大别山超高压变质岩三期抬升的年代学证据

研究表明，大别山超高压变质岩至少经历了3个抬升折返阶段:即240～220Ma时由碰撞俯冲而引发的逆冲断层而发生的第一次快速抬升折返；在180～160Ma由岩石圈“折沉”作用而引起的第二次快速抬升折返；在135Ma～90Ma由拉张环境及花岗岩浆的侵入而最终使大别山超高压变质岩第三次抬升和定位于地壳浅处，并随着山体的整体抬升和剥蚀最终出露地表。     

苏鲁造山带超高压变质作用及其P-T-t轨迹

基于超高压变质岩的岩石学,特别是超高压矿物生长成分环带、扩散环带和蚀变作用研究,综合前人的岩石学和年代学研究成果,提出苏鲁造山带超高压变质作用峰期发生在1000-1100℃和6-7GPa条件下,俯冲深度相当于200km,形成年代为240-250Ma。在此基础上,重塑了一个包括八期变质作用的P-T-t轨迹,揭示出超高压变质岩经历了三个不同的折返阶段,即从200km到100km深度的快速折返阶段,抬升速率为5km/Ma,冷却速率为10℃/Ma;从100km到30km的快速折返,抬升速率为4km/Ma,或为近等温降压,或为缓慢降温的快速降压过程;从下地壳到近地表的缓慢折返阶段,抬升速率为1km/Ma,但为快速降温过程,冷却速率可达20℃/Ma。     

大别山东北缘桐城高压-超高压变质带的构造解析及其对郯庐断裂带的制约

通过对郯庐断裂带南段桐城地区高压-超高压变质带详细的岩石学和构造学研究,将研究区从空间结构上划分为三个构造单元:上部低温-高压单元、中部中温-高压单元和下部超高压单元。根据研究区多期构造变形分析,共识别出了五期有区域构造地质学含义的事件(D_1-D_5):D_1代表高压-超高压变质岩中-晚三叠世同碰撞早期折返过程;D_2表征了高压-超高压变质岩晚三叠世同碰撞晚期折返过程;D_3记录了早白垩世中大别变质核杂岩的形成,也即整个中国东部晚中生代大规模伸展构造在研究区的表现;D_4可能标志着郯庐断裂走滑构造对高压-超高压造山带的叠加;D_5表现为脆性正断作用,控制了晚白垩世-古近纪潜山半地堑盆地的形成。这些结果表明了研究区所经历构造演化的复杂性,其构造几何形态很难用郯庐断裂左行平移南大别超高压变质岩来解释,也不支持桐城地区存在巨大走滑作用的证据。     

大别山碰撞造山带的地球动力学

大别山碰撞造山带的形成和其中超高压变质岩的形成折返具有统一的动力学过程。对大别山超高压变质岩形成 -折返的研究表明 ,大别山的超高压变质作用是冷大陆地壳被前导洋壳下拽而持续俯冲的结果。超高压变质岩的折返是多阶段的。第一阶段 (2 30～ 2 10Ma)在低地温梯度 (约10℃ /km)下发生同俯冲折返 ;第二阶段 (2 10～ 170Ma)的折返由深俯冲板片的断离引发 ,浮力开始起作用 ;第三阶段 (170～ 12 0Ma) ,以区域性岩浆活动、穹隆伸展构造活动和深剥蚀沉积为特征。从分析超高压变质岩的形成折返过程入手 ,以侏罗纪末作为时间参照点 ,以合肥盆地的侏罗系顶界作为当时的地理参照点 ,根据不同岩石单元中岩石的形成深度和碰撞造山中的位移状态 ,可把大别山碰撞造山带划分为原位系统、准原位系统、异位系统和热穹隆改造系统等结构单位。陆陆碰撞造山带形成的物理学前提是俯冲陆壳物质的低密度 ,而最终形成造山带的直接动力学过程则是深俯冲板片的断离及其引发的一系列近垂向运动的地质过程。     

大别山石马地区超高压变质岩角闪岩相变形的Rb-Sr同位素年龄及其构造意义

角闪岩相变形是大别山超高压变质岩的主期变形 ,露头和显微尺度的构造要素主要由这期变形产生 ,通过对超高压变质岩带内韧性剪切带中花岗片麻岩的Rb -Sr同位素年龄测定 ,获得一条变形花岗片麻岩的全岩 -白云母内部等时线年龄 ,表明超高压变质岩的角闪岩相变形产生于180Ma左右 ,超高压变质岩的主期变形确实为同角闪岩相变质期变形 ,该年龄与超高压变质岩的第二次快速冷却年龄一致 ,由此证实超高压变质岩在180Ma左右快速从下地壳折返至中地壳     

大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制

大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识,而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的ε_Nd为-6.2~-17,ε_Sr为18~42,且显示明显的Nd同位素的不平衡现象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明,这些榴辉岩的原岩在超高压变质前,不同程度地与贫18O的大气降水(或海水)发生过氧同位素交换,且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外,大别-苏鲁地区的榴辉岩的3He/4He比值都落在0.79×10-7~9.35×10-7范围内,显示陆壳岩石来源He的重要贡献。所有Sr-Nd、O和He同位素研究均表明:超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征,而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征,有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山带俯冲和折返的速度太快,表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换,故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强,因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma.在如此长的时间内,在100多公里地幔深处高于700℃的高温下发生超高压变质作用,表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反,如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成,则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。      

大别山超高压变质岩的变形历史及折返过程

大别山南部的超高压变质岩在其形成及折返过程中经过5期变形。D₁变形为榴辉岩相前变形,形成于扬子板块北缘陆壳基底的俯冲过程中;D₂变形形成于折返初期(220-210Ma)即超高压变质岩在浮力驱动下折返至下地壳底部的过程中,变形以块状榴辉岩的糜棱岩化及层状榴辉岩和基质的紧密-同斜褶皱为特征;D₃变形发生在折返中期(200-180Ma)即超高压变质岩在南北陆块持续碰撞作用下被挤出并向北逆冲折返至中地壳的过程中,变形以榴辉岩的布丁化和基质的强烈韧性剪切变形为特征;D₄变形是折返晚期(130-110Ma)超高压变质岩在地壳浅部伸展体制下向南滑脱所致;在折返至近地表时,超高压变质岩受到NE向断层(D₅)的切割。     

大别山花凉亭-弥陀剪切带与超高压变质岩片的斜向差异折返

超高压变质岩的折返过程是陆陆碰撞边界演化的关键问题。南倾的花凉亭-弥陀剪切带位于南大别低温-超高压变质 带和中大别中温-超高压变质带之间,矿物拉伸线理倾伏向为SE,逆冲和走滑分量大致相等。电子背散射衍射分析表明： 花凉亭-弥陀剪切带大多数样品的石英组构记录了上盘向NW的剪切变形,反映了中大别超高压变质岩向SE的快速折返, 而部分样品的石英具有上盘向SE的剪切指向,与早白垩世花岗岩穹隆发育导致的区域伸展有关。对前人的岩石学和年代学 成果进行总结,发现大别山进变质和超高压变质峰期/退变质的锆石U-Pb年龄从南往北逐渐变新,南大别和中大别在215~ 225 Ma同时经历了高压榴辉岩相退变质作用,在191~195 Ma经历了绿片岩相变质作用。超高压变质岩的白云母和黑云母的 40Ar/39Ar年龄靠近郯庐断裂时偏年轻,可能受到郯庐断裂活动的影响。南大别和中大别变质峰期温压的等值线与花凉亭-弥 陀剪切带的走向斜交,反映了超高压变质岩的斜向折返。因此,南大别低温-超高压变质带在~236 Ma最先开始折返,之后 中大别和北大别依次发生快速折返,具有不同折返速率和折返角度的构造岩片通过韧性剪切带调节相对运动。     

南阿尔金高压-超高温麻粒岩变质作用:大陆地壳超深俯冲与折返过程的记录

南阿尔金造山带是目前报道的具有最深俯冲记录的大陆超高压变质带,其内出露有高压-超高温麻粒岩,它们对深入理解大陆地壳岩石超深俯冲与折返过程具有重要意义.介绍了对南阿尔金巴什瓦克地区长英质麻粒岩和基性麻粒岩的岩相学、矿物化学、相平衡模拟及锆石U-Pb年代学研究成果.其中基性麻粒岩主要记录了深俯冲大陆地壳折返过程的变质演化:包括高压榴辉岩相、高压-超高温麻粒岩相、低压-超高温麻粒岩相及随后的近等压降温演化阶段;长英质麻粒岩除了记录与基性麻粒岩相似的折返过程外,还记录了从角闪岩相到超高压榴辉岩相的进变质演化过程.结合已有研究资料,确定超高压榴辉岩阶段峰期条件> 7~9 GPa和>1 000℃,可达到斯石英稳定域.锆石年代学显示两种岩石类型的原岩和变质年龄均分别在900 Ma和500 Ma左右.变质作用与年代学研究表明,南阿尔金大陆地壳岩石在早古生代发生超深俯冲至200~300 km后,折返至加厚地壳底部发生高压-超高温变质作用,随后被快速抬升至地壳浅部发生低压-超高温变质作用并经历迅速冷却.      

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.     

Exhumation of UHP Terranes: A Case Study from the Dabie Mountains,Eastern China

Two processes are suggested to explain how UHP rocks are exhumed from mantle depths. One is removal of the overburden either by erosion or by extension, whereas the other involves the uplifting of the UHP rocks through the overburden. Application of either of these mechanisms to the Dabie Mountains, however, is fraught with difficulty. When combined with previously published data, new studies on metamorphic P-T paths, regional structures, and deep upper-mantle architecture revealed by seismic tomography lend support to a multi-stage exhumation process that operated in the Dabie Mountains.

The first stage (230 to 200 Ma) is characterized by ductile deformation, produced during eclogite-facies recrystallization under a geothermal gradient as low as 10°C/km, implying a synsubduction exhumation. Some of the UHP rocks evidently were exhumed to a depth of ~60 km, as indicated by petrological study of the Shuanghe eclogite. The second stage (200 to 170 Ma) attended ductile deformation and amphibolite-facies retrograde metamorphism. Subduction of the Yangtze block was halted by slab breakoff at a depth of ～200 km. The resultant geothermal gradient recovered to ～20″C/km. Slab breakoff permitted buoyancy-driven ascent of the UHP low-density melange to shallow crustal levels in a diapir structure. When the UHP portion of the mountain root rose, the shallow portion was heated to a temperature higher than that of the peak metamorphic pressure. The third stage (170 to 120 Ma) is characterized by extension and thermal uplift, as well as erosion. Sedimentary basins and volcanic rocks developed on both sides of the Dabie Mountains. Gab-bro-pyroxenite intruded the hanging wall of the UHP terrane, and granite, as well as migmatite, developed in that stage.

Exhumation mechanisms might include corner flow for the first stage, buoyancy-driven squeezing-up for the second stage, and crustal extension, as well as erosion, for the third. Rupture and loss of the subducted lithospheric plate generated the gravity instability that resulted in exhumation of the subducted UHP section.     

大别山超高压变质岩折返机制与华北-华南陆块碰撞过程

古地磁研究表明华北和华南陆块的碰撞始于三叠纪初 ,止于晚侏罗世 ;同位素年代学研究及大别山北部中—上侏罗统砾岩层中榴辉岩砾石的发现表明大别山超高压变质岩形成于三叠纪初 ,并在中—晚侏罗世出露于地表。因此 ,超高压变质岩是在陆陆碰撞过程中完成它的折返出露过程。揭示超高压变质岩的折返历史与机制有助于我们认识大陆的碰撞过程。大别山超高压变质岩及其围岩θ t冷却曲线显示超高压变质岩从 80 0℃到 3 0 0℃经历了三个阶段 :( 2 2 6± 3 )～ ( 2 1 9± 7)Ma期间从80 0℃到 5 0 0℃的第一次快速冷却 ,1 80～ 1 70Ma期间从 4 5 0℃到 3 0 0℃的第二次快速冷却 )和介于两者之间的等温过程。这一具有两次快速冷却的θ t曲线已被近年来的若干年代学数据所证实。超高压变质岩的两次快速冷却事件反映了两次快速抬升过程。在东秦岭及苏鲁地体东端发育的同碰撞花岗岩U Pb年龄值为 2 2 5～ 2 0 5Ma,与超高压变质岩第一次快速冷却时代吻合。这种时代耦合关系表明俯冲板片断离可能是超高压变质岩第一次快速抬升和冷却的重要机制。大别山Pb同位素填图揭示出南大别带超高压变质岩具有高反射成因Pb特征 ,因而源于俯冲的上地壳 ;而北大别带超高压变质岩具有低放射成因Pb特征 ,源于俯冲长英质下地壳。这表明在俯     

大别造山带现今构造格局的形成——来自石英C轴组构的证据

石英C轴组构常常记录递进变形过程中晚期增量变形的构造特征,因而可以通过对大别造山带内岩石中石英C轴组构的分析来确定造山带构造变形历史中的晚期变形事件的运动学特征。本次工作在大别造山带各单元中采集了一系列样品,对其进行石英C轴组构分析。石英C轴组构结果表明,北淮阳带就位于同造山折返第一阶段,其运动型式为上盘向NW的剪切变形;南大别高压—超高压榴辉岩带与宿松杂岩带就位于同造山折返第二阶段,运动型式表现为上盘向SE的剪切变形;北大别带就位于早白垩世穹状隆升过程中。北大别带在穹状隆升过程中表现为上盘向NW的运动型式,在深部可能存在向NW方向的下地壳物质的塑性流动。     

大别造山带中镁铁质——超镁铁质岩石和榴辉岩有关问题的讨论

根据近年来积累的文献资料及研究讨论指出：（１）大别山造带镁铁质－－超镁铁质岩石可分成两大类;一类以任家湾、童家冲、祝家铺道士冲、青山、沙河等辉石辉长岩类为代表,它们具有相同的牲和成岩年龄,可能与华北、华南地块聚敛碰产生的岛弧或大陆岩浆岩有关;另一类以铙拔寨,大化坪、碧溪岭和毛屋岩体为代表,虽然它们的成岩年龄均在前寒武纪,但却有着不同的成岩时代和成岩环境。（２）大别造山带榴辉岩等多属异地来源,具有不     

大别造山带晚造山期花岗岩类

大别造山带存在中侏罗世花岗质岩浆活动,相关花岗岩类在成分上与准铝质岩一致,其锆石U-Pb与全岩Rb-Sr年龄为174~161 Ma。这些岩体主要属于造山带中下地壳深部熔融、侵入之产物,具有晚造山挤压型花岗岩的特点。岩体出露面积与剥露深度的区域变化,主要与后期强烈的热窿伸展差异改造作用有关。大别造山带晚造山期的挤压环境,还控制合肥盆地前陆挤压阶段(中侏罗世–晚侏罗世早期)以及南北两侧逆冲推覆构造的发育。西太平洋汇聚特性的急剧变化(侏罗纪末),是促成大别山造山根突发性拆沉事件以及区域伸展机制取代晚造山期挤压作用的根本原因,推测这种晚造山期挤压环境大致结束于~160Ma,即造山根突发性拆沉作用发生之时。     

大别-苏鲁区超高压(UHP)变质岩的多阶段构造折返过程

追溯和重塑超高压变质岩由100多千米地幔深度折返至上地壳及地表的过程,对理解会聚板块边缘及大陆碰撞带的运动学和动力学是极为重要的.主要依据构造学、岩石学、地球化学和可利用的地质年代学资料,结合区域多期变形分析,大别-苏鲁区超高压变质岩的折返过程至少可分解出4个大的阶段.块状榴辉岩记录了三叠纪(约250~230 Ma)大陆壳岩石的深俯冲/碰撞作用.超高压变质岩早期迅速折返发生于超高压峰期变质作用(P＞3.1~4.0 GPa,T≈800±50 ℃)之后,处于地幔深度和柯石英稳定域,相当于区域D₂变形期阶段.分别与区域变形期D₃、D₄和D₅对应的折返过程,以及后成合晶、冠状体等卸载不平衡结构发育和减压部分熔融作用2个中间性构造热事件,均发生在地壳层次. 网络状剪切带在折返过程的不同阶段和不同层次均有发育,标志着在超高压变质带内的变质和变形分解作用曾重复进行.着重指出,超高压变质岩的折返,主要是由大陆壳的深俯冲/碰撞和伸展作用控制的构造过程,且受到俯冲带内、带外诸多因素的约束,其中水流体就起关键作用.      

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。     

Zoned Zircon from Eclogite Lenses in Marbles from the Dabie-Sulu UHP Terrane, China： A Clear Record of Ultra-deep Subduction and Fast Exhumation

Eclogite lenses in marbles from the Dabie-Sulu ultrahigh-pressure (UHP) terrane are deeply subducted meta-sedimentary rocks. Zircons in these rocks have been used to constrain the ages of prograde and UHP metamorphism during subduction, and later retrograde metamorphism during exhumation. Inherited (detrital) and metamorphic zircons were distinguished on the basis of transmitted light microscopy, cathodoluminescence (CL) imaging, trace element contents and mineral inclusions. The distribution of mineral inclusions combined with CL imaging of the metamorphic zircon make it possible to relate zircon zones (domains) to different metamorphic stages. Domain 1 consists of rounded, oblong and spindly cores with dark-luminescent images, and contains quartz eclogite facies mineral inclusion assemblages, indicating formation under high-pressure (HP) metamorphic conditions of T = 571-668℃and P = 1.7-2.02 GPa. Domain 2 always surrounds domain 1 or occurs as rounded and spindly cores with white-luminescent images. It contains coesite edogite facies mineral inclusion assemblages, indicating formation under UHP metamorphic conditions of T = 782-849℃and P > 5.5 GPa. Domain 3, with gray-luminescent images, always surrounds domain 2 and occurs as the outermost zircon rim. It is characterized by low-pressure mineral inclusion assemblages, which are related to regional amphibolite facies retrograde metamorphism of T = 600-710℃and P = 0.7-1.2 GPa. The three metamorphic zircon domains have distinct ages; sample H1 from the Dabie terrane yielded SHRIMP ages of 245±4 Ma for domain 1, 235±3 Ma for domain 2 and 215±6 Ma for domain 3, whereas sample H2 from the Sulu terrane yielded similar ages of 244±4 Ma, 233±4 Ma and 214±5 Ma for Domains 1, 2 and 3, respectively. The mean ages of these zones suggest that subduction to UHP depths took place over 10-11 Ma and exhumation of the rocks occurred over a period of 19-20 Ma. Thus, subduction from～55 km to > 160 km deep mantle depth took place at rates of approximately 9.5-10.5 km/Ma and exhumation from depths >160 km to the base of the crust at～30 km occurred at approximately 6.5 km/Ma. We propose a model for these rocks involving deep subduction of continental margin lithosphere followed by ultrafast exhumation driven by buoyancy forces after break-off of the UHP slab deep within the mantle.