原特提斯洋的俯冲、增生及闭合:阿尔金-祁连-柴北缘造山系早古生代增生/碰撞造山作用

分布在青藏高原北缘的阿尔金-祁连-柴北缘早古生代造山系被认为是原特提斯构造域最北部的构造拼合体。与其北侧具有长期增生历史的中亚造山系相比,特提斯造山拼合体被认为是各种来自冈瓦纳大陆北部大陆块体相互碰撞的产物。然而,与典型的阿尔卑斯和喜马拉雅碰撞造山带相比,阿尔金-祁连-柴北缘早古生代造山系包括有大量蛇绿岩、弧岩浆杂岩、俯冲-增生杂岩等,因此一些学者认为青藏高原北部的早古生代造山系为沿塔里木和华北克拉通边界向南逐渐增生的增生型造山带。但是,增生造山模式又很难解释南阿尔金-柴北缘地区普遍存在的与大陆俯冲有关的UHP变质岩、广泛分布的巴罗式变质作用和相关的岩浆作用,以及与碰撞造山有关的变形构造等。在本文中,通过对已有研究资料的综合总结,结合一些新的研究资料,我们提出在青藏高原东北缘的阿尔金-祁连-柴北缘造山系中,早古生代时期存在两种不同类型的造山作用,即增生和碰撞造山作用,其主要标志是北祁连-北阿尔金的HP/LT变质带、蛇绿混杂岩及与洋壳俯冲有关的构造岩浆作用,以及分布在柴北缘-南阿尔金与大陆俯冲和陆陆碰撞有关的UHP变质带、区域巴罗式变质作用、深熔作用、相关的岩浆活动及伸展垮塌作用等,并建立了一个反映原特提斯洋俯冲、增生、闭合及碰撞造山作用的构造模式。     

南阿尔金-柴北缘高压-超高压变质带研究进展、问题及挑战

南阿尔金—柴北缘高压-超高压(HP/UHP)变质带为近10年来所新厘定,它分布在青藏高原北缘,延伸近1000km,被阿尔金断裂分成南阿尔金和柴北缘两部分,以含少量榴辉岩、石榴橄榄岩和含柯石英的片麻岩为特征。根据野外地质观察、岩石组合分析及其岩石学特征,可把南阿尔金—柴北缘HP/UHP变质带划分为6个HP/UHP变质单元,从西向东分别是:江尕勒萨依榴辉岩-片麻岩单元(JSU);巴什瓦克石榴橄榄岩-高压麻粒岩单元(BWU);鱼卡—落凤坡榴辉岩-片麻岩(片岩)单元(YLU);绿粱山石榴橄榄岩-高压麻粒岩单元(LLU);锡铁山榴辉岩-片麻岩单元(XTU);都兰榴辉岩-片麻岩单元(DLU)。研究显示,6个HP/UHP变质单元在岩石组合、形成的温度压力条件及变质演化历史等方面存在明显差异;榴辉岩相变质时代变化在420～500Ma之间,可能反映了早古生代沿南阿尔金—柴北缘HP/UHP变质带的多阶段或穿时性的俯冲作用。     

中央造山带早古生代地体构架与高压/超高压变质带的形成

位于北中国板块群与南中国板块群之间的中央造山带是中国大陆一条十分醒目而又极其重要的巨型(长达5000km)构造带。中央造山带是经历了大致600Ma的活动历史,和泥盆纪、三叠纪的两次主要碰撞造山以及白垩纪以来的陆内造山过程而构筑成的典型的“复合造山带”。特别是巨型中央超高压变质带及其两期超高压变质作用的发现,揭示了中央造山带的形成还经历了板块会聚边界洋壳/陆壳深俯冲的两次壮观地质事件。位于中央造山带北部的“北中央早古生代造山带”具有“多地体、多岛弧”的地体构架和“多俯冲和多碰撞造山”的动力学作用。研究认为北中央早古生代多地体/岛弧群是冈瓦纳超大陆西侧(或西北侧)陆块/岛弧群的组成部分,其主要的证据是:1北中央寒武系—志留系的过渡性动物群性质反映早古生代古生物区系与始特提斯洋盆海水相通的古地理环境;2北中央诸多蛇绿岩带形成时代>500~540Ma(新元古代-奥陶纪)可作为始特提斯洋盆扩张时限的印证;3多岛弧带为北中央早古生代地体的陆缘增生带,形成于540~450Ma,岛弧带形成自南(外)而北(里)渐新的趋势表明与始特提斯洋盆相连接的弧前小洋盆逐级俯冲的特征;4北中央早古生代多地体/岛弧群的“弧/陆碰撞”及早古生代造山带的形成是中晚泥盆世(420Ma)冈瓦纳超大陆边部古特提斯洋盆初始扩张的产物。研究表明在500~440Ma形成的柴北缘-南阿尔金超高压变质带与始特提斯弧前小洋盆的俯冲继而地体陆壳的深俯冲有关。     

桐柏-大别-苏鲁UHP和HP变质带的结构及流变学演化

在岩石圈流变学基本原理指导下，运用现代构造解析学方法，在不同尺度上差别和分析了桐柏－大别－苏鲁UHP和HP变质带内深俯冲，同碰撞构造及UHP和HP岩石折返过程中的变形特征，重点讨论同碰撞形成的高角度网结状榴辉岩切带阵列，高角闪岩相剪切及有关变形组合以及碰撞期后伸展韧性薄化变形样式，强调指出不同地壳层次和物理条件下变形分解作用的重要性，而且，在UHP和HP变质带内最有效的应变体制是剪切作用，并在三维空间上形成不同格式的剪切带网状系统，以构造学记录为主线，结合已有可利用的岩石学，变质作用pT轨迹和同位素年代学资料，提出一个UHP和HP变质带尺度上的流变学演化模式，其中，UHP和HP变质岩石由地幔深度折返到地壳表层，经历了楔状挤出，碰撞期后地壳韧性薄化及晚造山伸展塌陷，揭顶作用等多个阶段的动力学过程。     

阿尔金南缘构造带西段新元古代-早古生代变质岩系的变质作用

阿尔金南缘构造带西段新元古代-早古生代变质岩系为一套绿片岩相-低角闪岩相的中浅变质岩系,并形成绢云母-白云母带、黑云母带和石榴石-角闪石带3个递增变质带。通过对石榴石-角闪石带变质作用p-T轨迹的深入研究表明,其经历了3个阶段变质作用:即经历了俯冲碰撞深埋到30～35 km深度的中高压变质作用(M₁),压力可达7.27×10⁸～9.63×10⁸ Pa;随后经历了快速抬升所导致的近等温降压变质过程(M₂),压力降至4.1×10⁸～5.62×10⁸ Pa;晚期经历了降温降压退变质作用（M₃）。整个过程为顺时针方向演化的p-T轨迹,其地质动力学过程属于较典型的板块俯冲碰撞→抬升模式,表明阿尔金南缘构造带的地质构造演化经历了俯冲碰撞及碰撞后的快速抬升过程。     

碰撞造山带超高温变质作用及构造意义——以泛非造山带为例

超高温（≥900℃）变质作用发生在自太古代以来的各个地质历史时期,目前极可能也正发生在青藏高原地壳深部。同时,它也是以冈瓦纳为代表的超大陆在最终拼合时的显著标识,这一关联指示了超高温变质作用与碰撞造山带的密切关系。本文总结了东冈瓦纳内与泛非造山作用有关的典型超高温变质岩的分布、岩石学特征、峰期变质条件、P-T轨迹及形成时代,并简要介绍我们在柴达木地块西段新识别出的泛非期超高温变质作用的基本特征。结合东冈瓦纳超高温变质作用特征和造山带热模拟研究的新进展,本文获得以东冈瓦纳超高温变质作用为代表的碰撞造山带超高温变质作用的几点认识：1）东冈瓦纳麻粒岩地块中的超高温变质岩和普通麻粒岩记录了相似的变质年龄、P-T轨迹以及呈过渡变化的峰期温度,两者可能是同一构造事件的产物,共同组成一个高温-超高温变质岩单元;2）超高温变质作用在东冈瓦纳内部持续了至少超过30Myr,但未见呈大规模的同期或近同期基性岩岩浆出露,指示此处需要的长期热源不是地幔来源岩浆;3）虽然数值模拟能成功呈现加厚地壳被放射元素衰变热加热至超高温条件的情况,且加热及持续时间与东冈瓦纳超高温变质约束的结果相当,但是模拟中需要的高生热值暗示,在自然界中,完全只靠放射性元素衰变生热或许不能让碰撞造山带内达到超高温条件;4）碰撞造山带经历了长期的构造演化,这一过程中,造山带内地壳不太可能同时达到超高温变质条件,这一特征可能反映在P-T-t轨迹的差异上,对这些轨迹的系统研究有助于对超高温变质作用的构造-热过程的理解。     

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。     

中、低压变质作用与大陆造山——兼论四川丹巴的变质带

巴罗型中压变质带与巴肯型低压高温变质带的成因与大陆板块边缘的碰撞造山及陆内造山作用之间有着紧密的联系。根据变质带的空间时间配置关系、压力类型、变质作用pTt轨迹、伴生的岩浆岩等等,可以区分出3种类型的大陆造山模式:弧-陆拼贴型、陆-陆碰撞型(可进一步分为中高压型碰撞造山带和双变质型山带型(paired metamorphic mountain belt)陆-陆碰撞带)、陆内造山地壳加厚-伸展型。巴罗型中压变质带普遍出现于地壳加厚-热弛豫的构造环境,但巴肯型低压变质带形成的构造背景及物理化学条件在不同的造山带有不同的表现形式,其热源至少有:壳内岩浆侵入或岩浆板底垫托、沉降盆地放射性同位素的衰变热、构造热穹隆、变质核杂岩、地下热流体传热等。大陆边缘造山带中巴罗型变质带的倒转以及板内造山带中变质带问断等现象与造山动力学过程密切相关,记录了造山过程中的重要的地质事件,也是探讨造山历史的理想场所。由于四川丹巴地区松潘—甘孜造山带形成于很独特的3个板块双极性构造环境,表现出与世界上典型造山带诸多相似的地方,如巴罗型中压变质带、巴肯型低压高温带同时在一系列变质穹隆中发育,但又有其特殊性和复杂性,如通常只发育在大陆边缘的倒转的巴罗带和陆内造山过程中的变质相间断同时出现,显然这与本?     

阿尔金构造带对塔东南油气地质条件的制约

阿尔金构造带包括阿尔金碰撞造山带和阿尔金逆冲-走滑断裂系。阿尔金造山带是塔里木盆地周边已知的最古老的碰撞造山带,以高压-超高压变质作用为标志的峰期碰撞造山作用发生于晚寒武-早奥陶世,这次碰撞造山作用很可能引起相邻塔东南地区的大幅度隆升,导致塔东南地区的中-上奥陶统遭受剥蚀,并使塔东南地区在志留-二叠纪期间总体处于不利于沉积的地质环境,隆升作用也在一定程度上推迟了寒武-奥陶系烃源岩的生排烃时间。从中生代开始的阿尔金逆冲-走滑断裂系错移并改造了阿尔金碰撞造山带,并在阿尔金山和塔东南地区造成了一系列的侏罗纪沉积盆地,这些盆地中沉积了塔东南地区重要的烃源岩和储集岩。阿尔金断裂系的压扭特性容易在断裂两侧形成次生的构造圈闭,隐伏的车尔臣断裂两侧是这种次生构造圈闭发育的有利部位,它们应该是重要的油气勘探区域。柴达木盆地西部阿尔金斜坡带油气勘探的成功经验从侧面说明,塔东南地区的油气勘探应该加强寻找山前冲积扇-水下扇储集体内发育的油气藏,并且在地面油砂附近寻找残存的油气藏。     

桐柏高压变质地体:对桐柏-大别-苏鲁高压/超高压变质带构造框架和俯冲/折返机制的制约

桐柏造山带位于秦岭造山带和大别-苏鲁造山带之间,是揭示秦岭-桐柏-大别-苏鲁巨型造山带中各地质体之间构造关系及地质演化差异的关键地区。桐柏高压变质地体主要由两个高压岩片(I和II)及其北侧的构造混杂岩带和南侧的蓝片岩-绿片岩带构成。高压岩片I以北、南两条榴辉岩带为代表,构成桐柏山背形构造的两翼,其峰期变质条件分别为530~610℃、1.7~2.0GPa和460~560℃、1.3~1.9GPa。高压岩片II以桐柏杂岩中的变质岩包体为代表,其峰期变质条件推测在<700℃、>1.2GPa的榴辉岩相范围内,而退变质条件为660~700℃、0.80~1.03GPa。U-Pb、Lu-Hf、Rb-Sr和Ar-Ar同位素年代学研究表明,高压岩片I的峰期变质时代为255Ma,冷却至白云母封闭温度的时代为238Ma;而高压岩片II的主期变质作用发生在232~220Ma,作为桐柏杂岩主体的片麻状花岗岩则侵位于140Ma。这说明,高压岩片I和II分属于两个时代不同的俯冲/折返岩片,当高压岩片II被俯冲到地壳深处并经受高压变质时,其上覆的高压岩片I已经折返到中上地壳的水平。这一结果验证了在西大别、东大别和苏鲁地区提出的高压/超高压岩石的穿时(或差异)俯冲/折返模型,同时说明华南大陆地壳最早的俯冲发生在晚二叠世,这也代表华北与华南陆块之间从洋壳俯冲转化为陆壳俯冲的时间。基于桐柏杂岩与北大别杂岩的可比性,认为桐柏高压变质地体相对低温低压的变质环境以及超高压岩石的缺乏缘于华南陆块的俯冲深度向西逐渐变浅,而早白垩世的构造挤出造成了桐柏-大别高压/超高压变质带东宽西窄的构造格局。     

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室.高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部.这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定.含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程.在约5 Myr内,超高压变质岩从＞100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融.高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融.因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性.     

Structural Evidence for the in-situ Origin of the HP and UHP Eclogites in the Dabie-Sulu Orogenic Belt

Whether the HP and UHP metamorphic rocks of the Dabie-Sulu orogenic belt are of an "in-situ" or "foreign" origin is a long-standing dispute among geologists. Eclogites preserved today in the HP and UHP units constitute merely 5-10%, which are not isolated exotic bodies tectonically intruding into amphibolite facies gneiss, but remnants of once pervasive or widespread eclogite-facies terranes or slabs. The present spatial distribution and forms of the eclogites have resulted from polyphase and progressive deformation and strain partitioning of the HP and UHP slabs. From their formation in deep mantle to their exhumation to the surface, the eclogites have experienced long-term deformation with different strain regimes. The dominant regime responsible for the present spatial distribution and forms of the eclogites is the shear process. The deformation patterns of the eclogites and gneiss matrix also clearly show that the eclogites were metamorphosed in situ. The original distribution area of the eclogites     

从西南天山超高压变质带多期构造变形看天山古生代构造演化

通过对西南天山阿克雅孜和木扎尔特地区高压-超高压变质带构造几何学和岩石变形相关运动学的详细剖析,厘定出高压-超高压变质岩石及其相关围岩的构造单元。详细研究表明,研究区可划分为三个构造单元:北部单元、中部单元和南部单元。确定了每个构造单元的构造几何学特征及各个构造单元之间的相互关系。通过分析岩石变形特征和叠加关系,确定了岩石所记录多期变形的运动学特征。根据研究区的多期构造变形特点,建立了阿克雅孜和木扎尔特河地区构造演化序列。共划分出四期构造可识别的事件(E1-E4),分别代表了E1:高压-超高压岩石折返过程;E2:高压-超高压岩石造山带的早期改造过程;E3:北部构造事件对高压-超高压造山带影响;E4:走滑构造对高压-超高压造山带的叠加。沿造山带系列构造分析表明,西南天山高压-超高压带中发育的四期构造事件沿中天山北缘具有很好的一致性,各期构造事件也有一定的横向可对比性。在此基础上通过对多期变形事件的构造背景的探讨,建立了整个天山在古生代的构造拼合过程,揭示我国西部洋壳相关的深俯冲造山带形成过程和参与深俯冲作用(超)高压变质岩的变形变质历史。     

苏鲁超高压变质带含褐帘石正、副片麻岩中变质锆石的地球化学性质及其SHRIMP U-Pb定年

贪褐帘石正、副片麻岩是苏鲁地体重要的超高压变质岩石.矿物包体激光拉曼鉴定、阴极发光图像分析、锆石微区LA-ICP-MS成分测试及SHRIMP U-Pb定年结果表明,含褐帘石正、副片麻岩中的锆石具有明显的三层结构.即弱发光效应的继承性(碎屑或岩浆结晶)锆石的核、强发光效应的含柯石英变质增生幔部和弱发光效应的退变边.继承性岩浆结晶锆石核部记录了新元古代(＞810Ma)的原岩形成年龄,含柯石英锆石微区记录了241～223Ma的超高压变质年龄(正、副片麻岩的加权平均年龄分别为230±7Ma和229±7Ma),锆石的退变边记录了217～200Ma的角闪岩相退变质年龄(正、副片麻岩的加权平均年龄分别为211±3Ma和210±2Ma),由此限定苏鲁地体构造抬升速率为5.3km/Myr,表明苏鲁超高压岩石经历了一个相对快速抬升的变质演化过程.与苏鲁-大别其它超高压岩石变质增生锆石对比,含褐帘石正、副片麻岩中的超高压变质增生锆石微区具有十分独特的地球化学性质,主要表现为重稀土元素(HREE)明显富集,U含量明显偏低(10～29×10-6),而Th/U比值则明显偏高(0.45～0.92).HREE的明显富集与寄主岩石普遍存在超高压矿物褐帘石(富集轻稀土元素)有关,而低U含量和高Th/U比值的特点则表明超高压峰期变质阶段处在高氧逸度(fO2)的体系环境.     

南苏鲁超高压带和高压带边界的准确限定——来自变质岩锆石中矿物包体的证据

南苏鲁地区由 4个岩片组成 ,自西北至东南依次为正片麻岩岩片 (Ⅰ )、表壳岩岩片 (Ⅱ )、含蓝晶石石英岩大理岩岩片 (Ⅲ )和副片麻岩变火山岩片岩岩片 (Ⅳ )。上述构造岩片均经历了强烈的角闪岩相绿片岩相退变质作用的改造。采用激光拉曼、阴极发光和电子探针分析技术 ,对南苏鲁方圆约 380 0km2 范围内 93件锆石样品中的矿物包体进行了系统鉴定。结果表明 ,在第Ⅰ和Ⅱ岩片样品的锆石中均发现以柯石英为代表的超高压 (UHP)矿物包体 ,而在第Ⅲ和Ⅳ岩片锆石中则保存以文石和多硅白云母为代表的高压 (HP)矿物包体。由此推断 ,第Ⅰ和Ⅱ岩片应归属超高压变质带 ,而第Ⅲ和Ⅳ岩片应归属高压变质带。结合变质作用温压条件的研究结果 ,确定超高压岩石峰期变质温压条件为t=72 3～ 85 2℃ ,p≥ 2 .8× 10 3 MPa ;而高压变质岩石峰期变质温压条件为t =5 0 0～ 6 0 0℃ ,p =1.2× 10 3 ～ 2 .5× 10 3 MPa。最新区域填图结果表明 ,南苏鲁东海地区超高压和高压带之间的接触界线为一典型的韧性剪切带。     

Origin, HP/LT metamorphism and cooling of ophiolitic mélanges in southern Evia (NW Cyclades), Greece

Basic and ultrabasic blocks within ophiolitic mélanges of the Cycladic Blueschist Unit in southern Evia provide a detailed insight into its ocean floor igneous and hydrothermal evolution, as well as the regional poly‐metamorphism occurring during Alpine orogenesis. The upper structural levels (Mt. Ochi exposures) are dominated by metamorphosed wehrlites, gabbros and highly light rare earth element (LREE)‐enriched pillow basalts, whereas the underlying Tsaki mélange consists of basic protoliths with much less fractionated REE patterns as well as mantle harzburgites. Most of the metabasites show Nb anomalies, indicative of derivation from a subduction‐affected mantle. The igneous bodies were juxtaposed and incorporated into the enclosing sedimentary sequences prior to high‐pressure/low‐temperature (HP/LT) metamorphism (M1). Glaucophane, epidote, sodic clinopyroxene and high‐Si phengite constitute the Eocene M1 assemblage, which is estimated to have formed at >11 kbar and 400–450 °C. High δ¹⁸O values of M1 minerals in Ochi metagabbros indicate that the formation of the high‐pressure assemblage was controlled by infiltration of fluids from the dehydrating host sediments. Cooling during decompression is indicated by an overprinting (M2, Early Miocene) pumpellyite–actinolite facies assemblage in metabasic rocks, calculated to have developed at P<8 kbar and T <350 °C. Possible mechanisms for such cooling include: exhumation from shallower burial levels relative to the eclogites of the NW Cyclades, accretion of colder rocks from below and extensional unroofing by low‐angle normal faults and detachments. The occurrence of sodic augite in the M2 assemblage of Tsaki metagabbros indicates that rocks at the base of the Blueschist Unit cooled faster or longer than their higher level Ochi counterparts. This suggests that differential cooling of the blueschists was enhanced by the underthrusting of colder rock units.     

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。