柴达木盆地北缘早古生代高压——超高压变质带中发现典型超高压矿物——柯石英

从都兰北带榴辉岩的片麻岩围岩的锆石中发现了柯石英包裹体和石墨包裹体，说明该超高压带的峰期变质作用已达柯石英稳定区间（＞2.8GPa）但小于金刚石的稳定区间（＜3.5GPa），从而确定柴达木盆地北缘存在早古生代超高压变质作用和陆－陆碰撞作用，为中国中部存在一条横贯东西的早古生代（大致500－400Ma）高压超高压变质带的推断提供了新的关键性证据。     

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。     

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。     

中央碰撞造山带中两期超高压变质作用：来自含柯石英锆石的定年证据

沿中央造山带存在一条巨大的超高压变质带,其西起阿尔金-祁连,往东经秦岭,延至大别苏鲁,全长超过4000 km.柴北缘片麻岩中含柯石英锆石的SIMS离子探针原位微区U-Pb定年获得超高压变质年龄452±1 3.8 Ma,锆石的退变质年龄419±6.7 Ma.SHRIMP U-Pb定年获得秦岭含金刚石片麻岩中锆石的下交点年龄502±45 Ma,上交点年龄1545±100Ma,认为前者代表超高压变质年龄,后者为原岩岩浆锆石年龄;获得榴辉岩锆石的上交点年龄1381±82 Ma和下交点493±170 Ma,认为上交点代表榴辉岩原岩年龄,下交点代表超高压变质年龄;获得江苏东海县青龙山榴辉岩含柯石英等超高压矿物锆石的年龄为441±9 Ma,449±9 Ma,和442±9Ma,平均444±9 Ma,核部含斜长石+磷灰石锆石年龄为761±13 Ma,认为前者代表超高压变质年龄,后者代表榴辉岩原岩结晶年龄.认为中国中部沿中央造山带中存在两期超高压变质作用,第一期为加里东期,第二期为印支期,两期超高压变质事件在时空分布方面是不同的,加里东期超高压变质事件由西部阿尔金-柴北缘延至东部大别-苏鲁,印支期超高压变质事件没有在大别以西发现.认为中央造山带应是一个多期活动的造山带,较早形成罗德尼亚大陆的格林威尔造山运动可能留下了10亿年左右的构造岩浆事件记录,如中央造山带中大量10亿年左右的花岗岩及基性超基性岩类;罗德尼亚大陆之后第一次裂解作用可能发生在8亿年左右;其后早古生代加里东期的洋盆裂开,蛇绿岩和超高压变质岩石的大量出现是一次十分强烈的板块构造事件,从东到西,沿中央造山带均有分布;加里东期造山事件之后印支期沿该造山带又有一次大的板块裂解和俯冲碰撞作用,表现在勉略蛇绿岩洋壳及大别-苏鲁印支期超高压变质带的存在.中央造山带保留和记录了多期裂解、会聚事件,通过对其解剖,不仅可以认识中国大地构造格局和演化,并由此理解全球的大陆漂移、一系列大裂解和大会聚等重大地质事件.     

柴达木北缘超高压变质带形成与折返的时限及机制

位于青藏高原北缘的祁连山加里东造山带的形成是阿拉善板块、祁连微板块及柴达木一东昆仑板块在加里东期间汇聚和碰撞的结果。祁连微板块和柴达木一东昆仑板块之间的柴(达木)北缘超高压变质带形成于495～440Ma,是继南祁连洋壳向北俯冲于祁连微板块下形成增生的柴北缘火山岛弧带之后,陆壳深俯冲的产物。柴北缘超高压变质带是在祁连微板块及柴达木一东昆仑板块之间的“正向陆内俯冲”向“斜向陆内俯冲”转化过程中“斜向挤出”机制下折返的,开始折返年龄为470～460Ma,最后的折返时间为400～406Ma。折返构造很好地保存在超高压变质岩石中,并且记录了广泛的退变质作用。     

大别山含柯石英榴辉岩区—一个晚太古代的超高压变质带

安徽碧溪岭岩体的锆石U-Pb年龄为2774±24Ma。它显示大别山的含柯石英榴辉岩可能形成于晚太古代。榴辉岩多硅白云母的Ar-Ar等时线年龄(662±13Ma)也同样限定其退变质作用的上界年龄在寒武纪。同位素年代学结果与该类榴辉岩严格产出在由大别群组成的太古宙地块中的地质特征一致。我们相信,大别山含柯石英榴辉岩变质地区可能是一个晚太古代的超高压变质带。大别山地区在中生代三叠纪时期处于南秦岭构造带的东延部分。大别群以及赋存其中的含柯石英榴辉岩共同遭受晚期的区域动力变质事件。作者分别测得斜长片麻岩白云母Ar-Ar等时线年龄为192.6±3.8Ma,榴辉岩中低角闪岩相普通角闪石Ar-Ar坪年龄230.7±4.6Ma。它们代表大别群片麻岩和榴辉岩两种原始变质岩的印支期改造年龄。     

柴达木盆地北缘都兰地区榴辉岩中透长石＋石英包裹体：超高压变质作用的证据

近年来在祁连地体与紫达木地块之间大柴旦－－都兰北一线确定出一条榴辉岩带。在此带东端北部地区野马滩一带榴辉岩中，我们发现产在石榴子石内部由透长石和多晶石英（柯石英假像）构成的包裹体。包裹体在内部结构特征及周围的状裂纹反映早期超高压变质相特征，据此，推测柴达木盆地北缘榴辉岩带可能是一形成深度超过80km的超高压变质带。     

超高压变质岩中柯石英→石英相变研究的进展

柯石英是石英的高压同质多相变体，是超高压变质作用的产物，它是识别超高压变质作用的重要标志矿物。柯石英的发现表明了近地表的岩石随板块运动曾被俯冲至地下大于90km的深度并经受了超高压变质作用。研究柯石英→石英相变过程中的微结构变化，对进一步研究超高压变质作用的机理及超高压变质岩折返过程的动力学机制具有重要意义。本文简述了近年来有关超高压变质岩中柯石英→石英相变研究的一些进展。     

青藏高原北缘早古生代板块构造演化和大陆深俯冲

青藏高原北缘北祁连山和柴达木盆地北缘分别发育有2类不同的高压和超高压变质带.北祁连山为典型的环太平洋型俯冲带,榴辉岩锆石的SHRIMP年龄为464 Ma±5 Ma.而柴北缘为典型的大陆俯冲型变质带,片麻岩锆石中的柯石英证明柴北缘是一超高压变质带.石榴橄榄岩中的超硅石榴子石和橄榄石中的钛铁矿等出溶反映其形成深度大于200 km.柴北缘榴辉岩的原岩具有MORB和OIB的特征,并与北祁连山榴辉岩的年龄相同,代表早古生代祁连洋俯冲变质的时代.而含柯石英片麻岩的锆石和石榴橄榄岩超高压变质年龄均为423 Ma,代表大陆地壳深俯冲发生的时间.北祁连山和柴北缘很可能是一个俯冲带从大洋俯冲到大陆碰撞的不同阶段的产物.     

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.     

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。     

大陆俯冲带大规模的变质流体活动:来自大别造山带超高压硬玉石英岩的记录

硬玉石英岩是一种稀少且与流体作用相关的变质岩,同时出露于高压或超高压洋壳和陆壳俯冲带中.通过对中国东部大别造山带中出露达50 km2的含柯石英的超高压硬玉石英岩进行研究,综合全岩主微量元素、矿物Mg-O同位素和锆石学研究.结果表明,硬玉石英岩的原岩为古元古代TTG岩石,经历过弱化学风化和强物理风化作用,然后在三叠纪时期受到围岩富黑云母片麻岩分解脱水而产生的大量重Mg同位素流体交代,从而形成硬玉石英岩.考虑到这种受流体交代成因的硬玉石英岩在大别山广泛出露,表明其在三叠纪大陆深俯冲过程中存在着大规模的变质流体活动,这项研究首次报道了大陆俯冲带有大规模的流体活动存在,同时也挑战了传统观点认为的大陆俯冲带缺乏岛弧岩浆作用主要原因是缺乏足够量的流体活动.      

关于含柯石英锆石SHRIMP测年获得大别-苏鲁超高压变质带超高压变质作用年龄的讨论

对大别一苏鲁超高压变质(UHPM)带部分含柯石英包体的锆石及部分进行SHRIMP U—Pb测年的锆石进行划分和讨论后得出为大别-苏鲁UHPM带超高压变质作用(UHPM)年龄而进行含柯石英锆石SHRIMP U—Pb测年．宜从有结晶环带且在环带域或环带核部有柯石英包体的锆石的核部或环带域进行SHRIMP U—Pb测年．不宜从锆石边部获得UHPM年龄。着重讨论杨经绥等(2002)的两颗含柯石英锆石的结构，柯石英包体所在部位。测年数据的意义，得出苏鲁UHPM带UHPM年龄是578Ma(或略大于578Ma)。且这一认识与苏鲁UHPM带内区域地质情况相吻和。锆石中(多在边部)给出的印支期年龄值反映印支期地质作用(流体改造、重结晶等)改造事件的时代。     

中央造山带早古生代地体构架与高压/超高压变质带的形成

位于北中国板块群与南中国板块群之间的中央造山带是中国大陆一条十分醒目而又极其重要的巨型(长达5000km)构造带。中央造山带是经历了大致600Ma的活动历史,和泥盆纪、三叠纪的两次主要碰撞造山以及白垩纪以来的陆内造山过程而构筑成的典型的“复合造山带”。特别是巨型中央超高压变质带及其两期超高压变质作用的发现,揭示了中央造山带的形成还经历了板块会聚边界洋壳/陆壳深俯冲的两次壮观地质事件。位于中央造山带北部的“北中央早古生代造山带”具有“多地体、多岛弧”的地体构架和“多俯冲和多碰撞造山”的动力学作用。研究认为北中央早古生代多地体/岛弧群是冈瓦纳超大陆西侧(或西北侧)陆块/岛弧群的组成部分,其主要的证据是:1北中央寒武系—志留系的过渡性动物群性质反映早古生代古生物区系与始特提斯洋盆海水相通的古地理环境;2北中央诸多蛇绿岩带形成时代>500~540Ma(新元古代-奥陶纪)可作为始特提斯洋盆扩张时限的印证;3多岛弧带为北中央早古生代地体的陆缘增生带,形成于540~450Ma,岛弧带形成自南(外)而北(里)渐新的趋势表明与始特提斯洋盆相连接的弧前小洋盆逐级俯冲的特征;4北中央早古生代多地体/岛弧群的“弧/陆碰撞”及早古生代造山带的形成是中晚泥盆世(420Ma)冈瓦纳超大陆边部古特提斯洋盆初始扩张的产物。研究表明在500~440Ma形成的柴北缘-南阿尔金超高压变质带与始特提斯弧前小洋盆的俯冲继而地体陆壳的深俯冲有关。     

大陆俯冲带的深部流体及变质化学地球动力学——以苏鲁超高压变质带为例

通过苏鲁超高压变质带的岩石学、矿物化学、地球化学和年代学研究,在大陆俯冲带深部流体与变质化学地球动力学方面取得了重要的创新性成果。研究证明大陆俯冲带的深部流体是高氧逸度、富硅酸盐的超临界流体,揭示出超高压变质极端条件下的流体－矿物(岩石)相互作用可以导致不活动元素发生溶解和迁移,可以导致金红石的Nb/Ta之间发生强烈的分异,提出俯冲到地幔深处的超高压榴辉岩是地球内部“隐藏”的超球粒陨石Nb/Ta比值的物质源区,与低球粒陨石Nb/Ta比值的物质源区大陆地壳和亏损地幔在化学成分上形成互补。     

含柯石英锆石的SHRIMP U-Pb定年:胶东印支期超高压变质作用的证据

苏鲁超高压变质带的形成时代究竟是印支期还是新元古代争议始终很大。对山东胶南地区超高压变质带中超镁铁岩和榴辉岩的锆石激光拉曼、阴极发光和离子探针原位定年的研究获得超高压变质作用发生的时代为印支期。其中超镁铁岩含柯石英锆石的年龄为221±12Ma,该深成岩侵位时代为新元古代(581±44Ma)。此外,锆石中另有约400Ma年龄记录,可能代表岩石形成后另有一期热事件。榴辉岩的下交点年龄为228±29 Ma,与超镁铁岩含柯石英锆石年龄一致,代表超高压变质时代;上交点为中元古代(1821±19Ma),代表原岩年龄,后者与其片麻岩围岩时代相一致,说明榴辉岩是原位俯冲。     

大陆俯冲带地壳深熔作用的记录:来自超高压变质岩中多相晶体包裹体的研究北大核心CSCD

大陆碰撞过程中会发生广泛的部分熔融现象,形成深熔熔体。深入认识深熔熔体的组成和演化是大陆俯冲带化学地球动力学的主要研究内容。在熔融过程中产生的熔体会被超高压岩石中的转熔矿物所捕获,最终以多相晶体包裹体(multiphase crystal inclusion,简称MCI)的形式保存下来。多相晶体包裹体通常具有典型的负晶形和爆裂纹,主要以硅酸盐和碳酸盐矿物为主含有少量的硫酸盐矿物。矿物学、岩石学和地球化学原位微区分析的研究结果表明,多相晶体包裹体是由岩石部分熔融产生的初始硅酸盐或/和碳酸盐初始熔体熔体结晶而成。在降压折返过程中,高压岩石中的含水矿物,如多硅白云母、钠云母和帘石等脱水引发部分熔融产生硅酸盐熔体,而碳酸盐熔体则由碳酸盐矿物部分熔融产生。富Na矿物如钠云母脱水熔融产生的包裹体具有相对较高的Na含量,而部分富K的包裹体主要由富K矿物如多硅白云母脱水熔融所产生。近年来随着微区原位技术的飞速发展,从矿物的形态结构到矿物地球化学组成的测定技术有了飞速发展,通过对超高压岩石中包裹的多相晶体的详细研究,可限定大陆碰撞造山过程中部分熔融的组成、时限和形成机制,对大陆深俯冲的构造热演化和折返机制有重要制约。