南阿尔金高压—超高压变质岩石差异折返及其深熔作用

发布时间：2020-08-17 16:10

【摘要】：阿尔金造山带位于青藏高原东北缘,柴达木盆地与塔里木盆地之间。近年来随着南阿尔金高压-超高压变质作用研究的不断深入,在江尕勒萨依、英格利萨依、淡水泉和木纳布拉克四个地区相继识别出一系列高压-超高压变质岩石,并确定江尕勒萨依和英格利萨依地区变质岩石峰期经历了超高压变质作用。但目前为止,在南阿尔金尚未发现典型的超高压指示矿物-柯石英和金刚石的报道。同时对淡水泉地区高压变质岩石的研究目前仍较为薄弱,特别是在峰期变质条件及退变质时代的研究上还存在诸多不足,进而导致区内不同区段高压-超高压变质岩石变质演化关系也不明确。此外,前人研究发现淡水泉-英格利萨依地区高压-超高压变质岩石变质峰期温度可达900~1000°C,如此高的变质温度下区内高压-超高压岩石是否经历了明显的部分熔融,目前尚未有清晰的认识。针对上述问题,本文在详细的野外地质调查的基础上,结合变质作用、矿物学、地球化学、年代学研究及Hf同位素等多种研究手段,对南阿尔金克其克江尕勒萨依和淡水泉地区高压-超高压岩石以及淡水泉-英格利萨依地区高压-超高压变质岩石中的深熔脉体、花岗岩脉的成因进行了研究工作,取得的主要认识及成果如下:1.首次在南阿尔金克其克江尕勒萨依地区榴辉岩中发现超高压指示矿物-柯石英,确定了该岩石的变质演化期次及峰期、退变质时代。(1)克其克江尕勒萨依地区榴辉岩中的柯石英均以包裹体形式保存在绿辉石中,拉曼分析显示包裹体具有典型的512 cm-1柯石英特征谱峰,岩石峰期矿物组合为Grt+Omp+Coe+Ru。柯石英的发现为南阿尔金超高压变质作用提供了最直接的矿物学证据。(2)温压估算得到克其克江尕勒萨依含柯石英榴辉岩峰期变质条件为P2.8GPa,T=728~880°C,之后分别经历了高压麻粒岩相和角闪岩相两期退变质;年代学研究得到两期变质时代分别为~500Ma和~450Ma,结合不同锆石区域的包裹体特征,其分别代表了榴辉岩相峰期变质时代及高压麻粒岩相退变质时代,构成一条顺时针演化的P-T-t轨迹。2.在淡水泉地区新发现退变榴辉岩,并确定该区先期报道的高压麻粒岩的峰期变质条件均达到了榴辉岩相。(1)在淡水泉花岗质片麻岩(前人报道的花岗质高压麻粒岩)中发现呈透镜体状产出的退变榴辉岩,其变质锆石核部(~500Ma变质域)的矿物包裹体组合为Grt+Omp+Q+Ru,并显示重稀土平坦,无明显Eu异常的榴辉岩相变质锆石的稀土配分模式。岩相学观察显示该岩石经历了高压麻粒岩相(矿物组合为Grt+Cpx+Pl+Ru+Q)和角闪岩相(矿物组合为Grt+Amp+Pl+Q)两期退变质作用。矿物对温压计估算获得两期退变质条件分别为P=1.22-1.31GPa,T=845-900°C和P=0.9~1.1Gpa,T=660~700°C,共同构成一条顺时针的P-T轨迹。(2)在淡水泉花岗质片麻岩体(前人报道的花岗质高压麻粒岩)内识别出一套高Ca组分花岗质片麻岩,其中的石榴子石保留有完好的进变质环带,变质相平衡模拟及矿物对温压计估算,获得一条完整的顺时针的P-T轨迹,限定其峰期变质条件为P=2.2~2.5GPa,T=950~1000°C,同样达到榴辉岩相变质条件。(3)在含蓝晶石石榴子石黑云母片麻岩(前人报道的泥质高压麻粒岩)样品中发现石榴子石保留有完好的进变质环带及矿物包裹体,变质相平衡模拟及矿物对温压计同样得到一条完整的变质演化P-T轨迹,并利用石榴子石成分环带限定岩石峰期变质条件为P=1.8~2.3GPa,T=860~930°C,表明其峰期变质条件同样达到榴辉岩相。3.首次在淡水泉地区高压变质岩石(包括前人报道的花岗质高压麻粒岩、泥质高压麻粒岩和石榴辉石岩)中获得一期~483-488Ma的高压麻粒岩相退变质时代,较江尕勒萨依-克其克江尕勒萨依地区高压-超高压变质岩石~450Ma的高压麻粒岩相退变质时代早~30Ma。结合区内研究成果,淡水泉和英格利萨依地区普遍经历了一期温度900~1200°C的高温-超高温事件,明显高于同等压力条件下江尕勒萨依-克其克江尕勒萨依各类超高压变质岩石温度(800~900°C)。以上特征共同显示南阿尔金不同地区高压-超高压变质岩石具有差异折返的特点。4.确定了淡水泉-英格利萨依高压-超高压变质岩石中深熔脉体及区内花岗岩脉的形成时代介于484~488Ma,结合地球化学和Hf同位素分析,对其源区及形成机制进行了限定。(1)淡水泉地区退变榴辉岩、花岗质片麻岩及石榴子石辉石岩中深熔脉体的形成时代为484~488Ma,与淡水泉榴辉岩相岩石高压麻粒岩相退变质时代一致。另外,通过全岩地球化学、矿物地球化学及锆石Hf同位素的分析对比,论证提出花岗质片麻岩中的部分熔融熔体来自花岗质片麻岩本身,退变榴辉岩中的部分熔融熔体除该榴辉岩之外还有花岗质片麻岩熔体的贡献,而石榴子石辉石岩中部分熔融熔体除自身的部分熔融之外还有围岩含蓝晶石石榴子石黑云片麻岩的贡献。(2)英格利萨依花岗质片麻岩内浅色脉体和花岗岩脉的形成时代分别分别为485Ma和486Ma,地球化学显示其中浅色脉体高SiO_2、富K(K_2O=8.08%~9.95%)、Na,贫Ca、Fe_2O_3T、MgO以及明显富集大离子亲石元素Rb、Th、U的特点与淡水泉地区花岗质片麻岩内浅色脉体一致,表明其可能为花岗质片麻岩部分熔融的产物,而明显升高的锆石Hf同位素(εHf(t)Mean=0.15±0.81)则反映熔体运移过程中可能受到了来自区内基性超高压岩石部分熔融熔体的混染;花岗岩脉与淡水泉-英格利萨依花岗质片麻岩具有相似的地球化学及锆石Hf同位素特征(εHf(t)Mean=-3.75±0.48),暗示其主体同样可能是花岗质片麻岩部分熔融的产物。5.综合南阿尔金不同地区高压-超高压研究成果,本文初步认为南阿尔金不同区段高压-超高压变质岩石差异折返与俯冲板片在俯冲隧道内不同层次多次拆离折返有关。南阿尔金不同区段高压-超高压变质岩石可能位于俯冲板片的不同部位,在俯冲过程中靠近上部地幔楔或地幔热点附近的那些高压-超高压变质岩石将优先被加热、诱发部分熔融并导致部分岩石快速折返,这可能是导致淡水泉-英格利萨依地区高压-超高压变质岩石峰期与/或早期退变质阶段温度较高并优先折返的主要因素之一。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P588.3
【图文】：

区域地质构造,阿尔金

第二章区域地质背景2.1 阿尔金区域地质概述阿尔金造山带地处我国西部，位于青藏高原北缘，新疆、青海、甘肃三省交界地带，是一个早期经历古板块俯冲-碰撞，后在中、新生代又经历后期走滑的由不同时期、不同构造层次、形成于不同构造环境下的地质体组成的复合造山带(车自成等, 1995, 1998;刘良等, 1996, 1999; 许志琴等, 1999; Zhang et al, 2001; 曹玉亭, 2013; 康磊, 2014)，阿尔金造山带作为我国西部各主要大地构造单元的衔接区域（柴达木盆地、塔里木盆地、东西昆仑、北祁连、柴北缘、天山以及北山构造带等），对其进行深入透彻的研究对重建我国西部构造格局具有十分重要的意义。结合区内地层学、岩石学、地球化学以及同位素年代学的研究成果，前人将阿尔金造山带细分为四个构造单元(刘良等, 1999; Liu etal, 2000, 2009; Zhang et al, 2000; 许志琴等, 2001)(图 2-1)：

榴辉岩透镜体,地质简图,产状,绿辉石

图 4-1 克其克江尕勒萨依野外地地质简图(a)及榴辉岩透镜体野外产状(b)4.3 岩相学及变质作用研究4.3.1 岩相学特征镜下观察含柯石英榴辉岩具有斑状变晶结构，整体较为新鲜，主要斑晶矿物为石榴石 (40 45%)、单斜辉石 (35 40%)、石英(5 15%)，副矿物主要包括金红石、磷灰石和锆石等。榴辉岩中石榴子石粒度介于 0.5-1mm 之间，与绿辉石及石英平衡共生，内部包裹体包括绿辉石、金红石、石英/多晶石英、磷灰石，边部与绿辉石接触部位发育有Amp+Pl 后成合晶，为后期退变质反应的产物(图 4-2 a)；绿辉石内部较均一，边部多被Cpx+Pl1和 Amp+Pl2后成合晶包绕，分别代表了麻粒岩相及角闪岩相两期退变质改造(图4-2 b)。在石榴子石和绿辉石内部含有大量具有炸裂纹结构的多晶石英集合体，这一结构在

含柯石英榴辉岩,背散射,显微镜下,柯石英

边部多被Cpx+Pl1和 Amp+Pl2后成合晶包绕，分别代表了麻粒岩相及角闪岩相两期退变质改造(图4-2 b)。在石榴子石和绿辉石内部含有大量具有炸裂纹结构的多晶石英集合体，这一结构在前人研究中也有报道，应为柯石英假象应为先期柯石英假象(图 4-2 c)。在该榴辉岩的绿辉石中残留有柯石英包裹体，镜下柯石英包裹体具有正高突起，边部发育有退变形成的多晶石英集合体并具炸裂纹结构(图 4-2 d~f)。结合拉曼光谱分析结果，包裹体核部具有典型的 512 cm-1的柯石英特征峰，边部多晶集合体拉曼谱峰为 464 cm-1，进一步证明该矿物包裹体为柯石英(图 4-3)。

【参考文献】