Microsoft Word wyl-2.doc

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word wyl-2.doc"

洪骅巫
5 years ago
Views:

进展 2013 年第 58 卷第 22 期 :2107 ~ 2112 www.scichina.

edu.cn 2013-06-25 收稿, 2013-07-15 接受, 2013-07-29 网络版发表国家重点基础研究发展计划 (2009CB825007) 和国家自然科学基金 (41121062, 41272069) 资助摘要总结了近年来有关新疆西南天山超高压变质带研究取得的进展.

1 进展 2013 年第 58 卷第 22 期 :2107 ~ csb.scichina.com 中国科学杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 新疆西南天山超高压变质带的空间分布峰期变质时代和 P-T 轨迹特征张立飞 *, 杜瑾雪, 吕增, 杨鑫, 苟龙龙, 夏彬, 陈振宇, 魏春景, 宋述光造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学地球与空间科学学院, 北京 * 联系人, lfzhang@pku.edu.cn 收稿, 接受, 网络版发表国家重点基础研究发展计划 (2009CB825007) 和国家自然科学基金 ( , ) 资助摘要总结了近年来有关新疆西南天山超高压变质带研究取得的进展. 根据新发现的柯石英矿物包体, 结合以前报道的一些超高压变质矿物学证据, 在西南天山蓝片岩 - 榴辉岩带中确定了长约 80 km, 宽 10 km 以上的超高压变质带, 这是目前出露规模最大的洋壳岩石深俯冲超高压变质带, 并确定了其由南向北的俯冲带极性. 对含有柯石英的石榴石云母片岩中变质生长锆石边的定年, 获得超高压变质时代为 320±3.7 Ma, 结合退变榴辉岩中获得的 233~226 Ma 变质边锆石的时代, 确定了其退变过程经历了漫长的变质演化. 根据详细的岩石学相平衡模拟计算, 确定了西南天山含柯石英榴辉岩和石榴石多硅白云母片岩的 P-T 轨迹都具有热弛豫特征, 即温度峰值期滞后于压力的峰值期, 表明超高压变质岩石在俯冲通道中经历了缓慢的长时间的升温减压抬升过程. 根据少量的榴辉岩透镜体包裹于大面积的云母片岩中的野外产状特征, 而且含柯石英榴辉岩和云母片岩都具有相似的 P-T 轨迹, 提出了西南天山超高压变质榴辉岩的抬升可能是由于大面积的低密度的云母片岩抬升折返过程中把密度较大的榴辉岩携带到地表的新认识. 关键词洋壳深俯冲超高压变质带柯石英峰期变质时代 P-T 轨迹新疆西南天山 [1,2] 自 Zhang 等人在榴辉岩中报道了柯石英假象和绿辉石的石英出熔条纹以及变质成因的菱镁矿, 提出了新疆西南天山榴辉岩经历了超高压变质作用的认识以来, 曾引起学者们的广泛讨论 [3,4]. 后来又 [5] 相继发现了超高压变质碳酸盐矿物分解反应和绿辉石中的柯石英出熔条纹 [6], 直到近年在榴辉岩及其围岩白云母片岩中都发现了保存完好的柯石英包体 [7~11], 西南天山超高压变质带才得以最终确定. 本文扼要地总结了近年来有关西南天山超高压变质带研究取得的一些重要进展, 确定了其野外空间分布峰期变质时代及其 P-T 轨迹特征, 提出了西南天山超高压变质榴辉岩缓慢升温减压折返的抬升机制. 1 西南天山洋壳深俯冲超高压变质带的野外空间分布西南天山榴辉岩 - 蓝片岩带是中亚南天山造山带的主要组成部分, 由塔里木板块向伊犁 - 中天山板块俯冲碰撞形成的. 该变质带呈楔形, 近北东东 - 南西西向延伸, 在中国境内长约 200 km. 北部以南天山断裂与中天山地块隔开, 南部与早古生代浅变质碳酸盐地层相邻. 该变质带由榴辉岩蓝片岩石榴石云母片岩大理岩和少量蛇纹岩等所组成. 云母片岩为主体岩石, 其成分在区域上变化较大, 有泥质长英质钙质以及少量基性片岩等. 榴辉岩和蓝片岩呈团引用格式 : 张立飞, 杜瑾雪, 吕增, 等. 新疆西南天山超高压变质带的空间分布峰期变质时代和 P-T 轨迹特征. 科学通报, 2013, 58: 英文版见 : Zhang L F, Du J X, Lü Z, et al. A huge oceanic-type UHP metamorphic belt in southwestern Tianshan, China: Peak metamorphic age and P-T path. Chin Sci Bull, 2013, 58, doi: /s x

2 2013 年 8 月第 58 卷第 22 期块状透镜状或层状零星产于片岩中. 目前在西南天山长约 80 km, 宽 10 km 以上的地带都发现了超高压变质矿物, 它们分别是 : (1) 最早报道的巨型块状榴辉岩体中石榴石的具有多晶集合体和明显的放射状裂纹的柯石英假象 [1] ( 图 1 中的 (i)); (2) 几乎在同一个榴辉岩体的东侧榴辉岩中巨晶绿辉石的柯石英出熔条纹 [6] ( 图 1 中的 (ii)); (3) 哈布腾苏一带云母片岩中的柯石英包体和假象 [7,12] ( 图 1 中的 (iii)); (4) 哈布腾苏榴辉岩中的柯石英 [8] ( 图 1 中的 (iv)); (5) 阿坦塔依入口处的榴辉岩中的柯石英 [9,10] ( 图 1 中的 (v)); (6) 阿坦塔依河上游的钠长云母片岩的柯石英 [9] ( 图 1 中的 (v)); (7) 科普尔特河入口处石榴石云母片岩中的柯石英 [11] ( 图 1 中的 (vi)); (8) 木扎尔特峰脚下的泥质岩石中的碳酸盐矿物分解反应 [5] ( 图 1 中的 (vii)). 西南天山榴辉岩是典型的冷俯冲变质形成的含有硬柱石的低温榴辉岩 [17], 虽然发现了这些超高压变质的直接矿物学证据, 但相对于大别 - 苏鲁中温超高压变质榴辉岩 (>600 ), 柯石英的含量还是非常稀少的, 这主要是因为西南天山这种低温榴辉岩含有大量的含水矿物, 非常强烈的后期蓝片岩相退变质作用叠加使得超高压变质矿物难以保留 [13,14~18]. 根据岩石学相平衡模拟计算, 以泥质岩石为例, 开展了 P-T 视剖面填图工作, 即在具有相似的泥质原岩中变质形成的石榴石成分环带可以记录不同地质体所经历的不同温压条件, 再结合已经发现的一些柯石英包体或者假象, 以哈布腾苏和阿克牙孜 2 个剖面为基础, 我们初步在西南天山榴辉岩 - 蓝片岩带的北侧确定了东西长约 [9,15] 80 km, 南北宽 10 km 以上的超高压变质地带 ( 图 1), 它是西阿尔卑斯最早报道的 Zermatt-Saas 的长约 20 km 的洋壳超高压变质带的 3~4 倍, 因此西南天山超高压变质带是目前出露规模最大的洋壳深俯冲超高压变质带. 根据西南天山高压 - 超高压变质带由南向北的俯冲带极性 [15], 并结合在超高压变质带北侧的低压高图 1 新疆西南天山超高压变质带空间分布图 (a) 及其由南向北的俯冲碰撞构造模式图 (b) 据文献 [8,13~16] 修改 2108

3 进展温泥质麻粒岩中独居石的 U-Th-Pb 定年, 获得其变质加权平均年龄为 320±3.7 Ma[11](图 2(a), (b)). 虽然在时代为 280±8 Ma[19], 与之相伴随的同俯冲花岗质岩变质边中没有发现确切的柯石英包体, 但多硅白云石(333±3~26±3 Ma)和碰撞后花岗岩(293±3~294±2.2 母和金红石矿物包体在锆石变质边中比较普遍, 另 [20], 进一步外该石榴石多硅白云母片岩的相平衡模拟显示其峰论证了新疆西南超高压变质带由南侧的塔里木板块期变质温压条件为 565 和 29 kbar[11](1 bar=105 Pa, Ma)以及 S 型花岗岩(266±13~278±3 Ma) 向伊犁 -中天山板块俯冲碰撞的双变质带成因模式余同), 因此, 我们认为 320±3.7 Ma 的变质年龄应该 (图 1(b)). 代表其峰期变质时代, 与超高压变质榴辉岩中石榴 2 石-绿辉石的 Lu/Hf 等时线年龄 326.9±1.3 Ma 是一致超高压变质作用时代的 [21]. 西南天山榴辉岩峰期变质时代一直是个争议在含有柯石英包体的石榴石多硅白云母片岩(石很大的问题, 曾开展了各种方法的定年测试工作, 榴石 10%, 多硅白云母 35%, 石英 43%, 绿泥石 5%, 包括 Ar/Ar 法, Rb/Sr, Sm/Nd, Lu/Hf 等时线法和原位钠云母 3%, 钠长石 2%, 黝帘石 1%)中分选出了具有锆石 U-Pb 定年等, 报道的变质年龄变化于 415~226 变质生长边的锆石(图 2(c)), 13 个锆石变质生长边的 Ma 之间 [21], 而超高压变质 320±3.7 Ma 年龄与近图2 新疆西南天山含柯石英多硅白云母片岩锆石 U-Pb 同位素谐和曲线图((a), (b)), 具有变质边锆石的 CL 照片(c)和柯石英包体(d) 据文献[11]修改. Grt, 石榴子石; Coe, 柯石英; Qz, 石英 2109

4 2013 年 8 月第 58 卷第 22 期年定年得到的 310~320 Ma 的年龄值基本是一致的 [22~24] 3. 过程中同时降温降压. 近年来, 特别是在石榴石变斑晶中识别出了保存完好的柯石英之后, 发现柯石英包体主要出现在具有进变质成分环带的石榴石的幔超高压变质作用 P-T 轨迹特征部, 而不是镁铝榴石组分含量最高的边部(图 3(a), 造山带中高压超高压变质岩石 P-T 轨迹记录了 (b))[7,8]. 根据详细的相平衡模拟计算, Lü 等人 [8]提出俯冲碰撞造山动力学演化过程, 是研究俯冲碰撞造了西南天山含柯石英榴辉岩的 P-T 轨迹具有热弛豫山带构造演化的关键. 最早的岩石学研究提出了西 (thermal relaxation)特征, 即俯冲板块快速俯冲首先南天山榴辉岩的 P-T 轨迹具有发卡状(hair pin)特压力达到最高值出现了柯石英, 抬升折返过程中温征 [1,25,26], 即温度和压力同时到达最高点, 然后抬升图3 度才达到了最高值(图 3(e), (f)). 同时, Wei 等人 [12]对西南天山含柯石英榴辉岩的岩石学特征及其变质演化据文献[8]修改. (a), (b) 石榴石中的柯石英出现在靠近边部的幔部, 石榴石的成分显示进变质环带; (c), (d) 石榴石中柯石英包体及其 Raman 光谱图; (e) 相平衡模拟计算的 P-T 视剖面; (f) 其 P-T 轨迹具有热弛豫特征, 压力的最高点出现柯石英时的温度为 450 左右(阶段 II: 峰期柯石英榴辉岩相), 而退变质压力降到 20 kbar 时的温度升高到 550 左右(阶段 III: 退变石英榴辉岩相)和 500, 10 kbar 的绿帘角闪岩相(阶段 IV) 2110

5 进展图 4 西南天山超高压变质带具有热弛豫特征的变质作用 P-T-t 轨迹含有柯石英假象的变质泥质岩石的相平衡模拟计算, 也得到了相似的具有热弛豫特征的 P-T 轨迹. 这种具有热弛豫特征的变质作用 P-T 轨迹表明, 西南天山超高压变质榴辉岩及部分云母片岩的折返经历了缓慢的长时间的抬升过程, 折返的速度小于来源于上覆板块一侧的热恢复速度, 这与其记录了从 320~240 Ma 长时间的退变过程是一致的 ( 图 4). 这种缓慢的长时间的抬升折返过程的 P-T 轨迹与典型的大陆深俯冲超高压变质带, 如大别 - 苏鲁超高压变质带等明显不同, 进一步说明超高压变质的洋壳, 由于其具有更大的密度, 因此其抬升折返经历了缓慢的过程, 这也说明了为什么超高压变质的洋壳俯冲带出露很少的原因, 因为它们很难折返到地表. 进而根据含柯石英榴辉岩和含柯石英的云母片岩都具有相似的热弛豫特征的 P-T 轨迹, 提出了导致西南天山超高压变质带抬升的主要原因可能是由大面积的低密度的云母片岩抬升折返过程中的浮力作用, 提出了低密度的泥质片岩浮力抬升过程中把密度较大的榴辉岩透镜体一起挟带到地表的认识 [7,8,12,27]. 4 结语西南天山超高压变质带是目前出露规模最大的洋壳深俯冲超高压变质带, 它东西约长 80 km, 南北最大宽度 10 km 以上. 其峰期超高压变质时代为 320±3.7 Ma, 具有温度最高值滞后于压力最高值的热弛豫的变质作用 P-T 轨迹特征, 其抬升折返过程中温度升高约 100, 锆石 U-Pb 同位素定年表明它们抬升退变质过程持续了约 60~80 Ma. 含柯石英榴辉岩和石榴石多硅白云母片岩都具有相似的 P-T 轨迹, 表明西南天山超高压变质带的抬升折返过程可能经历了由于大面积低密度的泥质片岩浮力抬升过程中把密度较大的榴辉岩一起携带到地表的抬升折返过程. 致谢感谢郑永飞院士的邀稿. 参考文献 1 Zhang L F, Ellis D J, Jiang W B. Ultrahigh-pressure metamorphism in western Tianshan, China: Part I. Evidence from inclusions of coesite pseudomorphs in garnet and from quartz exsolution lamellae in omphacite in eclogites. Am Miner, 2002, 87:

6 2013 年 8 月第 58 卷第 22 期 2 Zhang L F, Ellis D J, Williams S, et al. Ultra-high pressure metamorphism in western Tianshan, China: Part II. Evidence from magnesite in eclogite. Am Miner, 2002, 87: Klemd R. Ultrahigh-pressure metamorphism in eclogites from the western Tianshan high-pressure belt (Xinjiang, western China) Comment. Am Miner, 2003, 88: Zhang L F, Ellis D, Williams S, et al. Ultrahigh-pressure metamorphism in eclogites from the western Tianshan, China Reply. Am Miner, 2003, 88: Zhang L F, Ellis D J, Arculus R J, et al. Forbidden zone subduction of sediments to 150 km depth The reaction of dolomite to magnesite plus aragonite in the UHPM metapelites from western Tianshan, China. J Metamorph Geol, 2003, 21: Zhang L F, Song S G, Liou J G, et al. Relict coesite exsolution in omphacite from Western Tianshan eclogites, China. Am Miner, 2005, 90: Lü Z, Zhang L F, Du J X, et al. Coesite inclusions in garnet from eclogitic rocks in western Tianshan, northwest China: Convincing proof of UHP metamorphism. Am Miner, 2008, 93: Lü Z, Zhang L F, Du J X, et al. Petrology of coesite-bearing eclogite from Habutengsu Valley, western Tianshan, NW China and its tectonometamorphic implication. J Metamorph Geol, 2009, 27: 吕增, 张立飞. 西南天山阿坦塔义一带片岩和榴辉岩中的柯石英. 科学通报, 2012, 57: Lü Z, Zhang L F, Du J X, et al. Petrology of HP metamorphic veins in coesite-bearing eclogite from western Tianshan, China: Fluid processes and elemental mobility during exhumation in a cold subduction zone. Lithos, 2012, 136: Yang X, Zhang L, Tian Z, et al. Petrology and U-Pb zircon dating of coesite-bearing metapelite from the Kebuerte Valley, western Tianshan, China. J Asian Earth Sci, 2013, 70-71: Wei C J, Wang W, Clarke G L, et al. Metamorphism of high/ultrahigh-pressure pelitic-felsic schist in the south Tianshan orogen, NW China: Phase equilibria and P-T path. J Petrol, 2009, 50: 张立飞, 艾永亮, 李强, 等. 新疆西南天山超高压变质带的形成与演化. 岩石学报, 2005, 21: Zhang L F, Ai Y L, Song S G, et al. A brief review of UHP meta-ophiolitic rocks, southwestern Tianshan, western China. Int Geol Rev, 2007, 49: Lü Z, Bucher K, Zhang L, et al. The Habutengsu metapelites and metagreywackes in western Tianshan, China: Metamorphic evolution and tectonic implications. J Metamorph Geol, 2012, 30: Zhang L F, Ai Y L, Li X P, et al. Triassic collision of western Tianshan orogenic belt, China: Evidence from SHRIMP U-Pb dating of zircon from HP/UHP eclogitic rocks. Lithos, 2007, 96: Du J X, Zhang L F, Lu Z, et al. Lawsonite-bearing chloritoid-glaucophane schist from SW Tianshan, China: Phase equilibria and P-T path. J Asian Earth Sci, 2011, 42: 张立飞, 吕增, 张贵宾, 等. 大洋型超高压变质带的地质特征及其研究意义 : 以西南天山柴北缘超高压变质带为例. 科学通报, 2008, 53: 苟龙龙, 张立飞. 新疆西南天山木扎尔特河一带低压泥质麻粒岩岩石学特征独居石 U-TH-Pb 定年及其地质意义. 岩石学报, 2009, 25: Gou L L, Zhang L F, Tao R B, et al. A geochemical study of syn-subduction and post-collisional granitoids at Muzhaerte River in the Southwest Tianshan UHP belt, NW China. Lithos, 2012, 136: Zhang L F, Du J X, Shen X J. The timing of UHP-HP eclogitic rocks in Western Tianshan, NW China: The new SIMS U-Pb zircon dating, Lu/Hf and Sm/Nd isochron ages. In: Abstracts of the 8th International Eclogite Conference Su W, Gao J, Klemd R, et al. U-Pb zircon geochronology of Tianshan eclogites in NW China: Implication for the collision between the Yili and Tarim blocks of the southwestern Altaids. Eur J Mineral, 2010, 22: Li Q L, Lin W, Su W, et al. SIMS U-Pb rutile age of low-temperature eclogites from southwestern Chinese Tianshan, NW China. Lithos, 2011, 122: Klemd R, John T, Scherer E E, et al. Changes in dip of subducted slabs at depth: Petrological and geochronological evidence from HP-UHP rocks (Tianshan, NW-China). Earth Planet Sci Lett, 2011, 310: Gao J, Klemd R, Zhang L F, et al. P-T path of high-pressure/low-temperature rocks and tectonic implications in the western Tianshan Mountains, NW China. J Metamorph Geol, 1999, 17: 张立飞, 高俊, 艾克拜尔, 等. 新疆西天山低温榴辉岩相变质作用. 中国科学 D 辑 : 地球科学, 2000, 30: Tian Z L, Wei C J. Metamorphism of ultrahigh-pressure eclogites from the Kebuerte Valley, South Tianshan, NW China: Phase equilibria and P-T path. J Metamorph Geol, 2013, 31:

Microsoft Word doc

Microsoft Word doc 进展 2013 年第 58 卷第 22 期 :2159 ~ 2164 www.scichina.com csb.scichina.com 中国科学杂志社 SCIENCE CHINA PRESS 高压 - 超高压榴辉岩的峰期矿物组合与 P-T 条件模拟魏春景 *, 田作林, 张立飞造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871 * 联系人, E-mail: