大别造山带惠兰山镁铁质麻粒岩Sm-Nd和锆石SHRIMP U-Pb年代学及锆石微量元素地球化学

北大别惠兰山位于罗田穹隆的核部, 出露有镁铁质麻粒岩, 其麻粒岩相变质矿物(石榴子石+单斜辉石+斜方辉石)Sm-Nd等时线年龄为(136 ± 18)Ma, 表明该麻粒岩的变质作用发生在早白垩纪. 阴极发光图像显示麻粒岩中锆石具有核-幔-边结构. 锆石核具有典型岩浆锆石的韵律环带结构及稀土元素特征, 其较少Pb丢失的锆石SHRIMP U-Pb年龄为753~787 Ma, 表明其原岩为新元古代镁铁质岩浆岩. 幔部锆石具有切割岩浆锆石环带的蚀变结构特征, 且REE, Th, U, Y, Nb, Ta等元素含量比岩浆锆石核低3~10倍, 但普通Pb含量较高. 这些特征表明幔部锆石是受热液改造的岩浆锆石, 其较少Pb丢失的锆石SHRIMP U-Pb年龄(716~780 Ma)与岩浆锆石相近, 指示该岩浆岩体侵位不久即经历了一次强烈的热液事件. 考虑到罗田穹隆发育有强烈的早白垩纪岩浆事件, 因此惠兰山镁铁质麻粒岩是就位于下地壳的新元古代镁铁质岩浆岩在早白垩纪大别造山带引张条件下受热发生麻粒岩相变质作用而形成的. 该麻粒岩的Sm-Nd变质年龄((136 ± 18) Ma)与罗田穹隆片麻岩角闪石K-Ar年龄(123~127 Ma)的一致性, 提供了罗田穹隆快速抬升证据, 这可能是大别山超高压变质岩被进一步抬升至地表的原因.     

大别造山带北部铁佛寺早古生代同碰撞型花岗岩: 地球化学和年代学证据

出露于大别山西北部信阳市附近的铁佛寺岩体侵入元古代秦岭群, 通过锆石SHRIMP U-Pb法测得该岩体年龄为(436±11) Ma. 铁佛寺钾长花岗岩和二长花岗岩暗色矿物含量极少, 可见白云母, SiOM₂含量较高且变化范围很窄, K₂O/Na₂O比值很高, 属高钾钙碱性系列, ACNK＞1.1, 为强过铝质, FeO, Fe₂O₃及MgO含量很低. 岩石总体上相对富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素. 岩石稀土元素及微量元素表现出三种不同的特征, 第Ⅰ类岩石Eu为弱负异常, (La/Yb) _N比值最大, 稀土元素总量(ΣREE), Rb/Sr及Rb/Ba比值中等; 第Ⅱ类岩石Eu为中等负异常, (La/Yb) _N比值最小, SREE, Rb/Sr及Rb/Ba比值最大; 第Ⅲ类岩石Eu表现正异常, (La/Yb) _N比值中等, SREE, Rb/Sr及Rb/Ba比值最小. 全岩ε_Nd(440 Ma)集中在-8.8~-9.9之间, Nd模式年龄为2.0 Ga左右, 与秦岭群副片麻岩相似. 综合分析表明铁佛寺花岗岩为壳源S型同碰撞花岗岩, Ⅰ类花岗岩浆形成于秦岭群副片麻岩低程度部分熔融, Ⅱ类花岗岩浆是由Ⅰ类花岗岩浆发生斜长石结晶分异形成, 而III类花岗岩可能与混杂了结晶分异的斜长石堆晶有关. 铁佛寺花岗岩形成于华北板块与扬子板块陆-陆碰撞有关的构造环境.     

大别地体新店榴辉岩变质锆石U-Pb年龄和氧同位素研究

对大别山南部新店超高压榴辉岩两件锆石样品进行了详细的阴极发光、微区U-Pb年龄和氧同位素研究, 发现存在两类锆石. 一类为短粗、等轴状锆石, 量大, 是原岩岩浆锆石, 并遭受了一定程度的重结晶, 形成时间在811±22 Ma. 另一类为自形、棱柱状锆石, 量少, 有核-边结构, 边部是超高压变质时期形成的变质增生锆石, 变质作用发生在221~217 Ma. 所有原岩岩浆锆石的Th/U比均在1.3左右, 随变质重结晶程度增加, Th/U比下降, 变质增生锆石Th/U比均低于0.1. 锆石阴极发光强度主要由U和Th含量控制. 无论是岩浆锆石还是变质锆石的δ¹⁸O值都很低, 平均值分别为1.8‰和2.8‰. 原岩锆石的低δ¹⁸O值表明其形成时源区有显著的大气降水加 入, 这可能和全球范围内晚前寒武纪雪球地球事件有关, 也表明在大别山变质环境下, 榴辉岩相变质作用不能使原岩锆石氧同位素发生明显再造.     

大别造山带的地壳结构研究

介绍横穿大别造山带的深地震测深剖面的地壳P波速度结构和密度结构.地表高程最大的岳西至晓天之间存在约5km厚的山根,在晓天-磨子潭断裂下方莫霍界面达4.5km垂直错断表征三叠纪碰撞的古缝合线,在超高压带3km深度以下的相对高速异常区,可能与含量较高的超高压变质岩有关.     

大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块,大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果,大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层,中地壳为韧性变形层,下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制;大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．     

大别造山带的深层动力过程与超高压变质带的形成机制

本综合分析了现有的地质、地球化学和地球物理资料,以认识山盆状态、深、浅构造格局,空间展布及其在四维空间的演化特征,并进行相应的地质解释。从沉积构造、地壳结构、地幔盖层和幔低速层分布特征探讨造山带地域的深部结构和动力学模式。     

大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块,大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果,大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层,中地壳为韧性变形层,下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制;大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．     

大别造山带地壳S波速度结构

在大别造山带深地震测深剖面H维P波地壳速度结构的基础上,从地震记录的水平分量得到S波地壳速度结构,并用P波和S波的资料共同约束地壳的组成.剖面上大多数炮点的记录均显示了清晰的Sg和SmS震相.在埠塔寺炮和金拱炮的记录上还较清晰地显示出莫霍界面的反射转换震相PmS,表明在相应的范围内莫霍界面是一级间断面.在Pn和SmS震相都比较强的记录截面图上缺少相应的Sn震相,表示在上地幄顶部泊松比随深度急剧增大,在这一深度上物质可能存在局部熔融状态.剖面的地壳泊松比模型表明,上地壳在深度10km以内泊松比为025左右,仅北淮阳弧后复理石带较低,为0.23;扬子板块和华北板块的下地壳泊松比为0.26-0.27;在大别选山带,上地壳下部泊松比为0.22-0.24,而下地壳泊松比为0.27-0.30,其中超高压变质带最高.P、S波速度和泪松比表明超高压变质带下地壳主要由基性麻粒岩组成.大别造山带中、下地壳组成的横向不均匀性反映了在三叠纪造山作用期间扬子板块向华北板块俯冲,以及存在与地慢物质相联系的岩浆侵入体.     

大别造山带140～85 Ma热窿伸展作用

区域热年代和差异冷却特性表明, 140～85 Ma大别造山带进入热窿伸展作用时期, 由此引发基底广泛熔融、北淮阳剧烈火山喷溢以及合肥盆地断陷等过程. 这次热窿事件包括强热伸展阶段(140~105 Ma)和晚期衰退阶段(105~85 Ma). 在强热伸展阶段, 热窿区集中在大别/红安地块, 并以大别地块热窿作用最为强烈, 某种意义上可将红安地块视为大别热窿翼部. 大别热窿构造包括麻城-岳西热轴、穹核组合及其外围翼部, 热轴平行造山带延向展布, 北淮阳与高压/超高压(HP/UHP)岩石构成下滑翼部, 岳西、罗田热窿核分别占据麻城-岳西热轴东、西两端, 它们最终成型时代不一致. 热窿伸展进程伴随着大别强热中心沿着麻城-岳西热轴迁移摆动, 如果将热窿事件与造山带根部拆沉相联系, 这种拆沉作用应以间歇性、迁移性、规模性与区域差异性为特征. 在伸展衰退阶段(105~85 Ma), 大别造山带仍显现穹状热窿布局, 但其伸展强度、岩浆活动显著减弱. 解析热窿伸展作用, 对于认识大别HP/UHP岩折返模型、"南北大别界限"以及造山过程机理具有重要启示意义.     

大别造山带地壳S波速度结构

在大别造山带深地震测深剖面H维P波地壳速度结构的基础上,从地震记录的水平分量得到S波地壳速度结构,并用P波和S波的资料共同约束地壳的组成.剖面上大多数炮点的记录均显示了清晰的Sg和SmS震相.在埠塔寺炮和金拱炮的记录上还较清晰地显示出莫霍界面的反射转换震相PmS,表明在相应的范围内莫霍界面是一级间断面.在Pn和SmS震相都比较强的记录截面图上缺少相应的Sn震相,表示在上地幄顶部泊松比随深度急剧增大,在这一深度上物质可能存在局部熔融状态.剖面的地壳泊松比模型表明,上地壳在深度10km以内泊松比为025左右,仅北淮阳弧后复理石带较低,为0.23；扬子板块和华北板块的下地壳泊松比为0.26-0.27；在大别选山带,上地壳下部泊松比为0.22-0.24,而下地壳泊松比为0.27-0.30,其中超高压变质带最高.P、S波速度和泪松比表明超高压变质带下地壳主要由基性麻粒岩组成.大别造山带中、下地壳组成的横向不均匀性反映了在三叠纪造山作用期间扬子板块向华北板块俯冲,以及存在与地慢物质相联系的岩浆侵入体.     

大别造山带东部地壳结构的层析成像及广角反射的地震学研究

从层析成像和广角反射的角度,对大别造山带东部地震波速度结构进行了研究．层析结果清楚地显示了大别超高压变质带下方,高速异常体顶界面的埋深在海平面下1.5 km左右;扇形剖面直观地显示了作为南北大别界限的水吼——五河断裂,以45的倾角在上地壳底界面附近向下及南西方向延伸的情况;广角反射结果中还给出了大别超高压变质岩区上地壳底界面和下地壳中界面的反射特征．      

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

文中通过多源数据融合、模型构建、数据试验、二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、浅部场源布格异常及其场源似深度,并结合地壳结构、地质构造、岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料,讨论了地壳深、浅部的结构特征及地震活动构造背景。结果表明,低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘,在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下,造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km,造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下,造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹,造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整;高频布格异常揭示肥中断裂、六安-合肥断裂、肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显,落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。结合地震活动资料进一步分析认为,大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用,且大别造山带东段地壳深、浅部结构均不完整,不利于应力积累,趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力,是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。     

大别造山带地壳结构反演及其动力学意义

大别造山带是全球最大的碰撞造山带之一,三叠纪时期,扬子板块深俯冲至地幔的200km处,经历了超高压变质作用。白垩纪早期,该造山带发生了强烈的伸展和垮塌,以及大规模的后造山地幔源岩浆侵入和火山活动。本研究收集了大别造山带及其邻区(29°~34°N、114°~119°E)的震相资料,采用双差层析成像技术,对大别造山带地壳结构进行反演,研究地壳结构与后造山地幔源岩浆侵入和火山活动之间的关系。结果显示,大别造山带中上地壳存在低速结构,该低速结构可能是熔融的幔源侵入物质,由于俯冲板片断裂,或下地壳/岩石圈发生拆沉,导致软流圈物质上涌至地壳底部、侵入地壳中,形成大别造山带地壳中的低速结构;同时,合肥盆地显示为低速区,可能是受浅部沉积层影响。研究中横切大别山的4条剖面显示,该地区下方存在北向倾斜高速结构,该高速结构可能是襄樊-广济断层,或者是扬子板块向华北板块下方俯冲的遗迹。     

西藏念青唐古拉岩群SHRIMP锆石U-Pb年龄和Nd同位素研究

对纳木错西缘念青唐古拉岩群中表壳岩和变质深成体进行了锆石阴极发光、背散射电子成像和SHRIMP锆石U-Pb年龄测定, 其形成年龄下限由奥长花岗岩锆石U-Pb年龄限定为787±9 Ma,上限由花岗岩锆石U-Pb年龄限定为748±8 Ma. 这表明念青唐古拉岩群的形成时代与高喜马拉雅结晶岩系形成时代相当, 它们共同组成了印度地盾北部新元古代活动大陆边缘的弧-盆体系. 拉斑玄武岩和花岗岩中继承锆石给出947~1766 Ma的中元古代年龄. 正的εNd(t)值表明, 念青唐古拉岩群中基性岩来源于亏损地幔并受到古老地壳物质的混染, Nd模式年龄和继承锆石U-Pb年龄均指示新元古代时期拉萨地块存在中元古代基底.     

西秦岭天水地区百花基性岩浆杂岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征

天水地区百花变质岩浆杂岩主要由辉石岩-辉长(闪长)岩-闪长岩-石英闪长岩组成,构成较完整的同源岩浆演化序列.基性-中基性岩浆岩的地球化学特征表明,属于拉斑玄武岩系列,稀土元素分布型式呈REE近平坦型-LREE轻微富集型,微量元素原始地幔标准化的蛛网图和MORB标准化蛛网图上的分布型式总体很相似,富集大离子亲石元素(LILE)Cs,Ba,Sr,Th,U而相对亏损Rb,K和高场强元素(HFSE)Nb,P,Zr,Sm,Ti和Y,显示同源岩浆演化成因特征.微量元素构造环境判别显示其形成于岛弧构造环境.百花变质基性岩浆杂岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄为(434.6±1.5)Ma(MSWD=1.3),证明西秦岭北带岛弧型岩浆岩的形成时代为晚奥陶世末或早志留世初,同时也揭示出以关子镇蛇绿岩为代表的古洋盆的俯冲作用及产生岛弧型岩浆活动的时限可能为中晚奥陶世-早志留世.     

东昆仑造山带早古生代火山岩锆石SHRIMP年龄及其地质意义

东昆仑造山带诺木洪地区早古生代火山岩以玄武岩岩片和变火山岩岩片形式存在, 对两种岩片中锆石的SHRIMP U-Pb定年结果表明, 玄武岩岩片的形成年龄为(419±5) Ma, 变火山岩岩片的形成年龄为(401±6) Ma, 证明在东昆仑地区存在早古生代的洋陆转换, 其中玄武岩岩片代表大洋拉张的中脊环境, 而变火山岩岩片则代表挤压的俯冲碰撞环境. 火山岩中继承锆石的年龄1734 Ma反映了东昆仑的基底可能为中元古代.     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据，重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性，直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速；盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明，造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界，以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ，以西地区大于４０ｋｍ，且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带，上地幔顶部出现低速异常，异常速度值约为７．３９—７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果，可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

秦岭─大别造山带及其南北缘地震层析成像

利用秦岭─大别造山带及其毗邻地区３１０个地震台站记录到的区域地震２３６００条Ｐ波到时数据,重建了该区地壳和上地幔三维速度图像。结果表明：１．秦岭─大别造山带及其毗邻地区地壳和上地幔存在显著的横向不均匀性,直至１１０ｋｍ深度处依然明显。２．地壳上部的速度图像与地表地质构造密切相关：造山带隆起区显著高速;盆地及坳陷区明显低速。由速度鲜明对比勾勒出的秦岭─大别造山带南界基本上位于扬子北缘主边断裂带上。３．中地壳的速度图像表明,造山带内部的一些低速区对应于一些大型推覆构造。４．４０＋０ｋｍ深度处的速度图像反映了该区莫霍界面深度的起伏。大致以１０７°Ｅ为界,以东地区地壳厚度小于４０ｋｍ,以西地区大于４０ｋｍ,且呈现出往西地壳逐渐加厚的趋势。５．位于滦川、商县、丹凤的北秦岭构造带,上地幔顶部出现低速异常,异常速度值约为７．３９—７．５５ｋｍ／ｓ。结合地球物理测深的结果,可能是由下地壳、上地幔顶部的热过程所致。     

大别造山带早白垩世抬升演化研究——来自岩体侵位深度的证据

北大别杂岩带是大别造山带内出露面积最大的构造-岩石单元,记录了造山后的构造活动信息.为了探讨大别造山带造山后的抬升演化过程及机制,本次工作在北大别杂岩带内具有精确锆石U-Pb年龄结果的岩体中采集了一系列花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩和碱长花岗岩样品,在其中挑选角闪石进行电子探针分析,将分析结果利用角闪石Al压力计进行计算.分析结果显示,角闪石中总铝含量(p.f.u.)几乎全部介于1.17～1.97,XFe值在总铝含量大于1.17的样品中几乎全部介于0.4～0.65,由此计算出的压力值主要介于256.8～676.2 MPa.虽然早白垩世的主要隆升机制仍是伸展作用,但岩体侵位导致的局部不均匀抬升也具有重要作用.根据岩体120 Ma以来的埋藏深度分布,可以得出造山带在此时间以来表现为地垒-地堑式隆升.     

大别造山带上部地壳结构的有限差分层析成像

将有限差分层析反演方法用于大别造山带人工地震测深剖面上部地壳初至波的走时层析成像,得到这一剖面上部地壳横向不均匀结构图像表明,在南大别地区的超高压变质带发现榴辉岩相岩石,其下方3km深度以内的基底仍具有大陆地壳构造中正常的结晶基底速度（6．00km／s左右）;北大别地区在整个上地壳保持正常的速度,而在超高压带下方3km深度以下为6．20—630km／s的相对高速异常区,这一现象可能与超高压变质岩的含量增大有关．同时还表明,南大别和北大别之间至少在上地壳已有明显差异,它们之间的水吼一五河断裂可能是大别造山带内部的主要构造分界线．