大别山陆—陆点碰撞和构造超压的形成

依据大别造山带的地质特征及古地磁证据, 提出大陆动力学非规则边界陆-陆点碰撞模型, 采用数值模拟方法, 分析点碰撞所引起的构造应力集中及其影响因素, 探讨构造压力在大别山超高压变质岩形成过程中所起的作用, 推测可能形成的深度范围.研究表明: 在本文的模拟条件下, (1) 大陆碰撞初期产生的构造应力场中的平均压力在碰撞点附近增大了约5~9倍.在边界力为100 MPa的情况下, 构造压力在超高压中所占的比例约为20 %~35 %; (2) 由于有构造压力的作用和影响, 超高压变质岩的形成深度有可能被提升20~35 km; (3) 仅考虑碰撞方式, 不计岩石物性差异和其他因素的影响, 构造应力的影响有限, 静岩压力在超高压变质岩形成过程中仍占据主导地位.      

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止，非撞击型超高压变质作用均发生在陆陆碰－撞造山带，这在东半球许多地点已被证实，超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表，形成的温压环境为650－800℃，2.6-3.5GPa，研究证明大多数超高压岩石原是陆壳火山－沉积岩系，因此推断大陆深俯冲作用曾经发生，而超高压岩石现今又出露地表或浅表，意味着它们又从深部折返至地表，陆壳岩石深储冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点，但认识莫衷一是，争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石？是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表？本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带－大别山碰撞过程的动力学分析，探讨非规则边界的碰撞引起的构造附加压力对超高压石形成的影响作用。模拟计算表明，大陆板块的早期碰撞，会引起碰撞附近的局部应力集中现象（平均压力较周围增大了5－9倍），构造压力在超高压中所占的比例约为20％－35％，由此推测，大别山高压－超高压岩石形成深度可能为65－80km。为此本文提出超高压岩石新成因模式－大陆点碰撞模式。这种模式符合力学基本原理，也符合地质记录和地质过程，可以解释为什么超高压岩石并非沿碰撞造山带全线存在，而是出现某些特定部位。本文提出喜马拉雅山撞带的东西犄角是典型的点碰撞区域，陆壳岩石的超高压变质作用均发生在这两个特定的部位。     

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室.高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部.这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定.含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程.在约5 Myr内,超高压变质岩从＞100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融.高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融.因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性.     

超高压变质作用

本文简要概述了近年在西阿尔卑斯、挪威西部、我国中东部及苏联一些地区超高压变质岩石的最新研究成果,指出柯石英及其向石英转变而形成的张裂结构是鉴别这一超高压变质作用的主要标志.指示超高压变质条件的其它矿物及矿物组合的尚有镁十字石、ellenberserite、硬玉十蓝晶石、滑石十蓝晶石和滑石十多硅白云母等,金刚石代表更极端的高压条件.超高压变质作用的边界压力>2.SGPa,温度约700~840C,代表一个近于7℃/km的极低的地热梯度,其退化轨还为压力和温度同时降低.超高压变质岩石严格地产出于陆内造山带,表明它们是在大陆与大陆碰撞过程中由深俯冲作用形成的,其俯冲深度可超过90km,使柯石英得以保存的快速构造抬升可能是连续俯冲一仰冲的结果.     

大别山超高压榴辉岩和片麻岩锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素研究

超高压变质作用是显生宙陆-陆碰撞带的一个重要特征,而前寒武纪超高压变质岩相对较为缺乏.板块汇聚过程中不同类型的碰撞与不同深度的俯冲有关,其中有限产出的前寒武纪超高压变质岩是通过弧-陆碰撞或延长的洋壳俯冲形成的.这表明前寒武纪与显生宙岩石圈在热力学、结构、组成、岩石学及流变学特征等方面存在显著差别.     

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。     

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆- 陆碰撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5Pa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山——沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析,探讨非规     

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.      

大别造山带构造超压形成的碰撞力学机理

提出了大别山构造超压形成的点碰撞模型，简要分析了大陆碰撞带构造运动引起的粘性介质中粘性应力和平均应力随岩石物性的变化规律。探讨了构造压力对超高压的贡献及对成岩深度的重要意义。研究表明：构造运动引起的岩石圈中的附加压力可能与静岩压力有相同的数量级，大陆造山带两陆块不规则边界的碰撞会引起局部应力集中，产生较大的构造压力，岩石介质的流变学分析表明，在相同外力作用下，岩石圈上部的高粘度性质决定了其在构造活动期间增温效果显著，但增压效果有限；而粘性较低的岩石圈下部则增压效果明显，为此，在下地壳与上地幔之间的低粘度带内有可能发生超高压变质作用。     

超高压变质带的全球分布及其大地构造意义

对全球28个超高压变质岩产地的地质对比研究发现,超高压变质带的发育,与弧-陆和陆-陆碰撞造山带关系密切。碰撞造山带多发育于活动的大陆边缘。在那里,冷的陆壳物质可以深俯冲到另一个相对稳定的未俯冲的板块之下,其深度可以超过90~120 km,在高压达>2.5 GPa和温度约600℃或更高条件下,导致超高压特征矿物如,柯石英、金刚石等的生成。在空间分布上,超高压变质带集中于欧亚大陆及其周缘,澳洲和北美目前尚未有报道。从时代上看,超高压变质带多出现于显生宙,前寒武纪只有晚元古代（泛非运动期）少数两例。说明以超高压变质带为特征的碰撞造山作用,是显生宙以来,陆壳增生达到一定的规模后,才出现的构造体制;Rodinia和Pangea古大陆的裂解,使地温梯度降低,从而有利于超高压变质带的生成。     

桐柏-大别山区高压变质相的构造配置

作为华北和扬子陆块间的碰撞造山带桐柏大别山区以发育高压、超高压变质带为特征,从南到北变质相从低级到高级,代表俯冲带深度不同的变质产物,整体形成高压变质相系列。不过现今各变质相岩石的分布极受后期地壳规模的伸展构造控制,大别杂岩的穹隆作用更使高压变质相带的空间分布复杂化。超高压变质岩今日多呈大小不等的块体嵌布于相对低压的大别杂岩之内,造山带根部物质的热软化,使许多深层地幔物质得以像挤牙膏一样挤出于大别杂岩内。它们之中广泛发育着减压退变质的显微结构,与大别杂岩内一些麻粒岩相表壳岩所保存的减压退变质证迹一样,同是挤出作用和碰撞后隆升的构造证迹。高压相系的发育使南桐柏山和大别山迥然不同于桐商（ 商丹） 断裂以北的北秦岭北淮阳变质带。新近发表的同位素年代学（４０Ａｒ ３９ Ａｒ） 资料：３１６ ～４３４ Ｍａ ,已证明北秦岭是古生代变质带,它与桐柏－ 大别印支期碰撞造山带差异甚大。这两个变质地温梯度差异甚大的变质地体的拼合,说明华北和扬子陆块碰撞的主缝合带是商丹－ 桐商断裂带     

大别地块超高压变质省的构造变形研究

构造解析的基本目的是建立构造事件造成的地质体几何学、运动学、动力学和流变学。大陆碰撞造山带内含柯石英及微粒金刚石等矿物组合的超高压（ＵＨＰ） 变质岩的形成和折返,是极为复杂的地球动力学过程。与世界上已知大多数超高压变质带相似,中国大别地块内超高压变质省现今观察到的主体构造形式,主要是在碰撞或超高压变质峰期后伸展体制下形成的。通过对大别超高压变质省内伸展组构及挤压（ 碰撞） 组构的鉴别、分析,结合有关超高压变质带构造学研究领域的简略综述指出,在揭示超高压变质带的形成及折返动力学过程中,构造解析的思维和工作方法是行之有效的     

On Continent-Continent Point-Collision and Ultrahigh-Pressure Metamorphism

Up to now it is known that almost all ultrahigh-pressure (UHP) metamorphism of non-impact origin occurred in continent-continent collisional orogenic belt, as has been evidenced by many outcrops in the eastern hemisphere. UHP metamorphic rocks are represented by coesite- and diamond-bearing eclogites and eclogite facies metamorphic rocks formed at 650-800℃ and 2.6-3.5 GPa, and most of the protoliths of UHP rocks are volcanic-sedimentary sequences of continental crust. From these it may be deduced that deep subduction of continental crust may have occurred. However, UHP rocks are exposed on the surface or occur near the surface now, which implies that they have been exhumed from great depths. The mechanism of deep subduction of continental crust and subsequent exhumation has been a hot topic of the research on continental dynamics, but there are divergent views. The focus of the dispute is how deep continental crust is subducted so that UHP rocks can be formed and what mechanism causes it to be subducte     

Two Discrete UHP and HP Metamorphic Belts in the Central Orogenic Belt, China

INTRODUCTION Anew ultrahigh pressure ( UHP) metamorphicbelt ,the South Altun-North Qaidam-North QinlingUHP metamorphic belt ,has been recently discoveredand widely discussed by different workers (Yang J Set al .,2003 ,2002 ,2001 ,2000 ,1998 ;Zhang J Xetal .,2002 ,1999 ; Zhang G et al .,2001 ; Hu et al .,1996 ,1995 ,1994) . Detailed studies have also beencarried out onthe Dabie-Sulu UHP/ HP metamorphicbelt inthe central orogenic belt (COB) of China (Gaoet al .,2002 ;Sun et al …     

大别—苏鲁区UHP变质岩构造学及流变学演化

在大别—苏鲁区的30个关键位置,对UHP/HP变质岩进行详细构造解析、大比例尺(1∶10000)制图并在区域尺度上进行观察和对比,以便揭示它们的构造几何学、变形条件和流变学演化。初步的研究结果指出,广泛出露的UHP/HP榴辉岩相岩石形成一个巨大的UHP/HP变质带,提供了一个观察中朝与扬子克拉通之间三叠纪大陆深俯冲-碰撞带过程的窗口。观察的显微构造及组构指出,UHP/HP变质带内岩石变形机制,无论是在榴辉岩相阶段还是在榴辉岩相后阶段,都是以塑性流变为主,其力学行为和组构特征都受组成矿物的强度、强度差等流变学特征,以及变形物理环境如压力、温度、应变速率、差异应力和流体含量等的制约。在俯冲/碰撞带内的变形分解作用于岩石圈不同层次及不同的构造阶段都曾发生,而且,在不同尺度上,应变局部化形成具高应变的剪切带网络,且一般显示典型的布丁-基质或碎斑-基质构造及流变学型式。根据构造、岩石、变质作用及地质年代学资料,借助于岩石圈流变学基本原理,提出一个大别—苏鲁区UHP/HP变质岩石流变学演化的工作模式,它涉及早期扬子与中朝克拉通间三叠纪(~250~230Ma)大陆深俯冲/碰撞、UHP/HP变质岩形成,相继深埋岩石的多期折返。特别强调UHP/HP岩石向地壳表层的折返,主要是构造过程,地面侵蚀作用是次要的。     

Kanfenggou UHP Metamorphic Fragment in Eastern Qinling Orogen and Its Relationship to Dabie-Sulu UHP and HP Metamorphic Belts, Central China

In the Central Orogenic Belt, China, two UHP metamorphic belts are discriminated mainly based on a detailed structural analysis of the Kanfenggou UHP metamorphic fragment exposed in the eastern Qinling orogen, and together with previous regional structural, petrological and geochronological data at the scale of the orogenic domain. The first one corresponds to the South Altun-North QaidamNorth Qinling UHP metarnorphic belt. The other is the Dabie-Sulu UHP and HP metamorphic belts. The two UHP metamorphic belts are separated by a series of tectonic slices composed by the Qiniing rock group, Danfeng rock group and Liuling or Foziling rock group etc. respectively, and are different in age of the peak UHP metamorphism and geodynamic implications for continental deep subduction and collision. Regional field and petrological relationships suggest that the Kanfenggou UHP metamorphic fragment that contains a large volume of the coesite- and microdiamond-bearing eclogite lenses is compatible with the structures recognized in the South Altun and North Qaidam UHP metamorphic fragments exposed in the western part of China, thereby forming a large UHP metamorphic belt up to 1000 km long along the orogen strike. This UHP metamorphic belt represents an intercontinental deep subduction and collision belt between the Yangtze and Sino-Korean cratons, occurred during the Paleozoic. On the other hand, the well-constrained Dabie-Sulu UHP and HP metamorphic belts occurred mainly during Triassic time (250-220 Ma), and were produced by the intracontinental deep subduction and collision within the Yangtze craton. The Kanfenggou UHP metamorphic fragment does not appear to link with the DabieSulu UHP and HP metamorphic belts along the orogen. There is no reason to assume the two UHP metamorphic belts as a single giant deep subduction and collision zone in the Central Orogenic Belt situated between the Yangtze and Sino-Korean cratons. Therefore, any dynamic model for the orogen must ac-count for the development of UHP metarnorphic rocks belonging to the separate two tectonic belts of different age and tectono-metamorphic history.     

Relic UHP Structures in Dabie-Sulu Region, China:Structural Expression and Geodynamic Significance

INTRODUCTIONIn recent years a num ber of detailed m ineralogical- petro-logical studies have been carried out on the UHP and HPmetamorphic belts in the Dabie- Sulu region,central China(see review papers by Jahn,1999;Ernst and L iou,1999;Wallis et al.,1999;Hacker et al.,1996 ;L iou et al.,1996 ;Cong et al.,1994) . Various tectonic evolution models for theUHP belt in the Dabie- Sulu region have been constructed(e.g.,Webb etal.,1999;Hacker et al.,1996 ;Cong et al.,1994) .However,as …     

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     

超高压变质岩的全球分布与地球演化节律

高压、超高压变质作用不是一个局部的孤立的地质现象，而是一个时空跨度大、范围广、影响构造观的重要科学问题。文中讨论了世界上三类（１３个）典型超高压变质地区的地质学岩石学特点，从全球构造的角度研讨了超高压变质的时空分布，从而得到下列认识：（１）所有高压、超高压变质岩均分布于全球活动带及其次级褶皱带内，超高压变质岩常常保存于多期变质和变形的基底片麻岩块体中，与深位壳型剪切带关系密切。（２）现有的年代学资料说明大部分超高压变质带出现于显生宙不同时代的褶皱带（造山带）内。（３）超高压变质演化的多阶段性，说明了地球从收缩到膨胀的节律现象。（４）从欧亚大陆范围看来，从北而南，从陆到洋超高压变质有逐渐变新的趋势，可能说明欧亚大陆从中生代以来，有从大陆向大洋方向增生的总趋势。