中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及俯冲/折返机制的探讨

造山带中发现超高压矿物柯石英和金刚石,被认为与洋壳或陆壳岩片的深俯冲(>100km)有关。但探讨这些岩片是如何俯冲和折返的?却是一个极具挑战的难题。目前,中国境内含榴辉岩的高压超高压(HP/UHP)变质带已经发现11条,此外,世界各地发现的高压超高压变质带还有至少20条。高压超高压变质带,特别是中国众多的HP-UHP变质带,在什么特定的大地构造条件中形成?又是在怎样的构造背景下折返而剥露地表?中国大陆上为什么出现众多规模可观的HP-UHP变质带?为什么出现洋壳(深)俯冲与陆壳(深)俯冲不同类型的HP-UHP带?这是本文试探讨的问题。根据中国境内的11条高压/超高压变质带形成时代和区域构造背景,将其分为4类:Ⅰ.始特提斯(早古生代)高压/超高压变质带,包括(1)柴北缘-南阿尔金超高压变质带,(2)北祁连-北阿尔金高压变质带,(3)东秦岭超高压变质带;Ⅱ.古特提斯高压/超高压变质带,包括(4)大别高压/超高压变质带,(5)苏鲁高压/超高压变质带,(6)西藏羌塘高压变质带;(7)西藏松多(超)高压变质带;Ⅲ.新特提斯高压/超高压变质带,包括(8)雅鲁藏布江东构造结南迦巴瓦(超)高压变质带;Ⅳ.古亚洲域南缘高压/超高压变质带,包括(9)新疆西南天山超高压变质带,(10)甘肃北山高压变质带,和(11)冀北高压变质带。中国高压/超高压变质带形成的大地构造背景有洋壳(深)俯冲和陆壳(深)俯冲两大成因类型,认为前者大都与始-古特提斯洋盆中微陆块之间的汇聚碰撞有关;后者为大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片深俯冲的产物。由于中国(邻区)大陆是三大陆块与许多小陆块聚集构成的巨大拼合体,小陆块在特提斯洋盆(特别是始、古特提斯洋盆)中的独特位置,使陆块之间的刚性洋盆岩石圈得以(深)俯冲插入小陆块之下。而大陆块之间特殊部位的碰撞为陆壳(深)俯冲创造条件。研究表明,高压/超高压变质岩石和蛇绿岩、混杂堆积、俯冲增生楔一起构成俯冲/折返杂岩带;认为代表印支造山带山根物质的大别-苏鲁高压/超高压俯冲/折返杂岩带,呈面形推覆岩片的构造样式叠置在扬子陆块之上,提出汇聚陆块边缘深部地幔物质折返的"斜向挤出"和"沿岩石圈板片的多层隧道的多重/分片挤出"的两种模式;认为走滑断裂在高压/超高压变质岩石的快速折返中起重要作用,即阿尔金走滑断裂、郯庐走滑断裂和喀喇昆仑走滑断裂,分别制约了阿尔金和祁连山中的南北两条早古生代高压/超高压变质带、大别-苏鲁印支期超高压变质带和喜马拉雅西构造结的喜山期超高压变质带的快速折返。

走滑断裂对超高压变质岩石折返的贡献及青藏高原北部白垩纪隆升之新思考

青藏高原已识别出柴北缘、南阿尔金和高喜马拉雅三条超高压变质带。这些超高压变质带提供了一个不可多得的研究超高压变质岩石形成和折返的机会。柴北缘超高压变质带位于阿尔金断裂的东边，是柴达木-东昆仑地体与祁连-阿尔金微地体和阿拉善-敦煌地体碰撞的产物，由榴辉岩、石榴石橄榄岩和含柯石英片麻岩组成，榴辉岩形成时代500～440Ma，峰期超高压变质年龄440Ma。南阿尔金超高压变质带位于阿尔金断裂带的西边，以产出榴辉岩和石榴石橄榄岩为特征，榴辉岩形成时代为500Ma。南阿尔金超高压变质带被认为是柴北缘超高压变质带的西延，两者被阿尔金断裂左旋位移约400km。阿尔金断裂是巨大的深度〉200km的岩石圈走滑断裂，断裂的活动时代至少早到240～220Ma，认为走滑过程中伴随的隆升作用有可能为柴北缘和南阿尔金超高压变质岩石的折返和出露地表做出了贡献，其中阿尔金断裂起到了类似剪刀型断裂的作用。高喜马拉雅超高压变质带在巴基斯坦和印度被发现，以榴辉岩中含柯石英或金刚石为特征，榴辉岩的超高压变质年龄为46Ma，表明超高压变质岩石发生在雅鲁藏布江缝合线关闭后并快速折返。喀喇昆仑断裂走滑过程中伴随的抬升作用则可能对高喜马拉雅地区超高压变质岩石的折返和出露地表做出贡献。在中国东部出露的大别-苏鲁超高压变质带被巨大郯庐断裂左旋走滑位移约500km，可以看作是走滑作用伴随的括升运动对超高压变质岩石的最后折返和出露地表做出重要贡献的又一例证。青藏高原的隆升通常被认为是印度板块和欧亚大陆新生代以来的碰撞结果。根据高原北部断裂的时代、火山活动和沉积盆地的形成，我们提出高原的隆升是两次俯冲碰撞的结果。第一次发生在中特提斯班公湖-怒江洋盆在白垩纪时期的关闭，其时由于北部来自塔里木盆地和北中国板块及东部来自太平洋板块俯冲产生的抵柱效应，高原北部开始隆升；第二次发生在印度板块的新生代俯冲碰撞作用，造成高原的整体抬升，由此可以解释高原北部平均海拔（5000m）要高于高原南部（平均海拔4000m）。

茫崖闪长岩的成因及对造山带构造演化的指示意义

南阿尔金造山带是中国西北地区重要的俯冲—碰撞杂岩带。笔者等对茫崖地区出露的闪长岩开展岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Lu—Hf同位素地球化学研究,探讨其岩石成因和成岩时的构造环境。研究表明,茫崖闪长岩亏损Nb、Ta、Ti、P、Th、U、HREEs、Ba、Sr等元素,富集Rb等大离子亲石元素及LREEs,显示与俯冲相关岛弧岩浆岩相似的地球化学特征。样品的锆石U-Pb年龄为494~461 Ma,ε_(Hf)(t)为0.01~3.90,t_(DM2)为1496~1447 Ma,少量ε_(Hf)(t)为负值(-2.22~-0.03),t_(DM2)为1453~1254 Ma,指示其物质来源以中元古代(1453~1254 Ma)新生地壳物质为主,混合少量中元古代(1496~1447 Ma)古老地壳物质。综上,该期岩浆活动是幔源岩浆的底侵作用导致下地壳熔融的产物,指示南阿尔金造山带在<494 Ma进入深俯冲陆壳断离—折返阶段,同时伴随着大规模幔源岩浆的底侵作用,茫崖闪长岩是深俯冲陆壳断离后折返作用的岩浆活动响应。

南阿尔金迪木那里克花岗岩地球化学、锆石U-Pb年代学与Hf同位素特征及其构造地质意义

迪木那里克花岗岩侵入到南阿尔金迪木那里克浅海相沉积地层中,岩性为钾长花岗岩。地球化学数据显示该花岗岩具有高SiO2、高钾、高铝的特征,富集Rb、Th、K、La、Zr,亏损Ba、Ta、Nb、Sr、P、Ti,属于弱过铝质高钾钙碱性系列,具有S型花岗岩的特征;其源岩为杂砂岩,熔融温度和压力约为>800℃与～10kbar。锆石εHf(t)介于-3.52～0.95,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年确定其形成时代为452.8±3.1Ma。迪木那里克花岗岩的形成时代明显晚于南阿尔金高压-超高压变质岩的峰期变质时代(486～504Ma),而与超高压岩石的退变质时代(455Ma)基本一致,又与形成时代为467Ma的长沙沟-清水泉一带裂谷型层状镁铁质-超镁铁质杂岩体伴生,其成因可能是阿尔金深俯冲陆壳板片发生断离后,深部地幔物质上涌导致地壳杂砂岩熔融的产物,具有同折返岩浆作用的特点。结合以往研究,南阿尔金俯冲碰撞杂岩带中早古生代花岗岩的演化期次可初步划分为:1)约500Ma,与高压-超高压变质岩的峰期变质时代一致,形成于陆-陆碰撞造山作用过程中的陆壳相互叠置加厚阶段;2)为466～451Ma,与超高压岩石的退变质时代大致相当,形成于深俯冲陆壳断离后的伸展构造背景;3)为426～385Ma,形成于碰撞造山作用结束后的伸展减薄阶段。

大别地块超高压变质期后伸展变形及超高压变质岩石折返过程

详细构造分析证明 ,现今观察到的大别地块内部超高压变质地体的区域构造样式 ,主要是在印支期 ( 2 40～ 2 1 0Ma)扬子与中 朝克拉通陆 陆碰撞及超高压变质作用期后形成的 ,具有变质核杂岩和多层伸展拆离带的组合格局 .通过鉴别挤压和伸展组构可知 ,超高压变质岩石由地幔深处折返和剥露于地表 ,至少经历过 3个不同的减压退变及构造变形阶段 ,其中 ,角闪岩相条件下的中下地壳近水平的伸展流动是一个重要的折返动力学过程 ,而且可能受到增厚的岩石圈地幔的拆沉及岩浆底侵作用的驱动 .

西秦岭勉略带北部黄渚关和厂坝花岗岩锆石U-Pb年龄及源区性质

秦岭-大别-苏鲁造山带出露大量中生代岩浆岩,对这些岩浆岩进行精确的锆石U-Pb年代学研究可以为揭示大陆碰撞过程、追溯岩浆源区物质来源提供线索.对出露在西秦岭地区的黄渚关和厂坝花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究和全岩地球化学研究.结果表明,黄渚关花岗岩中心相和边缘相锆石的加权平均年龄分别为（214±1）和（213±3）Ma;厂坝花岗岩的锆石的加权平均年龄为（213±2）Ma.这些年龄年轻于华南陆块与华北陆块碰撞引起超高压变质的年龄225~240Ma,对应于同折返岩浆活动.厂坝花岗岩中存在若干新元古代继承锆石（（757±14）Ma）,说明其岩浆源区为华南陆块.地球化学上,这两个岩体都富集LILE和LREE、亏损HFSE和HREE,表现出典型的弧岩浆岩的特点.但是,黄渚关花岗岩的主要氧化物之间呈现良好的线性关系,暗示同源岩浆演化的特点;中心相含有大量闪长质微粒包体,暗示岩浆混合的存在.厂坝花岗岩相对高Si和K,低Fe和Mg,且具有较高的Fe＊,说明其为岩浆高度演化产物,它的出现预示着秦岭造山带已进入碰撞晚期的伸展拉张演化阶段.因此,黄渚关和厂坝花岗岩是秦岭造山带在碰撞晚期晚三叠世期间华南陆块不同成分地壳物质分别发生部分熔融的产物.