东南极格罗夫山:普里兹造山带中一个典型的泛非期变质地体

距中国中山站以南约400 km的格罗夫山是普里兹造山带向南极内陆的延伸部分,其基底地体由约在920—910 Ma期间侵入的镁铁质-长英质火成岩和少量中元古代的沉积岩构成,这些岩石仅在泛非期(约570—500 Ma)经历了单相变质—构造旋回,因此是一个典型的泛非期变质地体。泛非期高峰变质作用并不像前人所认为的那样仅为中低压麻粒岩相,而是高达770—840℃、1.18—1.40 GPa,并在随后经历了近等温减压(约0.6 GPa)的P-T演化过程。大规模的A型紫苏花岗岩和花岗岩在同造山-后造山阶段侵位,并造成了麻粒岩地体近等压降温的P-T轨迹。这些花岗质岩石是由长期富集地幔的底侵物质(碱性玄武质岩石)经部分溶融而形成的。结合相邻地质体的研究资料,我们认为普里兹造山带可能发育在太古宙—格林维尔期基底地体之上,这些基底地体可能与新元古代盖层卷入到了统一的泛非期造山作用过程。在泛非期造山作用过程中,地壳曾被增厚约达40—50 km,而后又经历了厚约20 km的地壳伸展垮塌和剥蚀。所以,普里兹造山带应代表东冈瓦纳陆块内部由板块缝合作用所形成的一条泛非期碰撞造山带。

南极普里兹造山带性质及构造变形过程

南极大陆是世界上最古老的大陆之一，是冈瓦纳大陆的重要组成。第一次南极科学考察以来，中国地质科学院一直参加南极研究。目前为止，已有33人次参加了14次南极考察，其中2人进入南极内陆格罗夫山考察。经过几代科学家20多年的努力，取得了一系列成果。传统观点认为，东南极大陆是由太古宙陆核与围绕陆核的元古宙活动带组成，东冈瓦纳大陆在晚元古代格林威尔事件后完成统一大陆的构建。上世纪90年代初，在原属于环东南极格林维尔活动带的不同部位识别出一系列晚新元古一早古生代的泛非期（约500Ma）构造热事件，对传统的东南极大陆模式提出了挑战。其中，普里兹湾地区泛非构造热事件在最近几年的研究中被中国科学家证明向南延伸到南极内陆的格罗夫山一带，在东南极大陆内部形成了一条泛非期构造带。然而，普里兹带的构造属性一直受到研究者的争论。人们关注的焦点是这条泛非期普里兹构造带到底是一条陆内变形带？还是板块碰撞带？因为这个问题直接关系到东南极大陆的结构与形成时代，更关系到东冈瓦纳大陆形成演化过程的重建。2007年，“南极普里兹带1：50万地质图编制”与“南极埃默里冰架-格罗夫山综合地质调查与研究”课题组对普里兹带研究取得了重要进展：①完成了我国在南极的第一张中比例尺地质图，为普里兹构造带的研究、为探讨冈瓦纳大陆的重建，奠定了新的基础；②格罗夫山地区首次发现高压麻粒岩，根据石榴子石的化学环带和单斜辉石原始成分的恢复获得峰期变质条件为12．9-15．8kb、810-910℃，减压退变质条件为7．6-10．3kb、700-760℃，具有顺时针演化的P-T轨迹。SHRIMP锆石U-Pb定年揭示高压变质作用发生的时代为545-542Ma。这项成果首次为确认普里兹构造带为碰撞造山带提供了直接的岩石学证据；③普里兹构造带麻粒岩地体变质作用、花岗岩浆侵位构成的热事件经历了ITD＋IBC发展轨迹，也是大陆碰撞带的指示标志；④基本上确定了普里兹构造带构造格架与变形序列及演化过程；⑤发现格罗夫山地区大型低角度韧性剪切变形带，变形时代为530-480Ma；⑥格罗夫山地区NE-NNE向延伸的沟谷-纵岭地貌特征是由于晚中生代到新生代区域上蓝伯特裂谷发育过程中形成的。

罗迪尼亚—冈瓦纳古陆演化中的东南极陆块

冈瓦纳古陆的研究已经有百年历史 ,而东南极又成为冈瓦纳研究的热点地区之一。在东南极拉斯曼丘陵地质考察与构造热年代学研究的基础上 ,中国科学家成为国际上最早一批阐明冈瓦纳古陆 ,特别是东冈瓦纳陆块形成于 5亿年前的“泛非”期构造运动的科学家。通过南极内陆格罗夫山地质调查 ,查明格罗夫山主要出露高角闪岩相—麻粒岩相深变质岩 ,岩石化学特征显示紫苏花岗岩、花岗质片麻岩和花岗岩属铝质A型深成岩系列 ,而长英质和镁铁质麻粒岩则来自岛弧、洋岛和洋中脊环境的表壳岩系列。测区以低角度面理构造为主 ,局部出现强剪切变形带。韧性变形可分为 3个阶段 :D1与前泛非期的构造事件有关 ,D2 相应于区域性麻粒岩相变质作用 ,D3 则可能反映泛非期造山作用后期的伸展作用。变质反应结构多显示为简单的区域性麻粒岩相变质作用 ,但镁铁质麻粒岩可鉴别出 3个阶段 :M1的温压条件为 80 0℃ ,9.3× 10 5Pa ;M2 为 80 0 - 810℃ ,6 .4×10 5Pa ;M3 仅 6 5 0℃。代表性花岗质片麻岩的锆石U Pb的离子探针分析显示峰期变质年龄集中于5 2 9± 14Ma ,花岗岩侵位年龄 5 34± 5Ma ,细晶岩脉年龄 5 0 1± 7Ma ,属于“泛非”期构造热事件。这些地质新证据显示在东南极内陆存在着一条从普里兹湾、格罗夫山到南查尔斯王子山?

东南极拉斯曼丘陵长英质片麻岩的深熔作用与铁钛氧化物的聚集机制

东南极拉斯曼丘陵高级变质长英质岩石中铁钛氧化物的局部聚集与高级变质作用过程中的深熔作用有关,并非原岩富集这些组分。深熔作用造成惰性组分如铁钛氧化物滞留原地或略有聚集及活动性组分的迁移,而流体挥发组分优先聚集于熔体之中。当体系中水含量较低、处于不饱和状态时,深熔作用过程中形成局部“熔体”,其结晶所成的浅色体不具低共结组分,没有熔体结晶结构,不是真正的熔体,可能是(准)熔体。较粗粒的浅色体或伟晶岩也是与深熔作用有关的产物,其形成早于花岗岩脉或岩体,而与花岗质岩浆分异无关。伴随(准)熔体的出现,体系中组分的萃取、分异效果较为明显,即可造成组分分异,形成截然不同的异地、二相分异结构,分别形成固相残留物(组成可以不固定)和(准)熔体相。固相残留体中富铝、铁组分,形成矽线石和铁钛氧化物团块,其中少或无挥发分;与此对应,短距离迁移浅色体中往往贫铁钛组分,可见石榴子石、偶见铁钛氧化物矿物。这种挥发分不饱和状态下的深熔作用基本属于封闭体系,整体失水不显著,高级变质岩中的一些特征矿物如矽线石、石榴子石、堇青石、尖晶石的形成也与这种分异作用有关,但组分迁移范围有限,并可保存组分分异各阶段的产物。拉斯曼丘陵长英质岩系中大量铁钛氧化物和矽线石类矿物组合的形成,反映了临界状态下的局部或差异抬升,变形作用的非均匀性及相伴随的组分分异作用,很可能相当于早期格林维尔期构造的泛非期再活动。