柴北缘超高压变质带变质蛇绿岩组合及其地质意义

柴北缘超高压变质带为典型的早古生代大陆型俯冲、碰撞造山带,在都兰地区保存有2条蛇绿岩剖面,其代表了陆壳俯冲之前的大洋俯冲残片。笔者选取野马滩和沙柳河2条蛇绿岩剖面,对其岩石学、地球化学和年代学研究进展进行综述,并结合整个柴北缘超高压变质带的研究进展,探讨这些变质蛇绿岩组合的地质意义。野马滩变质蛇绿岩剖面由出露于片麻岩中的榴辉岩、石榴辉石岩、蛇纹石化橄榄岩组成。榴辉岩中保存有K-cymrite及绿辉石中出溶白云母的超高压变质作用证据,峰期变质作用条件为P=2.9~3.2 GPa,T=631~687℃。榴辉岩的地球化学数据表明其原岩类似于N-MORB和E-MORB,锆石U Pb定年显示变质时代约为445~457 Ma。沙柳河变质蛇绿岩剖面由3类榴辉岩、方辉橄榄岩及异剥钙榴岩组成。榴辉岩中保存有柯石英,峰期变质作用条件为P=2.7~3.4 GPa,T=610~725℃。榴辉岩的地球化学数据表明其原岩包括了堆晶辉长岩和E-MORB;而方辉橄榄岩属于地幔橄榄岩,且第二期橄榄石高Mg的特征表明其经历过俯冲变质。锆石U Pb定年显示原岩时代约为520 Ma,变质时代为440~445 Ma。对野马滩和沙柳河2条蛇绿岩剖面的深入研究有助于理解大洋深俯冲向大陆深俯冲和碰撞的转换过程。

柴北缘超高压变质带：从大洋到大陆的深俯冲过程

柴北缘超高压变质带同我国大别-苏鲁造山带类似,同属典型的大陆型俯冲碰撞带。柯石英在榴辉岩和片麻岩中均有发现,且石榴橄榄岩锆石中含有金刚石。本文从岩石学、温压计算、地球化学和年代学四个方面,对此带中的鱼卡、绿梁山、锡铁山和都兰4个榴辉岩和石榴橄榄岩出露地区近些年的研究进展进行了系统详细的综述。与典型的大陆型俯冲碰撞带不同,柴北缘超高压变质带保存了早期陆壳俯冲前发生的洋壳深俯冲的证据。因此,结合现有数据,本文对柴北缘超高压变质带从大洋俯冲到大陆俯冲碰撞的构造演化模式进行了探讨。

柴北缘超高压变质带的冷却历史:来自副片麻岩中锆石、金红石的U-Pb年代学和温度信息

本文运用LA-ICP-MS和SIMS对柴北缘超高压变质带中东端沙柳河剖面中的副片麻岩进行了锆石和金红石U-Pb年代和微量元素分析。锆石边部的变质时代为425±6Ma,所对应的锆石Ti含量温度计计算出的温度为689±14℃。金红石U-Pb定年给出的年龄为414.0±6.3Ma,代表了副片麻岩在折返过程中冷却到金红石U-Pb封闭温度约570℃的时代。而金红石Zr含量温度计给出同锆石边部较一致的温度685±9℃,代表了峰期变质时代的温度条件。根据锆石的变质时代和变质温度以及金红石的冷却年龄和封闭温度所限定的T-t轨迹,可以得出此副片麻岩在折返过程中的冷却速率约为11℃/Myr。

柴北缘超高压变质带沙柳河蛇绿岩型地幔橄榄岩及其意义

本文报道了柴北缘大陆型超高压变质带沙柳河地区发现的蛇绿岩型地幔橄榄岩,其原始矿物组合为橄榄石+斜方辉石+铬铁矿。方辉橄榄岩中识别出两个世代的橄榄石,第一世代橄榄石(OI^1)残晶发育扭折带,化学成分与现代大洋地幔橄榄岩的橄榄石一致,第二世代橄榄石(OI^2)Fo 值高达94～97,其内部含有细小的流体包裹体,是第一世代橄榄石蛇纹石化后再次变质的产物。斜方辉石残晶的成分具有高 Al 和 Ca 的特征,与大洋地幔橄榄岩中斜方辉石的成分一致。温压条件的估算反映该橄榄岩体属于典型的尖晶石相方辉橄榄岩。其围岩是由堆晶辉长岩变质的条带状蓝晶石榴辉岩,二者构成了大洋蛇绿岩套的下部层位,并且与区内具有 N-MORB 和 OIB 性质的榴辉岩共生。这些特征表明该方辉橄榄岩应代表洋壳下伏地幔橄榄岩,从而揭示大陆造山带从早期的大洋俯冲消亡到大陆俯冲碰撞的完整过程。

柴北缘超高压变质带都兰地区的构造演化历史)))来自片麻岩独居石原位电子探针定年的证据

榴辉岩及其围岩的变质作用和年代学研究是揭示超高压变质地体形成机制及演化过程的关键,但是作为榴辉岩围岩的副片麻岩,由于其矿物组合相对简单,缺少指示温压条件的特征矿物,不容易将其岩石学特征与变质年龄相联系。本文对柴北缘超高压变质带都兰地区3个含石榴石副片麻岩样品进行了岩石学及独居石电子探针原位U-Th-Pb化学法定年研究,获得3个样品中独居石的表面年龄分别为433±15.4 Ma(8S01,沙柳河剖面)、440±11.2Ma(8S55,都兰北带野马滩)和435±14.7 Ma(8S116,都兰南带)。其中沙柳河及都兰南带的两个样品年龄相似,与北带样品约有5 Ma的年龄差。3个测试样品中的独居石均表现为富集轻稀土元素,重稀土元素严重亏损,具有Eu的正异常,其中Eu/Eu*与寄主岩石石榴石中Ca含量存在耦合关系。岩石学研究及温压条件计算表明独居石为角闪岩相退变过程中变质重结晶生长而成。都兰南带独居石样品测试点年龄介于440～430 Ma时具有较高的Y含量,且Y与Eu/Eu*之间存在明显的负相关性,表明440～430 Ma之间都兰地区部分副片麻岩经历了角闪岩相退变质作用。

柴北缘超高压变质带变质泥质岩碎屑锆石年代学研究及其地质意义

柴北缘超高压变质带作为中国西部深俯冲的一个研究热点,对其变质泥质岩的碎屑锆石年龄研究对了解此区内深俯冲大陆的前寒武纪演化历史,及与华北克拉通及华南克拉通的亲缘性讨论具有重要意义。本文选取柴北缘超高压变质带中绿梁山和都兰的变质泥质岩,筛选锆石利用LA-ICP-MS进行定年并讨论其地质意义。实验结果表明碎屑锆石年龄分为三个组别集中,分别是>1100Ma、1000~800Ma和800~500Ma,并分别代表了古老的结晶基底、与Rodinia超大陆相关的碰撞和裂解事件以及古祁连洋的演化。板块亲缘性分析表明柴达木-祁连地区可能与扬子克拉通西缘具有亲缘性,可能作为扬子克拉通西缘的延伸而与扬子克拉通相连。通过结合碎屑锆石数据及板块亲缘性分析并对比现今西太平洋边缘的演化模式,本文提出了一个在早古生代北祁连为主动大陆边缘,柴北缘为被动大陆边缘;在祁连地体北侧的古祁连洋闭合后柴北缘转变为主动大陆边缘的构造演化模式。

柴北缘锡铁山两类榴辉岩的退变质过程及其对俯冲带折返机制的制约

榴辉岩作为俯冲带中重要的岩石类型保存有丰富的地球动力学信息。对榴辉岩及其退变质岩石的研究有助于建立俯冲带演化的p-T轨迹，了解俯冲岩石在折返过程中温压条件及矿物相的变化，从而对俯冲带折返的动力学机制进行限定。对柴北缘锡铁山双矿物榴辉岩及含多硅白云母榴辉岩进行了详细的岩石学研究。在NC（K）FMASH体系中对两类榴辉岩进行变质相平衡模拟，得到双矿物榴辉岩的峰期温压条件为745～790℃，大于2．8～3．0GPa（M1），后经历等温降压过程达到角闪石榴辉岩岩相（670～770℃，1．6～2．2GPa，M2），与含多硅白云母榴辉岩经历了相同的折返过程。锡铁山双矿物榴辉岩的原岩具有N-MORB的地球化学特征，而含多硅白云母榴辉岩则显示E-MORB或者OIB特征，二者原岩成分存在明显差异。两类榴辉岩的p-T演化过程和地球化学特征表明．锡铁山双矿物榴辉岩与含多硅白云母榴辉岩矿物学特征的差异是其原岩的多源性造成的，而与俯冲后折返过程中的退变质作用无必然联系。

柴北缘沙柳河地区洋壳超高压变质单元中异剥钙榴岩的发现及其地质意义

在柴北缘超高压变质带东端的沙柳河地区蛇绿岩剖面中,首次发现了与蛇纹石化方辉橄榄岩共生的异剥钙榴岩。该异剥钙榴岩主要由钙铝榴石、透辉石、绿泥石、碳酸盐及少量葡萄石和黝帘石组成。异剥钙榴岩通常被认为是洋底变质作用的标志性产物。因此,此异剥钙榴岩的确定,为柴北缘超高压变质带曾经存在过洋壳俯冲提供了又一证据。