大陆碰撞造山带的两类橄榄岩——以柴北缘超高压变质带为例

论述了大陆俯冲碰撞带中地幔橄榄岩的基本特征和成岩类型,并重点讨论柴北缘超高压变质带中不同性质的橄榄岩及其成因。根据岩石学特征,我们确定柴北缘超高压带中发育有两种类型的橄榄岩:(1)石榴橄榄岩,岩石类型包括石榴二辉橄榄岩、石榴方辉橄榄岩、纯橄岩和石榴辉石岩,是大陆型俯冲带的标志性岩石。金刚石包裹体、石榴石和橄榄石的出溶结构、温压计算等均反映其来源深度大于200km。地球化学特征表明该橄榄岩的原岩是岛弧环境下高镁岩浆在地幔环境下堆晶的产物。(2)大洋蛇绿岩型地幔橄榄岩,与变质的堆晶杂岩(包括石榴辉石岩、蓝晶石榴辉岩)和具有大洋玄武岩特征的榴辉岩构成典型的蛇绿岩剖面,代表大洋岩石圈残片。这两类橄榄岩的确定对了解柴北缘超高压变质带的性质和构造演化过程有重要意义。     

大陆造山运动：从大洋俯冲到大陆俯冲、碰撞、折返的时限——以北祁连山、柴北缘为例

北祁连山和柴北缘是典型的早古生代大陆造山带,分别发育有北祁连山大洋型俯冲缝合带和柴北缘大陆型俯冲碰撞带.作为早古生代大洋冷俯冲的典型代表,北祁连山经历了从新元古代-寒武纪大洋扩张、奥陶纪俯冲和闭合及早泥盆世隆升造山的过程.高压变质岩变质年龄为490～440Ma,证明古祁连洋经历了至少50m．y．的俯冲过程.柴北缘超高压变质带是大陆深俯冲的结果,岩石学、地球化学和同位素年代学表明,柴北缘超高压变质带中榴辉岩的原岩分别来自洋壳和陆壳两种环境.高压/超高压变质的蛇绿岩原岩的年龄为517±11Ma,与祁连山蛇绿岩年龄一致.榴辉岩早期的变质年龄为443～473Ma,与祁连山高压变质年龄一致,代表大洋地壳俯冲的时代,而柯石英片麻岩和石榴橄榄岩所限定的超高压变质时代为420～426Ma,代表大陆俯冲的年龄.从大洋俯冲结束到大陆俯冲最大深度的转换时间最少需要20m．y．.自420Ma起,俯冲的大洋岩石圈与跟随俯冲的大陆岩石圈断离,大陆地壳开始折返,发生隆升和造山.北祁连山和柴北缘两个不同类型的高压-超高压变质带反映了早古生代从大洋俯冲到大陆俯冲、隆升折返的造山过程.     

柴北缘超高压带中锡铁山榴辉岩的变质时代

锡铁山地体位于柴北缘超高压变质带的中部, 是柴北缘超高压变质带的重要组成部分。该地体由花岗质片麻岩、泥质片麻岩和相对较少的榴辉岩透镜体组成。大部分榴辉岩都经历了不同程度的后生合晶和角闪岩相退化变质改造。虽然近年来进行了大量的锆石U-Pb年代学研究,但榴辉岩相高压-超高压变质的时代一直存在争议,并且以前对锡铁山榴辉岩相变质时代的认识一直与相邻的绿梁山、鱼卡和其东部的都兰等地区的超高压变质年龄有明显的冲突。本文通过锡铁山榴辉岩锆石U-Pb年代学的研究,获得榴辉岩相变质锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为433±3Ma,与鱼卡地区榴辉岩的形成年龄一致,代表大陆俯冲时期的高压-超高压变质年龄。该研究对进一步了解锡铁山榴辉岩地体的变质演化和大陆地壳深俯冲有重要意义。     

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。     

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7、（O1^1）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（O1^2）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。     

洋壳深俯冲超高压变质作用研究及其地质意义

洋壳深俯冲经历超高压变质作用的岩石比较稀少,是目前超高压变质作用研究的重要前沿领域,有关这方面的研究对于建立新的冷俯冲带变质作用类型、探讨地幔水流体的成因、建立更广泛的超高压变质岩石的抬升机制具有重要意义。另外,洋壳深俯冲高压变质带往往与低压高温变质带组成双变质带,对双变质带的深入研究对于完整地重塑俯冲碰撞造山带的形成演化过程具有重要意义。简要地介绍了新疆西天山洋壳深俯冲超高压变质带的研究现状和存在的问题。     

柴达木盆地北缘新元古代-早古生代大洋的形成、发展和消亡

柴达木盆地北缘构造带是一条典型的早古生代造山带,是由陆壳深俯冲形成的高压/超高压变质带,产于其中的高压/超高压变质岩石原岩形成时代普遍大于750Ma,原岩的性质为陆壳属性,但柴北缘东段都兰沙柳河地区出露的含柯石英榴辉岩原岩的形成时代为516Ma,原岩的性质为洋壳属性,证实柴北缘局部地段还存在洋壳深俯冲,柴北缘地区可能记录了从大洋俯冲到大陆俯冲再到碰撞造山这一完整的演化历史。本文主要从岩石学、年代学、地球化学以及同位素地球化学等方面对柴北缘地区陆壳深俯冲前新元古代-早古生代大洋发展与演化的岩石记录进行了系统总结,认为柴北缘地区在700~850Ma时受Rodinia超大陆裂解事件的影响发生了裂解;535~700Ma时在裂解事件的基础上形成了一个新元古代-早古生代的大洋,沿柴北缘连续分布的岩石记录表明该洋盆可能在早古生代已具有一定的规模;460~535Ma时该洋壳发生了俯冲消减作用;450~460Ma期间洋盆闭合消失。这一认识对全面深入了解柴北缘高压/超高压变质带早古生代构造演化历史具有重要意义。     

西阿尔卑斯Zermatt-Saas洋壳深俯冲超高压变质带与我国新疆西南天山超高压变质带的比较

根据对西阿尔卑斯Zernatt-Saas带的野外地质考察及有关资料的总结,详细地介绍了西阿尔卑斯Zermatt-Saas洋壳深俯冲超高压变质带的地质概括、岩石组成和变质作用演化过程,并着重与我国新疆西南天山洋壳深俯冲超高压变质带进行了比较,探讨了这两个洋壳深俯冲超高压变质带在变质作用和地质演化方面的异同。在此基础上,总结了这两个目前世界上已知最典型的洋壳深俯冲超高压变质带的基本地质特征是都具有保存完好的洋壳岩石组合特征和较低的地热梯度。     

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。     

柴北缘从大洋俯冲到陆陆碰撞:来自开屏沟造山带M型橄榄岩的证据

造山带幔源（M型）橄榄岩虽然在高压/超高压变质带分布不多,但由于其来自俯冲板块上覆的岩石圈地幔,因此是研究俯冲隧道内俯冲板片与地幔楔之间相互作用的重要对象,对于还原超高压变质带的演化有重要意义.柴北缘鱼卡榴辉岩-片麻岩区边部附近的开屏沟存在一套橄榄岩,其岩石类型、成因、时代等都缺乏研究.对开屏沟橄榄岩全岩的主量和微量元素及铂族元素、橄榄石主量元素、锆石U-Pb年龄和Hf同位素进行了研究.结果显示,其全岩具有高的Mg#、Mg/Si和Ni值,同时表现出亏损难溶的HFSE和HREE,轻微富集LILE和LREE中与流体活动性相关的元素;橄榄石具有较高的Fo值（90.11~92.77）与NiO含量（0.32%~0.45%）、低的CaO含量（< 0.02%）;PGEs的球粒陨石标准化配分模式与交代橄榄岩和残留橄榄岩近似;两组变质锆石年龄为459.5±3.6 Ma和417.5±2.7 Ma,对应的ε_Hf（t）值为-0.71~9.45和-11.96~-1.20,分别反映了洋壳流体（或早期大陆俯冲板片流体）和陆壳流体交代的性质和时限.开屏沟橄榄岩来源于俯冲带上覆地幔楔,遭受了不同来源流体不同程度的交代作用而获得地壳特征,同时为柴北缘大洋俯冲到陆陆碰撞的构造演化提供了新证据.      

Lamproitic Rocks from a Continental Collision Zone: Evidence for Recycling of Subducted Tethyan Oceanic Sediments in the Mantle Beneath Southern Tibet

Major and trace element, Sr–Nd–Pb isotope and mineralchemical data are presented for newly discovered ultrapotassiclavas in the Tangra Yumco–Xuruco graben in southern Tibet.The ultrapotassic lavas are characterized by high MgO, K₂O andTiO₂, low Al₂O₃ and Na₂O contents, and also have high molarK₂O/Al₂O₃, molar (K₂O + Na₂O)/Al₂O₃ and K₂O/Na₂O ratios. Theirhigh abundances of incompatible trace elements such as largeion lithophile elements (LILE) and light rare earth elements(LREE) reach the extreme levels typical of lamproites. The lamproitesshow highly radiogenic ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0· 7166–0·7363) and unradiogenic ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (0· 511796–0·511962), low ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb (18· 459–18· 931),and elevated radiogenic ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb (15· 6732–15·841) and ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb (39· 557–40· 058) ratios.On the basis of their geochemical and isotopic systematics,the lamproites in south Tibet have a distinct magma source thatcan be differentiated from the sources of potassic lavas inthe east Lhasa and Qiangtang blocks. Their high Nb/Ta ratios(17· 10–19· 84), extremely high Th/U ratios(5· 70–13· 74) and distinctive isotope compositionsare compatible with a veined mantle source consisting of partialmelts of subducted Tethyan oceanic sediments and sub-continentallithospheric depleted mantle. Identification of the lamproitesand the delineation of their mantle source provide new evidencerelevant for models of the uplift and extension of the Tibetanplateau following the Indo-Asia collision. Metasomatism by partialmelts from isotopically evolved, old sediment subducted on theyoung Tethyan slab is an alternative explanation for PrecambrianNd and Pb model ages. In this model, differences in isotopiccomposition along-strike are attributed to differences in thetype of sediment being subducted, thus obviating the need formultiple metasomatic events over hundreds of million years.The distribution of lamproites, restricted within a north–south-trendinggraben, indicates that the initiation of east–west extensionin south Tibet started at 25 Ma. KEY WORDS: lamproites; subducted oceanic sediment; Tibetan active continental collision belt