西大别西北部浒湾变质带榴辉岩的年龄和性质及其对秦岭-大别-苏鲁造山带多期演化的制约

浒湾高压变质带位于大别造山带的西北部,是研究秦岭-大别-苏鲁造山带演化过程和时间的关键地区。我们对产于该高压变质带的三个榴辉岩样品进行了LA-ICPMS锆石U-Pb定年、微量元素和Hf同位素组成分析,以限定榴辉岩相变质作用及原岩形成的时间和原岩性质。苏家河榴辉岩中的变质锆石颗粒具低Th/U值、弱的Eu负异常、较平坦的重稀土(HREE)配分模式,以及低的176Lu/177Hf值。表明这些锆石形成过程中有石榴子石的存在而缺乏斜长石,因此形成于榴辉岩相变质条件。Ti含量温度计计算表明,这些变质锆石的形成温度约为655°C和638°C,与在榴辉岩相变质作用温度条件下形成一致,206Pb/238U年龄加权平均结果为309±4Ma(2σ),代表了榴辉岩相变质作用时间的最佳估计值。胡家湾变质锆石可能形成于前进变质作用阶段,206Pb/238U年龄加权平均值为312±11Ma(2σ),这一结果在误差范围内与苏家河的年龄结果一致。锆石U-Pb年龄和微量元素分析结果表明,榴辉岩核部的锆石属岩浆型,年龄为406±5～420±7Ma(2σ),表明原岩晚于中古生代华北与秦岭地体的碰撞时间。三个榴辉岩样品的锆石颗粒εHf(t)值的变化范围较大(-4.9～21.3)。变质锆石与岩浆锆石的Hf同位素的变化范围相近,少数变质增生边部锆石与核部残留岩浆锆石给出较一致的Hf同位素组成,表明变质增生锆石可能是原岩岩浆锆石溶解再结晶作用的结果,因此保留了原岩的初始Hf同位素组成。高的εHf(t)值表明它们的原岩来自亏损的地幔源区,可能是古特提斯洋壳;而低εHf(t)值则归因于地壳混染作用。少量继承核锆石的出现表明榴辉岩的原岩形成过程中有古老地壳物质的加入。浒湾地区一些榴辉岩具明显的来自扬子板块大陆地壳的年代学和地球化学特征。该区古生代的洋壳和新元古代的陆壳在石炭纪共同经历了榴辉岩相变质作用,表明古生代古特提斯洋壳形成于扬子板块北缘边缘盆地的环境。高压变质作用的陆壳岩石可能在洋壳岩石的折返和保存过程中起到了浮力牵引的作用。扬子和华北克拉通的聚合可能经历了超过200Ma的多阶段过程。

西大别浒湾变质带洋壳和陆壳耦合俯冲的锆石U-Pb年龄记录及其动力学意义

西大别浒湾高压变质带是研究秦岭-大别-苏鲁造山带演化的关键区域。本文对该变质带熊店和学河两地的两个榴辉岩样品进行了LA-(MC)-ICPMS锆石U-Pb定年、微量元素分析及Hf同位素测定。熊店榴辉岩岩浆锆石得到的年龄为406±14Ma,具有高的ε_(Hf)(t)值(ε_(Hf)(t)=11.3±1.3),年轻的亏损地幔模式年龄(t_(DM)=578±52Ma),其来源可能为亏损地幔,进而说明它们的原岩可能为古特提斯洋壳物质;学河榴辉岩岩浆锆石的年龄为703±8Ma,具有略低的ε_(Hf)(t)值(ε_(Hf)(t)= 4.11±0.94),较老的亏损地幔模式年龄(t_(DM)=1105±37Ma),其原岩可能为扬子克拉通新元古代裂谷岩浆作用产生的新生陆壳物质。这些结果表明浒湾地区存在原岩形成于新元古代和志留纪两个时期的榴辉岩。熊店榴辉岩中变质锆石的微量元素特征与岩浆锆石类似,可能为完全重结晶成因锆石,其^(206)pb/^(238)U加权平均年龄为316±1Ma,代表了洋壳榴辉岩榴辉岩相峰期变质的最早时间。学河榴辉岩变质锆石以低Th/U、Nb/Ta比值为特征,其REE组成模式为不明显的Eu负异常,HREE呈平坦型。这些特征反映了这些锆石形成时出现了较大数量的石榴子石与金红石,而缺乏长石。根据锆石Ti温度计计算学河榴辉岩变质锆石形成的温度范围是704～741℃,与榴辉岩相变质温度一致。它们对应的^(206)Pb/^(238)U加权平均年龄为312±3Ma,可作为浒湾变质带榴辉岩相峰期变质年龄,这一结果表明浒湾变质带陆壳成因榴辉岩存在石炭纪榴辉岩相变质事件。空间上相近的古生代洋壳和新元古代陆壳具有相同的榴辉岩相变质年龄表明,浒湾变质带的洋壳和陆壳榴辉岩可能存在石炭纪的耦合俯冲作用。