大别山超高压带和宿松杂岩带变质花岗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的启示

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～2.5Ga和～2.0Ga，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(2.5-2.7Ga)和新元古代(770-830Ma)。
　　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～772Ma，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±3Ma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。

目录

声明

摘要

第一章 导论

1．1．研究背景

1．1．1．超大陆裂解及其时代限定

1．1．2．大陆俯冲和折返

1．1．3．蛇绿岩及其对板块构造的启示意义

1．2．研究现状

1．2．1．大别山超高压正变质岩的新元古代岩浆成因和变质作用及其构造背景

1．2．2．大陆碰撞期间的俯冲陆壳内部拆离与多岩片折返

1．2．3．扬子板块边缘蛇绿岩

1．3．科学问题及研究内容和方法

1．4．主要研究工作及成果概述

第二章 地质背景

2．1．大别山地质背景

2．2．俯冲板块内部拆离解耦与多岩片折返

2．3．新元古代原岩及Rodinia超大陆裂解

2．4．大别造山带内的低级变质岩

第三章 样品处理及分析方法

3．2．全岩Sr-Nd同位素测定

3．3．全岩Pb同位素测定

3．4．锆石U-Pb定年

3．5．锆石Hf同位素和微量元素分析

3．6．矿物的激光拉曼和电子探针分析

第四章 中大别龙井关变基性岩和变质花岗岩的年代学和地球化学

4．1．引言

4．2．样品描述和岩石学

4．3．矿物成分和变质作用

4．4．全岩主微量元素分析结果

4．4．1．变基性岩

4．4．2．低硅变质花岗岩

4．4．3．高硅变质花岗岩

4．5．Sr-Nd-Pb同位素分析结果

4．6．锆石CL图像、矿物包裹体与REE

4．6．1．变基性岩

4．6．2．变质花岗岩和云母-石英片岩

4．7．2．变质花岗岩和云母-石英片岩

4．8．新元古代岩浆成因和变质作用

4．9．小结

第五章 宿松杂岩带的岩石地球化学及锆石年代学

5．1．引言

5．2．里子夕卜产状币口岩相学

5．2．1．变质花岗岩

5．2．2．变基性岩和云母-石英片岩

5．2．3．异剥钙榴岩和蛇纹岩

5．3．全岩主微量元素特征

5．3．1．变基性岩

5．3．2．变质花岗岩

5．4．Sr-Nd-Pb同位素分析结果

5．5．锆石阴极发光图像、U-Pb年龄及REE模式

5．5．1．变质花岗岩

5．5．2．变基性岩和云母-石英片岩

5．5．3．异剥钙榴岩和蛇纹岩

5．6．陆壳岩石的原岩年龄及新元古代变质年龄

5．7．洋壳岩石的中元古代和新元古代年龄及其启示

5．8．宿松杂岩带三叠纪变质年龄

5．9．小结

第六章 中大别与宿松杂岩带新元古代变质花岗岩和变基性岩的区别和联系

6．1．引言

6．2．新元古代变质花岗岩和变基性岩的原岩性质和岩石成因

6．2．1．Sr-Nd同位素

6．2．2．锆石Hf同位素

6．2．3．Pb同位素

6．3．变基性岩和变质花岗岩的成因和大地构造属性

6．3．1．变基性岩

6．3．2．变质花岗岩

6．4．Rodinia超大陆裂解时间的新证据

6．5．对大陆碰撞期间板内拆离和多岩片折返的新的制约

6．6．低级变质岩指示的地质演化过程

第七章结论

参考文献

致谢

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