2013, Vol. 29
2. 西安地质矿产研究所, 西安 710054
, LIU Liang1
, WANG Chao1,2, KANG Lei1, YANG WenQiang1, LIANG Sha1, LIAO XiaoYing1, WANG YaWei1
2. Xi'an Institute of Geology and Mineral Resource, Xi'an 710054, China
南阿尔金俯冲碰撞杂岩带为一条早古生代高压-超高压变质岩带, 为陆壳深俯冲折返的产物, 已发现的高压-超高压岩石主要分布在江尕勒萨依、淡水泉和英格丽萨伊三个地区的阿尔金岩群中, 其它地区还未有高压-超高压变质岩石的报道。新近, 在南阿尔金俯冲碰撞杂岩带西侧的木纳布拉克地区的原划为长城系巴什库尔干岩群的红柳泉组中发现一套高压泥质麻粒岩, 其向北东方向被镁铁-超镁铁质杂岩带将其与阿尔金岩群所分割, 那么, 该地区高压麻粒岩的变质作用及变质时代如何?与南阿尔金已有高压-超高压变质岩石的变质演化历史是否一致?其形成的构造背景如何?另外, 目前对木纳布拉克地区长城系的地层年代学研究比较薄弱, 其地层的划分主要依靠与北阿尔金扎斯勘赛河地区原划长城系地层对比确定的。那么, 该麻粒岩的原岩形成时代如何?其构造归属如何？针对这些问题, 本文对该地区高压麻粒岩进行详细的岩相学和年代学研究, 确定其变质演化期次、峰期变质年龄以及原岩时代, 通过对比南阿尔金已有的高压-超高压变质岩石的变质演化历史, 探讨该岩石形成的动力学背景, 为全面深入认识南阿尔金俯冲碰撞高压-超高压带的时空分布、变质演化和形成背景提供了进一步的重要证据。
2 区域地质背景及样品产状阿尔金山地处青藏高原北缘, 介于塔里木板块、柴达木微板块及祁连-昆仑造山带之间, 是一个早期经历古板块或地块相互俯冲-碰撞作用, 在中、新生代又被走滑断裂所切断, 由不同构造层次、不同时期和形成于不同构造环境地质体所组成的复合造山带(图 1) (车自成等, 1995, 1998; 刘良等, 1996a, 1999; Zhang et al., 1999, 2001; 许志琴等, 1999; 崔军文等, 1999)。阿尔金造山带自北向南可划分为北阿尔金太古代混杂岩带、北阿尔金俯冲碰撞杂岩带、米兰河-金雁山地块、南阿尔金俯冲碰撞杂岩带(Liu et al., 2009) (图 1)。其中南阿尔金俯冲碰撞杂岩带又可进一步划分为南阿尔金高压-超高压变质带(Liu et al., 2002, 2004, 2005, 2007a, b, 2009, 2012; Zhang et al., 2004, 2005; Wang et al., 2011; 曹玉亭等, 2009) 和南阿尔金蛇绿构造混杂岩带(Liu et al., 1998; 杨文强等, 2012; 马中平等, 2009, 2011; 李向民等, 2009) 两部分。南阿尔金高压-超高压变质带为一条早古生代的陆壳深俯冲作用的产物, 高压-超高压变质岩石主要产出在阿尔金岩群中, 分布在江尕勒萨依、淡水泉和英格丽萨伊三个地区(图 1)。目前已确定的超高压岩石主要有榴辉岩、含蓝晶石石榴子石泥质片麻岩、含菱镁矿的石榴二辉橄榄岩、含钾长石的石榴子石辉石岩和含石榴子石花岗质片麻岩, 高压岩石主要为高压泥质麻粒岩(Liu et al., 2002, 2004, 2005, 2007a, b, 2009, 2012; Zhang et al., 2004, 2005; Wang et al., 2011; 曹玉亭等, 2009), 它们均呈透镜体状分布在区域花岗质片麻岩或副变质片麻岩或大理岩之中。近年精细的年代学研究获得南阿尔金地区出露的不同类型的高压-超高压岩石峰期变质时代为486~509Ma (Zhang et al., 2004, 2005; Liu et al., 2007b, 2009, 2012; Wang et al., 2011; 曹玉亭等, 2009), 原岩的形成时代多为719~1000Ma (Liu et al., 2007b, 2009; 2012; Zhang et al., 2004; Wang et al., 2011; 刘良等, 1999；曹玉亭等, 2009)。
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图 1 阿尔金造山带地质构造图(据Liu et al., 2002修编) Ⅰ-北阿尔金太古代混杂岩带; Ⅱ-北阿尔金俯冲碰撞杂岩带; Ⅲ-米兰河-金雁山地块; Ⅳ-南阿尔金俯冲碰撞杂岩带; Ⅳ1-南阿尔金高压-超高压变质带; Ⅳ2-南阿尔金蛇绿构造混杂岩带 Fig. 1 Geological and tectonic map of the Altyn Tagh orogen (modified after Liu et al., 2002) Ⅰ-North Altyn Tagh Archean complex; Ⅱ-North Altyn Tagh subduction-collision complex; Ⅲ-Milanhe-Jinyanshan block; Ⅳ-South Altyn Tagh subduction-collision complex; Ⅳ1-South Altyn Tagh HP-UHP metamorphic belt; Ⅳ2-South Altyn Tagh ophiolite tectonic melange belt |
本文研究的高压泥质麻粒岩主要布露于南阿尔金俯冲碰撞杂岩带南缘的木纳布拉克地区原划为长城纪巴什库尔干岩群的红柳泉组。该地区巴什库尔干岩群地层出露比较全, 出露面积约为300km2, 其向北东方向被镁铁-超镁铁质杂岩带将其与阿尔金岩群所分割(图 1)。该地区对长城系地层的划分主要依靠与北阿尔金扎斯勘赛河地区原划长城系地层对比确定的。且末一级水电站幅湖南省地质调查院基础地质调查所(2003①区域地质调查报告) 根据该岩群中变质岩石组合、构造变形样式、原岩建造特征, 将该岩群划分为三个岩组, 由老至新依次为:扎斯勘赛河岩组(Chz)、红柳泉岩组(Chh)、贝克滩岩组(Chb)。
①湖南省地质调查院基础地质调查所. 2003.且末县一级水电站1:25万
露头上高压泥质麻粒岩与石英岩二者呈互层状产出(图 2a), 地层变形较弱, 高压麻粒岩的地层厚度在30cm左右, 石英岩地层较厚, 最厚达1m。高压麻粒岩中可见浅色与暗色矿物定向排列构成片麻理构造(图 2b)。
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图 2 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的野外露头照片 Fig. 2 Outcrop pictures of the HP pelitic granulite from Munabulake area in the South Altyn Tagh |
该岩石标本为灰白色, 具片麻理构造, 斑状变晶结构。主要斑晶矿物有石榴石(20%~30%)、蓝晶石(10%~15%)、钾长石(5%) 和石英(10%~15%), 基质中矿物组成主要有黑云母、夕线石、斜长石、白云母和石英。副矿物有磷灰石、锆石、金红石等。
石榴石 石榴石主要以变斑晶形式存在, 其粒度在0.6~1.5mm之间, 含有石英、锆石等矿物包裹体。石榴石与蓝晶石、钾长石斑晶矿物平衡共生, 三者被黑云母、夕线石等后期矿物所分割(图 3a), 并被黑云母、夕线石所包绕(图 3b, c)。
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图 3 南阿尔金木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的显微结构照片 A-A’:石榴石成分剖面.矿物缩写据Whitney and Evans (2010) Fig. 3 Microstructures of the HP pelitic granulite from Munabulake area in the South Altyn Tagh A-A': compositional profile of the garnet. Mineral abbreviations are after Whitney and Evans (2010) |
蓝晶石 蓝晶石也主要以变斑晶形式存在, 与蓝晶石、钾长石共生(图 3a, d)。其边部在后期退变为黑云母和夕线石(图 3a, e), 并将其与石榴石斑晶分隔。
钾长石 钾长石的含量较少, 与石榴石和蓝晶石也存在平衡共生关系(图 3d)。大部分发生退变, 分别与石榴石和蓝晶石或夕线石反应退变为黑云母或白云母, 其可能的反应关系为Kfs+Grt+liq=Bi+Sill+Qz、Ky+Kfs+H2O=Mu+Qz或Sill+Kfs+H2O=Mu+Qz (图 3f)。
夕线石 主要以后期退变矿物呈长柱状或针柱状分布在石榴石周围或蓝晶石的边部(图 3e)。部分夕线石边部也发生退变形成黑云母和白云母, 二者穿插交生在一起(图 3g)。
黑云母 主要以两种形式存在:一种分布在石榴石和蓝晶石周围(Bt1), 应为石榴石和蓝晶石退变的产物(图 3b, c, e); 一种是与白云母一起作为夕线石退变产物分布在夕线石周围(图 3g), 或与斜长石一起分布在基质中(Bt2) (图 3e)。
斜长石 也以两种形式存在于岩石中, 一种是分布在石榴石的周围(Pl1), 为石榴石和蓝晶石退变反应的产物, 反应式为Grt+2Ky+Qz=3Pl; 一种是与黑云母一起分布在基质中(Pl2), 应为更后期的反应产物。
白云母 白云母主要以退变矿物形式存在, 或与石英交生呈早期斑晶矿物(钾长石) 的假象(图 3f), 或与黑云母交叉在一起围绕在夕线石周围(图 3g)。
4 分析方法单矿物分析是在长安大学中国西部矿产资源和地质工程教育部实验室进行, 利用JEOL JXA-8100电子探针分析(EPMA) 分析, 加速电压15kV, 电流20nA, 束斑直径通常为1μm。矿物标样由SPI公司提供, 不用矿物标样用于校正不同元素, 硬玉校正Si, Al, Na, 透辉石-Ca, 橄榄石-Mg, 透长石-K, 钛铁矿-Fe, 蔷薇辉石-Mn, 金红石-Ti。
对分离出来的锆石在双目镜下挑选出结晶好、透明度好、无裂隙、无包体的颗粒, 用环氧树脂固定并抛光至锆石颗粒一半露出。锆石样品在测定之前用浓度为3%的稀HNO3清洗样品表面, 以除去样品表面的污染。锆石的CL图象分析是在西北大学大陆动力学国家重点实验室的电子显微扫描电镜上完成。锆石的微量元素分析和U-Pb年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室最新引进的Hewlett packard公司最新一代带有Shield Torch的Agilient 7500a ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102 Excimer激光器(工作物质ArF, 波长193nm) 以及MicroLas公司的GeoLas 200M光学系统的联机上进行, 微量元素和U-Th-Pb同位素的测定在一个点上同时获得。激光束斑直径为25μm, 激光剥蚀样品的深度为20~40μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气, 用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化, 采样方式为单点剥蚀, 数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式(peak jumping), 每完成4~5个测点的样品测定, 加测标样一次。在所测锆石样品分析点前后各测2次NIST SRM610。锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质, 元素含量采用NIST SRM610作为外标, 29Si作为内标。样品的同位素比值及元素含量计算采用GLITTER (ver4.0, Macquarie University) 程序, 年龄计算及谐和图的绘制用Isoplot (ver2.49) 完成。详细分析步骤和数据处理方法参见文献Yuan et al. (2004)。
5 矿物化学石榴石石榴石的成分变化较大(图 4、表 1), 具有环带特征, 核部成分较为均匀, MgO的含量较高为4.88%~5.49%, FeO含量较低为32.66%~33.86%;从核部到边部FeO和MnO的含量逐渐升高而MgO含量降低, 边部MgO为2.67%~3.63%, FeO为34.36%~35.89%, 石榴石边部的成分变化指示其经历了退变质生长过程。
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图 4 南阿尔金木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩中石榴石成分剖面图 Fig. 4 Compositional profile of the garnet from the HP pelitic granulite in the Munabulake area in the South Altyn Tagh |
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表 1 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的矿物化学成分(wt%) Table 1 Respectively mineral composition of the HP pelitic granulite from Munabulake area (wt%) |
黑云母 主要以两种形式存在:分布在石榴石和蓝晶石周围Bt1含有相对较高的MgO成分(10.87%~11.11%), TiO2含量较低为0.23%~0.63%, FeO为19.42%~19.44%, 及其XFe ([Fe/(Mg+Fe)])=0.47;与白云母一起分布在夕线石周围或与斜长石一起分布在基质中的Bt2与成分基本一致, TiO2含量为0.69%~0.78%, MgO 10.07%~10.08%, FeO 18.83%~19.01%, 以及其XFe ([Fe/(Mg+Fe)])=0.48。
白云母 与石英交生并保留钾长石颗粒假象的白云母的成分与前者相差不大, FeO含量为0.48%~0.98%, K2O含量为8.08%~8.85%, 其Si值为3.01~3.10;围绕在夕线石周围的白云母的FeO含量为1.39%~1.71%, K2O含量为6.82%~7.07%, 其Si值为3.12~3.13。
斜长石 分布在石榴石周围和基质中的斜长石成分差别不大, 成分为An37-39Ab61-63Or0。
6 变质期次及温压条件根据该岩石的显微结构及矿物化学特征, 该岩石至少可区分出三个期次的变质矿物共生组合。
高压麻粒岩相阶段(Ⅰ) 矿物组合为石榴子石+蓝晶石+钾长石+石英(Grtc+Ky+Kfs+Qz+Ilm), 代表了泥质高压麻粒岩的峰期矿物组合(O’Brein and Rötzler, 2003);
第一期退变质阶段(Ⅱ) 在该阶段峰期的斑晶矿物之间发生退变反应, 石榴子石与钾长石反应退变生成黑云母, 蓝晶石边部转化为夕线石, 石榴石与蓝晶石反应生成斜长石, 这些退变矿物围绕在早期变斑晶周围, 且石榴石中FeO和MnO的含量升高而MgO含量降低。该阶段矿物共生组合为石榴子石+黑云母+夕线石+斜长石+石英(Grtr+Bt1+Sill+Pl1+Qz+Ilm);
第二期退变质阶段(Ⅲ) 该阶段的特点是早期的变斑晶矿物进一步发生退变, 部分钾长石全部退变为白云母+石英的集合体, 夕线石周围退变生成白云母和黑云母, 鳞片状黑云母与斜长石共同分布在基质中, 矿物共生组合为黑云母+夕线石+白云母+斜长石+石英(Bt2+Sill+Mu+Pl2+Qz+Ilm)。
图 5为依据该岩石平均成分, 选取NCKFMASHTO体系(Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-Fe2O3)(White et al., 2001) 利用内洽性热力学数据(Holland and Powell, 1998) 和Thermocalc3.23程序计算的P-T视剖面图(Powell et al., 1998)。利用该岩石不同阶段的矿物共生组合和P-T视剖面图, 并结合矿物间的变质反应结构以及矿物化学, 能够很好的限定该岩石的P-T轨迹, 从而进一步讨论该地区的构造演化。依据岩相学观察到的该岩石变质过程的几个阶段都可以在图 5中得到很好的反映。首先, 峰期麻粒岩相矿物组合Grt+Ky+Kfs+Qz+Ilm位于图 5的右上角, 依据矿物组合边界线限定其温压条件为P>11kbar, T>850℃。之后, 由于峰期矿物相互间发生退变质反应, 形成夕线石+黑云母+斜长石后期矿物, 以及石榴石边部的成分发生相应变化, 由于该岩石未见低压矿物堇青石, 矿物组合由Grt+Ky+Kfs+liq稳定域穿过蓝晶石-夕线石转变线以及黑云母和斜长石消失线直接进入到第一期退变矿物组合Grt+Kfs+Sill+Bt+Pl+Qz+Ilm+liq稳定域, 代表了一个降温降压的退变过程, 依据石榴子石边部X (g) 和Z (g) 的成分等值线(表 1) 可限定该期矿物组合稳定的温度在750~780℃, 压力在7~8kbar之间; 之后, 伴随进一步降温, 反应线穿越了固相线, 最终进入第二期退变阶段矿物组合Mu+Bi+Sill+Pl+Qz+Ilm+H2O的稳定域, 温压范围为P=4~6kbar, T=600~650℃。因此, 可以认为该岩石达到高压麻粒岩相变质后又经历了早期呈降温降压以及后期趋于近等压降温的顺时针P-T演化轨迹。
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图 5 木纳布拉克地区泥质高压麻粒岩平均成分在NCKFMASHTO体系中的P-T视剖面图 在发生部分熔融前设水过量, 岩石成分为SiO2:Al2O3:CaO:MgO:FeO:K2O:Na2O:TiO2:O=73.566:9.928:0.519:3.975:8.242:2.517:0.627:0.130:0.497 (摩尔百分比); 在发生部分熔融后设水不过量, 岩石成分为H2O:SiO2:Al2O3:CaO:MgO:FeO:K2O:Na2O:TiO2:O=5.867:69.250:9.345:0.488:3.742:7.759:2.369:0.590:0.122:0.468.石榴石中Z (g)=Ca/(Ca+Mg+Fe), X (g)=Fe/(Fe+Mg) Fig. 5 P-T pseudosection for HP pelitic granulite in Munabulake area, the South Altyn Tagh |
木纳布拉克地区含石榴石黑云片麻岩中的锆石颗粒粒度较小, 在30~60μm之间。阴极发光图像显示部分锆石具有均匀的面状结构, 部分则具有明显的核-边结构(图 6)。核部锆石残留较少, 形态结构复杂, 有的显示弱的环带结构, 有的则为亮的均匀面状结构, 应为原岩残留碎屑锆石; 边部锆石显示均匀的面状结构, 符合变质成因锆石的特征(Corfu et al., 2003)。
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图 6 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的锆石阴极发光图像 Fig. 6 Cathode luminescence images of zircons from HP pelitic granulite in Munabulake area, the South Altyn Tagh |
利用LA-ICP MS锆石原位微量元素分析对含石榴石黑云母片麻岩锆石中核部和边部共进行了30个点的测试, 其分析结果如图 7和表 2。由从锆石球粒陨石标准化稀土配分图上(图 7) 可以看出, 锆石中核部与边部的稀土元素特征明显不同。锆石核部的测试点的稀土总量和重稀土含量较高, 分别为335×10-6~1298×10-6和330×10-6~1214×10-6, (Gd/Yb)N比值均小于0.10, 表现为重稀土相对富集型稀土配分模式; 锆石的边部测点稀土总量相对核部测点较低, 为107×10-6~269×10-6, 重稀土含量(103×10-6~264×10-6) 也较低, (Gd/Yb)N比值较高, 为0.07~1.0, 稀土配分图上表现为重稀土相对亏损型, 显示与石榴子石平衡共生的特征(Schaltegger et al., 1999; Rubatto, 2002; Whitehouse and Platt, 2003)。结合锆石边部CL图像特征, 推断边部应为变质成因锆石。
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图 7 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的锆石球粒陨石标准化稀土配分图(标准化据Sun and McDonough, 1989) Fig. 7 Chondrite-normalized REE pattern of zircons from HP pelitic granulite in Munabulake area, the South Altyn Tagh (normalization after Sun and McDonough, 1989) |
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表 2 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩中锆石的微量元素含量(×10-6) Table 2 LA-ICP-MS trace element compositions (×10-6) of representative zircons from the HP pelitic granulite in Munabulake area |
LA-ICP MS锆石U-Pb定年结果如图 8和表 3, 在年龄谐和图上, 所有年龄基本上分布在两个集中区。核部锆石12个测试点给出的206Pb/238U年龄值变化范围较大, 在563~764Ma之间, 且基本都偏离谐和线, 其中8个点在570Ma左右有一个集中区, 加权平均年龄为579±9Ma, 且Th/U大部分大于0.1。根据锆石CL图像特征和稀土元素特征, 推断该年龄限定了原岩形成时代的上限; 边部锆石18个测点的年龄值较为集中, 206Pb/238U年龄值变化于464~503Ma之间, 其加权平均年龄为485±5Ma, 其Th/U比值变化于0.01~0.11。结合锆石CL图像和稀土元素特征, 485±5Ma代表了该岩石的变质年龄, 该年龄值与前人已获得的南阿尔金地区已发现的高压-超高压岩石峰期变质年龄(486~509Ma) 相一致(Zhang et al., 2004, 2005; Liu et al., 2007b, 2009, 2012; Wang et al., 2011; 曹玉亭等, 2009)。
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图 8 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 8 Concordia diagram of zircons from HP pelitic granulite in Munabulake area, the South Altyn Tagh |
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表 3 木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的锆石同位素比值及年龄表 Table 3 LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of representative zircons from the HP pelitic granulite in Munabulake area |
在南阿尔金俯冲碰撞杂岩带南缘的木纳布拉克地区出露一套高压泥质麻粒岩, 锆石U-Pb同位素定年结果显示该岩石原岩的形成时代小于579±9Ma, 为新元古代晚期; 变质年龄为485±5Ma。详细的岩相学特征表明其在经历了高压麻粒岩相变质之后, 又经历了两期退变质作用, 其峰期矿物组合为Grt+Ky+Kfs+Qz+Ilm, 在P-T视剖面图上限定其峰期温压条件为P>11kbar, T>850℃, 并给出了一条顺时针P-T演化轨迹(图 5和图 9)。这种顺时针演化轨迹表明新元古代晚期( < 579Ma) 的陆壳沉积岩在~485Ma时被带到地壳深部(>40km), 遭受高压麻粒岩相变质；随后又经历了快速抬升冷却, 发生退变质作用产生新的退变矿物如黑云母、夕线石和斜长石, 围绕在峰期变斑晶周围, 并引起石榴石边部的FeO含量升高和MgO含量降低, 矿物组合为Grt+Bt1+Sill+Pl1+Qz+Ilm; 最后, 该岩石继续抬升, 进一步退变形成白云母、黑云母、夕线石和斜长石等, 矿物组合为Bt2+Sill+Mu+Pl2+Qz+Ilm。
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图 9 南阿尔金地区已发现的UHP榴辉岩和高压麻粒岩的P-T轨迹 Lw-EC:硬柱石相榴辉岩; Ep-EC:绿帘石相榴辉岩; Amp-EC:角闪岩相榴辉岩; Dry-EC:干体系榴辉岩; BS:蓝片岩; EA:绿帘石角闪岩; GR:麻粒岩相; GS:绿片岩相; HGR:高压麻粒岩; AM:角闪岩相; EC:榴辉岩 Fig. 9 P-T paths for eclogite and HP granulites from the South Altyn Tagh Lw-EC=lawsonite-eclogite; Ep-EC=epidote-eclogite; Amp-EC=amphibolite-eclogite; Dry-EC=dry-eclogite; BS=blueschist; EA=epidote amphibolite; GR=granulite; GS=greenschist; HGR=high-pressure granulite; AM=amphibolite; EC=eclogite |
先期的研究已表明, 南阿尔金俯冲碰撞杂岩带中的超高压岩石的峰期变质时代为487~509Ma (Liu et al., 2007b, 2009, 2010, 2012; Wang et al., 2011; Zhang et al., 2004; 2005), 而分布在淡水泉地区的高压麻粒岩的峰期变质时代为486±5Ma (曹玉亭等, 2009)。本文新获得的木纳布拉克地区高压泥质麻粒岩的峰期变质时代为485±5Ma, 不仅与淡水泉地区的高压麻粒岩的变质时代一致, 而且与南阿尔金其它超高压岩石的峰期变质年龄一致, 因此推断木纳布拉克地区高压麻粒岩的形成应是南阿尔金陆壳深俯冲作用引发的高压-超高压变质事件的产物, 与南阿尔金其它地区高压-超高压岩石共同构成南阿尔金高压-超高压变质带。
8.2 同时代UHP变质岩和高压麻粒岩共存的动力学意义前已述及南阿尔金木纳布拉克地区和淡水泉地区的高压泥质麻粒岩与区内UHP变质岩的峰期变质时代基本一致, 且共存于南阿尔金高压-超高压变质带中(Liu et al., 2007b, 2012; Wang et al., 2011; 曹玉亭等, 2009)。尽管高压麻粒岩相岩石和UHP岩石均具有顺时针型的P-T演化轨迹(Liu et al., 2012; 曹玉亭等, 2009), 但其峰期变质温压条件不尽相同(图 9)。这种现象在其它大陆俯冲变质带中也有报道, 如在柴北缘(Song et al., 2003; Zhang et al., 2009a; 于胜尧等2009, 2010; Chen et al., 2009, 2012)、北秦岭(胡能高等, 1994, 1995; 刘良和周鼎武等, 1994; 刘良等, 1995, 1996b; 杨经绥等, 2002; 张建新等, 2009, 2011) 等造山带。张建新等(2009)结合世界上其它造山带中类似的情形(O’Brein and Rötzler, 2003; O’Brien, 2006; Konopasek and Karel, 2005; Puelles et al., 2005), 认为在这些造山带中, 含榴辉岩的超高压岩石单元与高压麻粒岩单元在同一时间处在不同的热动力学环境, 具有不同的古地温梯度, 结合其地质背景, 推断超高压榴辉岩形成于大陆俯冲带, 而高压麻粒岩可能形成于俯冲带上盘增厚的大陆地壳根部环境(Konopasek and Karel, 2005)。这种解释的核心思想是认为高压麻粒岩与超高压榴辉岩属于俯冲碰撞造山带中的不同构造岩片, 其中榴辉岩为深俯冲陆壳的一部分, 而高压麻粒岩属于俯冲带上盘下地壳根部岩片。本文研究的高压麻粒岩已被证明是南阿尔金陆壳深俯冲作用引发的高压-超高压变质事件的产物, 其与榴辉岩等超高压岩石一起经历了陆壳的深俯冲与折返, 应为俯冲陆壳的一部分, 而不是俯冲带上盘下地壳根部的岩片。因此张建新等(2009)和Konopasek and Karel (2005)对造山带中高压麻粒岩体和超高压榴辉岩带共存的解释并不适用于南阿尔金出露的高压-超高压岩石。
前人通过对大洋俯冲带构造过程的研究(Shreve and Cloos, 1986), 提出了俯冲隧道(subduction channel) 这一概念, 指的是汇聚板块边缘上下两个板块间的剪切带(Cloos and Shreve, 1988a, b)。新近, Zheng (2012)分析提出俯冲隧道模型同样适用于大陆俯冲带, 即大陆地壳在深俯冲过程中其上部与下部之间可以在不同深度发生拆离作用, 拆离的地壳可沿着俯冲隧道折返到地壳浅部层位, 从而导致不同变质等级的变质岩石在大陆碰撞造山带中的共同产出。因此, 本文认为利用俯冲隧道模型可以很好的解释南阿尔金高压-超高压变质带中高压麻粒岩和榴辉岩等超高压岩石共存的现象。其中产出的高压麻粒岩相变质岩石是俯冲陆壳在下地壳深部相对热的环境下发生拆离后折返的产物, 而UHP榴辉岩相岩石的产出表明地壳俯冲到100~200km深的地幔深度后才发生拆离。也就是说高压麻粒岩和UHP岩石在同一时间俯冲到不同深度部位, 在不同的热状态下发生相应峰期变质后折返到地表, 从而形成同时代的UHP变质岩和高压麻粒岩共存于南阿尔金俯冲碰撞高压-超高压变质带中的地质现象。
8.3 地层时代属性本文确定的高压泥质麻粒岩出露在南阿尔金木纳布拉克地区原划“长城系巴什库尔干岩群”岩石地层单元, 该岩石地层单元的时代归属是前人依靠地层对比确定的, 目前还没有精确的年代学数据的支撑(湖南省地质调查院基础地质调查所, 2003)。本文利用高精度的LA-ICP-MS微区原位锆石U-Pb同位素定年对该高压泥质麻粒岩进行了详细的年代学研究, 结合锆石的CL图像特征及微量元素特征, 获得其原岩的形成年龄上限为579Ma (图 8), 即新元古代晚期。现有研究已确定出露在阿尔金岩群中的高压-超高压岩石的原岩时代为719~1000Ma (Liu et al., 2007b, 2009, 2012; Zhang et al., 2004; Wang et al., 2011; 刘良等, 1999; 曹玉亭等, 2009), 而本文中的高压麻粒岩的原岩形成年龄与这些高压-超高压岩石的原岩形成时代基本一致或稍晚。其次, 该高压麻粒岩的峰期变质时代与南阿尔金阿尔金岩群中的高压-超高压岩石的峰期变质时代一致。因此, 推断该岩石不应再作为岩石地层单元划归为“长城系”, 而应归属南阿尔金高压-超高压变质带的一部分。
9 结论(1) 南阿尔金俯冲碰撞杂岩带南缘的木纳布拉克地区出露一套高压泥质麻粒岩, 其变质时代为485±5Ma。在P-T视剖面图上限定其峰期温压条件为P>11kbar, T>850℃, 构成了一个早期降温降压以及后期又呈近等压降温的顺时针型的P-T演化轨迹, 与南阿尔金淡水泉地区高压麻粒岩具有相似变质演化轨迹, 且其变质年龄与南阿尔金高压-超高压岩石峰期变质年龄一致, 表明该麻粒岩是南阿尔金陆壳深俯冲作用引发的高压-超高压变质事件的产物。
(2) 南阿尔金高压-超高压带中同时代的UHP榴辉岩和高压麻粒岩共存的现象, 可以很好地利用“俯冲隧道模型”来解释, 即可能是由于陆壳在深俯冲过程中不同深度不同热状态下发生拆离作用后折返引起的。
(3) 年代学研究表明本文中的高压麻粒岩的原岩形成时代小于579Ma, 属新元古代晚期, 这与出露在阿尔金岩群的高压-超高压岩石原岩时代基本一致或稍晚, 推断该岩石不应再作为岩石地层单元划归为“长城系”, 而应属南阿尔金高压-超高压变质带的一部分。
致谢 感谢中国科学院地质与地球物理研究所陈意副研究员在热力学相平衡计算方面给予的极大帮助。| [] | Cao YT, Liu L, Wang C, Chen DL, Zhang AD. 2009. P-T path of Early Paleozoic pelitic high-pressure granulite from Danshuiquan area in Altyn Tagh. Acta Petrologica Sinica, 25(9): 2260–2270. |
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