北大別羅田榴輝巖的巖石地球化學和同位素年代學.pdf

1、大別山是一個陸一陸碰撞型造山帶，發(fā)育了與俯沖和折返過程相關的不同構造巖石單位，其中包括三個含榴輝巖的巖石單位即通常所說的北大別、中大別和南大別。自上世紀八十年代至今，前人已經對大別造山帶中的超高壓榴輝巖及相關巖石做了大量的巖石學、巖石地球化學、同位素年代學和大地構造學等方面的研究，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證據的發(fā)現、超高壓變質時代的確定、造山帶構造格架的建立和不同構造巖石單位的劃分以及大陸俯沖與折返過程的確

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

3、斜長角閃巖等進行了系統(tǒng)的巖石學、年代學、元素和同位素地球化學等方面的研究，證明它們經歷了三疊紀深俯沖，對它們的俯沖和折返過程給予了巖石地球化學利同位素年代學制約，探討了其巖石成因、源區(qū)性質、俯沖和折返過程中的元素和同位素行為以及冷卻史。主要研究內容和取得的主要成果如下:
　　 1.變質巖石學研究表明，羅田榴輝巖經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演化過程。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結構。首次在北大別榴輝巖中發(fā)現柯石英等超高壓變質新證據，結合單斜輝石中石英+斜長石+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，證明研究區(qū)榴輝巖經過了5～7GPa的超高壓變質作用。鑒于北大別北部榴輝巖及片麻巖中已發(fā)現的金剛石等超高壓變質證據，由此證明北大別整體經歷了超高壓變質作用。但是，不同于中大別和南大別，北大別經歷了從超高壓榴

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過程，并且在折返初期經歷了一個快速折返和緩慢冷卻的過程。這些成果為大別山三個含榴輝巖的超高壓巖片差異折返過程的限定提供了新的巖石學證據。
　　 2.通過鋯石SHRIMPU-Pb定年以及鋯石中礦物包體和微量元素的系統(tǒng)研究，首次準確限定了北大別超高壓和高壓榴輝巖相變質時代分別為226±2和214±2Ma以及麻粒巖相變質時代為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等多期變質鋯石年齡記錄，它們可能分別代表了前進變質以及兩期角閃巖相退變質時代。盡管大別山三個含榴輝巖的超高壓巖片具有相似的峰期變質時代，但是它們卻具有不同的變質P-Tt軌跡和折返歷史以及峰期變質后不同的年代學記錄;進一步證明了三疊紀華南俯沖陸殼在俯沖到地幔深度和折返的過程中，陸殼內部曾發(fā)生過多層次地殼拆離、解耦并形成了多個不同的巖片;提出了北大別俯沖和多階段折返過程的年代學證

7、據。
　　 3.羅田榴輝巖的主、微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素地球化學研究表明，它們的原巖為來自于鎂鐵質下地殼巖石，主要是輝長巖，以及少量的玄武巖。羅田榴輝巖表現為低的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巖中目前最低的Pb同位素組成。它們的巖漿來源鋯

8、石的εHf(790Ma)值卻變化很大，為-9.5—+7.9，并且一個榴輝巖樣品的全巖εNd(790Ma)為+1.7，這表明它們的原巖來源于按不同比例混合的地殼物質和幔源巖漿而形成的，并分別表現出殼源和虧損幔源性質。結合羅田榴輝巖中發(fā)現有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程中不同程度地混染了古老地殼物質而形成的。
　　 4.不同的榴輝巖樣品，表現出明顯的從富集到強烈虧損的輕稀土元素和有關親石元

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

10、質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等時線年齡限定了麻粒巖相退變質階段發(fā)生部分熔融的時間。因此，本研究首次獲得了羅田榴輝巖在折返期間發(fā)生減壓熔融的時代和地球化學證據。
　　 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等時線年齡，結合礦物中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代，限定了羅田榴輝巖折返過程中的冷卻速率;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白堊紀年齡，表明研究區(qū)榴輝巖受到了燕山期熱事件的強烈影響。結合鋯石U-Pb年代學研究，大致勾繪出羅出榴輝巖在折返過程中的冷卻曲線，表明羅田榴輝巖在折返早期經歷了一個近等溫減壓階段，然后是快速降溫、緩慢抬升的過程，而后又是緩慢減溫、減壓的階段，在早白堊紀可能因大別山造山帶的