的核部,分布着大量的造山带垮塌时期形成的混合岩,其于理解大别造山带的形成和演化有着重要的意义。北大别混合岩的原岩为TTG（D）岩石,因黑云母和角闪石的脱水熔融诱发深熔作用产生。顺层产出的为富斜长石浅色体,主要矿物组成为斜长石+石英+黑云母±钾长石±角闪石。伟晶岩脉或团块为富钾长石浅色体,主要矿物组成为钾长石+石英±斜长石±黑云母±角闪石。暗色体为变晶结构,主要矿物组成为角闪石+黑云母+斜长石+石英±单斜辉石;其中,暗色矿物角闪石和黑云母常常定向排列,具有明显的溶蚀结构;暗色体中浅色矿物颗粒较小,以斜长石和石英为主,指示部分熔融的残余产物。全岩地球化学特征表明,碱金属元素（Na、K等）、大离子亲石元素（Ba、K、La等）和LREE等优先进入酸性熔体,而相容元素和中-重稀土元素等残留在残余体中。浅色体与本区花岗岩相比,二者都有右倾的稀土配分模式,富集LREE,亏损HREE。但浅色体具有明显的Eu正异常,δEu值为2.48~6.55,而花岗岩则有弱的Eu负异常,并且浅色体中大颗粒斜长石相互构成框架结构,含量明显高于正常花岗岩熔体,表明浅色体更可能是熔体早期结晶的产物。     

东喜马拉雅构造结墨脱地区晚三叠世深熔作用的锆石U-Pb年代限定

东喜马拉雅构造结是研究青藏高原构造演化的关键地区。本文对东构造结墨脱地区的混合岩化片麻岩中的锆石进行了LA-ICP-MS微区微量元素分析及U-Pb定年。阴极发光(CL)图像揭示多数锆石具有明显的核-边结构特征,核部为原岩残留核,外形表现出晶棱圆化、港湾状等特征;而边部是混合岩化深熔作用变质过程中形成的新生变质锆石,并且具有典型岩浆锆石的环带特征。微量元素分析显示,锆石不同微域的微量元素含量不同,锆石核部含量明显高于边部(如:元素Th、U、Nb、Ta及Th/U比值),这一结果与深熔熔体和残留相之间的平衡关系有关。锆石U-Pb定年结果显示12个原岩锆石分析点给出的206Pb/238U年龄为516~1826 Ma,其中有6个分析点的年龄值相对集中在911~1330 Ma,表明该混合岩化片麻岩的原岩可能主要形成在这个年龄区间;14个变质锆石分析点给出了206Pb/238U年龄加权平均结果为216.7±3.2 Ma(MSWD=3.9),这一年龄代表拉萨地体在晚三叠世发生深熔作用,与区域上拉萨地体东南缘发生变质事件的时间一致。     

喜马拉雅造山带新生代花岗岩中两类石榴石的地球化学特征及其在地壳深熔作用中的意义

在喜马拉雅碰撞造山带中,石榴石是变泥质岩的主要造岩矿物,也是花岗岩或淡色体的重要副矿物,保存了有关地壳深熔作用的关键信息,是揭示大型碰撞造山带中-下地壳物质的物理和化学行为的重要载体。在喜马拉雅造山带内,新生代花岗质岩石(淡色花岗岩和混合岩中的淡色体)含两类石榴石,大多数为岩浆型石榴石,自形-半自形,不含包裹体,但淡色体中含有港湾状的混合型石榴石。岩浆型石榴石具有以下地球化学特征:(1)从核部到边部,显示了典型的"振荡型"生长环带;(2)富集HREE,亏损LREE,从核部到边部,Hf、Y和HREE含量降低;(3)显著的Eu负异常;(4)相对于源岩中变质石榴石,Mn和Zn的含量显著增高。岩相学和地球化学特征都表明:变泥质岩熔融形成的熔体(淡色体)捕获了源岩的变质石榴石,熔体与石榴石反应导致大部分元素的特征被改变,只在核部保留了源岩的部分信息。同时,在花岗质熔体结晶过程中,形成少量的岩浆型石榴石。这些石榴石摄取了熔体中大量的Zn,浓度显著升高,在斜长石和锆石同步分离结晶作用的共同影响下,石榴石中Eu为明显负异常,Hf、Y和HREE浓度从核部到边部逐渐降低。上述数据和结果表明,花岗岩中石榴石的矿物化学特征记录了精细的有关花岗岩岩浆演化的重要信息。     

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。     

大陆地壳深熔作用中自由水的贡献——以高喜马拉雅淡色花岗岩为例

高喜马拉雅淡色花岗岩是印度与亚洲板块碰撞过程中,地壳深熔作用的产物.尽管自由水对高喜马拉雅淡色花岗岩形成的重要性已被多次报导,但仍存在许多争议.本研究汇编了高喜马拉雅淡色花岗岩的全岩地球化学数据,证明高喜马拉雅淡色花岗岩可以由脱水熔融形成和水致熔融形成.进一步通过热力学模拟获得锆石结晶,并与锆石Ti温度计比较,限定了不...     

大陆碰撞造山带的流体成分与演化:东喜马拉雅构造结南迦巴瓦岩群高压麻粒岩的流体包裹体研究

位于喜马拉雅东构造结的南迦巴瓦岩群经历了高压麻粒岩相、中压麻粒岩相和角闪岩相三期变质作用.在高压麻粒岩中含有复杂的流体包裹体类型,按照捕获先后顺序有:H2O-CO2±CH4包裹体(Ⅰ型);CO2±CH4±N2包裹体(Ⅱ型);高盐度多相包裹体(Ш型);中.低盐度H2O包裹体(Ⅳ型)和极低密度气体包裹体或"空"包裹体(Ⅴ型).在基性麻粒岩中,被石榴石包裹石英中孤立分布的H2O-CO2 4-CH4包裹体,以及部分沿石榴石晶内裂隙分布的H2-CO2±CH4和H2O包裹体轨迹未穿过围绕石榴石的辉石 斜长石后成合晶冠状体,表明它们有可能是在麻粒岩相变质阶段捕获的.然而,所有流体包裹体的等容线均从麻粒岩相变质峰期P-T区间下方通过,说明麻粒岩相变质峰期捕获的包裹体均受到了不同程度的改造,包括部分爆裂、渗漏和流体-矿物相互作用等.现存的富CO2流体包裹体均具有较低密度,并且往往含有明显数量CH4和N2组分,不可能是麻粒岩相变质峰期捕获的包裹体.根据富CO2包裹体与具有不同相比的H2-CO2包裹体共存推测,大部分CO2包裹体是通过H2O-CO2包裹体中H2O的选择性泄漏而形成的.Ⅲ型高盐度盐水包裹体很可能是角闪岩相退变质过程中捕获的,因其等容线与退变质轨迹近于平行,这些包裹体很可能保存了其在角闪岩相阶段捕获时的原生物理化学特征.沿矿物颗粒裂隙分布的大量Ⅳ型和Ⅴ型包裹体,应该是角闪岩相或更晚期形成的次生包裹体,代表了浅成(近地表)环境的循环流体.与世界许多地区麻粒岩相岩石普遍舍高密度纯CO2流体包裹体不同,南迦巴瓦岩群高压麻粒岩以富含H2O-CO4±CH4和H2O包裹体为特征,这可能与高压麻粒岩与高温麻粒岩产出于不同的构造环境和经历的退变质轨迹有关.     

河北平山晚太古代阜平群中主要变质岩类及其深熔产物的稀土地球化学初步研究

河北平山小觉地区晚太古代阜平群含有三种主要表壳岩性质的变质岩类,即钾长浅粒岩类,黑云变粒岩－片麻岩类和角闪质岩石类。它们所经历的初期深熔作用产物,其岩石化学成分分别与钾长花岗岩,奥长花岗岩和花岗闪长岩相当,并在很大程度上继承了原岩（母岩）的总体岩石化学特征,可能由于深熔产物中富含稀土的一些副矿物含量的降低,它们的稀土总量都不同程度地较原岩为低,但两的稀土分布模式却很相似,这从另一角度说明了它们的成因关系。