高压麻粒岩相变质作用及深熔作用:以柴北缘都兰地区为例

在一些俯冲/碰撞造山带中,高压麻粒岩相变质作用通常伴随着广泛的深熔作用。本文以柴北缘超高压变质带都兰地区的基性高压麻粒岩和浅色体为研究对象,在详细的野外观察的基础上,结合岩相学和年代学等研究方法,探讨高压麻粒岩相变质作用与深熔作用的关系及形成机制。从野外关系来看,浅色体主要呈层状、似脉状、补丁状或网络状分布在暗色的基性高压麻粒岩(残留体,residuumormelanosome)中,或与基性高压麻粒岩在露头上互层产出,并显示出混合岩的特征。基性高压麻粒岩主要由石榴子石、单斜辉石、斜长石和石英等矿物组成,在不同样品中还可含有少量蓝晶石、角闪石、金红石、黝帘石/斜黝帘石、黑云母、方柱石、绿泥石;浅色体主要由斜长石、钾长石和石英等矿物组成,一些样品中也含有少量的石榴子石和蓝晶石,与典型的长英质高压麻粒岩的矿物组合特征较为相似。锆石成因年代学结果显示浅色体中既发育深熔锆石,也有变质锆石生长,但两种锆石给出的年龄结果基本一致,其加权平均年龄为434±2Ma(MSWD=1.1),与前人获得的高压麻粒岩相变质作用和深熔作用时代基本一致。因此,综合野外关系、岩相学、地球化学特征及年代学结果,我们推测高压麻粒岩相变质作用及深熔作用可能形成于同一动力学过程,即在俯冲带的上盘环境,(变)基性岩石中的含水矿物(如角闪石、帘石或云母类矿物等)脱水熔融形成高Sr/Y熔体,而基性高压麻粒岩为残留体。     

柴北缘赛什腾地区早古生代岩浆活动与构造演化

柴北缘赛什腾地区发育大量早古生代岩浆岩, 记录了原特提斯洋演化的重要信息, 对其研究有助于进一步认识秦祁昆增生和碰撞造山过程。本文报道了柴北缘赛什腾地区早-中奥陶世岩浆岩的锆石U-Pb年代学、锆石Lu-Hf同位素、全岩主微量元素地球化学及Sr-Nd同位素资料。早-中奥陶世岩浆岩主要包括花岗闪长岩、变辉绿岩和变辉长岩, LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示花岗闪长岩年龄是485Ma, 变辉绿岩年龄是473Ma, 变辉长岩年龄为470~464Ma。花岗闪长岩为弱过铝质钙碱性花岗岩类, 轻重稀土分馏较强烈, La/Yb比值为18.0~25.1, (La/Yb)_N为12.9~18.0, Sr/Y比值(30.0~44.8)较高, Eu具轻度负异常, 全岩ε_Nd(t)为+1.1~+3.4, 初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.7048~0.7060, 锆石ε_Hf(t)为+9.4~+11.3。变辉绿岩为拉斑玄武岩系列, 具有较高的MgO(5.31%~8.79%)含量和Mg^#值(47~58), 其Al₂O₃和CaO含量分别为14.5%~18.07%和7.79%~11.92%, TiO₂含量(0.41%~0.83%)较低; 此外, 其稀土总量较低(26.0×10^-6~62.5×10^-6), 轻重稀土分馏弱, (La/Yb)_N为3.3~4.0, 基本不具Eu异常(δEu=0.9~1.1);全岩ε_Nd(t)为+2.2~+5.5, 初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.7049~0.7055, 锆石ε_Hf(t)为+7.3~+9.1。变辉长岩为拉斑玄武岩系列岩类, 富FeO^T(11.79%~15.45%)、低MgO(3.41%~5.23%)和Mg^#(31~44), TiO₂含量较高(介于1.06%~1.57%); 其稀土总量较低(59.2×10^-6~121.6×10^-6), 轻重稀土分馏弱, (La/Yb)_N为3.2~5.7, 不具Eu异常(δEu=0.9~1.1);全岩ε_Nd(t)为+1.4~+1.9, 初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值为0.7042~0.7044, 锆石ε_Hf(t)为+7.5~+13.9。根据以上地球化学特征推断: 花岗闪长岩源于有一定程度加厚的新生岛弧下地壳的部分熔融; 而变辉长岩和变辉绿岩则源于亏损地幔楔, 形成于俯冲相关的岩浆弧环境。结合以往研究成果, 本文认为赛什腾地区早古生代主要存在~514Ma、485~464Ma、444~437Ma三期岩浆岩, 形成于原特提斯洋洋内和陆缘俯冲(514~450Ma)以及闭合后陆陆碰撞过程(445~420Ma)。

     

柴北缘都兰高压麻粒岩的变质演化及形成的动力学背景

在柴北缘-阿尔金HP/UHP变质带东端,新识别出一个高压麻粒岩单元.高压基性麻粒岩是高压麻粒岩单元的主体,还包括少量高压中酸性麻粒岩.高压基性麻粒岩主要由平衡共生的石榴子石、单斜辉石、斜长石组成,还含有不等量的蓝晶石、角闪石、石英、金红石、黝帘石/斜黝帘石、钛铁矿、方柱石等矿物.高压长英质麻粒岩主要包括石榴子石、蓝晶石、钾长石、斜长石、石英等矿物,并具有少量的单斜辉石和角闪石.岩石学和矿物学数据显示高压麻粒岩经历了多阶段的变质演化,温压计算获得峰期高压麻粒岩相的变质条件为1.40～1.85GPa和800～925℃.退变质高角闪岩相的变质条件为P=0.80～1.05GPa和T=580～695℃：进一步的退变质作用发生在低角闪岩相/绿片岩相条件下(<0.8GPa和<550℃).岩石学、矿物学及年代学资料研究表明都兰地区的高压麻粒岩具有与相邻榴辉岩不同的变质演化历史,而不是榴辉岩在抬升过程中热松弛作用所致.高压麻粒岩可能形成于与陆壳俯冲相关的造山带增厚的陆壳根部环境,形成的深度为50～70km.     

柴北缘早古生代岛弧火山岩中埃达克质英安岩的发现及其地质意义

在柴达木北缘吉绿素滩间山群火山岩中发现埃达克质 (adakitic)英安岩 ,其主要地球化学特征如下 :SiO26 3.7%～ 6 4.3%,Al2 O3 15 .0 7%～ 15 .2 7%,MgO 3.47%～ 3.72 %,K2 O/Na2 O 0 .14～ 0 .2 5 ,Y和Yb含量较低 ,Y为17.82× 10 -6～ 18.10× 10 -6,平均 17.96× 10 -6,Yb为 1.47× 10 -6～ 1.5 5× 10 -6,Sr含量较高 ,为 5 2 7× 10 -6～ 5 37× 10 -6,亏损HREE ,具弱负Eu和Sr异常。除MgO高于正常的埃达克岩外 ,与世界上典型埃达克岩极为相似。据其地球化学研究结果并结合该区埃达克质英安岩 (5 14.2± 8.5Ma)和榴辉岩 (494.6± 6 .5Ma)的年龄数据 ,推测柴北缘板片在晚寒武世开始俯冲 ,俯冲板片在 75～ 85km深处开始部分熔融形成埃达克质岩浆 ,而熔融残留部分继续俯冲 ,在早奥陶世形成含石榴石残留相的榴辉岩。柴北缘埃达克质英安岩的发现进一步证实了早古生代柴北缘发生过洋陆俯冲作用。     

冀东地区麻粒岩相变质作用的演化

据冀东迁安－遵化一带麻粒岩相区的变质岩石、变质矿物及其组构特征、变质作用的温度、压力条件,结合同位素年代学资料,以及岩浆作用、构造变形作用和变质作用之间的关系,可将本区太古代变质作用划分为两期。太古代第一期变质作用只限于表壳岩包体岩石中,变质级为高角闪岩相和辉石麻粒岩相,第二期变质作用发生在晚太古代,早期变质阶段是在紫苏花岗岩侵位以后发生的辉石麻粒岩相变质作用,晚期变质阶段发生在稍后侵位的基性侵入岩体、英云闪长岩、奥长花岗岩等深成侵入体中,变质级达角闪麻粒岩相。早元古代第一期角闪石榴二辉麻粒岩型岩脉,遭受了辉石麻粒相变质作用,第二期角闪石榴斜长辉石岩型岩脉经历了角闪麻粒岩相变质作用。这些变质作用在早期岩石中都有不同程度的叠加。麻粒岩相变质作用的温度在７００℃～９２０℃,压力在０．８８～１．１４ＧＰａ。变质作用的ＰＴｔ演化呈现了逆时针近等压冷却的轨迹     

柴达木盆地北缘欧龙布鲁克微地块早古生代岩相古地理

通过对柴达木盆地北缘欧龙布鲁克微地块的野外地质调查及精细观察,根据剖面中发育的岩石组合关系、沉积构造特征以及地层接触关系,对该区早古生代寒武纪—早奥陶世沉积及岩相古地理特征进行了详细研究。认为早古生代欧龙布鲁克微地块处于火山岛弧弧后区域,柴北缘洋俯冲及陆陆碰撞控制了该时期的盆山格局与沉积充填演化。欧龙布鲁克微地块下古生界主要发育一套海相碳酸盐岩建造,仅在寒武系底部以及下奥陶统存在陆源碎屑沉积。从岩石组合来看,沉积相类型大致可划分为蒸发潮坪相、局限台地相、开阔台地相、台地边缘相和复理石盆地沉积5大类及相应的亚类。研究区早古生代整体处于海侵状态,欧龙布鲁克微地块早寒武世经历蒸发潮坪沉积,中、晚寒武世海侵范围逐步扩大,研究区接受了一套以浅海碳酸盐岩建造为特点的局限台地—开阔台地沉积。早奥陶世基本继承了寒武纪海侵范围,欧龙布鲁克微地块沉积环境向台地边缘浅滩—前缘斜坡转变,直至早奥陶世晚期台地相向中南方向迁移而形成于高海平面下的台缘斜坡—欠补偿深水陆棚沉积环境。     

河南桐柏麻粒岩相变质作用的p—t条件

地处华北板块南缘的桐柏麻粒岩区，主要以长英质麻粒岩为主，通过矿物化学及矿物组合特征的研究，结合温压计计算得出桐柏麻粒岩变质条件为700－840℃，0．61－0．85GPa，属于典型中压麻粒岩，地温梯度大致为28－31℃／km，桐柏麻粒岩相变质作用可能发生于早古生代晚期。     

柴北缘早古生代埃达克质花岗岩锆石定年及其地质意义

铁石观岩体位于柴达木盆地北缘中偏西段,是该地区新发现的具埃达克岩特点的花岗岩。岩石化学分析结果表明,铁石观岩体SiO2含量变化于71.36%~73.70%,Al2O3含量介于14.48%~15.64%之间,MgO含量为0.44%~0.71%,w(Sr)一般350×10-6,w(Yb)变化于0.67×10-6~1.58×10-6,w(Y)介于6.74×10-6~18.02×10-6,w(Sr)/w(Y)=21.32~72.49,富集LREE和大离子亲石元素,亏损HREE及高场强元素,与典型的埃达克岩相似。铁石观岩体锆石206Pb/238U年龄加权平均值为(422.0±6.4)Ma,代表了岩浆形成年龄。研究表明,铁石观岩体形成于大陆后碰撞造山阶段,为加厚陆壳重熔形成。     

柴达木盆地北缘早古生代碰撞造山系统

柴达木盆地北缘在早古生代形成了一条碰撞造山带，该造山带结构保存较完整，可分辨出深俯冲板片、火山岛弧带、蛇绿杂岩带、岛弧深成岩带等组成单元。其中，俯冲板块主要由中元古代鱼卡河岩群和中新元古代花岗片麻岩构成，在寒武纪末-奥陶纪可能全部或部分俯冲到岩石圈深部，发生了高压-超高压变质作用。火山岛弧主要由中基性火山岩、细碎屑岩等组成，成岩时代为晚寒武世-奥陶纪。蛇绿杂岩带由超镁铁质岩、辉长岩、玄武岩和少量硅质岩组成，形成于弧后扩张脊构造背景，成岩时代为寒武纪-奥陶纪。岛弧深成岩成分变化较大，由闪长岩变化到花岗岩，成岩时代为奥陶纪。而造山带北侧的欧龙布鲁克微陆块则具有双层结构，由德令哈杂岩和达肯大坂岩群构成基底，盖层为全吉群。     

南天山北缘麻粒岩残迹与辉石相韧性变形研究

对新疆北部南天山北缘蛇绿混杂岩带中麻粒岩的岩石学、矿物学、岩石化学、矿物化学、稀土元素地球化学特征及辉石相韧性变形构造的研究表明,榆树沟麻粒岩的共生矿物组合为透辉石-次透辉石-紫苏辉石-石榴石-斜长石,属基性岩类暗色麻粒岩,以低硅高钙为特征,稀土总量低,轻稀土与铕弱亏损,反映高温高压熔融环境和岩浆分异差的特点。麻粒岩及超镁铁岩中的辉石经历了强烈的韧性剪切变形作用,不对称辉石残斑系、动态重结晶辉石亚颗粒集合体、辉石变形双晶纹、鱼尾构造、核幔构造等显微韧变构造广泛发育。宏观和微观运动学分析揭示了一期从南向北的推覆构造。麻粒岩的形成与早古生代大陆地壳拉伸作用有关,辉石相韧性变形则与早古生代末南天山边缘海的挤压关闭和推覆逆冲有关。     

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。     

柴北缘绿梁山早古生代花岗岩浆作用与高温变质作用的同时性

采用SHRIMP方法获得绿梁山花岗岩的锆石U-Pb年龄为430±8Ma(12个测点平均),所有测点的Th/U比值均大于0.1,该年龄代表花岗岩的形成年龄.同时获得部分具有核-幔结构的继承锆石,其核部年龄为475～460Ma,Th/U比值为0.01～0.02,为典型的变质锆石,与围岩片麻岩中的锆石类似,反映了花岗岩与片麻岩之间的成因联系.绿梁山花岗岩属于钙碱性系列,SiO2含量为65.63%～74.78%,变化较大,属于过铝质岩石,推测其源岩以沉积岩为主.围岩片麻岩以变质沉积岩为主,可能为花岗岩的主要源岩.花岗岩的(87Sr/86Sr)t为0.71075(t=430Ma),εNd(430Ma)为-5.5～4.6,与围岩片麻岩的Sr-Nd同位素组成存在较大差别,可能反映了花岗岩形成于高温缺水的环境或者成岩时有地幔物质/年轻地壳物质的加入.花岗岩形成时代与片麻岩变质时代的一致性(430Ma),反映了它们为同一区域构造热事件的产物,是俯冲陆壳发生热松弛的记录.     

内蒙古中部早元古代造山事件中麻粒岩相低压变质作用

内蒙古中部早元古代麻粒岩相低压变质地壳,根据富铝片麻岩中的长石种类和岩石组合,可划分为南北2个带、6个岩石组合。它们代表着不同的变质层状岩系序列及其所经历的变质作用的温度、压力条件和构造背景。矿物的包裹结构和反应边组构,记录了高温低压矿物组合取代了中温高压矿物组合:石榴子石+石英→紫苏辉石+斜长石,蓝晶石→矽线石及石榴子石+蓝晶石/矽线石+石英→堇青石。岩石的变形组构、矿物组合的转变关系和变质作用的PTt轨迹表明:本区与变质作用同期的高温正滑韧性剪切作用,是麻粒岩相低压变质地壳形成的主要原因。由中温高压变质环境转入高温低压变质环境是造山事件中推覆作用与拉伸作用联合作用的结果。     

柴达木盆地北缘早古生代沉积—构造事件耦合关系

柴达木盆地北缘地区在泛非-祁连期经历了复杂的洋陆转化阶段,于寒武纪-奥陶纪发育了汇聚板块边缘的沟-弧-盆体系,形成了NWW-SEE向展布的柴北缘构造带早古生代岛弧及弧后盆地,沉积了一套碳酸盐岩-碎屑岩-火山岩建造。在此期间,柴北缘古洋壳的俯冲消减作用及欧龙布鲁克微地块和柴达木地块的汇聚作用与欧龙布鲁克微地块南缘沉积类型的发展演化之间存在有机的联系,构成了完整的盆-山耦合体系,引发了一系列构造事件、火山喷发事件及多种类型的事件沉积等。其中欧龙布鲁克微地块整体位于滩间山岛弧北部,在早古生代发生构造背景的转变,由被动大陆边缘转为活动大陆边缘,并诱发了多期火山喷发事件,在柴北缘构造带内形成多套火山岩、火山碎屑岩以及变碎屑岩夹层,同时陆-弧碰撞造山导致的陆壳基底的隆升及大量岛弧物质为稍后期的盆地内部碎屑岩沉积提供了重要物源。与此同时,欧龙布鲁克微地块由稳定型浅水碳酸盐岩台地沉积陷落为深水斜坡环境,在盆地内早奥陶世晚期系有规律地集中发育碳酸盐岩滑塌沉积及重力流沉积（海底扇,浊积岩等）。在此之后,由于岛弧物质向盆地内部提供大量碎屑物质,且陆-弧碰撞触发的火山及地震活动导致了同时期大量的碎屑重力流沉积的发育,并触发相对深水区沉积物向更深水区移动,使得其沉积类型转化为浊流沉积。统计表明上述事件沉积发育的时间与柴北缘地区构造活动相对活跃期基本一致,因此这些早奥陶世晚期厚层、多期次、非稳定性的重力流砂体为柴北缘洋陆俯冲及陆-弧碰撞背景下形成的,它们之间存在耦合关系。     

山东省沂水地区麻粒岩相变质作用演化及大地构造意义

山东沂水麻粒岩相岩石出露于断裂带中,它是断裂带中最古老的岩石。主要岩石类型有孔兹岩（石榴石－石英－条纹长石－夕线石片麻岩）、紫苏辉石麻粒岩（紫苏辉石－斜长石－厂长央片麻岩）以及紫苏花岗岩等。根据矿物共生组合、变质反应,温压条件得出本区麻粒岩相岩石经历了五个阶段的变质作用,前阶段为角闪岩相变质作用,温度条件为Ｔ＝５７５℃￣６００℃,Ｐ＝０．５９ＧＰａ;峰期他阶段经历了五个阶段的变质作用,峰前阶段为角     

柴北缘前寒武纪岩体（地层）变质年龄 及其对早古生代造山作用的指示

柴北缘前寒武纪岩体（地层）分布广泛。为确定柴北缘地区前寒武纪岩体（地层）受早古生代碰撞造山作用的影响,采用LA-ICP-MS技术,对大柴旦地区前寒武纪黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩及石榴子石斜长角闪岩中的锆石进行了U-Pb同位素定年。黑云斜长片麻岩获得479~472Ma的变质年龄,斜长角闪岩获得440Ma和470Ma 2个变质年龄,石榴子石斜长角闪岩获得418.8Ma±3.0Ma的变质年龄。初步确定,柴北缘早古生代造山作用对前寒武纪岩体构成了3次强度不等的变质作用叠加,分别为大洋俯冲末期阶段(495~467Ma)岛弧花岗岩弱热烘烤变质作用、大陆碰撞造山阶段(467~423Ma)区域变质作用、S型花岗岩热动力变质作用和大陆后碰撞造山阶段(423~371Ma) I型花岗岩强烈接触热变质作用。     

原特提斯洋的俯冲、增生及闭合:阿尔金-祁连-柴北缘造山系早古生代增生/碰撞造山作用

分布在青藏高原北缘的阿尔金-祁连-柴北缘早古生代造山系被认为是原特提斯构造域最北部的构造拼合体。与其北侧具有长期增生历史的中亚造山系相比,特提斯造山拼合体被认为是各种来自冈瓦纳大陆北部大陆块体相互碰撞的产物。然而,与典型的阿尔卑斯和喜马拉雅碰撞造山带相比,阿尔金-祁连-柴北缘早古生代造山系包括有大量蛇绿岩、弧岩浆杂岩、俯冲-增生杂岩等,因此一些学者认为青藏高原北部的早古生代造山系为沿塔里木和华北克拉通边界向南逐渐增生的增生型造山带。但是,增生造山模式又很难解释南阿尔金-柴北缘地区普遍存在的与大陆俯冲有关的UHP变质岩、广泛分布的巴罗式变质作用和相关的岩浆作用,以及与碰撞造山有关的变形构造等。在本文中,通过对已有研究资料的综合总结,结合一些新的研究资料,我们提出在青藏高原东北缘的阿尔金-祁连-柴北缘造山系中,早古生代时期存在两种不同类型的造山作用,即增生和碰撞造山作用,其主要标志是北祁连-北阿尔金的HP/LT变质带、蛇绿混杂岩及与洋壳俯冲有关的构造岩浆作用,以及分布在柴北缘-南阿尔金与大陆俯冲和陆陆碰撞有关的UHP变质带、区域巴罗式变质作用、深熔作用、相关的岩浆活动及伸展垮塌作用等,并建立了一个反映原特提斯洋俯冲、增生、闭合及碰撞造山作用的构造模式。     

柴北缘托莫尔日特古元古代变质基底的发现——对早古生代缝合线位置的约束

柴北缘构造带东部托莫尔日特地区发现了古元古代片麻岩和斜长角闪岩,其构造归属对认识区域构造格局具有重要意义。托莫尔日特地区发育大量早古生代火山-沉积岩、蛇绿岩和侵入岩,片麻岩和其中透镜状斜长角闪岩仅出露于填图区东北侧,其原岩分别为花岗闪长岩和基性岩。用LA-ICP-MS技术测得片麻岩和斜长角闪岩中锆石的U-Pb年龄分别为2413±28 Ma（上交点年龄,n=29,MSWD=2.3）、1966±46 Ma（207Pb/206Pb年龄加权平均值,n=4,MSWD=1.7）和1922±22 Ma（上交点年龄,n=29,MSWD=1.3）。结合锆石特征认为,2413±28 Ma可代表片麻岩原岩岩浆的结晶年龄,1966±46 Ma和1922±22 Ma可分别代表片麻岩和斜长角闪岩的变质年龄。片麻岩具有典型埃达克岩高Sr低Y的地球化学特征,MgO、Cr和Ni含量较低,锆石εHf（t）值介于-0.8~+4.0之间,二阶段模式年龄为2704~2965 Ma,全岩εNd（t）值介于+0.8~+1.6之间,显示其可能为加厚下地壳部分熔融成因。古元古代变质岩的岩石组合、地球化学特征、形成时代等均与北侧德令哈杂岩特征一致,表明其属于北侧欧龙布鲁克地块变质基底,而非柴北缘构造带。这一认识约束了柴北缘缝合线的位置,进一步将该地区缝合线限定在赛坝沟蛇绿岩和古元古代变质岩之间很窄的范围内。