阿尔金超高压变质带的特征综述

西北大学地质学系研究生综述性课程成绩单学生姓名胡洋类别科学硕士专业矿物学、岩石学、矿床学年级2013课程名称高级岩石学任课教师赖绍聪、张成立学时72学分4课程成绩（百分制）教师评语：任课教师签名：年月日教师注意事项：1、课程总成绩应基本符合正态分布；2、若有两种（及以上）方式进行综合考核，需明确各部分所占比例；3、评语中应指出该份作业的特点与不足。阿尔金超高压变质岩带的综述摘要：中国西部祁连山柴北缘地区和南阿尔金地区存在一条被阿尔金断裂错开400km,但构造上相连的早古生代超高压变质带，以含少量榴辉岩、石榴橄榄岩和含柯石英的片麻岩为特征。区域构造背景、高压变质岩石的变质历史及顺时针型P-T轨迹和年代学研究表明,这些高压变质岩石的形成应与板块俯冲、碰撞活动有关,它们分别代表显生宙初塔里木板块东南缘的两次俯冲-碰撞活动。这一成果为阐明阿尔金左行走滑断裂系的早期演化及板块增生提供了重要依据。关键词：高压-超高压变质作用阿尔金俯冲作用折返作用1前言超高压变质作用是在柯石英稳定条件下进行的榴辉岩相变质作用(ColemanRG.1995)，因此柯石英的存在与否被许多学者作为超高压变质的主要标志。近年来30年来高压-超高压变质作用已逐渐成为国际地质学界持续研究的热点和前缘(张建新等，2002)。高压-超高压变质带记录了地壳物质从俯冲到折返的动力学全过程，是古板块汇聚边界及古板块俯冲和大陆碰撞的重要标志。近年来我国西部阿尔金-柴北缘-北秦岭等地区,先后发现有超高压变质岩石-榴辉岩出露,并确定其主体是早古生代陆壳深俯冲作用的产物,部分岩石代表的俯冲深度可达＞200或＞350km的地幔深度（刘良等，2009）。这和世界上已发现的许多高压-超高压变质带很相似,因此越来越多的人开始致力于寻找该地区高压-超高压变质的证据。中国西部已成为国际高压-超高压变质带研究的又一个热点地区。对于该地区的高压-超高压变质带目前存在两种观点：①张建新和杨经绥等认为阿尔金和柴北缘属于同一条早古生代的HP-UHP压变质带，只是被巨型的走滑断裂（阿尔金断裂）所切割（张建新等，2002；张建新等，2007，杨经绥等，2009；杨经绥等，2003），并可能向东延伸，与北秦岭HP-UHP变质岩带构成一条大的HP-UHP变质带。其俯冲折返机制更可能跟阿尔金走滑断裂有关；②刘良等认为阿尔金-柴北缘-北秦岭三地HP-UHP变质带不属于同一条变质带，其形成于多陆块或弧陆之间的对接碰撞有关（刘良等，2009；张安达等，2004；刘良等，2002）。本文旨在总结近几十年来阿尔金地区高压-超高压变质作用研究的现状和新的进展，并结合柴北缘和北秦岭相关地区的研究，探讨阿尔金高压-超高压变质带的大陆俯冲、折返机理、动力学过程以及构造背景。2区域地质背景阿尔金断裂构造带（图1）位于我国西部甘肃、青海和新疆三省的交界处，青藏高原的东北缘，是中国西部主要构造单元的衔接地带，具有很重要的大地构造意义。它早期经历了古板快或地块相互俯冲-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的地质体所组成的复合造山带（车子成等，1985；刘良等，1996a；许志琴等，1999）。阿尔金-祁连-柴北缘被阿尔金断裂分开，断裂以东为祁连-柴北缘地区，呈NWW-SEE走向，北侧为河西走廊，南侧为柴达木盆地，东接秦岭造山带。阿尔金断裂以西为图1阿尔金山-祁连山-柴北缘地区地质背景和构造岩石单元（引自张建新，2007）阿尔金山的主体，北邻塔里木盆地，其山体主要呈NWW-SEE展布，但地质体内构造线主要呈EW向展布(张建新等，2007)。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、南阿尔金俯冲杂岩带（刘良等，2009）。其中南阿尔金俯冲杂岩带又可以分为南阿尔金高压-超高压变质带（刘良等，2002,2004,2005,2007a，b，2009,2012；张安达等，2004,2005；曹玉婷等，2009）和南阿尔金蛇绿构造混杂岩带（刘良等，1998；杨文强等，2012；李向明等，2009）两部分。南阿尔金高压-超高压变质带主要呈透镜体状分布在西段江尕嘞萨依、清水泉和中段英格利萨依三个地区的阿尔金岩群中（图2）（刘良等，2009）。目图2阿尔金造山带地质构造简图及南阿尔金高压-超高压变质岩石的分布（引自刘良等，2013）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冈质片麻岩等5中岩石类型（刘良等，2002，2003，2005，2007），高压岩石主要为不同成分的高压麻粒岩相岩石（曹玉婷等，2009）。依据含钾长石的石榴子石辉石岩中石榴子石出溶单斜辉石+金红石（刘良等，2001，2002，2005）以及榴辉岩中金红石出溶钛铁矿（刘良等，2004b）等研究，确定其俯冲深度达到＞200km的地幔深度。LA-ICP-MS或SHRIMP原位微区锆石U-Pb定年结果表明该地区HP-UHP变质岩带形成时代为475~509Ma的早古生代（刘良等，2009）。3超高压变质岩的形成及折返动了学研究3.1阿尔金超高压变质岩的形成从俯冲环境的角度来说，早期多数研究者将造山带中的榴辉岩分为两种类型：大洋俯冲型(Fransiscan型)和大陆俯冲型（阿尔卑斯型），前者与洋壳岩石圈的俯冲和消减有关，变质温度较低，原岩为洋壳火山岩，一般未经历超高压变质，以Fransiscan带和中国北祁连榴辉岩为代表（Ernst，1970；Wuetal，1993）;后者与陆壳俯冲和陆陆碰撞有关，原岩多为陆壳成因的侵入体，长成透镜状分布于长英质片麻岩、泥质片麻岩及大理岩等陆壳性质的变质岩石中，变质温度较高，并可出现金刚石和柯石英的超高压榴辉岩，典型的中国大别-苏鲁高压变质岩带（Ernst&Liou1995）。但近两年来，随着研究工作的深入，人们在典型的洋壳俯冲榴辉岩中也发现了超高压变质的证据（张立飞等，2002；Parksionetal，1998），表明洋壳俯冲形成的超高压岩石也可以折返到地表。因此深俯冲板块的研究和确定是超高压变质作用动力学研究的核心问题。目前，刘良、张安达等人根据地球化学以及锆石U-Pb同位素定年结果研究得出阿尔金中段英格利萨伊地区已发现和确定石榴子石二辉橄榄岩、含石榴子石花岗质片麻岩和片麻状含钾长石石榴子石辉石岩三种类型的超高压岩石为陆壳深俯冲作用的产物（刘良等，2002，2003，2005；张安达等，2004）。而阿尔金江尕嘞萨依地区的超高压榴辉岩原岩具有洋壳性质，围岩却又是一套亲陆源的岩石组合。张安达等从年代学上解释江尕嘞萨依地区的超高压榴辉岩的形成是先期就位于陆壳之中的古洋壳后来随陆壳一起发深俯冲作用（张安达等，2006）。两地区研究结果综合起来可以表明阿尔金南缘的超高压带的形成是陆壳深俯冲作用的产物，初步认为南阿尔金洋向北俯冲拖拽其南侧的亲扬子地块属性的部分新元古代陆壳物质在~500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用，并在之后的~450Ma和~420Ma经历两期抬升（刘良等，2013）。3.2阿尔金折返机制和动力学研究关于超高压岩石的折返机制一直是国际上的讨论热点，已经提出的折返机制包括浮力说、内角回流说、后造山拉张说、垫托锲张裂说、俯冲带顶举剥蚀说等等（从柏林等，1994）。新近郑永飞等提出的俯冲隧道模型为解释地壳俯冲折返过程中板片之间的地球化学迁移提供了动力学格架（郑永飞等，2013）。俯冲隧道指的是汇聚板块边缘上下两个板块之间的剪切带。俯冲板块表层的低粘滞度角粒流可以将地壳物质运移到地幔深度，又可以使地壳物质返到地表。大陆地壳在俯冲过程中其上部和下部之间可以在不同深度发生拆离作用，拆离的地壳可以沿俯冲隧道折返到地壳浅部层位（ZhengYF，2012）。不同等级的变质岩石在大陆碰撞造山带产出的表明，俯冲大陆地壳在不同深度发生拆离和折返。柯石英和金刚石这类超高压变质指示矿物在表壳变质岩中的产出表明，大陆地壳俯冲到100km~200km深的地幔深度后才发生拆离（郑永飞等，2013）。目前对于阿尔金-柴北缘-北秦岭地区的高压-超高压变质岩带折返机制存在着两种主要的观点：①杨经绥等认为阿尔金走滑断裂对于深部物质的快速折返起到制约作用。阿尔金走滑断裂带走滑过程伴随的隆升作用可能为阿尔金和柴北缘高岩变质岩带的折返和出露地表做出了贡献，其中阿尔金断裂起到了类似剪刀型断裂的作用（杨经绥，李海兵等，2006；杨经绥、许志琴等，2009）。并提出了汇聚板块边界深部地幔物质折返的“斜向挤出”和“沿岩石圈板片的多层隧道的多重、多片挤出”的两种折返模式；②刘良等认为南阿尔金洋向北俯冲拖拽其南侧的亲扬子地块属性的新元古代陆壳物质是形成阿尔金高压变质岩带的可能原因。刘良等的观点，更趋向是由于区域性的板块活动为高压-超高压变质岩的俯冲折返提供了动力。4阿尔金-柴北缘超高压变质岩带之间的关系对于阿尔金和柴北缘超高压变质岩带是否属于同一条变质岩带，前人的研究有不同的观点。许志琴等（1999）提出阿尔金南缘和柴北缘以榴辉岩为主的超高压变质岩石可能是被新生带的阿尔金左行走滑断裂带切割、错移的同一条超高压变质岩带。杨经绥等（2002）又进一步提出沿中国大陆中央造山带起阿尔金-柴北缘-北秦岭-大别-苏鲁存在一条横贯东西的长近4000km的巨型加里东期高压-超高压变质岩带（杨经绥、许志琴等，2002）。而刘良等认为阿尔金-柴北缘-北秦岭高压-超高压变质岩带不属于同一条变质岩带。南阿尔金高压-超高压变质岩带的变质峰期变质时代集中在505~480Ma，退变质时代为~450Ma；北秦岭大陆俯冲深俯冲形成的高压-超高压变质岩石变质时代集中在514~485Ma，两期退变质时代分别为~450Ma和~420Ma；柴北缘高压-超高压变质岩的峰期变质时代为457~420Ma，退变质时代为427~397Ma（刘良等，2013）。显然柴北缘的变质和退变质时代明显滞后于南阿尔金和北秦岭30~80Ma。再结合地球化学以及其他研究得出南阿尔金、柴北缘和北秦岭三地高压-超高压变质岩带形成可能是早古生代时期多陆块不同时俯冲-碰撞的产物（刘良等，2013；曹玉婷等，2013；张安达等，2006）。5讨论与结论上述资料表明,阿尔金构造带存在岩石类型和矿物组合不同的南北两条高压变质岩带,北带高压变泥质岩石是在约550℃和1.4～2.0GPa的低温高压变质条件下形成的,上限年龄约为570Ma,又遭受了约527Ma或479Ma退变质作用的改造；南带榴辉岩带形成于约660℃～830℃和1.40～1.85GPa,上限年龄约519Ma。二者具有形态类似的顺时针降压的P-T轨迹,说明其形成应是显生宙初区内先后两次板块俯冲碰撞作用的产物。结合区域地质背景资料分析,本文初步分析认为阿尔金高压变质岩带产出的构造环境可能是：在显生宙初,由于塔里木板块与柴达木微板块碰撞,后者向前者之下连续俯冲,先后把表壳沉积物和一部分基性火山岩带到50～80km深处并在那里发生高压变质,在俯冲带后退的后续构造事件中隆起并逆冲到地表,从而构成南北两条高压变质岩带,中—新生代以来在阿尔金断裂系明显的左行走滑活动中,又受到进一步改造。阿尔金山北部低温高压变质岩带和南部榴辉岩带的确定,自然使人联想到它们与北祁连蓝片岩带以及柴北缘榴辉岩带的关系究竟如何？本文对此尚不能作出肯定的回答。但是,阿尔金北部高压变质岩带的低温高压变质特征、属泥质岩石或含钙泥质岩石的原岩属性、以及形成于显生宙早期等特征,与北祁连的蓝片岩带(Wuetal.,1993)虽有差别,但也有较多的类似之处；阿尔金南部榴辉岩的特征矿物组合、变质条件及形成时代与柴北缘榴辉岩(YangJingsuietal,1998)亦有较多的共同之处。因此,在中—新生代阿尔金左行走滑断裂发生之前,不能排除阿尔金山主体是祁连造山带的西延。如果能进一步证实这一点,对估算阿尔金左行断裂系的走滑距离和恢复阿尔金山早期的构造演化历史具有重要意义。参考文献：Colema