大别山超高压带和宿松杂岩带变质花岗岩和变基性岩的年代学和岩石成因：对大别山新元古代岩浆作用和变质作用以及三叠纪俯冲和折返

发布时间：2020-05-21 11:32

【摘要】：大别山造山带是世界上出露超高压岩石面积最大的陆—陆碰撞型造山带,其中含有各种不同类型的高压—超高压变质岩,以及多种类型的低级变质岩。自超高压指示矿物如柯石英和金刚石在大别山变质岩中被发现以来,人们对该地区超高压岩石进行了大量的构造地质学、岩石学、年代学及地球化学等方面的研究,对这些超高压岩石的原岩成因、时代和性质以及变质时代与演化过程等进行了探讨和限定,同时对其涉及的俯冲、碰撞和折返过程,以及俯冲带的壳幔相互作用等进行了综合研究,并取得了一系列重要成果。然而,对于大别山造山带相对低级变质岩的研究目前还比较缺乏,在其构造属性、原岩形成时代和成因、变质演化过程以及与大陆深俯冲和超高压岩石的关系等方面,目前还缺乏系统深入研究和较为统一的认识。因此,本文对中大别超高压变质带(简称“中大别”)和宿松杂岩带中相对低级变质的变质花岗岩和变基性岩进行了系统的岩石学、年代学及元素和同位素地球化学等方面的研究,证明它们的原岩类似于超高压正变质岩、都具有扬子陆壳属性,大部分形成于新元古代扬子北缘的大规模岩浆事件,参与了三叠纪的俯冲,但部分岩石(岩片)在俯冲初始阶段即从俯冲板片上拆离并最早折返、而宿松杂岩带中大多数岩石(或岩片)位于三叠纪俯冲板片的后缘并最晚折返。此外,通过野外地质调查、结合室内薄片观察与初步的岩石学研究,确定了在大别山宿松杂岩带中存在异剥钙榴岩,该类岩石是大别山造山带中首次被证实,表明大别山在三叠纪大陆俯冲前曾存在古洋壳。主要研究内容和取得的主要成果概括如下:1.锆石U-Pb年龄、Hf同位素及全岩的Sr-Nd-Pb同位素分析表明,中大别和宿松杂岩带变质花岗岩的主要物质来源是晚太古代至古元古代的古老下地壳,而变基性岩则主要来自于富集地幔,并具有少量的下地壳物质混染。继承锆石的年龄以及锆石Hf同位素模式年龄主要集中于～2.5 Ga和～2.0 Ga,对应于扬子板块基底的形成和再造时代;原岩年龄大多为新元古代,与该地区超高压变质火成岩的原岩形成时代一致,表明这些岩石同样是新元古代大规模岩浆作用的产物;锆石U-Pb不一致线的下交点年龄及全岩Rb-Sr“等时线”年龄落在三叠纪范围,与大别山超高压变质年龄吻合,表明这些岩石参与了三叠纪俯冲。因此,这些变质花岗岩和变基性岩的原岩类似于超高压岩石的原岩,但是由于前者受到的后期变质改造和影响较小,因而可以用来更好地示踪或限定后者的原岩性质和成因。此外,宿松杂岩带花岗片麻岩的原岩形成时代包括两类,即晚太古代(2.5-2.7 Ga)和新元古代(770-830 Ma)。2.主、微量元素及Sr-Nd同位素特征表明,中大别变基性岩具有典型的大陆板内玄武岩的地球化学特征,对应于陆内地幔柱或大陆裂解环境,而中大别变质花岗岩则为新元古代加厚下地壳部分熔融的产物。这些特征反映了该地区的新元古代构造环境从板块汇聚到大陆裂解的转换过程,可能与Rodinia超大陆的聚合与裂解有关。锆石U-Pb年代学研究表明,变质花岗岩的原岩时代为～819Ma,而变基性岩形成于～772 Ma,这两组年龄可能代表了 Rodinia超大陆最终形成以及最初裂解的时代。新元古代麻粒岩相变质时代为～768Ma,可能与大陆裂解引起的幔源岩浆板底垫托(Magmatic underplating)作用有关。3.岩石学观察和地质温度计研究表明,中大别和宿松杂岩带变质花岗岩和变基性岩的峰期变质条件为绿帘角闪岩相到角闪岩相,指示其在三叠纪俯冲过程中,并没有与超高压岩石一起进入地壳深部;结合锆石U-Pb定年结果,证明部分岩石是在俯冲初始阶段从俯冲板片脱离解耦并折返、而宿松杂岩带的主体则属于俯冲板片的后缘并最晚折返。因此,这为大别造山带俯冲陆壳内部多层次拆离解耦与多岩片差异折返机制提供了新的制约。4.首次在宿松杂岩带中发现异剥钙榴岩、(蛇纹石化)橄榄岩等具有典型洋壳特征的岩石,并通过锆石U-Pb定年限定了洋壳的形成、异剥钙榴岩化及洋盆闭合的时代分别为1410±11Ma、1078±22Ma和798±62Ma。而且,异剥钙榴岩是宿松杂岩带中特有的岩石类型,其在大别造山带其它构造单元中都没有发现,其三叠纪变质年龄221±3 Ma代表了宿松杂岩带主体的峰期变质时代,并晚于超高压岩石的峰期变质时代。
【图文】：

地质图,地质图,榴辉岩,宿松杂岩

２００５；邋Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００５，邋２００７ａ，ｂ，２０１邋ｌａ，ｂ；邋Ｚｈｅｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００５；邋Ｌｉｕ邋ａｎｄ邋Ｌｉ，邋２００８）。这五逡逑个岩石单位之间的边界分别为太湖－山龙断裂、花凉亭－弥陀断裂、五河－水吼断逡逑裂和晓天－磨子潭断裂（图２－１）。逡逑宿松杂岩带，又称宿松变质杂岩（带），被认为属于大别山俯冲板块的后缘逡逑部分（Ｘｕ邋ｅｔａｌ．，邋１９９２ａ；徐树桐等，２００２），以太湖一山龙断裂为界，北侧为南逡逑大别低温榴辉岩带；以南为前陆带。主要岩石有石榴云母片岩、石榴黑云母片逡逑麻岩、花岗片麻岩、（石榴）斜长角闪岩、大理岩、变质磷块岩、石墨片岩、滑逡逑石片岩、浅粒岩和基性－超基性岩块等（徐树桐等，１９９４，邋２００２；石永红等，２０１２；逡逑安徽省地质矿产局，１９８７；魏春景和单振刚，１９９７）。逡逑南大别低温榴辉岩带（简称为南大别）位于太湖－山龙断裂和花凉亭－弥陀断逡逑裂之间，南北两侧分别为宿松杂岩带和中大别超高压变质带，主要岩石包括二逡逑云绿帘斜长片麻岩、大理岩等一套副变质岩及榴辉岩。该地区榴辉岩主要出露逡逑于朱家冲一带，，具有相对低的峰期变质温度，因此常被称为低温或“冷”榴辉岩逡逑（Ｌｉ邋Ｘ．Ｐ．邋ｅｔ邋ａｌ．，２００４邋），这些榴辉岩普遍经历了角闪岩相和绿片岩相退变质作用。逡逑中大别超高压变质带

变质花岗岩,变基性岩,石英片岩,龙井

变质花岗岩。低硅变质花岗岩主要矿物有条纹长石、石英和黑云母，以及少量逡逑角闪石和磷灰石；高硅变质花岗岩则主要由石英和钾长石组成，含有少量褐帘逡逑石、白云母和角闪石（图４－２ｃ－ｆ）。变质花岗岩矿物粒径从数十微米到数百微米，逡逑明显大于变基性岩基质中的颗粒。变质花岗岩中没有发现杏仁体，也没有其它逡逑具有火１丨１岩特征的结构。逡逑云母－石英片岩与剪切带（构造剪切、变形）和流体渗透紧密相关（见后文逡逑分析），其主要组成矿物为白云母、石英和钾长石，其中白云母颗粒被钾长石包逡逑裹，白云母和石英定向排列形成面理（图４－２ｇ，ｈ）。逡逑２２逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P588.3

【参考文献】