北大别变质带高温变质作用的证据和时限：龚家岭地区刚玉片麻岩及其围岩的记录.pdf

2023年 7月CHINESEJOURNALOFGEOLOGY地质科学DOI：10.12017/dzkx.2023.04658（3）：8108365彭春蕾810北大别变质带高温变质作用的证据和时限：龚家岭地区刚玉片麻岩及其围岩的记录*彭春蕾1石永红1王娟1侯振辉2腊晓峰1刘晓宇1王智慧1（1.合肥工业大学资源与环境工程学院 合肥230009；2.中国科学技术大学 合肥230026）摘要长期以来，大别造山带的超高压变质作用一直是研究的热点，而有关该造山带的高温或超高温变质作用的研究则相对有限，且主要集中于北大别变质带中残存的特征性岩石榴辉岩和变基性岩，对于普遍发育的长英质和泥质片麻岩的变质属性和时限则极少涉及，制约了人们对该造山带形成与演化过程的充分解读。为此，本次研究以北大别龚家岭地区广泛出露的刚玉片麻岩和含辉石花岗闪长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩为研究对象，展开了详细的野外调查、岩相学、矿物化学分析、热力学评价和年代学研究。研究显示，这些片麻岩经历了麻粒岩相、角闪岩相和绿片岩相 3个阶段的变质作用，温压条件分别为：T=724 762 和 P=0.30.4 GPa；T=586 595 和 P=0.30.4 GPa；T=382 395 和P=0.10.3 GPa，总体显示了近等压降温的特征。其中条件基本达到了高温变质作用范畴，为北大别变质带中普遍发育的片麻岩的主期变质条件。锆石 UPb定年结果显示，刚玉片麻岩具 Group和 Group两组锆石年龄，分别为 70919 Ma67719 Ma和 2072 Ma。含辉石花岗闪长片麻岩则记录了Group、Group和Group等3组锆石年龄，分别为60223 Ma23711 Ma、2174 Ma 和 1925 Ma。结 合 锆 石 CL 图 和 Th/U 比 值 分 析，这 两 个 片 麻 岩 的Group组锆石 Th/U 比均大于 0.1（多数0.4），均为岩浆继承锆石，该年龄反映了早期多岩浆事件。Group组锆石的 Th/U 比均0.1，显示了变质成因特征，其 217207 Ma年龄对应于主期麻粒岩相变质时限。Group组锆石的 Th/U比均0.1，表现变质增生特征，其 192 Ma年龄相当于角闪岩相变质时限。本次研究表明北大别变质带主体经历了浅层次的高温变质作用，缺乏高温超高压变质的“记录”。关键词北大别变质带高温变质作用刚玉片麻岩主期变质条件锆石 UPb定年中图分类号：P588.3，P597文献标识码：A文章编号：0563-5020（2023）03-810-27大别造山带位于中国东部，是由扬子陆块向华北陆块俯冲、碰撞形成的（Cong，1996；Faure et al.，1999，2003），该造山带出露有世界上规模最大、分布最广的超高压变质岩，是探究大陆深俯冲的经典地区。前人对其研究取得了丰硕的研究成果（Zheng et al.，2008，2012，2019，2021a，2021b）。大别造山带自北向南可分为北淮阳*国家自然科学基金项目（编号：41972059）资助。彭春蕾，女，1998年生，硕士研究生，岩石学专业。Email：石永红，男，1968年生，博士，教授，岩石学专业。本文通讯作者。Email：2023-01-09收稿，2023-04-07改回。5彭春蕾3期彭春蕾等：北大别变质带高温变质作用的证据和时限：龚家岭地区刚玉片麻岩及其围岩的记录811浅变质带、北大别变质带、中大别变质带、南大别变质带和宿松杂岩带（Faure et al.，1999，2003；Zheng et al.，2005）（图 1）。目前多数研究都集中于北、中、南大别变质带的超高压变质作用，深部动力学过程和成因机制（Faure et al.，1999，2003；Zheng etal.，2008，2012，2017，2019，2021a，2021b；Lin et al.，2015；Ji et al.，2017）。然而，随着研究的深入，大别造山带的高温超高温变质作用日益成为研究的热点之一（Zhang et al.，1996；Chen et al.，2006；Liu et al.，2007a，2011，2015；Gao et al.，2017；Lei et al.，2019；刘贻灿等，2019）。超高压变质作用通常形成于板块之间挤压体制之下，而高温（750 900）（Pattison et al.，2003；Kelsey and Hand，2015）超高温（900 1 100）（Harley，1998；Brown et al.，2006，2007a，2007b；Kelsey andHand，2015）变质作用反映的是伸展或拉张背景，且该变质作用通常伴随有大量的部分熔融作用，对解析汇聚板块之间的大陆岩石圈演化和地壳分异具有重要的指示意义（Harley，1989；Brown，2001；Sawyer et al.，2011）。显然，明晰大别造山带的超高压图 1大别造山带地质概况简图Fig.1Geological map of the northern Dabie orogenic belt8115彭春蕾地质科学2023年812和高温超高温变质作用的耦合关系是全面理解和透视该造山带形成全过程的基础。大别造山带的高温超高温变质作用主要发育于北大别变质带（Zhang et al.，1996；Chen et al.，2006；Gao et al.，2017；Lei et al.，2019）。Zhang et al.（1996）最初通过对泥质、长英质和镁铁质麻粒岩团块的岩相学和热力学评价，认为北大别变质带整体经历了麻粒岩相变质，峰期变质温压条件为 800 830/1.01.4 GPa。随后，Liu et al.（2005，2007a，2011）通过对北大别残存的榴辉岩团块的年代学和温压条件的研究，认为该单元经历了高温超高压变质，温压条件和时限分别为910 980/4.0 GPa和227222 Ma，并普遍叠加了早侏罗世（199 Ma）麻粒岩相变质作用（900 920/1.11.4 GPa）。Gao et al.（2017）则根据麻粒岩的研究认为其记录了 188 Ma和 127122 Ma的两期麻粒岩相变质，其中后者的温压条件为 738 951/1.0 GPa。此外，Chen et al.（2006）通过对泥质麻粒岩系统的 PT演化研究，确定了古元古代和白垩纪两期超高温变质事件，对应的变质温度分别为 920 980 和 860 920。Lei et al.（2019）则针对混合岩的研究，确定了三叠纪超高温变质作用（900 950）。由此可见，北大别变质单元的高温超高温变质作用记录主要是来自呈透镜状或团块状的麻粒岩和镁铁质岩，而其围岩是否普遍经历高温或超高温变质作用则缺乏明确的定量分析。Zhang et al.（1996）则强调这些麻粒岩相变质的岩石围岩主要为退变质作用过程中叠加了角闪岩相变质作用的正片麻岩。这意味着北大别变质单元的高温或超高温变质作用的普遍性仍需进一步确证。同时，上述年龄对比显示，该单元高温超高温变质作用时限自三叠纪、早侏罗世和白垩纪均有发育，且较为繁杂，这暗示了其时间序列并不清晰，限制了对大别造山带形成过程的充分解读。为此，本次研究针对北大别变质带出露的刚玉片麻岩及其围岩，展开了详细的野外调查、岩相学分析、热力学评价和年代学研究，明确了北大别普遍存在高温变质作用及其时限，并结合前人资料，充分探讨了大别造山带地壳浅部的俯冲折返过程。1研究区地质概况大别造山带有限的高温超高温变质岩主要集中于北大别变质带中（Chen et al.，2006；Tong et al.，2011；Gao et al.，2017；Lei et al.，2019），该变质带位于晓天磨子潭断裂以南，水吼五河断裂以北，其南部为中大别超高压变质带，北部为北淮阳变质带（图 1b）。主要由正片麻岩、混合岩、变基性岩超基性岩和少量麻粒岩、大理岩、含 金 刚 石 榴 辉 岩 构 成（Zhang et al.，1996；Xu et al.，2003，2005；Liu et al.，2007a；Liu et al.，2011；Wang et al.，2012；Chen et al.，2015），被视为高温超高压变质单元（Xu et al.，2003，2005；Zheng et al.，2005，2008；Liu et al.，2007a）。其俯冲和折返的变质年龄在 226170 Ma 之间（Liu et al.，2007a，2007b；Liu et al.，2010；Jian et al.，2012；Wang et al.，2012；Chen et al.，2015），并记录了与环太平洋构造运动相关的白垩纪 145115 Ma的岩浆作用、混合岩化作用和麻粒岩相变质作用（Wang etal.，2007；Wu et al.，2007；Xu et al.，2007；Zhao et al.，2007，2011；He et al.，2011；Chen et al.，2015；Ji et al.，2017）。本次研究区域位于北大别变质单元北端的龚家岭地区（图 1），以晓天磨子潭断裂8125彭春蕾3期彭春蕾等：北大别变质带高温变质作用的证据和时限：龚家岭地区刚玉片麻岩及其围岩的记录813为界，其可分为两部分；北东段为白垩纪火山岩、闪长岩和北淮阳佛子岭群的片岩，该片岩经历角闪岩相的中级变质作用（赵俊先等，2019；王智慧等，2021），峰期变质年龄为 270260 Ma（牛宝贵等，1994；Ratschbacher et al.，2000；唐虎，2022）；西南段为北大别变质带，并被白垩纪花岗岩侵入，是本次研究的重点区域，出露的岩石主要为黑云角闪斜长片麻岩和含辉石花岗闪长片麻岩（图 2a、图 2b），两者呈犬牙交错形图 2龚家岭地区出露的各类岩石a.黑云角闪斜长片麻岩（LD0011）野外照片；b.刚玉片麻岩（LD0021）和含辉石花岗闪长片麻岩（LD0023）野外照片；c.辉石橄榄岩（LD0041）野外照片；d.含辉石花岗闪长片麻岩（LD0023）和石榴斜长角闪岩（LD0031）野外照片；e.石榴斜长角闪岩（LD0031）单偏光照片，由石榴石、角闪石、斜长石、石英、黑云母和钛铁矿组成，角闪石常被由透辉石+斜方辉石+斜长石构成的后成合晶所替代；f.石榴斜长角闪岩（LD0031）正交偏光照片，石英斜长石颗粒边界具尖锐角状的透辉石Amp.角闪石；Grt.石榴子石；Bt.黑云母；Pl.斜长石；Ilm.钛铁矿；Qz.石英；Di.透辉石Fig.2Various kind of rocks exposed in Gongjialing area8135彭春蕾地质科学2023年814式相接触，面理总体倾向北北北东（图 1）。前者主要分布于宋家河小四望山石槽镇和松子尖一带，产状较为平缓，后者沿龚家岭汪家冲一带分布。少量的刚玉片麻岩、辉石橄榄岩、石榴斜长角闪岩呈规模不等的透镜体产出于含辉石花岗闪长片麻岩之中（图 1）。刚玉片麻岩出露规模约 2 m1 m（图 2b）。辉石橄榄岩（样品 LD0041）位于龚家岭北西，范围可达 1 km0.5 km（图 2c）。石榴斜长角闪岩（样品 LD0031）出露宽度可达 550 m（图 2d），主要由石榴子石、角闪石、斜长石、石英、黑云母和钛铁矿组成，角闪石常被由透辉石+斜方辉石+斜长石构成的后成合晶所替代（图 2e），且可见到具尖锐二面角的透辉石存在于斜长石和石英矿物粒间（图 2f），暗示了熔体的存在（Holness and Sawyer，2008；Chen et al.，2013a，2013b，2017）。2分析样品介绍本次共采集样品 16 块，重点分析样品为刚玉片麻岩（LD0021）、含辉石花岗闪长片麻岩（LD0023）和黑云角闪斜长片麻岩（LD0011），其中后两类岩石在北大别变质带普遍发育。矿物化学分析由合肥工业大学资源与环境学院的电子