大别山区(安徽部分)的构造格局和演化过程

大别山区是扬子和中朝大陆板块之间的碰撞造山带,由扬子大陆板块中的前陆褶冲带、俯冲盖层和俯冲基底、包含在俯冲基底中的含柯石英和金刚石的超高压变质帝、变质蛇绿混杂岩带、中朝大陆板块南缘的弧前复理石推覆体以及其北缘的反向褶冲带、北部边缘为磨拉斯的后继盆地组成。古大别海洋板块于早古生代向北俯冲时,中朝大陆板块南缘可能出现过火山弧和弧后盆地。卷入前陆褶冲带的地层以及榴辉岩的Sm/Nd同位素定时表明,两个大陆板块的强烈碰撞发生在中生代早期。

大别山东部榴辉岩带中的变质花岗岩及其大地构造意义

大别山高－超高压变质带中的变质花岗岩类是碱性花岗岩。它以其下列特征与本区未变质花岗岩和围绕它的低压花岗质片麻岩相区别：（１）有标型矿物多硅白云母和长石的石榴石反应边；（２）主要为花岗变晶结构但有残留的岩浆结构，岩体边部有片麻状构造；（３）与超高压围岩之间有残留侵入接触关系，两者共同受到第二期褶皱影响；（４）化学成分富硅和富碱，Ｋ２Ｏ和Ｎａ２Ｏ含量变化不定，大部分样品的Ｎａ２Ｏ大于Ｋ２Ｏ含量，Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ总量大于７％；（５）矿物组合表明变质级为角闪岩相；（６）Ｒｂ－Ｓｒ等时线年龄１８１Ｍａ（全岩，黑云母）；（７）其中常有高－超高压变质岩相的捕虏体。这些特征表明，这里的变质花岗岩类是高－超高压变质带折返到中地壳时侵入其中并随之共同变质变形的，因此是高－超高压变质带的特殊成员。这对理解超高压变质带的折返速率是非常重要的。

大别山超高压变质带面理化榴辉岩中变形石榴石的几何学和运动学特征及其大地构造意义

大别山东部双河附近面理化榴辉岩中， 所有榴辉岩相矿物包括石榴石、绿辉石乃至金红石都受到强烈拉伸。用透射电镜可以观察到石榴石晶体中塑性变形的显微构造， 包括自由位错、位错环、位错壁和位错网。拉伸石榴石的应变轴比表现为 Ｘ＞ Ｙ＞ Ｚ。运动学标志如石榴石的不对称碎斑和旋转的金红石颗粒， 表明有旋转应变的作用。石榴石和金红石的福林系数分别为１１８ 和０９８。所有这些都表明石榴石是在接近于平面应变的条件下形成。由于石榴石颗粒在应变前后体积未变，因此也是在简单剪切作用条件下形成的。根据石榴石韧性变形要求的温度条件， 此种变形应在榴辉岩相条件下发生， 代表一次向南的逆冲作用， 经过展开后， 逆冲的方向为南西。根据石榴石的流变律， 其韧性变形的最低温度估计约为 ８００℃。石榴石中普遍有一组透入性破劈理， 它产生于面理化榴辉石折返后的角闪岩相早期， 形成于石榴石韧性变形之后。破劈理及其中反Ｓ形破劈理的运动指向表明有向北的滑动， 发生在主簿源复背斜形成之前； 主簿源复背斜使面理化榴辉岩的产状由倾向北改变为倾向南。根据面理化榴辉岩及其围岩的同位素年龄， 估算出面理化榴辉岩在２００～１９０ Ｍａ 期间的平均垂直折返速率为９ｍ ｍ ／ａ。此外，

蓝田构造窗

蓝田构造窗位于安徽省南部上溪辟(相当于板溪群)中。组成构造窗的地层为震旦系和部分下古生界,它们以断层与周围浅变质岩接触。浅变质岩包括构造混杂岩、复理石浊积岩、钙碱性火山岩和相应的沉积岩以及前震旦纪碎屑岩四种岩石单位,它们是不同构造背景下的产物,在扬子板块与华南板块碰撞造山过程中聚集到一起的。据此可识别出,以往所说的蓝田盆地实际上是一个构造窗。

大别山及苏鲁地区微粒金刚石分类及其大地构造意义

1992年发现大别山首例微粒金刚石之后,又于2003年和2004年在大别山和苏鲁地区的榴辉岩薄片中和榴辉岩的人工重砂中发现了微粒金刚石。本文报道其中尚未发表的7颗,并对2颗较大的薄片中的微粒金刚石和2颗自由晶体金刚石进行拉曼光谱和红外光谱测试。研究结果表明,本区所有微粒金刚石都为IaA和IaB型金刚石的混合体。缺少Ib型金刚石,表明没有人造金刚石的混入。薄片中的金刚石大部分为石榴子石的包裹体,少数产出于颗粒之间,直径为30～180μm。自由颗粒微粒金刚石直径为400～700μm。在大别山北部,不但又一次找到了微粒金刚石,还在石榴子石中发现有单斜辉石、磷灰石和金红石的出溶。这表明北大别不但是超高压地质体,而且可能是本区俯冲最深的地质体。

大别山一些超高压矿物和岩石的发现以及超高压变质带的确定

大别山造山带由于其所处的特殊地质位置,已成为国内外众多地质、地球物理学家关注和研究的热点地区。本刊近年陆续刊出过数篇介绍有关研究工作的文章,如,张泽明:《对大别山地区榴辉岩的几点认识以及研究中应注意的问题》(1990.5)、张树业等:《华中陆内元古代高压变质带研究近况》(1990.8)、张树业等:《大别—苏北—胶东含柯石英榴辉岩中微粒金钢石及自然金的发现》(1991.11)、程裕淇等:《华中东部榴辉岩研究进展简述》(1995.3)、王晓燕:《鄂北豫南榴辉岩相变质岩》(1996.5)、董树文等:《大别山造山带深部地质初探》(1997.1)、杨建军:《大别—苏鲁造山带石榴石橄榄岩—地幔过渡带的信使》(1997.4)。本期再约请徐树桐等以照片为主介绍自1989年以来在大别山取得的一些重要工作成果,并同时约请李英康等介绍有关的物探工作成果,希望有助于推动该区的地质—地球物理研究。

大别山低级变质岩的构造背景

大别山南北两侧的浅变质岩是碰撞造山以前洋壳俯冲造山阶段的重要组成部分。木兰山片岩或张八岭群是俯冲的洋壳;苏家河群、信阳群和佛子岭群是由洋壳俯冲形成的海沟沉积,并因俯冲过程中的前进变形而形成增生楔;杨山煤系和梅山群是石炭纪弧前盆地沉积,并因俯冲过程中的前进变形而被增生楔逆掩。宿松群是扬子大陆被动边缘沉积,不是俯冲造山带的成员。因洋壳俯冲形成的弧和弧后盆地可能已被新生界沉积物掩盖。高压-超高压变质带是碰撞造山后期从深部折返的外来体。高压-超高压变质带正好处于洋壳和增生楔之间,破坏了早期洋壳俯冲造山带的完整性,使得洋壳俯冲造山阶段的特征被破坏,因而不易辨别。俯冲造山阶段应为奥陶纪到泥盆纪,碰撞造山阶段应从二叠纪开始。

大别山黄石-六安反射地震剖面新的地质解释

在大别山黄石至六安反射地震剖面上有很多近水平的反射体,表明大别山中心部位的中、下地壳内也有近水平的分层性,反映有流变性和动力学方面的差异,与大型薄皮构造理论对岩石圈性质的认识一致,因而在其运动过程中应服从薄皮构造的运动规律。结合以往对大别山区划分的岩石-构造组合,在前人对此反射地震剖面所作的地质解释的基础上,对反射地震剖面作了较为详细的地质解释,并建立了大别山造山带在此剖面上的两维几何结构。剖面南部为造山过程中形成的背斜构造,地表15km深度内为由碰撞混杂岩组成的扬子与中-朝大陆之间的主滑脱带。剖面中部为造山期后的侵入体。剖面北部为主滑脱带的根带(通常认为的缝合带),根带被中生代形成的晓天磨子潭断裂带切割。剖面最北端为变质复理石中略晚于主滑脱带的反向冲断带。推测下地壳的断开距离在扬子大陆俯冲时(三叠纪前)规模较大,然后逐渐缩小,直至保留到今天的规模。

再论徐(州)-淮(南)推覆体

我们在1987年曾指出过徐州—淮南地区是一个由中—朝板块的古生代盖层组成的大型褶皱推覆体。最近我们经详细研究,认为它是由南段定远—淮南、中段小涧集、北段徐州到台儿庄的山系组成的一个半圆形造山带。根据影响这些地区的应变强度不同,该带可划分为南、北、中三段。最后讨论了该带动力学机制、构造过程及与邻区构造关系。

大别山南部天然碳硅石

根据1975年的矿点检查报告,在大别山南部董家山蛇纹岩体的人工重砂和岩石薄片中,发现确有天然碳硅石存在。大部分碳硅石单晶为六方板状,一部分为不规则形,最大粒径450μm×100μm,一般250μm×150μm。薄片中的粒径较小。单晶的拉曼光谱位移峰值稳定,薄片中碳硅石的拉曼位移峰也都在误差范围内。单晶以二轴晶(+)为主,部分为一轴晶(+),薄片中晶体几乎都为二轴晶(+)。虽然天然碳硅石可以产出于任何岩石中,但是原位的天然碳硅石只见于陨石和金伯利岩中,本文发现的很可能是首例地球蛇纹岩中的原位天然碳硅石。天然碳硅石与人工合成的碳化硅在结晶行为、光学性质和红外光谱方面有明显不同,成分也有差异,但拉曼光谱虽有差别却不明显。由于碳硅石与金刚石有类似的四面体方向sp3异化键和相同的滑动面,可能有类似的变形条件。根据碳硅石有晶内变形,推测其形成于≥300km的深度,这对认识大别山南部构造演化有重要意义。

大别山造山带研究的主要进展及存在问题

回顾了1990年以来在大别山超高压变质带研究中取得的主要进展及存在的问题。包括:在大别山北部超镁铁岩带内发现榴辉岩,根据榴辉岩的发现以及同位素定年,解释了超镁铁岩带的构造背景;强调了岩石构造单位的正确划分对研究大别山地质的重要意义。对现行的岩石构造单位划分的分歧意见以及由此产生的对几何结构的不同认识进行了评述。

大别山的变质碰撞混杂岩——以东部为例

大别山是中国东部中朝大陆板块与扬子大陆板块之间的碰撞造山带。具有薄皮构造的性质。组成两个碰撞大陆之间的滑脱(冲断剪切)带的岩石就是碰撞混杂岩组合。大别山由于剥露较深,仰冲壳楔完全被剥蚀,超高压变质带大面积出露,识别出碰撞混杂岩组合是对大别山进行几何分析的必要步骤。大别山碰撞混杂岩组合可分为南北两部分。北部为条带状片麻岩-超镁铁岩组合,南部为云母斜长片麻岩-榴辉岩组合,这两个组合的大部分都经历过超高压变质作用。它们的共同特点是具有宏观的"碎斑结构"和混杂作用。罗田穹隆是造山过程中早期形成的双冲式背斜,最后在造山晚期因东西向缩短的叠加而形成穹隆。

安徽大别山含金刚石高压变质岩及其矿物共生组合和变质条件

大别山区高压变质岩类呈数以千计的板状、透镜状和团块状产出在太湖、潜山和岳西一带,】1000km^2范围内断续出露的片麻岩和大理岩中。岩石类型有:(1)榴辉岩;(2)石榴辉石岩;(3)石榴二辉麻粒岩和(4)石榴橄榄岩。(1)、(2)两类的围岩为含硬玉片麻岩和硬玉岩。金刚石、柯石英(及其假象)和硬玉产出在榴辉岩,石榴辉石岩和硬玉岩中。前两种岩石矿物成分为:石榴石(Gt)、绿辉石(Omph)、透辉石(Di)、金红石(Ru)、蓝晶石(Ky)、黝帘石(Zo)、绿帘石(Ep)、捐石(Ti)、黑云母(Bi)、绿泥石(Chl)、闪石(Amph)、金刚石(Diam)、柯石英(Cs)、斜长石(PI)、石英(Q)、多硅白云母(Ph)、蓝闪石(Glau)、冻蓝闪石(Barr)、硬玉(J)、硬柱石(Law)、方解石(Cc)、文石(Ar),有时有顽火辉石(En)和金云母(Phl)。根据矿物共生组合的关系,可将它们分为4个世代:(1)Glau+Ep+Barr+Q+Ph+Piem;(2)Omph+Gt+Cs+J+Diam十Ar+Ru+Ky+Zo+Phl;(3) Di+Gt+Pl+Amph+Q+Cc+Ti;(4)Amph+Pl+Chl+Bi。代表榴辉岩类的4个变质作用阶段。金刚石在石榴石中呈包体产出,已发现40余粒,大部分为10)μm左右,最大一粒直径达720/480μm。晶形大部分为八面体和六面体,其次为菱形+二面体和四面体。四个世代共生矿物组合表明此带的变质作用是经由浅部绿片岩一蓝闪片岩相到深度】100km的榴辉岩相,然后逐渐抬升到近地表而经历了角闪一蓝片岩相到绿片岩相。大别山变质成因金刚石是苏联北哈萨克斯坦之后的世界第2例,但这里的矿物组合和岩石组合则为世界鲜见。

大别山超高压变质带的确定及存在的问题

着重报道了大别山超高压变质带的确定依据,其中包括一些特征性超高压变质矿物(如柯石英、金刚石、菱镁矿、钛-斜硅镁石等)和超高压变质岩(如含柯石英榴辉岩和石英硬玉岩等)的发现过程.在此基础之上,评述了目前国内外地质学家对大别山造山带的研究现状及存在的急需解决的主要问题.

大别山南部的低级变质岩:宿松群和张八岭群

大别山南部的浅变质岩指宿松群和张八岭群。前者为扬子大陆被动边缘沉积,不整合在扬子大陆晚元古代的结晶基底之上,后者为古大别洋的洋壳,它和北部浅变质岩佛子岭群和梅山群一起,与洋壳俯冲造山带主要构造单元有良好的对应关系。

大别山造山带的几何结构和运动学特征

根据构造-岩石单位的划分,大别山造山带的三维几何结构为:平面上东、中、西三段,剖面上为四层,南北八个构造-岩石单位;简称为"三、四、八"结构.青山-英山一线以东为东段,商-麻断裂以西为西段,两者之间为中段.八个构造-岩石单位为:①后陆盆地;②变质复理石;③幔源变质构造混杂岩带+苏家河构造混杂岩带,为缝合带的根带,最近在其中发现了微粒金刚石;④碰撞变质构造混杂岩带,或潜山-英山-新县榴辉岩带,有微粒金刚石和大量柯石英产出;⑤(洋壳)俯冲变质构造混杂岩带,或太湖-红安-宣化店榴辉岩带;⑥扬子大陆俯冲基底-大别杂岩;⑦扬子大陆俯中盖层-宿松群和张八岭群;⑧前陆带."三、四、八"结构中假定的条件为:①太湖-红安-宣化店榴辉岩带,与洋壳有关,也经历过超高压变质作用;②变质构造混杂岩带的原始产状为360.＜25.左右;③大别山的负重力异常是由陆壳重叠造成.中小型和宏观运动学标志表明的早期运动体制是由北向南的逆中,并指示在中生代隆起之前,有向北伸展运动叠加.中生代有强烈的岩浆活动,伴有大型穹隆构造及局部伸展和走滑运动.

大别山造山带的糜棱岩

变质作用是糜棱岩的主要形成机制和鉴别标志。大别山糜棱岩是在变质作用条件下形成的与断层(或剪切带)有关的岩石,可分为绿片岩相、角闪岩相、麻粒岩相和榴辉岩相糜棱岩。大别山糜棱岩的主要鉴别标志是相应变质相标志矿物的韧(塑)性变形或晶内变形,这与以往关于糜棱岩的定义有明显不同。大别山高压(超高压带内的各类糜棱岩的形成时代与同相母岩峰期变质作用大致同期或略晚,从老到新的顺序是:榴辉岩相糜棱岩→麻粒岩相糜棱岩→角闪岩相糜棱岩→绿片岩相糜棱岩。根据需要,大别山的糜棱岩可按岩性和结构做次级和更次级的分类。早期形成的榴辉岩相和麻粒岩相糜棱岩常常受到晚期角闪岩相糜棱岩和/或绿片岩相糜棱岩的叠加而成残留体,并使大部分被改造成为晚期糜棱岩的外貌。大别山南部和北部低级变质岩内只有角闪岩相和绿片岩相糜棱岩,形成时代从古生代到三叠纪。

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中榴辉岩的分布与变质温压条件

大别山北部镁铁-超镁铁质岩带中的榴辉岩主要有两种产状,一是产于变形较强(面理化)的橄榄岩中,另一种是产于片麻岩中。其中,绿辉石中硬玉端元组分大多为Jd=20mol％～52mol％。产于橄榄岩和片麻岩中榴辉岩的石榴子石成分分别相当于Coleman的B型和C型榴辉岩。石榴子石成分特征及钠质单斜辉石中石英针状出溶体的出现表明,本区榴辉岩早期可能经历过超高压变质作用,且至少经历了3个变质阶段,即:①榴辉岩相峰期变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+绿辉石+金红石±蓝晶石+石英(或柯石英假象?),p≥2.5GPa、t=595～874℃;②高压麻粒岩相变质阶段,主要矿物共生组合为石榴子石+透辉石+紫苏辉石+钛铁矿+尖晶石+斜长石等,p=1.1～1.37GPa、t=817～909℃;③角闪岩相变质阶段,主要矿物共生组合为角闪石+斜长石+磁铁矿等,p=0.5～0.6GPa、t=500～600℃。该区榴辉岩独特的麻粒岩相退变质阶段,表明榴辉岩在折返初期并未能上升到中上地壳,而处于下地壳,它与南部超高压变质岩有不同的p-t演化史,即在榴辉岩相峰期变质之后经历了近等温减压(或稍升温减压)和降温减压变质过程。

大别山北部榴辉岩的Sm-Nd年龄测定及其对麻粒岩相退变质时间的制约

报道了大别山北部三个榴辉岩样品的矿物 Sm- Nd等时线年龄，它们分别为 (210± 6) Ma或 (214± 6) Ma、 (208± 38) Ma和 (208± 4) Ma。氧同位素研究表明，这些样品中的石榴子石与绿辉石之间处于氧同位素平衡状态，因此，该 Sm- Nd等时线定年结果可靠。本区榴辉岩的高压麻粒岩相退变质阶段的冷却年龄为 210 Ma左右；榴辉岩的钕同位素初始比ε Nd(t)(两个样品一个为－ 10左右，另一个为－ 2)基本上表现为陆壳岩石特征，可能类似于南部超高压带中的榴辉岩，为印支期扬子陆壳俯冲变质成因。它们的全岩δ 18O值较低，为＋ 2.4‰～＋ 3.6‰，可能指示其原岩同大别山南部超高压带中榴辉岩一样，在板块俯冲之前，经受过高温地表水热液蚀变。年代学结果表明，大别山北部榴辉岩在 230～ 210 Ma期间经历的是一等温或升温过程，这与大别山南部含柯石英榴辉岩在这一时期的快速冷却过程形成强烈对比，这对理解俯冲陆壳中不同构造岩片折返过程的差异有重要意义。