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。     

大别山高压-超高压变质期后伸展构造格局

大别山高压、超高压变质期后构造格架的最显著特征是以罗田片麻岩穹隆为核部的多层伸展拆离滑脱带的发育,并由它们将超高压变质单元、高压变质单元和蓝闪－绿片岩单元分隔成垂向叠置的席状岩片,类似于变质核杂岩的基本结构样式。这种伸展构造格架制约了高压、超高压岩石的展布,而在较大榴辉岩体中保存的缩短或挤压组构则是以高压、超高压变质作用为标志的陆－陆碰撞事件的记录。正确地区分挤压组构与伸展组构是识别大别山带内高压     

大别山五庙超高压变质岩的变形构造

含柯石英榴辉岩、高压片麻岩的五庙超高压变质岩与外围低压片麻岩以逆冲断层呈构造侵位关系,而在其内部榴辉岩与高压片麻岩为非构造接触,并且发育有榴辉岩相静态重结晶构造以及在纯剪应力状态下的前角闪岩相变形构造Ｄ１和在顶端指向ＮＮＷ运动的单剪应力状态下的角闪岩相变形构造Ｄ２。     

大别山超高压变质带的构造背景

大别山南部的超高压变质带具有特征的榴辉岩相矿物组合，榴辉岩的岩石化学及稀土元素特征及其伴生的岩石组合，表明这个带是以陆壳成分为主混有少量上地幔及洋壳成分的混杂岩，榴辉岩相围岩和大别群具有不同的变质和变形特征。超高压变质带形成于扬子和中朝板块大陆碰撞的构造环境，是扬子板块陆壳向北俯冲到一定深度的变质产物。     

大别山超高压变质带内浅变质岩层再认识

本文依据浅变质岩层所保存的韵律层理，沉积构造，火山角砾－凝灰结构及残存的微古植物组合等，以及硅酸盐、稀土、微量元素分析成果的判别，对浅变质岩层进行了再认识，认定该浅变质岩是一套经受浅变质改造的火山碎屑沉积岩层；并就建立其地层序列，区域地层对比进行了论述；对其存在意义和时代归属进行了讨论。     

大别山造山带高压-超高压变质岩的折返过程

高压-超高压变质岩的形成与折返是地球动力学过程,虽人眼不能见及,但在岩石中留下种种记录。本文以大别山为例对高压-超高压变质岩的折返过程进行了探讨。文中(1) 综合构造地质学和地球物理学观测资料,剖析了大别山造山带的结构构造,指出了作为高压-超高压变质岩折返通道的莫霍面断口和折返形成的挤压穹隆地壳结构;(2) 综合变质岩石学P-T-t轨迹研究资料,追踪高压-超高压变质岩在地下的运动轨迹,揭示了其在俯冲-折返过程不同时段经过的深度和运动速率,并指出其向南的折返极性;(3) 结合沉积岩石学研究资料,利用合肥盆地中砾岩成分和碎屑白云母Si含量记录,限定了高压-超高压变质岩折返至地表的时间为中侏罗世前。基于上述资料,本文重建了大别山高压-超高压变质岩的三阶段折返过程,指出大别山包含三个岩片,于230Ma左右分别从不同深度快速折返,折返速率为3~10km/Ma,于210Ma左右进入中地壳,并于180Ma左右快速折返(折返速率为3km/Ma左右) 至上地壳,白垩纪折返速率极慢(0.1km/Ma左右)。

     

大别山超高压变质带内浅变质岩层再认识

本文依据浅变质岩层所保存的韵律层理、沉积构造、火山角砾一凝灰结构及残存的微古植物组合等,以及硅酸盐、稀土、微量元素分析成果的判别,对浅变质岩层进行了再认识,认定该浅变质岩是一套经受浅变质作用改造的火山碎屑沉积岩层;并就建立其地层序列,区域地层对比进行了论述;对其存在意义和时代归属进行了讨论.     

大别山超高压变质岩带的岩石磁学和磁组构研究及其地质意义

本文对采自大别山碧溪岭、新店、石马、花凉亭和朱家冲等地点的102块定向超高压和高压变质榴辉岩、片麻岩和大理岩等样品,进行了岩石磁学和磁化率各向异性（AMS）研究。磁化率和磁化强度随温度变化以及磁滞回线参数的分析结果表明,岩石剩磁载体以假单畴-多畴磁铁矿为主。新鲜榴辉岩和大理岩的磁化率很低,经过退变质作用的榴辉岩具有最大磁化率值,片麻岩的磁化率变化范围较大。这表明这些岩石中的磁性矿物含量主要受退变质作用和原岩成分差异的控制。磁化率各向异性度（P）主要受磁面理（F）的控制,显示出在其发育期以挤压构造环境为主;新鲜榴辉岩、退变质榴辉岩和片麻岩的F和P值依次增大。榴辉岩和片麻岩的AMS椭球的展布近似。在地理坐标下,这些AMS椭球的最小主轴（K3）以向北倾为主,最大主轴（K1）多为南倾。     

大别山北部榴辉岩的退变质特征及其地质意义

研究了大别山北部榴辉岩的变质岩岩石学。结果表明，该区榴辉岩相变质作用可分为早期(超高压)和晚期(高压)两个阶段，并在折返过程中形成了一系列特征性的退变质显微构造。其中，退变质结构主要包括：(1)由于压力降低而出溶形成的一些定向针状或叶片状矿物包裹体，如钠质单斜辉石中石英及石榴子石中的金红石、单斜辉石和磷灰石等；(2)冠状体或后成合晶，特别是石榴子石外围发育两期(“双层”)后成合晶；(3)反应边或退变边，如绿辉石的透辉石退变边、透辉石的角闪石退变边和金红石的钛铁矿退变边等。这些退变质结构为本区榴辉岩高级变质岩的快速折返过程和抬升历史提供了强有力的岩石学依据；石榴子石中针状矿物出溶体进一步证明研究区榴辉岩早期经历了超高压变质作用，峰期变质压力应大干4．0GPa，甚至可能达到5～7GPa或更高。     

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εNd为-6.2~-17,εSr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。     

大别造山带超高压变质岩折返隆升的地层学证据—毛坦厂组榴辉岩砾石的启示

大别山北缘地区发育厚达近万米的中新生代碎屑岩，它们记录着大别山造山带和在株罗纪以来的演化历史。在安徽省六安地区毛坦厂组中，发现多块榴辉岩砾石。砾石新鲜，质地坚硬，表明属于第一旋回砾石。榴辉岩由石榴子石、多硅白云母、绿帘石、石英、金红石等组成。具有明显的退变质作用，发育以钠长石和闪石类组成的后合成晶、以及石榴子石周边的次为边。石榴子石以铁铝榴石和钙铝榴石为主，恪地C类榴辉岩。根据其特征应该属于大别山南部和北部超高压榴辉岩。毛坦厂组层位确切，古生物化石和同位素年龄都表明以晚株罗世为主，这一发现表明，在晚株罗世，以榴辉岩为代表的造山带根部物质，即：超高压变质岩已经出露地表，并作为毛坦厂组的物源。因此，大别造山带超高压为质岩折返到地表，最迟在晚株罗世。     

大别山超高压变质岩的显微构造与有效黏度

超高压变质岩提供了研究大陆俯冲隧道中岩石的变形机制和流变差异性的窗口。文章使用电子背散射衍射技术分析了大别山超高压变质带的榴辉岩和长英质片麻岩的显微构造。榴辉岩中的石榴子石基本呈无序分布,绿辉石发育较强烈的晶格优选定向,[001]轴的极密平行或近平行于拉伸线理,(100)面的法线近垂直于面理,退变榴辉岩中角闪石的(100)[001]组构可能继承了绿辉石的晶格优选定向。退变榴辉岩和长英质片麻岩中的石英记录了(0001)低温底面滑移和{1010}中温 柱面滑移,反映了超高压变质岩折返到中地壳的韧性变形;而斜长石的(001)<110>和(010)[100]组构形成于折返到下地壳的角闪岩相变质条件（>600℃）。根据主要矿物的流变律计算了俯冲与折返过程中无水矿物的有效黏度变化。俯冲过程中,钠长石=硬玉+石英的分解反应以及石英-柯石英相变导致长英质片麻岩的有效黏度和密度都显著增高,有利于陆壳深俯冲。但是折返过程中由于温度较高,这两个反应带来的有效黏度变化较小。>80 km深度,石榴子石的流变强度>硬玉>绿辉 石>柯石英,俯冲上地壳的流变由柯石英和硬玉控制,下地壳的流变由绿辉石和石榴子石控制。超高压变质岩流变强度的差异有助于上—下地壳力学解耦,使相对低密度、低黏度的上地壳物质在俯冲隧道内快速折返。     

Retrogressive Microstructures:A Key to Post Collisional Uplift and Extension Tectonics of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks from Dabie Orogenic Belt,China

ThereisanunanimousunderstandingthattheUHPmetamorphisminDabie-SuluareaswasformedduringtheTri-assiccollisioneventbetweentheYangtzeandNorthChinacratons(Congetal.,l994$Zhouetal-,l996;Liouetal.,l994)-Eclogiteisthemostimportantrocktypeamongtheul-trahigh-pressure(UHP)metamorphicrocks.Accordingtotheiroccurrencethereare3typesofeclogites:typeIisen-clavesinultramaficintrusionsandasmembersinthelayeredmafic-ultramaficcomplex(Jahnl998);typeIispodsorlay-ersinthehighlymetamorphicsupracrustals(mainlying…     

大别山高压、超高压变质岩结构构造的演化规律(PTt-D轨迹)

根据大别山高压、超高压变质岩的中尺度-显微构造分析及PTt研究,建立它们的结构和构造随变质作用（前榴辉岩相、超高压变质峰期、前角闪岩相和角闪岩相）有序演化的PTt-D轨迹。这一演化主要包括：在岩石的矿物结构方面从石榴石静态重结晶结构到柯石英假像及放射状张裂隙构造;在岩石组构方面从L>S到L-S和S>L榴辉岩;以及在中尺度构造方面发育的D1和D2变形构造。该PTt-D轨迹同时可以提供有关高压、超高压变质岩折返模式的信息。     

Retrogressive Microstructures of the Eclogites from the Northern Dabie Mountains, Central China： Evidence for Rapid Exhumation

The ultrahigh-pressure eclogites from the northern Dabie Mountains in central China occurred as tectonic lens or blocks within granitic gneisses or meta-peridotites. Petrologic studies suggest that the studied eclogites experienced strongly retrogressive metamorphism and produced a series of characteristic retrogressive microstructures. The retrograde structures mainly include: (1) oriented needle mineral exsolution, e. g. , quartz needles in Na-clinopyroxene and rotile, clinopyroxene and apatite exsolution in garnet formed under decreasing pressure conditions during exhumation; (2) symplectite, especially, two generations of symplectites developed outside the garnet grains, which are called ““double symplectite““ here; (3) compositional zoning of minerals such as garnet and clinopyroxene; (4) minerals with a reaction rim or retrograde rim, e.g. , omphacite with a diopside rim, diopside with an amphibole rim and rutile with a rim of ilmenite. These retrograde textures, especially mineral zoning and symplectite, provide important petrologic evidence for the exhumation process and uplift of high-grade metamorphic rocks such as eclogite in the northern Dabie Mountains, indicating a rapid exhumation process.     

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。     

大别山超高压岩石的流变学研究

本文利用野外构造解析、透射电镜、岩组等手段,对大别山地区超高压岩石的变形表象及变形机制进行了详细的观察和研究,从而动态地建立了超高压岩石折返的PTtD轨迹。结果表明:超高压石榴橄榄岩经历了高温和低温两种变形,其中橄榄石中发育高温[001](100)和中低温[010](100)两种滑移系。超高压榴辉岩中绿辉石的位错构造发育,位错密度为4.98×10~7/cm~2。绿辉石亚颗粒的特征显示存在颗粒边界迁移和扩散蠕变。绿辉石的组构测定表明,绿辉石晶内塑性流动形成了[001]极密,该极密平行于线理,属L型收缩组构。组构对称型显示本区榴辉岩以共轴变形为主,由于应变分解,部分地区含非共轴成分。付林图解表明,绿辉石和石榴子石的变形均属于收缩型椭球,拉伸型应变,这与绿辉石组构测定结果一致。石榴子石位错密度为3.54×10~7/cm~2,部分地区的石榴子石发育动态重结晶及核幔构造等,形成榴辉岩相糜棱岩。另外根据不同超高压岩石中石英的位错密度或亚颗粒大小,计算了超高压岩石折返时各个阶段的应力大小。     

Partial Melting Processes During Exhumation of Ultrahigh-Pressure Metamorphic Rocks in Dabieshan, China

INTRODUCTIONUptonowthereisinagreementonthetectonic-dynamicbackgroundoftheformationofUHPmetamorphicrocks,i.e.,theUHPMrocksareproductsofobliquecollisionbe-tweentheYangtzeandSinokoreancratonsinIndosinianstage(Jahn,1998lWangandCong,l998,1996;Lietal.,l997,l996iHackeretal.,l996ILiouet.al.,l9961Okay;Sen-gor,l993,CongandWang,l994;Sengor,1993).Buthowthesemetamorphicrocksareformedatmantledepthexhumedbacktothesurfacesorapidlyisstillastandingproblem-TheexhumationofUHPMrocksisacomplextectoni…     

Accelerated Exhumation During the Cenozoic in the Dabie Mountains: Evidence from Fission-Track Ages

Zircon and apatite fission-track dating indicates that the exhumation of the Dabie Mountains tended to be accelerated in the Cenozoic and that the exhumation of the eastern Dabie Mountains was more and more intense from south to north, which is in accordance with the more and more intense dissection from south to north, as is reflected by the modern geomorphologic features of the Dabie Mountains. The accelerated exhumation during the Cenozoic was related to the high elevation of the Dabie Mountains resulting from Late Cretaceous-Palaeogene detachment faulting and subsequent fault-block uplift and subsidence. The average elevation at that time was at least about 660 m higher than that at the present. The intense exhumation lagged behind intense uplift.