大别—苏鲁超高压—高压变质带伸展构造格架及其动力学意义

构造分析结合变质作用PTt轨迹和同位素年代学资料指出,现今观察到的大别—苏鲁超高压—高压变质带区域构造框架,主要是在印支期中-朝与扬子克拉通斜向碰撞及超高压—高压变质作用期后伸展体制下形成的(200～170Ma)。构造样式类似于北美科迪勒拉型变质核杂岩并发育多层低缓角度地壳尺度的伸展拆离带。几何形态表现为大型穹窿或小型穹窿群。区域伸展构造叠加于先期碰撞或挤压构造之上,控制了超高压和高压变质岩石的空间分布。大规模的近水平韧性伸展流动,是在超高压—高压变质岩石从地幔深处折返到中、下地壳层次及角闪岩相环境下发生的。广泛的减压部分熔融作用反映的壳—幔动力学过程和地壳热结构的变化,是促使造山带从挤压体制向伸展体制转换的因素之一。证明造山带尺度的地壳伸展和薄化作用,在超高压和高压变质岩石折返到地表动力学过程中,曾起过重要作用。

上地幔三维S波速度结构与大别苏鲁超高压变质带俯冲折返机制探讨

本文分析了中国东部的上地幔剪切波速度结构及其与超高压变质岩带之间关系的构造意义。结果表明,在华北块体下面150km深处的速度高于扬子块体的速度值。大别-苏鲁造山构造带下面存在着一条地震波速度变化带。苏鲁、山东半岛下面的速度分布与大别造山带下面的速度分布处于同一个速度等值区域上。横跨大别造山带的南北走向速度结构剖面上,在100km以上的地壳和上地幔区域,华北块体下与扬子块体下面的速度均略低平均值。100km以下,大别造山带南北两侧的扬子与华北块体下面的速度结构分布形态大相径庭。华北下面的波速高于扬子块体下面的波速。大别造山带下呈现速度异常,界线的南侧,有一个略低于零速度的负波速异常区,呈现由南向华北块体的下方斜冲形态,下冲角度大约为30°,其先端部位下冲深达300多公里,其外围零速度等值线的分布区,斜向下延伸超过400km。在速度结构变化分界线的北侧,一个零速度值的分布区带,呈现出从由100多公里深处从北向南朝地表面斜上冲形态。这些速度结构成像的几何形态可能意味着200Ma前大别超高压变质岩带的形成与演化的俯冲、折返的构造运动在上地幔和岩石圈中留下的“痕迹”。

根据地球物理资料分析大别——苏鲁超高压变质带演化的运动学与动力学

中国中央造山带东部的大别—苏鲁是全球最大的超高压变质带 ,本文基于地球物理资料的分析和综合研究 ,进一步指出这一超高压变质带演化的复杂性 .在扬子与中朝克拉通碰撞后大别—苏鲁地体的俯冲产生超高压变质作用 .之后由于两个克拉通之间的倾斜碰撞 ,产生旋转与局部的拉张为岩石折返造成了良好条件 .扬子的旋转也形成一对剪切力使俯冲海洋岩石圈断开和陆块反弹 .然而由于南北压挤力的继续作用与大别—苏鲁地体的折返 ,扬子克拉通继续向大别苏鲁地体下方俯冲 .这种陆 -陆俯冲携带了大量大陆物质进入上地幔 ,诱发部分熔融和后期的地幔上隆 .

大别—苏鲁超高压和高压变质带构造演化

大别—苏鲁是世界上超高压 (UHP) ( >2 .7GPa)和高压 (HP)变质岩石出露最为广泛的地区。通过区域研究 ,尤其是在选择的 30多个关键位置上不同尺度构造记录的深入观察 ,结合已有的可利用的变质、热事件及同位素年代学资料分析 ,揭示出它们曾遭受过一个复杂的从深俯冲到折返构造演化历程 ,识别出 5个主要的构造变质事件 :( 1)由块状榴辉岩中发育的微弱面理和线理所代表的第 1期变形变质事件 (D1) ;( 2 )面状榴辉岩中发育的含拉伸线理的透入性主面理、中小型鞘状褶皱及网络状韧性剪切带 ,代表第 2期构造变质事件 (D2 ) ;( 3)第 3期变形事件主体发生于麻粒岩 /角闪岩相后成合晶形成之后 ,主要构造记录是区域性陡倾斜面理及不均一置换的成分层、榴辉岩透镜体及布丁群、面理内褶皱、网状韧性剪切带系统以及减压部分熔融作用形成的混合岩和含榴花岗质岩石组构 ;( 4)区域性的碰撞期后地壳韧性薄化及剪张作用 (D4)形成缓倾斜角闪岩相主面理及线理、穹状及弧形构造和多层韧性拆离带 ,它们主导了现今观察到的大别—苏鲁超高压和高压变质带的区域构造几何图像 ;( 5 )第 5期构造热事件 (D5)表现为不均一断块抬升、红色沉积盆地发育及大规模的岩体和岩脉就位 ,代表造山晚期的构造揭顶及坍陷作用 。

大别—苏鲁超高压变质带内变形分解作用对榴辉岩透镜体群发育的影响——以碧溪岭地区为例

确定超高压变质岩体的大小、分布、构造关系及变质演化 ,是理解超高压变质岩形成和折返动力学过程的关键。在大别—苏鲁超高压变质带内 ,榴辉岩及变质的镁铁质—超镁铁质岩石 ,一般成厘米至公里尺度的布丁或透镜体 ,散布于片麻岩及面理化含榴花岗岩内。区域系统性的岩石学及构造学观察 ,尤其是在安徽省碧溪岭区 1∶ 1万比例尺的精细制图中证实 ,榴辉岩及其它超高压变质岩透镜体群的形成 ,主要是多期及递进变形分解作用的结果 ,造成了网络状线形强应变带与透镜状弱应变域流变学组合型式。榴辉岩与围岩片麻岩的过渡关系也证实 ,超高压变质的榴辉岩体是“原地”形成的。榴辉岩体的形态、大小及空间分布规律特征 ,不支持超高压变质带岩石属构造混杂岩的推论 ,而是反映了超高压及角闪岩相条件下不均匀韧性流动的应变图像。

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明,苏鲁—大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较,苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高,且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别;而莫霍面下凹程度不如大别地区,地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动,与大别地区相比,有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表;然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明,苏鲁—大别地段的造山、演化过程中,在构造运动基本相似的背景下,存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用,有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是,郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NW-SE向扩张应力场的影响。其中,中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。

苏鲁-大别山超高压变质带迟家店和碧溪岭石榴二辉橄榄岩橄榄石组构

大别山碧溪岭和山东荣成分别发育壳源和幔源的石榴二辉橄榄岩。它们在扬子板块向华北板块的俯冲过程中与俯冲板片一起经历了超高压变质作用。这两种原岩来源不同的石榴橄榄岩中的橄榄石具有相似的结晶学优选方位(LPO):[100]轴主板密垂直于面理面,[010]轴主极密平行于线理,这种橄榄石结晶学优选方位明显不同于高温地幔橄榄岩包体中的橄榄石组构,也不同于最近在超高压变质地体中发现的水导致的橄榄石组构。我们认为碧溪岭和荣成石榴二辉橄榄岩中的这种橄榄石组构可能是在相对较干的超高压变质条件下形成的。本研究为大陆深俯冲超高压变质石榴橄榄岩橄榄石组构特征提供了第一手资料。

大别—苏鲁超高压变质带P-T-t轨迹的动力学模拟

综合现有的地质、地球化学资料以及同位素年龄等研究成果 ,同时结合新西兰南岛北端陆壳俯冲的最新发现 ,提出了超高压变质岩的形成四阶段演化模式 :板片俯冲形成增生楔、板片俯冲驱动角落流、板片拆离浮力抬升至Moho深度和后期上地壳伸展阶段 .以此为定量模拟的出发点 ,利用二维有限元对大别—苏鲁超高压变质带的形成演化进行了动力学和热演化模拟 ,追踪超高压变质岩形成演化过程中的质点路径以及对应的P T t轨迹 .计算的P T t轨迹及其空间分布特征均能与实测结果较好吻合 .

大别山-苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学研究进展

本文总结了近年来大别山 苏鲁超高压变质带的矿物学和岩石学进展。针对大别山 苏鲁超高压变质带中的区域片麻岩围岩是否经历超高压变质的问题 ,研究者在常规岩石学和矿物学手段不能奏效的情况下 ,引入显微喇曼光谱测试 ,最终在各种类片麻岩的锆石中发现柯石英、硬玉和雯石等高压和超高压矿物包裹体 ,证明大别山 苏鲁超高压变质带中的大多数岩石曾与榴辉岩一起被俯冲到地幔深度 ,后又一起回返到地表。在喇曼光谱的测试过程中 ,发现锆石中的柯石英包裹体有 0～ 2 3 0 0MPa不等的现时晶内超压 ,并证明这种晶内超压是超高压变质岩回返过程中 ,柯石英向石英转化而导致的体积膨胀造成的。研究者在产于青岛仰口榴辉岩的石榴子石中发现大量单斜辉石、金红石和磷灰石出熔 ,精细的晶体化学和岩石学研究证明出熔前的石榴子石形成于大于 70 0 0MPa的压力条件 ,说明苏鲁地区的部分陆壳岩石可能曾被俯冲到大于 2 0 0km深的地幔。岩石学研究发现产于桃行地区的榴辉岩在角闪岩相区域退变质之前 ,在 4 0～ 5 0km的浅部地幔深度发育有一期高压麻粒岩相 过渡榴辉岩相变质。进一步研究发现这期变质是由于峰期的多硅白云母在回返到 4 0～5

大别——苏鲁高压-超高压变质带的“构造增压壳内成因”研究

研究发现,高压-超高压变质岩基本都发育于全球或区域规模的大型构造带,产于强烈构造变形带中相对较弱应变的部位。苏鲁—大别超高压变质岩具有明显的构造变形,这成为追索构造应力-应变作用和探讨形成构造环境与演化过程的重要线索。本研究用成岩成矿深度的"构造校正测算方法",进行野外观察、岩石变形-应力测算及构造校正测算。其结果显示,超高压变质岩形成深度在23~55km之间。大别—苏鲁超高压变质岩的锆石SHRIMP年龄显示,具有环带的内核高压矿物年龄大于680 Ma,而其含柯石英幔圈里超高压变质矿物在(231±4)Ma形成,角闪岩相等退变质矿物形成在(211±4)Ma,可见超高压变质发生在陆缘和陆内的地质环境。综合研究其岩石矿物的Sr-Nd、O和He同位素含量,有力证明了岩石的壳内成因特征。深钻孔岩心的岩石矿物学系统显示,超高压变质岩及其几公里宽范围里的各类围岩普遍含有柯石英等高压-超高压矿物包体。上述实际资料,用超高压变质的"深俯冲-折返"模式已经不能得到科学的解释。本文提出大别—苏鲁超高压变质岩"构造增压壳内成因模式",认为这些超高压变质作用可能发育在陆内地块之间的强烈构造挤压环境。在230Ma左右,由于构造压力与重力压力叠加致使局部达到超高压及相应温度等条件,特别是当p≥2.8GPa时,变质的物理化学条件得到满足,可以在23~55km深处发生超高压变质作用,之后经应力松弛和拆离构造,岩石又逐步抬升并发生退变质作用。也可以说,该超高压变质岩具有构造物理化学成因。

苏鲁—大别榴辉岩研究:形成于不同地质时期的高压-超高压变质带

含柯石英的苏鲁-大别榴辉岩是高压-超高压变质带的产物.依据榴辉岩的总体展布方向、岩石特征、高压-超高压变质作用及退变质作用的温压条件,可划分为NEE向胶东高压-超高压变质带、NNE向郯庐高压-超高压变质带和SEE向大别高压-超高压变质带.榴辉岩的同位素年龄值指示这3个带是主压应力方向不同、形成时期不同、发展和终止时期也各不相同的3个高压-超高压变质带.NEE向胶东高压-超高压变质带主要形成于700～900 Ma的晋宁期,终止于200 Ma左右的印支期;SEE向大别高压-超高压变质带主要形成于400～500 Ma的加里东期,终止于250 Ma左右的印支期;NNE向郯庐高压-超高压变质带初期曾经与胶东高压-超高压变质带是一个带,最早形成于900 Ma左右的晋宁期,但其最重要的形成期是200 Ma左右的印支期,55 Ma左右的喜马拉雅期该带进入推覆造山阶段.胶东、大别和早期的郯庐高压-超高压变质带的主压应力方向都是近SN向,印支期之后的郯庐高压-超高压变质带主压应力方向转变为近EW向.

大别造山带超高压变质岩折返隆升的地层学证据——毛坦厂组榴辉岩砾石的启示

大别山北缘地区发育厚达近万米的中新生代碎屑岩,它们记录着大别造山带自侏罗纪以来的演化历史。在安徽省六安地区毛坦厂组中,发现多块榴辉岩砾石。砾石新鲜,质地坚硬,表明属于第一旋回砾石。榴辉岩由石榴子石、多硅白云母、绿帘石、石英、金红石等组成。具有明显的退变质作用,发育以钠长石和闪石类组成的后成合晶、以及石榴子石周边的次变边。石榴子石以铁铝榴石和钙铝榴石为主,属于C类榴辉岩。根据其特征应该属于大别山南部和北部超高压榴辉岩。毛坦厂组层位确切,古生物化石和同位素年龄都表明以晚侏罗世为主。这一发现表明,在晚侏罗世,以榴辉岩为代表的造山带根部物质,即:超高压变质岩已经出露地表,并作为毛坦厂组的物源。因此,大别造山带超高压变质岩折返到地表,最迟在晚侏罗世。

大别山超高压变质带深部电性结构及其动力学意义初步研究

通过在大别造山带东部横穿超高压变质带的一条NNE向剖面大地电磁测深资料的分析解释,获得了关于沿剖面的地壳上地幔二维电性结构,显示北淮阳与大别地块是电性差异显著的构造单元,它们之间的界面与晓天—磨子潭断裂对应;晓天—磨子潭断裂倾向北,在中上地壳层位出现错动解耦现象;从地表向深处可划分出4个主要电性层:地表风化层、中上地壳高阻层、壳内相对高导层以及上地幔层;大别地块内中、上地壳层位以高阻层为主,与高压-超高压变质岩分布区对应,高阻层最厚处在岳西—英山之间;在大别地块内,推测存在燕山期花岗质岩浆活动的通道,它们造成了超高压变质岩的进一步抬升,同时影响了大别地块内存在的壳内相对高导层的分布,壳内相对高导层在层位上相差较大.

中国东部大别山超高压变质杂岩中的石英硬玉岩带

大别山的石英硬玉岩是大别山超高压变质杂岩中的重要成员，与大理岩和榴辉岩紧密共生，呈大小不等的构造透镜体产出在云母斜长片麻岩和含硬玉片麻岩中，分布在长约４０ｋｍ，宽约１ｋｍ的带内。透镜体中心常为花岗变晶结构，边部有不同程度退变并面理化，向外围逐渐变为含硬玉片麻岩。岩石的主要矿物组成为硬玉、石英、石榴石、金红石。退变的石英硬玉岩中还有钠长石、霓石、霓辉石、榍石等。硬玉和石榴石中都有柯石英包体。硬玉的Ｊｄ端元组分为８１．２５％～９０．２７％。恢复的石英硬玉岩的原岩为硬砂岩，与大理岩伴生的榴辉岩的原岩为泥灰岩。因此，石英硬玉岩与共生的大理岩和榴辉岩都属于榴辉岩相变质的表壳岩系，它的成带分布、其中有柯石英的产出，进一步证明大陆地壳能够俯冲到１００ｋｍ左右深度并迅速折返地壳后使其中的高压标志保存完好。

大别造山带地壳泊松比结构与超高压变质带——来自宽角反射与近垂直反射剖面的启示

综合宽角反射、近垂直反射的探测结果和有关地质资料,对大别造山带地壳结构和超高压变质带研究显示:大别造山带地壳具有层块结构特征。沿安义—庄墓剖面,上地壳有7个弹性块体,中地壳有5个,下地壳有4个。扬子与华北地块的主缝合带是超高压变质带,扬子地块与大别造山带的现今分界线是与郯庐断裂相交的太湖—马庙断裂,磨子潭—晓天断裂是大别造山带的北界,北淮阳构造带呈楔状向下插入,它与华北地块的分界是肥中断裂。郯庐断裂在中、上地壳近于直立,下地壳向西倾斜。超高压变质带的厚度为5～7km,产状向北插入到北大别块体之下,折返过程是构造就位,不是大别山的均匀抬升,折返的主运动面是水吼—五河高温剪切带。

关于含柯石英锆石SHRIMP测年获得大别-苏鲁超高压变质带超高压变质作用年龄的讨论

对大别-苏鲁超高压变质(UHPM)带部分含柯石英包体的锆石及部分进行SHRIMPU-Pb测年的锆石进行划分和讨论后得出为大别-苏鲁UHPM带超高压变质作用(UHPM)年龄而进行含柯石英锆石SHRIMPU-Pb测年,宜从有结晶环带且在环带域或环带核部有柯石英包体的锆石的核部或环带域进行SHRIMPU-Pb测年,不宜从锆石边部获得UHPM年龄。着重讨论杨经绥等(2002)的两颗含柯石英锆石的结构,柯石英包体所在部位,测年数据的意义,得出苏鲁UHPM带UHPM年龄是578Ma(或略大于578Ma)。且这一认识与苏鲁UHPM带内区域地质情况相吻和。锆石中(多在边部)给出的印支期年龄值反映印支期地质作用(流体改造、重结晶等)改造事件的时代。

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。

大别山东段超高压变质带中变质花岗岩的矿物化学和地球化学特征

大别山东段超高压变质带中变质花岗岩富硅、贫钙、贫铝 ,属偏碱性花岗岩 ,围岩为含榴辉岩包体的超高压副片麻岩。变质花岗岩稀土元素总量多在 (10 0～ 2 0 0 )× 10 - 6,具有较大的负铕异常 ,其原岩应为壳源型花岗岩。元素地球化学特征表明变质花岗岩原岩与古造山作用有关。变质花岗岩中存在大量由岩浆型内核和变生型边缘构成的变质增生锆石。结合锆石U Pb年龄资料认为 ,变质花岗岩应由古老花岗岩变质形成 ,而不是超高压变质作用之后部分地壳岩石重熔的产物。岩石中有富锰和贫锰两种石榴子石 ,通过富锰石榴子石 黑云母、贫锰石榴子石 多硅白云母等矿物对的温压计算可知变质花岗岩在 4 0 0～ 5 0 0℃、0 .6～ 0 .8GPa条件下经历过变质作用。但几种间接证据反映出变质花岗岩可能经历过超高压变质作用。