北秦岭造山带早古生代多期变质与深熔作用：锆石U-Pb年代学证据

北秦岭造山带中的秦岭群以多期变质作用和强烈混合岩化为特征,出露有早古生代的榴辉岩和高压麻粒岩,以及区域性分布的中低压麻粒岩-角闪岩相变质岩石和混合岩。本文对西峡双龙地区混合岩化片麻岩(中色体)、石榴子石黑云母片岩(暗色体)和淡色花岗岩脉体进行了详细的锆石U-Pb定年和微量元素研究。结果表明片麻岩的原岩年龄为941±11Ma(2σ,MSWD=0.59),石榴子石黑云母片岩的原岩年龄为756±9.9Ma(2σ,MSWD=1.07)。石榴子石黑云母片岩中的变质锆石获得了484±9.6Ma(2σ,MSWD=0.88)的年龄,与片麻岩中锆石变质增生边获得的单点年龄498±11Ma在误差范围内一致。这些变质锆石多数具有平坦的HREE分配模式,弱Eu负异常,与高压变质岩中的变质锆石特征相似。该年龄与秦岭榴辉岩和高压麻粒岩的变质年龄相一致。石榴子石黑云母片岩中锆石的最外层增生边记录了424±9.1Ma的年龄,同时淡色脉体中的锆石也给出了422±4.0Ma(2σ,MSWD=0.77)的加权平均年龄,代表了深熔脉体的结晶年龄。这些锆石均为新生锆石,阴极发光弱,具有低的Th/U比值,平坦的HREE分配模式,强烈的Eu负异常,指示部分熔融过程中存在大量石榴子石和斜长石。深熔脉体的年龄与秦岭群中的中低压高温-超高麻粒岩相变质的年龄相符。结合已有的结果,我们认为秦岭群普遍记录了500~480Ma的高压、超高压变质作用,并叠加了440~400Ma的中压-高温变质和深熔作用。秦岭群可能是Rodinia超大陆裂解过程中从华南陆块或相似构造属性陆块分离并漂移到华北克拉通南缘的微陆块。在500~480Ma时发生碰撞造山作用导致北秦岭微陆块深俯冲并发生了高压-超高压变质作用,在志留纪由于商丹洋壳北向俯冲导致秦岭微陆块发生了以中压-高温变质、深熔和同时的岩浆作用为特征的增生造山作用。     

北秦岭造山带西段早古生代榴辉岩相变质岩石的发现及其地质意义SCIEI北大核心CSCD

西秦岭地处中国中央造山系东西转换衔接部位,随着东秦岭以及祁连、柴北缘和东昆仑早古生代高压-超高压变质岩石的陆续发现和深入研究,西秦岭造山带变质作用研究吸引了大家的普遍关注。本文在大范围野外地质调查基础上,在北秦岭造山带西段天水南部的秦岭岩群长英质片麻岩中发现了一套石榴子石斜长角闪岩(榴闪岩),并开展了详细的锆石形貌和内部结构、微区微量元素和U-Th-Pb同位素研究。CL图像显示榴闪岩锆石普遍具有核-幔-边或核-边结构,部分存在原岩残留锆石。定年结果得到榴闪岩原岩残留锆石年龄为710±52Ma,同时得到497±3Ma、452±3Ma和423±7Ma三期变质年龄。其中497±3Ma变质年龄来自锆石核部并显示出轻稀土亏损、重稀土平坦且没有明显负Eu异常的稀土配分曲线特征,表明该时期的矿物组合中有石榴子石但没有斜长石,与榴辉岩相变质锆石特征一致;452±3Ma变质年龄来自锆石幔部或边部,对应测点重稀土元素的分异加大,并出现弱的负Eu异常,说明此时石榴子石被消耗且出现少量斜长石;423±7Ma变质年龄来自锆石的最边部,对应稀土配分曲线表现出更明显的负Eu异常和更大的重稀土元素分异特征,指示此时岩石中石榴子石含量更少,斜长石含量更多。上述结果表明该榴闪岩可能经历了~500Ma的榴辉岩相变质作用,并在~450Ma和~420Ma叠加了两期退变质改造。天水地区榴闪岩无论是其野外产状,还是变质锆石的形貌和内部结构、稀土配分曲线特征及其所记录的原岩和三期变质年龄都与北秦岭造山带东段大陆俯冲型高压-超高压变质榴辉岩近乎一致,指示早古生代时期,北秦岭造山带西段与东段经历了相似的大陆(深)俯冲和折返过程,它们共同构成一条统一的早古生代高压-超高压变质岩带。     

秦岭造山带内高压榴辉岩变质带与元古宙碰撞作用

在北秦岭造山带的秦岭群中发现两个高压变质带，分别出露于秦岭群的北部和南部边界线之内侧。其中北带内以榴辉岩为主，并伴生有石榴角闪岩、含石榴斜长角闪岩、含多硅白云母及石榴石的长英质片岩；南带中由石榴单辉岩和石榴角闪岩组成。变质作用可分为三个阶段，依次为榴辉岩或石榴单辉岩阶段、石榴角闪岩阶段，斜长角闪岩阶段，前二者是元古宙时期华北和华南板块碰撞中地壳发生了强烈增厚的作用的产物，后者是晚期抬升作用下再现降     

桐柏造山带榴辉岩早古生代高压变质作用的发现

桐柏造山带是连接秦岭造山带和红安-大别造山带的枢纽,一直被认为是三叠纪变质带。本文通过对其南部高压榴辉岩带内榴辉岩和白云母石英片岩的全岩化学、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素地球化学研究,首次确定该地区的榴辉岩存在早古生代变质作用。榴辉岩主要由石榴石、绿辉石和角闪石组成,含少量多硅白云母、石英和金红石等。榴辉岩中锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为452±5Ma,这些锆石具有低Th/U比值、低¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值,并具有平坦的HREE配分型式和无Eu负异常的特征,即为典型榴辉岩相的变质锆石。因此,452Ma代表该榴辉岩的变质时间。此外,白云母石英片岩中的锆石SIMS定年也获得450±93Ma的下交点年龄,证明白云母石英片岩与榴辉岩皆记录了早古生代的变质事件。榴辉岩的主微量元素及锆石Hf同位素特征反映榴辉岩原岩形成于板内环境,并且在侵位过程中遭到古老地壳物质的混染。结合桐柏造山带内不同岩石类型中早古生代的变质年龄,表明早古生代的变质作用在桐柏造山带内是普遍存在的。同时,桐柏造山带早古生代榴辉岩相变质事件的发现,进一步说明其经历了从古生代到中生代多阶段的构造演化。

     

北秦岭高压-超高压岩石的多期变质时代及其地质意义

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA-ICP-MS原位微区定年分析方法,本文确定北秦岭清油河退变榴辉岩的峰期变质时代为490±6Ma,退变质时代为453±9Ma,原岩形成时代为655±9Ma;松树沟超高压长英质片麻岩的峰期变质时代为497±8Ma,两期退变质时代分别为448±4Ma和421±2Ma,原岩形成时代上限832±25Ma;寨根石榴石辉石岩的峰期变质时代为498±2Ma,中压麻粒岩相退变质时代为450±3Ma,角闪岩相退变质时代为426±1Ma,原岩形成时代为573±40Ma;西峡北榴闪岩的角闪岩相变质时代为423±3Ma,原岩形成时代为843±7Ma。新确定的这些岩石的峰期变质时代与前人已报导的区内高压-超高压岩石的峰期变质时代在误差范围内基本一致,结合区内高压-超高压岩石不仅分布在秦岭岩群北缘的官坡-双槐树一带,而且断续出露在秦岭岩群中部或偏南侧的清油河北-松树沟-寨根北甚至西峡北东西一线,进一步表明它们应是同一期构造地质事件的产物。北秦岭已发现的全部正变质的高压-超高压岩石均呈透镜体状分布在围岩片麻岩中,松树沟超高压长英质片麻岩的原岩为典型的陆壳沉积物,因此,这些高压-超高压岩石的形成可能都是陆壳俯冲-深俯冲作用的产物。结合岩相学观察、锆石CL图像和锆石U-Pb定年表明,这些高压-超高压岩石在～500Ma经历了峰期变质作用后,又分别在～450Ma和～420Ma遭受了中压麻粒岩相和或角闪岩相退变质作用的叠加,充分说明这些高压-超高压岩石经历了一个完整的由陆壳俯冲-深俯冲、之后连续两次抬升的构造演化过程。另外,本次研究新获得的这些岩石的原岩形成时代介于843±7Ma～573±40Ma之间,结合官坡榴辉岩的原岩形成时代为791～814Ma以及松树沟榴闪岩原岩时代为787±16Ma的研究,共同表明北秦岭高压-超高压岩石的原岩形成时代均为新元古代,因此,限定俯冲-深俯冲的陆壳物质应来自形成时代为新元古代的大陆地壳或地质体。结合区域地质背景和前人研究成果综合分析,本文初步认为,北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在～500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用的产物,之后在～450Ma与～420Ma经历了两期抬升。     

南秦岭造山带东段的变质作用研究

近年来,虽然秦岭造山带的研究取得了重要进展,但对于分布广泛的南秦岭地区变质作用的研究非常薄弱。仅在中国变质地质图和陕西省区域地质志中指出,该区的变质作用以佛坪地区为中心发育递增变质带,最高为十字石蓝晶石级,主变质期为海西期。本课题组最近对南秦岭造山带...     

北秦岭造山带核部杂岩侧向变质带的变质作用研究

野外调研及室内分析表明，秦岭杂岩中存在侧向变质分带，并曾发生侧向物质流动，侧向变质分带于晚加里东期冻缬 ，侧向展布的硅线石－白云母带和硅线石－钾长石带的形成温压条件分别为５７９－５８４℃和５１７－５４３ＭＰａ及６８５－７２４℃和５３５－６２７ＭＰａ。     

造山带榴辉岩的变质作用P-T-t轨迹研究进展

板块俯冲和折返是板块构造理论的重要组成部分,也是固体地球科学研究的一个前沿方向。俯冲/碰撞造山带内的高压-超高压变质岩经历了俯冲至地球深部而后折返至地壳浅部的复杂地质过程,反演它们的P-T-t轨迹是高压-超高压变质作用研究的重要课题,也是揭示造山带构造演化的一个重要途径。造山带榴辉岩作为高压-超高压变质岩中的一类典型代表,常保留多个变质阶段的矿物组合,较完整地记录了造山带演化的关键信息,是反演P-T-t轨迹的理想样品。根据详细的岩相学观察和矿物成分分析,能识别出榴辉岩不同变质阶段的矿物组合。在此基础上,选取合适的地质温压计或采用相平衡模拟,可获得岩石相应变质阶段的温压条件(P-T)。如何获得多阶段变质年龄(t)和如何匹配变质作用的温压条件和年龄信息,是反演榴辉岩P-T-t轨迹的两个关键问题。本文针对榴辉岩中的锆石、金红石、榍石和褐帘石这四个适用于U-Pb定年的副矿物,从结晶条件和封闭温度等角度评估它们可能记录的年龄信息。结果表明,受限于结晶的温压条件或结晶后的改造作用,单种矿物定年难以获得多阶段年龄,一些实际研究中需要采用多种矿物或多个同位素体系实施定年分析。对于将副矿物从岩石中分选出...     

内蒙古中部早元古代造山事件中麻粒岩相低压变质作用

内蒙古中部早元古代麻粒岩相低压变质地壳,根据富铝片麻岩中的长石种类和岩石组合,可划分为南北2个带、6个岩石组合。它们代表着不同的变质层状岩系序列及其所经历的变质作用的温度、压力条件和构造背景。矿物的包裹结构和反应边组构,记录了高温低压矿物组合取代了中温高压矿物组合:石榴子石+石英→紫苏辉石+斜长石,蓝晶石→矽线石及石榴子石+蓝晶石/矽线石+石英→堇青石。岩石的变形组构、矿物组合的转变关系和变质作用的PTt轨迹表明:本区与变质作用同期的高温正滑韧性剪切作用,是麻粒岩相低压变质地壳形成的主要原因。由中温高压变质环境转入高温低压变质环境是造山事件中推覆作用与拉伸作用联合作用的结果。     

北秦岭造山带榴辉岩及相关岩石的地球化学特征

本文介绍了新近在北秦岭造山带中发现的高压－－超高压变质带和松树沟高压变质带代表性变质岩的化学成分，微量元素和稀土元素特征。这些高压、超高压变质岩的原岩多为基性火成岩。产在北秦岭造山带中的高压－超高压变质岩的地球化学特征与东部产在南秦岭造山带的同类岩石有许多相似之处，推测秦岭－－大别造山带从南到北是在同一个岩石圈上演化来的，不是不同地块拼接成的。     

陆—陆碰撞造山带中压型变质作用的pT轨迹——以南秦岭佛坪地区为例

依据石榴石的环带特征反演了南秦岭造山带中压型变质作用的pT轨迹，表明石榴石的环带记录了峰期变质前的温压条件递增过程，其最高温度与最大压力一致，这一过程可能与地壳的持续加厚过程相对应。峰期变质以后即出现有构造作用参与的快速抬升过程，pT轨迹表现为ITD型。这一研究可以加深入们的对造山带发生中压型变质作用过程的理解。     

北秦岭四方台基性-超基性杂岩锆石 LA-ICP-MS年代学研究

四方台杂岩体是北秦岭沿商-丹带出露的基性-超基性杂岩体中最大的一个,出露面积约40 km2,由超基性-基性-中性岩石组成,侵入到丹凤群中。对四方台杂岩体中辉长岩锆石进行LA-ICP-MS微区定年研究,获得岩体的成岩时代为460±29 Ma。获得的32个测点可明显地分为400~500 Ma、700~900 Ma、1 800~2 600 Ma和2 700~2 918 Ma这4个时段,可能分别代表了北秦岭造山带不同地质时期的构造-岩浆事件的时代信息。其中400~500Ma与北秦岭地区表现强烈的加里东运动时限一致,而700~900 Ma则可能与830~740 Ma中国中西部地区响应积极的、造成Rodinia超大陆裂解的地幔柱活动有关。     

北秦岭饭铺闪长岩的岩石成因及其构造意义

饭铺闪长岩的岩石成因模型可为深入认识北秦岭古生代中性岩浆作用的活动规律及深部过程提供进一步的限定。饭铺岩体两件样品的锆石U-Pb同位素年龄值分别为422.1±5.5 Ma和424.2±5.2 Ma,表明其形成于晚志留世。其锆石的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值介于0.282 560~0.282 676,ε_Hf（t）值介于-8.48~14.45,T_DM2为1 938~488 Ma。地球化学分析结果显示,饭铺岩体属钙碱性系列,均具有富硅、碱、钙和镁,Mg^#值介于41.7~57.4。在微量元素蛛网图中,饭铺岩体具有Nb、Ta、Ti异常。饭铺岩体的稀土总量为117×10^-6~171×10^-6,（La/Yb）_N比值范围是6.71~18.1,δEu值介于0.82~0.95,表现为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的配分特征,未显示明显的负Eu异常。饭铺岩体形成于岛弧构造环境,岩浆起源于下地壳,可能受到少量幔源物质的混合,推测是商丹洋向北深俯冲作用的产物。

     

北秦岭松树沟榴辉岩的确定及其地质意义

松树沟石榴石角闪岩(榴闪岩)呈透镜状产于松树沟超镁铁岩旁侧的斜长角闪岩中,一直以来被认为是形成于接触交代变质或麻粒岩相变质过程。详细岩相学及矿物元素分析,在榴闪岩的基质矿物、石榴石幔部及锆石包体中发现残留的绿辉石,而且石榴石也保存了明显的进变质主、微量元素成分环带,表明松树沟榴闪岩为榴辉岩退变质的产物,至少经历了从角闪岩相到榴辉岩相再到角闪岩相的三阶段顺时针PT演化过程。锆石定年结果得到榴辉岩的变质年龄为500±8Ma,原岩结晶时代为796±16Ma,与秦岭岩群北侧官坡超高压榴辉岩的变质年龄和原岩年龄完全一致,也与北秦岭区域高压-超高压变质时代和原岩的结晶时代一致。表明松树沟榴辉岩与北秦岭造山带已发现的高压-超高压变质岩石一起都应是古生代大陆深俯冲作用的结果,而松树沟超镁铁岩可能是俯冲的大陆板片在折返过程中携带的俯冲隧道中的交代地幔岩。     

北秦岭造山带翠华山黑云母花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及地球化学特征

秦岭翠华山水湫池地区分布的黑云母花岗岩是陕西翠华山国家山崩地质公园的崩塌母岩,目前还未见对其系统地开展年代学、地球化学研究。本文在野外调查的基础上,对翠华山水湫池地区分布的黑云母花岗岩首次进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、Lu-Hf同位素及全岩地球化学分析,获得锆石U-Pb加权平均年龄为149.4Ma±1.1 Ma,时代属于晚侏罗世;结合前人的研究成果资料,翠华山复式岩体可能存在～227 Ma、～150 Ma、～119 Ma三期岩浆侵位活动;全岩地球化学分析具有高硅(w(SiO₂)=69.83%～75.31%)、富钾(w(K₂O)=2.71%～5.23%)、弱过铝质(A/CNK=1.00～1.07)特征,属于高钾钙碱性-钾玄岩Ⅰ型花岗岩;其轻、重稀土分馏明显(w(LREE)/w(HREE)=10.09～67.50),富集LILE(K、La、Pb、Sr)、亏损HFSE(Ta、Nb、P、Ti),Eu呈弱负异常—轻微正异常,且显示高Sr低Y花岗岩特征;锆石Hf同位素分析得出ε_Hf(t)=-4.6～-1.4,T_...     

秦岭岩群中两类斜长角闪岩的性质和时代及其地质意义

在北秦岭造山带核部秦岭岩群内发育两类不同产状的斜长角闪岩.一类与秦岭岩群中的大理岩紧密共生,呈规模较大的似层状或较小块体产于大理岩内,另一类则呈密集岩墙群型式侵入于秦岭岩群南段二云母石英片岩中.不同的产出状态表明两类斜长角闪岩的成因和时代存在显著差异,也具有不同的地质构造意义.地球化学上,两类不同产状的斜长角闪岩的原岩皆为玄武岩质的.侵入秦岭岩群二云母石英片岩中的斜长角闪岩墙群形成于板内拉张环境,SHRIMP锆石U-Pb测年揭示该类斜长角闪岩形成于晚奥陶世(449±11Ma),Sr-Nd同位素特征显示其岩浆源区为亏损地幔源区,40Ar/39Ar热年代学研究显示该类斜长角闪岩的角闪岩相变质作用发生于石炭纪末期(301.3±6.4Ma).地球化学和Sr-Nd同位素特征显示与秦岭岩群大理岩共生的似层状或块状斜长角闪岩的形成环境与侵入云母石英片岩中的斜长角闪岩墙群的存在显著差异,其形成于洋岛(OIB)或海山环境.40Ar/39Ar热年代学研究显示该类斜长角闪岩于晚二叠世(258.1±5.7Ma)发生了角闪岩相变质作用.不同性质、形成和变质时代、相似的变质作用等特点表明,秦岭岩群中的两类角闪岩分属不同性质的构造块体,秦岭岩群高级变地质地体可能是一个构造拼合地体.斜长角闪岩岩墙为晚奥陶世(449±11Ma)侵入秦岭岩群云英片岩中的基性岩墙群,是北秦岭晚加里东期后造山期热收缩而致的地壳伸展或岩圈拆离减薄的产物.与秦岭岩群大理岩共生的斜长角闪岩则可能是洋隆体的基性喷出岩+碳酸盐岩帽组合,是中二叠世(312～260Ma)期间构造移置而来的外来块体.     

苏北榴辉岩变质变形模式与苏胶造山带的隆升机制

苏北榴辉岩经历５期以上变质变形作用,其中至少有两期以上为高压变质变形作用,ｐ—ｔ轨迹呈顺时针方向旋转。榴辉岩形成后,随着地体的反弹、推覆,于印支期末迅速回返到中地壳,再经燕山期—喜山期区域隆升和拉伸折返,最终剥露于现代侵蚀面。苏胶造山带至少经历了晋宁期、印支期和燕山期３次以上的造陆或造山运动     

Characteristics of Lower Crustal Granulite Xenoliths from the East Qinling Orogenic Belt and Their Tectonic Significance

The Tongbai granulites are present mainly as xenoliths in granodioritic gneisses. The xenoliths with a zircon age of 470Ma are older than the host rocks of granodioritic gneisses which yield a zircon age of 435Ma. It is suggested that the granulites were transported from the lower crust to the upper level along with granodioritic magma. Geothermometrical and geobarometrical studies based on the coexisting minerals (Opx-Cpx and Opx-Gar) show that the granulites were crystallized at 818 –840 °C and 9.5−9.8 × 10⁸ Pa corresponding to the lower crust. Tectonically, the Shangdan suture zone constitutes the boundary between the North China and Yangtze plates. The zone is char acterized by the occurrence of ophiolites in the western part and by that of granulites in the eastern part. So the western part marks the upper crustal level of the Qinling belt, while the eastern part represents the exposure of a deeper level. The results of isotopic dating and the geochemical characteristics of the xenoliths are consistent with those of metatholeiites of the ophiolites in the western part. Therefore, it is assumed that both ophiolites found in the west and granulites found in the east all represent the remnants of the ancient Qinling ocean plate. The difference is that the ophiolites are pieces of obducted fragments from the ocean floor during the subduction in the Early Palaeozoic. However, in the Tongbai area, when the ocean floor was subducting towards the lower crust, it underwent a granulite fades metamorphism. Subsequently, granodioritic magma formed by partial melting trapped some fragments of granulite upwards. This project was jointly granted by the National Natural Science Foundation of China and Stiftung Volkswagenwerk of Germany