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大别—苏鲁造山带混合岩的成因研究

田志伟  
【摘要】: 地壳的两大组成部分——洋壳和陆壳,由于在物质成分上的巨大差异,致使在板块汇聚边界的俯冲消减作用中,二者呈现截然不同的地球动力学特征。我们已经清楚,洋壳俯冲以上覆地幔楔部分熔融、形成岛弧岩浆岩为特征。然而对陆壳的俯冲过程,我们尚处于探索之中。 自二十世纪八十年代以来,由于在西阿尔卑斯和挪威西部的变质表壳岩中,发现了超高压变质矿物柯石英,说明大陆地壳曾被俯冲到至少80km深的地幔内部,然后又折返至地表。到目前为止,地质学家已在全球二十二条变质带中发现了柯石英、金刚石和其它超高压指示矿物。大陆深俯冲以及由此引发的陆壳岩石超高压变质作用,是最近二十余年来固体地球科学领域的研究热点。大别一苏鲁造山带出露有世界上规模最大、保存最好的超高压变质地体,是三叠纪时扬子板块向北俯冲进入华北板块之下,而形成的大陆碰撞造山带。是国际超高压变质研究的经典地区。 大量的研究表明,与大洋地壳相比,大陆地壳除上部含少量的水之外,其余深部圈层均较“干”,因此在大陆深俯冲过程中无大规模的流体活动,难以形成类似于洋壳俯冲的岛弧岩浆作用。也就是说,缺乏同俯冲岩浆活动是大陆深俯冲最重要的特征之一。随着超高压变质作用后的流体活动及与折返过程近同时代的岩浆岩陆续被识别,探索超高压变质岩石在折返退变过程中是否存在岩浆活动或部分熔融过程,已成为大陆深俯冲作用研究的一个活跃方向。 在大别一苏鲁超高压变质带中,广泛发育有较晚期的混合岩(约130Ma)。一般认为,这些主要分布在北大别的混合岩,与大陆深俯冲作用没有直接的动力学联系。然而,我们在苏鲁超高压变质地体的威海、荣成地区,以及大别超高压变质地体的碧溪岭地区均发现呈现类似于部分熔融特征的混合岩,却在空间上和时间上与超高压变质作用具有密切的关系。 本文选取碧溪岭地区和荣成地区的两处典型混合岩为研究对象,通过较详细的野外调研,以及矿物化学、同位素地球化学和同位素定年等室内综合研究,探讨了两工作区混合岩的形成时代,成因及其与超高压变质作用的关系,并进一步讨论陆壳超高压变质地体中是否存在部分熔融作用,以及它们对大陆深俯冲带后期构造和物质组成演化的意义。 碧溪岭岩体东北端外侧混合岩中角闪岩和奥长花岗岩均发育两期角闪石,早期(Ⅰ型)均为阳起石,后期(Ⅱ型)均为绿钠闪石。尽管角闪岩和奥长花岗岩的化学成分差别极大,但两者的Ⅰ型角闪石成分很相近,Ⅱ型角闪石成分基本相同,但均与该区新鲜富镁铝榴辉岩和退变富铁钛榴辉岩中角闪石的成分相差甚远。结合本人导师李红艳研究员前期元素-同位素地球化学研究结果,从矿物化学的角度进一步证明碧溪岭岩体混合岩是一期发生于780Ma的部分熔融事件的产物。 荣成超高压变质地体中,发育由浅灰色片麻岩和肉红色片麻岩构成的混合岩。锆石SHRIMP U-Pb定年结果表明,两类片麻岩的原岩均形成于780Ma左右。锆石Hf同位素研究表明,肉红色片麻岩和浅灰色片麻岩具有完全一致的Hf同位素组成,表明它们的原岩为同一岩浆事件的产物。该区超高压变质作用的峰期变质发生于242Ma左右,而220Ma代表的是一次部分熔融事件。该部分熔融事件使肉红色片麻岩发生塑性流动,从而在宏观上形成了该混合岩化的现象。 总体来看,根据大别山碧溪岭地区和苏鲁荣成地区的研究结果,超高压变质地体中可能存在明显的部分熔融作用,一期发生于780Ma左右,即超高压变质岩的原岩形成时代;另一期发生于220Ma左右,处于超高压变质岩的折返退变阶段。


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