北大別羅田榴輝巖的巖石地球化學(xué)和同位素年代學(xué).pdf

1、大別山是一個(gè)陸一陸碰撞型造山帶，發(fā)育了與俯沖和折返過(guò)程相關(guān)的不同構(gòu)造巖石單位，其中包括三個(gè)含榴輝巖的巖石單位即通常所說(shuō)的北大別、中大別和南大別。自上世紀(jì)八十年代至今，前人已經(jīng)對(duì)大別造山帶中的超高壓榴輝巖及相關(guān)巖石做了大量的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、同位素年代學(xué)和大地構(gòu)造學(xué)等方面的研究，取得了一些重要成果和突破，如柯石英和金剛石等超高壓變質(zhì)證據(jù)的發(fā)現(xiàn)、超高壓變質(zhì)時(shí)代的確定、造山帶構(gòu)造格架的建立和不同構(gòu)造巖石單位的劃分以及大陸俯沖與折返過(guò)程的確

2、定等。但是這些研究主要集中在南大別和中大別，而對(duì)于北大別，研究則相對(duì)薄弱。而且，以前研究的大別山超高壓變質(zhì)巖石，主要為上地殼及長(zhǎng)英質(zhì)下地殼巖石俯沖變質(zhì)成因。近年來(lái)，在北大別西南部“羅田穹窿”中發(fā)現(xiàn)了鎂鐵質(zhì)下地殼俯沖變質(zhì)成因的榴輝巖，這為研究北大別、中大別和南大別俯沖和差異折返過(guò)程、鎂鐵質(zhì)下地殼巖石在俯沖與折返過(guò)程中的元素和同位素行為以及探討陸殼物質(zhì)的再循環(huán)提供了重要對(duì)象和可能性。因此，本文對(duì)北大別羅田地區(qū)榴輝巖及其退變質(zhì)形成的含石榴子石

3、斜長(zhǎng)角閃巖等進(jìn)行了系統(tǒng)的巖石學(xué)、年代學(xué)、元素和同位素地球化學(xué)等方面的研究，證明它們經(jīng)歷了三疊紀(jì)深俯沖，對(duì)它們的俯沖和折返過(guò)程給予了巖石地球化學(xué)利同位素年代學(xué)制約，探討了其巖石成因、源區(qū)性質(zhì)、俯沖和折返過(guò)程中的元素和同位素行為以及冷卻史。主要研究?jī)?nèi)容和取得的主要成果如下:
　　 1.變質(zhì)巖石學(xué)研究表明，羅田榴輝巖經(jīng)歷了超高壓榴輝巖相、高壓榴輝巖相、麻粒巖相和角閃巖相等多階段變質(zhì)演化過(guò)程。類似于北大別北部，羅田榴輝巖廣泛發(fā)育后成合晶

4、或冠狀體和針狀礦物出溶體等多期減壓退變質(zhì)結(jié)構(gòu)。首次在北大別榴輝巖中發(fā)現(xiàn)柯石英等超高壓變質(zhì)新證據(jù)，結(jié)合單斜輝石中石英+斜長(zhǎng)石+角閃石或石英+紫蘇輝石等和石榴子石中單斜輝石+金紅石+磷灰石±角閃石等針狀礦物出溶體以及富Na石榴子石等的發(fā)現(xiàn)，證明研究區(qū)榴輝巖經(jīng)過(guò)了5～7GPa的超高壓變質(zhì)作用。鑒于北大別北部榴輝巖及片麻巖中已發(fā)現(xiàn)的金剛石等超高壓變質(zhì)證據(jù)，由此證明北大別整體經(jīng)歷了超高壓變質(zhì)作用。但是，不同于中大別和南大別，北大別經(jīng)歷了從超高壓榴

5、輝巖相、高壓榴輝巖相到麻粒巖相疊加等多階段高溫變質(zhì)過(guò)程，并且在折返初期經(jīng)歷了一個(gè)快速折返和緩慢冷卻的過(guò)程。這些成果為大別山三個(gè)含榴輝巖的超高壓巖片差異折返過(guò)程的限定提供了新的巖石學(xué)證據(jù)。
　　 2.通過(guò)鋯石SHRIMPU-Pb定年以及鋯石中礦物包體和微量元素的系統(tǒng)研究，首次準(zhǔn)確限定了北大別超高壓和高壓榴輝巖相變質(zhì)時(shí)代分別為226±2和214±2Ma以及麻粒巖相變質(zhì)時(shí)代為207±4Ma。此外，研究區(qū)榴輝巖還有235±3-243±1

6、5Ma、194±8-199±2Ma和176±2-188±2Ma等多期變質(zhì)鋯石年齡記錄，它們可能分別代表了前進(jìn)變質(zhì)以及兩期角閃巖相退變質(zhì)時(shí)代。盡管大別山三個(gè)含榴輝巖的超高壓巖片具有相似的峰期變質(zhì)時(shí)代，但是它們卻具有不同的變質(zhì)P-Tt軌跡和折返歷史以及峰期變質(zhì)后不同的年代學(xué)記錄;進(jìn)一步證明了三疊紀(jì)華南俯沖陸殼在俯沖到地幔深度和折返的過(guò)程中，陸殼內(nèi)部曾發(fā)生過(guò)多層次地殼拆離、解耦并形成了多個(gè)不同的巖片;提出了北大別俯沖和多階段折返過(guò)程的年代學(xué)證

7、據(jù)。
　　 3.羅田榴輝巖的主、微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素地球化學(xué)研究表明，它們的原巖為來(lái)自于鎂鐵質(zhì)下地殼巖石，主要是輝長(zhǎng)巖，以及少量的玄武巖。羅田榴輝巖表現(xiàn)為低的Pb同位素特征，其206pb/204pbi、207pb/204pbi和208pb/204pbi組成分別為15.217-17.522，15.077-15.540和35.219-38.082，并具有大別山超高壓變質(zhì)巖中目前最低的Pb同位素組成。它們的巖漿來(lái)源鋯

8、石的εHf(790Ma)值卻變化很大，為-9.5—+7.9，并且一個(gè)榴輝巖樣品的全巖εNd(790Ma)為+1.7，這表明它們的原巖來(lái)源于按不同比例混合的地殼物質(zhì)和幔源巖漿而形成的，并分別表現(xiàn)出殼源和虧損幔源性質(zhì)。結(jié)合羅田榴輝巖中發(fā)現(xiàn)有2.15Ga古老地殼的殘留鋯石，證明它們的原巖是由新元古代幔源巖漿侵位過(guò)程中不同程度地混染了古老地殼物質(zhì)而形成的。
　　 4.不同的榴輝巖樣品，表現(xiàn)出明顯的從富集到強(qiáng)烈虧損的輕稀土元素和有關(guān)親石元

9、素變化特點(diǎn)。如，一些樣品顯示出LILE相對(duì)于LREE富集或虧損的特征，還有一些樣品則表現(xiàn)為L(zhǎng)ILE和LREE都強(qiáng)烈虧損，這些表明榴輝巖中元素的活動(dòng)性不僅受到了流體活動(dòng)的影響，也受到了部分熔融的改造，這可能與折返過(guò)程中不同階段的變質(zhì)過(guò)程或特點(diǎn)有關(guān)。角閃巖相退變質(zhì)階段的流體活動(dòng)，既有從圍巖片麻巖中來(lái)的外部流體，也有從榴輝巖自身釋放的內(nèi)部流體，它們分別造成了榴輝巖中的大離了親石元素相對(duì)于輕稀土元素明顯富集和顯著虧損的表現(xiàn)。折返初期麻粒巖相退變

10、質(zhì)階段的減壓熔融作用，造成了部分榴輝巖中LREE和LILE不同程度的虧損。此外，由206±9Ma的全巖Sm-Nd等時(shí)線年齡限定了麻粒巖相退變質(zhì)階段發(fā)生部分熔融的時(shí)間。因此，本研究首次獲得了羅田榴輝巖在折返期間發(fā)生減壓熔融的時(shí)代和地球化學(xué)證據(jù)。
　　 5.榴輝巖中石榴子石+單斜輝石+全巖給出了199±2Ma和174±1-173±7Ma的Sm-Nd等時(shí)線年齡，結(jié)合礦物中Sm-Nd同位素體系在不同條件下的封閉溫度，它們可能記錄了榴輝巖

11、折返到不同地殼深度的時(shí)代，限定了羅田榴輝巖折返過(guò)程中的冷卻速率;而角閃石Ar-Ar定年和金紅石U-Pb定年則給出了較為一致的121.8±1.1-135.1±11.7Ma白堊紀(jì)年齡，表明研究區(qū)榴輝巖受到了燕山期熱事件的強(qiáng)烈影響。結(jié)合鋯石U-Pb年代學(xué)研究，大致勾繪出羅出榴輝巖在折返過(guò)程中的冷卻曲線，表明羅田榴輝巖在折返早期經(jīng)歷了一個(gè)近等溫減壓階段，然后是快速降溫、緩慢抬升的過(guò)程，而后又是緩慢減溫、減壓的階段，在早白堊紀(jì)可能因大別山造山帶的