桐柏造山带榴辉岩早古生代高压变质作用的发现

桐柏造山带是连接秦岭造山带和红安-大别造山带的枢纽,一直被认为是三叠纪变质带。本文通过对其南部高压榴辉岩带内榴辉岩和白云母石英片岩的全岩化学、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素地球化学研究,首次确定该地区的榴辉岩存在早古生代变质作用。榴辉岩主要由石榴石、绿辉石和角闪石组成,含少量多硅白云母、石英和金红石等。榴辉岩中锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为452±5Ma,这些锆石具有低Th/U比值、低¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值,并具有平坦的HREE配分型式和无Eu负异常的特征,即为典型榴辉岩相的变质锆石。因此,452Ma代表该榴辉岩的变质时间。此外,白云母石英片岩中的锆石SIMS定年也获得450±93Ma的下交点年龄,证明白云母石英片岩与榴辉岩皆记录了早古生代的变质事件。榴辉岩的主微量元素及锆石Hf同位素特征反映榴辉岩原岩形成于板内环境,并且在侵位过程中遭到古老地壳物质的混染。结合桐柏造山带内不同岩石类型中早古生代的变质年龄,表明早古生代的变质作用在桐柏造山带内是普遍存在的。同时,桐柏造山带早古生代榴辉岩相变质事件的发现,进一步说明其经历了从古生代到中生代多阶段的构造演化。

     

北秦岭造山带的早古生代多期变质作用

北秦岭造山带的秦岭岩群以高级变质岩石为特征,主要包括少量榴辉岩、高压麻粒岩和区域上广泛分布的麻粒岩-角闪岩相变质岩石。年代学研究显示秦岭岩群中不同岩石记录了多期变质作用。已有的定年资料给出北秦岭官坡地区的榴辉岩的年龄为500Ma左右,代表榴辉岩相的变质时代。结合岩相学资料,对两个高压麻粒岩样品的SHRIMP和LA-ICPMS U-Pb测定分别获得504±7Ma 和506±3Ma的年龄,应代表高压麻粒岩相变质时代。这表明高压麻粒岩和相邻的榴辉岩有相近的变质时代,但形成在造山带中不同的构热造环境中。西峡地区的角闪二辉麻粒岩的U-Pb定年给出两组早古生代年龄,一组为440±2Ma,可能代表了中低压麻粒岩相的变质时代,另一组为426±1Ma,应代表区域角闪岩相的变质时代。桐柏山北部的石榴二辉麻粒岩的U-Pb定年数据给出436±1Ma的年龄,为中压麻粒岩相的变质时代。这些资料表明北秦岭造山带经历了早奥陶世的俯冲和地壳增厚作用,并在晚志留世遭受了广泛的巴罗式区域变质作用。     

北秦岭松树沟榴辉岩的确定及其地质意义

松树沟石榴石角闪岩(榴闪岩)呈透镜状产于松树沟超镁铁岩旁侧的斜长角闪岩中,一直以来被认为是形成于接触交代变质或麻粒岩相变质过程。详细岩相学及矿物元素分析,在榴闪岩的基质矿物、石榴石幔部及锆石包体中发现残留的绿辉石,而且石榴石也保存了明显的进变质主、微量元素成分环带,表明松树沟榴闪岩为榴辉岩退变质的产物,至少经历了从角闪岩相到榴辉岩相再到角闪岩相的三阶段顺时针PT演化过程。锆石定年结果得到榴辉岩的变质年龄为500±8Ma,原岩结晶时代为796±16Ma,与秦岭岩群北侧官坡超高压榴辉岩的变质年龄和原岩年龄完全一致,也与北秦岭区域高压-超高压变质时代和原岩的结晶时代一致。表明松树沟榴辉岩与北秦岭造山带已发现的高压-超高压变质岩石一起都应是古生代大陆深俯冲作用的结果,而松树沟超镁铁岩可能是俯冲的大陆板片在折返过程中携带的俯冲隧道中的交代地幔岩。     

北秦岭造山带榴辉岩及相关岩石的地球化学特征

本文介绍了新近在北秦岭造山带中发现的高压－－超高压变质带和松树沟高压变质带代表性变质岩的化学成分，微量元素和稀土元素特征。这些高压、超高压变质岩的原岩多为基性火成岩。产在北秦岭造山带中的高压－超高压变质岩的地球化学特征与东部产在南秦岭造山带的同类岩石有许多相似之处，推测秦岭－－大别造山带从南到北是在同一个岩石圈上演化来的，不是不同地块拼接成的。     

秦岭造山带内高压榴辉岩变质带与元古宙碰撞作用

在北秦岭造山带的秦岭群中发现两个高压变质带，分别出露于秦岭群的北部和南部边界线之内侧。其中北带内以榴辉岩为主，并伴生有石榴角闪岩、含石榴斜长角闪岩、含多硅白云母及石榴石的长英质片岩；南带中由石榴单辉岩和石榴角闪岩组成。变质作用可分为三个阶段，依次为榴辉岩或石榴单辉岩阶段、石榴角闪岩阶段，斜长角闪岩阶段，前二者是元古宙时期华北和华南板块碰撞中地壳发生了强烈增厚的作用的产物，后者是晚期抬升作用下再现降     

北秦岭高压-超高压岩石的多期变质时代及其地质意义

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA-ICP-MS原位微区定年分析方法,本文确定北秦岭清油河退变榴辉岩的峰期变质时代为490±6Ma,退变质时代为453±9Ma,原岩形成时代为655±9Ma;松树沟超高压长英质片麻岩的峰期变质时代为497±8Ma,两期退变质时代分别为448±4Ma和421±2Ma,原岩形成时代上限832±25Ma;寨根石榴石辉石岩的峰期变质时代为498±2Ma,中压麻粒岩相退变质时代为450±3Ma,角闪岩相退变质时代为426±1Ma,原岩形成时代为573±40Ma;西峡北榴闪岩的角闪岩相变质时代为423±3Ma,原岩形成时代为843±7Ma。新确定的这些岩石的峰期变质时代与前人已报导的区内高压-超高压岩石的峰期变质时代在误差范围内基本一致,结合区内高压-超高压岩石不仅分布在秦岭岩群北缘的官坡-双槐树一带,而且断续出露在秦岭岩群中部或偏南侧的清油河北-松树沟-寨根北甚至西峡北东西一线,进一步表明它们应是同一期构造地质事件的产物。北秦岭已发现的全部正变质的高压-超高压岩石均呈透镜体状分布在围岩片麻岩中,松树沟超高压长英质片麻岩的原岩为典型的陆壳沉积物,因此,这些高压-超高压岩石的形成可能都是陆壳俯冲-深俯冲作用的产物。结合岩相学观察、锆石CL图像和锆石U-Pb定年表明,这些高压-超高压岩石在～500Ma经历了峰期变质作用后,又分别在～450Ma和～420Ma遭受了中压麻粒岩相和或角闪岩相退变质作用的叠加,充分说明这些高压-超高压岩石经历了一个完整的由陆壳俯冲-深俯冲、之后连续两次抬升的构造演化过程。另外,本次研究新获得的这些岩石的原岩形成时代介于843±7Ma～573±40Ma之间,结合官坡榴辉岩的原岩形成时代为791～814Ma以及松树沟榴闪岩原岩时代为787±16Ma的研究,共同表明北秦岭高压-超高压岩石的原岩形成时代均为新元古代,因此,限定俯冲-深俯冲的陆壳物质应来自形成时代为新元古代的大陆地壳或地质体。结合区域地质背景和前人研究成果综合分析,本文初步认为,北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在～500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用的产物,之后在～450Ma与～420Ma经历了两期抬升。     

北秦岭造山带早古生代多期变质与深熔作用：锆石U-Pb年代学证据

北秦岭造山带中的秦岭群以多期变质作用和强烈混合岩化为特征,出露有早古生代的榴辉岩和高压麻粒岩,以及区域性分布的中低压麻粒岩-角闪岩相变质岩石和混合岩。本文对西峡双龙地区混合岩化片麻岩(中色体)、石榴子石黑云母片岩(暗色体)和淡色花岗岩脉体进行了详细的锆石U-Pb定年和微量元素研究。结果表明片麻岩的原岩年龄为941±11Ma(2σ,MSWD=0.59),石榴子石黑云母片岩的原岩年龄为756±9.9Ma(2σ,MSWD=1.07)。石榴子石黑云母片岩中的变质锆石获得了484±9.6Ma(2σ,MSWD=0.88)的年龄,与片麻岩中锆石变质增生边获得的单点年龄498±11Ma在误差范围内一致。这些变质锆石多数具有平坦的HREE分配模式,弱Eu负异常,与高压变质岩中的变质锆石特征相似。该年龄与秦岭榴辉岩和高压麻粒岩的变质年龄相一致。石榴子石黑云母片岩中锆石的最外层增生边记录了424±9.1Ma的年龄,同时淡色脉体中的锆石也给出了422±4.0Ma(2σ,MSWD=0.77)的加权平均年龄,代表了深熔脉体的结晶年龄。这些锆石均为新生锆石,阴极发光弱,具有低的Th/U比值,平坦的HREE分配模式,强烈的Eu负异常,指示部分熔融过程中存在大量石榴子石和斜长石。深熔脉体的年龄与秦岭群中的中低压高温-超高麻粒岩相变质的年龄相符。结合已有的结果,我们认为秦岭群普遍记录了500~480Ma的高压、超高压变质作用,并叠加了440~400Ma的中压-高温变质和深熔作用。秦岭群可能是Rodinia超大陆裂解过程中从华南陆块或相似构造属性陆块分离并漂移到华北克拉通南缘的微陆块。在500~480Ma时发生碰撞造山作用导致北秦岭微陆块深俯冲并发生了高压-超高压变质作用,在志留纪由于商丹洋壳北向俯冲导致秦岭微陆块发生了以中压-高温变质、深熔和同时的岩浆作用为特征的增生造山作用。     

秦岭造山带东段秦岭岩群的年代学和地球化学研究

对东秦岭地区的陕西省洛南县、宁陕县、长安县和河南省淅川县出露的四个秦岭岩群变质岩进行的岩石学和地球化学研究表明,样品主要由变质火山岩和变质沉积岩组成.详细的锆石U-Pb定年结果显示三个正变质岩均形成于新元古代早期(971～843Ma),而副变质岩中富集大量新元古代碎屑锆石,根据最年轻的谐和年龄(859Ma)和早古生代的变质年龄,推测其沉积时代为新元古代中晚期.因此,北秦岭南部的秦岭岩群的变质岩主要由新元古代早期的火成岩和新元古代中晚期的沉积岩组成.变质作用主要发生在加里东期,局部有燕山期的变质作用叠加.指示北秦岭的造山作用主要发生在早古生代.岩石地球化学研究还显示秦岭岩群的新元古代火山岩均形成于火山弧构造环境,沉积岩沉积于大陆弧-活动大陆边缘环境,指示秦岭造山带在新元古代早期是一个火山弧.秦岭岩群的火山岩和沉积岩在形成时代和构造环境方面与扬子克拉通西缘的特征非常相似,表明位于北秦岭造山带的秦岭岩群应归属于扬子克拉通陆块,是扬子北缘的一个大陆边缘弧.     

南秦岭造山带东段的变质作用研究

近年来,虽然秦岭造山带的研究取得了重要进展,但对于分布广泛的南秦岭地区变质作用的研究非常薄弱。仅在中国变质地质图和陕西省区域地质志中指出,该区的变质作用以佛坪地区为中心发育递增变质带,最高为十字石蓝晶石级,主变质期为海西期。本课题组最近对南秦岭造山带...     

北秦岭造山带的地质特征及其构造演化

作者通过对商丹地区的１：５万区域地质填图，对北秦岭造山带的组成、变质变形作用、构造岩浆活动等方面进行了研究，在此基础上探讨了北秦岭造山带多期多样式裂解与造山过程，对深入研究整个秦岭造山带的地壳组成、结构及其构造演化具有重要意义。     

北秦岭西段三叠纪超镁铁岩-正长岩体的确定及其地质意义

陕西凤县九子沟地区的奥陶纪草滩沟群中出露一套由透辉石岩组成的超镁铁质岩体,依据岩性和区域对比,被认为是形成于古生代而且可能是大洋岩石圈残片,但缺乏详细研究。野外地质考察发现,该透辉石岩在露头上与一套黑云母透辉石岩和(含透辉石)正长岩关系密切,而且以黑云母透辉石岩为主体。本文在详细岩石学研究的基础上,对其中的透辉石岩、黑云母透辉石岩以及(含透辉石)正长岩进行了透辉石矿物成分、锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究。结果表明,三种岩石中的透辉石皆为岩浆型透辉石,而且透辉石成分在透辉石岩和(含透辉石)正长岩中完全相同,而在黑云母透辉石岩中出现向普通辉石转变的趋势。LA-ICP-MS锆石定年结果,得到透辉石岩、黑云母透辉石岩和(含透辉石)正长岩的形成年龄分别为235.2±1.6Ma、232.8±4.3Ma和230.7±2.1Ma,表明九子淘超镁铁岩-正长岩形成于中生代。透辉石岩和黑云母透辉石岩锆石具有相似的Hf同位素组成,初始~(176)Hf/~(177)Hf分别变化于0.282405~0.282589和0.282397~0.282607,ε_(Hf)(t)值介于-8.26~-1.37和-8.41~-0.84之间,显示富集岩石圈地幔特征;(含透辉石)正长岩锆石~(176)Hf/~(177)Hf介于0.282577~0.282825之间,ε_(Hf)(t)值为-2.06~+5.83,是富集岩石圈地幔低程度部分熔融的产物,与超镁铁岩来自不同的岩浆源区。综合区域地质已有研究,九子沟中生代超镁铁岩-正长岩体是在华北、扬子两大板块碰撞过程中构造体制由挤压向伸展转换阶段,由两个富集岩石圈地幔不同程度部分熔融的、独立演化岩浆先后侵位形成。     

北秦岭太白山晚中生代正长花岗岩成因及其地质意义

本文对北秦岭中段太白岩体北部正长花岗岩进行了系统研究.结果表明,岩石为高钾钙碱性I型花岗岩,SiO₂=68.49%~72.84%,富Al₂O₃(14.13%~16.48%),相对富K₂O,K₂O/Na₂O=0.45~1.57(多数样品大于1),A/CNK=0.97~1.05,属于准铝质-铝质系列.岩石富集大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(HFSE),具弱负Eu 异常(δEu=0.58~0.89),高Sr、低Yb/Y.正长花岗岩锶同位素初始比值I_Sr=0.7053~0.7112,ε_Nd(t)=-18.6~-0.1(平均为-9.2),二阶段模式年龄t_2DM值为0.83~2.11Ga,变化较大,显示其源区主要为古老的壳源物质.铅同位素比值²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=17.492~17.524,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.470~15.485,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=37.750~38.097,与南秦岭基底相近.锆石U-Pb年龄为153.17±0.89Ma和151.0±1.4Ma,形成于晚中生代.太白正长花岗岩源于古老地壳物质的部分熔融,并有年轻幔源组分的参与,形成于挤压向伸展转换的深部动力学背景.     

北秦岭东段二郎坪群火山岩锆石的LA-ICP-MS U-Pb定年及其地质意义

利用阴极发光（CL）技术和LA-ICP-MS原位分析方法,对北秦岭东段军马河、湾潭和湍河3个地区的二郎坪群基性火山岩进行了系统的锆石U Pb年代学研究。CL图像分析结果显示,三地火山岩中的锆石皆呈自形 半自形柱状形态和微弱的、宽的振荡环带结构。微量元素分析揭示,所有锆石都具有较高的稀土总量、重稀土和Th、U含量（ΣREE为(397.7~7 941.6)×10-6;ΣHREE为(376.7~7 774.2)×10-6;Th为(107.9~5 824.2)×10-6;U为(89.3~3 841.9)×10-6）以及轻稀土亏损、重稀土明显富集的左倾稀土配分曲线型式,所有锆石的Th/U比值皆大于0.4,显示典型岩浆锆石特征。LA-ICP-MS定年结果获得3地基性火山岩的形成年龄分别为(463±1.8) Ma、(475±1.5) Ma和(473±1.3) Ma,三者在误差范围内一致,表明北秦岭二郎坪群基性火山岩的形成时代为463~475 Ma。系统的岩石学和地球化学研究显示,二郎坪群火山岩具有弧后盆地火山岩的地球化学特征。研究获得的二郎坪基性火山岩463~475 Ma的结晶年龄明显晚于其南侧北秦岭超高压榴辉岩的原岩年龄(（791±6) Ma）以及变质年龄（(502±11) Ma）,而且榴辉岩的地球化学特征显示为板内玄武岩,也与二郎坪火山岩不同,因而指出北秦岭超高压榴辉岩与二郎坪火山岩没有直接成因联系。     

陕西南秦岭柞水岩体锆石U——Pb 年龄、岩石地球化学特征及其地质意义

锆石U --Pb 定年; 柞水花岗岩; 南秦岭     

北秦岭太白花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及其地质意义

北秦岭太白岩体位于商丹构造带北侧。野外侵入关系和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年显示,该岩体由早志留世的五里峡岩体、晚三叠世的红崖河岩体和早白垩世的下板寺岩体组成。五里峡岩体的主要岩石类型为片麻状黑云母二长花岗岩,锆石U-Pb年龄为（431±2） Ma;红崖河岩体的主要岩石类型为黑云母二长花岗岩,锆石U-Pb年龄为（214±2） Ma;下板寺岩体为粗粒黑云母花岗岩,锆石U-Pb年龄为（130±1） Ma,表明太白岩体是由3个不同时代岩体组成的侵入复合杂岩体。结合区域构造背景和前人的研究成果,得出早志留世五里峡岩体可能与秦岭微板块沿商丹缝合带俯冲碰撞有关;晚三叠世红崖河岩体与秦岭早中生代主期岩浆作用一致,是华北地块与扬子地块碰撞的产物;燕山期的下板寺花岗岩属于板内岩浆作用。研究显示,今后应注意大岩体的解体,其可能隐含着不可忽视的构造-岩浆作用信息。     

北秦岭西部榴闪岩的发现与变质作用过程:锆石年代学和Hf-O同位素制约

秦岭造山带是由多期俯冲-碰撞造山和随后多阶段隆升成山形成的复合型造山带。近年来一个突破性进展是在北秦岭东部即陕西-河南交界地区以及桐柏地区的秦岭群高级变质岩中发现存在大量退变榴辉岩和高压麻粒岩,其中部分退变榴辉岩锆石包裹体中出现柯石英。这些发现证明北秦岭东部和桐柏地区的确在480~500Ma发生过深俯冲作用,随后造山带抬升形成退变榴辉岩。那么,北秦岭西部是否存在类似的(深)俯冲作用?本文首次在北秦岭西部宝鸡眉县地区发现了榴闪岩。该榴闪岩主要由石榴石和角闪石组成,含少量石英、透辉石和绿帘石。石榴石变斑晶都具有明显由退变质扩散作用形成的环带结构,绿帘石变斑晶具有与榴辉岩中绿帘石大致相同的XFe、CaO和Al2O3含量。同时,石榴石变斑晶核部还含有Amp+Cpx+Qtz包裹体,该包裹体矿物组合暗示其退变前可能是榴辉岩,而榴闪岩是在流体活动过程中退变质作用形成的。榴闪岩中锆石的离子探针SIMS定年获得很好的U-Pb谐和年龄(443.9±1.1Ma)和206Pb/238U的加权平均年龄(443.2±2.5Ma)。锆石的低Th和U含量和非常高Th/U比值(0.47~1.66)说明其并非是在"干"体系下形成的进变质锆石,应该是在流体强烈活动下形成的或是进变质锆石被退变质过程完全重置。因此,443Ma应该是榴闪岩的形成年龄即记录退变质作用发生的时间。这些锆石具有亏损的Hf同位素和类似地幔的氧同位素组成。因遭受退变质作用的强烈影响,其εHf(t)值和δ18O值有较宽的分布范围(εHf(t)=2.4~14.7;δ18O=4.25‰~6.39‰),其亏损地幔模式年龄为0.48~0.95Ga。所以,锆石的Hf-O同位素特征指示榴闪岩的原岩主要来自新元古代时期的亏损地幔来源的玄武质岩石。结合北秦岭东部地区榴辉岩发生退变质作用时代间隔可以大致判断北秦岭西部的榴闪岩的峰期变质时代可能为470~480Ma。由此发现,北秦岭东西部早古生代俯冲-碰撞事件时限上存在差异,即北秦岭早古生代俯冲-碰撞作用沿商南-宝鸡一线可能是自东向西发生的。     

东昆仑西段夏日哈木-苏海图早古生代榴辉岩的发现及意义

1:25万区域地质调查在东昆仑西段昆中断裂以北的北昆仑变质基底中发现了呈构造透镜分布的榴辉岩及其退变质的榴闪岩,沿小灶火-苏海图-夏日哈木-拉宁灶火断续延伸长达20km.榴辉岩经历了强烈的退变质作用,大部分已退变为榴闪岩,由峰期变质矿物组合石榴石+绿辉石+金红石+钛铁矿和后期退变矿物组合普通角闪石(绿色)+斜长石组成,石榴石边缘发育似针状普通角闪石及微粒状斜长石组成的后合成晶结构,形成宽0.15~1cm的"白眼圈"结构.石榴石成分为Alm_52-53And_4.2Spess_0.7-1.2Gros_21.7-22Pyrope_19-20,绿辉石中硬玉分子量30.14mol%~37.7mol%.估算榴辉岩相变质温压条件P≈20kbar、T≈660~700℃,榴闪岩相退变温压条件P≈7kbar、T≈550℃,岩石经历了明显的降温降压过程.榴辉岩中锆石阴极发光图像显示大部分具有扇形分带或"杉树叶"结构,17颗锆石Th/U极低,在0.007~0.09之间,其(LA-ICP-MS)U-Pb年龄411.1±1.9Ma代表了榴辉岩相峰期变质年龄,结合区域构造岩浆事件,确定本次高压变质的峰期时代为晚志留-早泥盆世,其形成可能与大规模的陆-陆碰撞事件有关,这一发现为研究东昆仑造山带的构造演化具有重要意义.