柴北緣超高壓變質(zhì)帶的研究進(jìn)展

柴北緣超高壓變質(zhì)帶的研究進(jìn)展

1柴北緣超高壓變質(zhì)帶的形成歷史造山帶中的高壓和超高壓變質(zhì)巖石記錄了大陸碰撞和碰撞的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。前人的研究總結(jié)出阿爾卑斯型(Alpine-type或者A-type)和環(huán)太平洋型(B-type)兩種俯沖帶的類(lèi)型(Ernst,1988,2001;Maruyamaetal.,1996),用以描述大洋和大陸巖石圈俯沖折返的過(guò)程。大洋俯沖/折返帶中的巖石類(lèi)型主要有蛇綠混雜巖,島弧雜巖以及低溫/高壓的變質(zhì)巖組合,而大陸俯沖/折返帶主要為經(jīng)歷過(guò)超高壓變質(zhì)作用的花崗質(zhì)片麻巖、變沉積巖和少量的榴輝巖及超基性巖。柴北緣超高壓變質(zhì)帶是一個(gè)典型的大陸型俯沖、折返帶,主要包含大面積出露的花崗質(zhì)片麻巖和鋯石中含柯石英的副片麻巖(Yangetal.,2001;Songetal.,2003a),少量出露的含柯石英榴輝巖(ZhangGBetal.,2009a,b;ZhangJXetal.,2009a),以及鋯石中含金剛石的石榴橄欖巖(Songetal.,2005)。到目前為止,世界上所報(bào)道的被確認(rèn)的超高壓變質(zhì)地體已有20多個(gè)(CarswellandCompagnoni,2003;Liouetal.,2004)。但這些超高壓變質(zhì)帶中,只有少數(shù)幾個(gè)被認(rèn)為是由洋殼物質(zhì)發(fā)生深俯沖而形成的,如:西阿爾卑斯的Zermatt-Saas(Reinecke,1991;Bucheretal.,2005)和我國(guó)的西天山(ZhangLFetal.,2002a,b;2007;2008;張立飛等,2005)。而超高壓變質(zhì)帶中的大多數(shù)榴輝巖和超基性巖石都形成于大陸型俯沖碰撞帶中,如中國(guó)大別-蘇魯造山帶(Jahn,1999)和挪威的西片麻巖地區(qū)(CarswellandCuthbert,2003)。在這些超高壓變質(zhì)帶中巖石學(xué)和地球化學(xué)研究表明其巖石大多具有大陸地殼的性質(zhì)。因此,“原地”成因的構(gòu)造關(guān)系被用來(lái)解釋大陸型俯沖帶中的榴輝巖、超基性巖石和圍巖片麻巖的關(guān)系,它們被認(rèn)為作為一個(gè)整體被俯沖下去,并折返到地表(LiouandZhang,2002;Zhengetal.,2003)。自從柴北緣都蘭地區(qū)泥質(zhì)片麻巖鋯石中發(fā)現(xiàn)柯石英(Yangetal.,2001;Songetal.,2003a)以后,眾多學(xué)者針對(duì)柴北緣超高壓變質(zhì)帶的演化歷史做了大量研究。與我國(guó)東部著名的大別-蘇魯大陸性俯沖碰撞帶和西部天山大洋型俯沖碰撞帶造山帶不同,柴北緣超高壓變質(zhì)帶可能記錄了從開(kāi)始的大洋俯沖到之后的大陸俯沖再到最后碰撞的完整演化歷史,因此其具有獨(dú)特的構(gòu)造演化特點(diǎn)。本文中,我們回顧十幾年來(lái)有關(guān)柴北緣超高壓變質(zhì)帶的研究進(jìn)展,并對(duì)其演化模式進(jìn)行探討。2柴北緣超高壓變質(zhì)帶柴北緣超高壓變質(zhì)帶位于我國(guó)西部的青海省境內(nèi),青藏高原的東北緣,沿柴達(dá)木盆地的北緣呈NWW-SEE走向展布。北側(cè)是祁連地體,南側(cè)為柴達(dá)木地體,東接秦嶺造山帶(圖1),其西端被阿爾金斷裂所切。阿爾金斷裂以西為阿爾金山的主體,北臨塔里木盆地;其山體主要呈NEE-SWW走向。但研究表明,阿爾金區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)體構(gòu)造線為近EW走向。柴北緣超高壓變質(zhì)帶北部相距300km處即為北祁連加里東期縫合帶,發(fā)育典型的蛇綠巖和低溫高壓變質(zhì)巖組合。這樣,此區(qū)域內(nèi)存在有兩條平行的古俯沖縫合帶。阿爾金區(qū)域的早古生代HP/UHP變質(zhì)帶和蛇綠巖帶可以與柴北緣超高壓帶以及北祁連蛇綠巖帶對(duì)應(yīng),因此有學(xué)者認(rèn)為它們是柴北緣和北祁連的西延部分,屬于早古生代的同一造山帶,被后來(lái)的阿爾金左行走滑斷裂所分開(kāi)(許志琴等,1999)。但最近,Liu等(2009,2011)根據(jù)基底、巖石類(lèi)型、變形變質(zhì)、以及兩帶中超高壓巖石峰期和退變質(zhì)時(shí)代等多方面工作,提出了兩者可能不構(gòu)成同一超高壓變質(zhì)帶的觀點(diǎn)。如圖1所示,柴北緣超高壓變質(zhì)帶自西向東主要出露于魚(yú)卡、綠梁山、錫鐵山和都蘭4個(gè)區(qū)域。根據(jù)現(xiàn)有的研究資料來(lái)看,在這幾個(gè)區(qū)域中,綠梁山區(qū)域內(nèi)的巖石組合與其它3個(gè)區(qū)域有所差別,它主要出露石榴橄欖巖和榴輝巖退變形成的高壓麻粒巖;而其它3個(gè)區(qū)域則以片麻巖和其中的榴輝巖為主。本文將從巖石學(xué)、溫壓計(jì)算、地球化學(xué)和年代學(xué)四個(gè)方面對(duì)這四個(gè)區(qū)域的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。2.1都蘭北帶的榴輝巖柯石英包裹體首先發(fā)現(xiàn)于都蘭北帶泥質(zhì)片麻巖的鋯石中(Yangetal.,2001;Songetal.,2003a),從而為柴北緣經(jīng)歷過(guò)超高壓變質(zhì)作用提供了確鑿的礦物學(xué)證據(jù)。之后,綠梁山石榴橄欖巖的鋯石中又發(fā)現(xiàn)了金剛石(Songetal.2005)。但此帶中的重要巖石類(lèi)型——榴輝巖此前只有柯石英假象和綠輝石中的石英出溶的報(bào)道(Songetal.,2003a)。直到最近,柯石英包體在都蘭和魚(yú)卡榴輝巖薄片以及都蘭榴輝巖鋯石中被發(fā)現(xiàn)(ZhangGBetal.,2009a,b;ZhangJXetal.,2009a,2010b)。在都蘭北帶的榴輝巖中曾經(jīng)報(bào)道過(guò)似K-Cymrite假象的包體(Songetal.,2003a);最近ZhangRYetal.,(2009)進(jìn)一步研究確認(rèn)了此地區(qū)榴輝巖中K-Cymrite的存在。所有以上的這些證據(jù)表明柴北緣作為一個(gè)整體曾發(fā)生了深俯沖而經(jīng)歷過(guò)超高壓變質(zhì)作用。2.2魚(yú)卡區(qū)域2.2.1巖石學(xué)和礦物學(xué)特征此區(qū)域位于大柴旦鎮(zhèn)西北方向約40km處,它的北側(cè)和西側(cè)被第四系覆蓋,東側(cè)和南側(cè)以斷層與奧陶紀(jì)火山巖接觸(圖2)。區(qū)內(nèi)榴輝巖主要以透鏡體的形式產(chǎn)于花崗質(zhì)片麻巖(Qtz+Pl+Kfs+Czo+Ms)和泥質(zhì)片麻巖(Qtz+Phn+Grt+Ky+Pl+Rt)中(Zhangetal.,2004;Menoldetal.,2009)。沿魚(yú)卡河,在長(zhǎng)約4km的剖面中有近20個(gè)規(guī)模不等的榴輝巖透鏡體,直徑從1m到30m左右不等。透鏡體中的榴輝巖大部分較為新鮮,但部分榴輝巖塊體的邊部已退變成石榴角閃巖或者斜長(zhǎng)角閃巖。透鏡體長(zhǎng)軸方向同圍巖片麻理方向一致。榴輝巖可分為兩類(lèi),粗粒和細(xì)粒榴輝巖。其中粗粒榴輝巖的主要礦物組合為Grt+Omp+Phn+Qtz/Coe+Rt,細(xì)粒榴輝巖的礦物組合為Grt+Omp+Phn+Ep+Qtz+Rt(ZhangGBetal.,2009a)。根據(jù)該區(qū)榴輝巖幾個(gè)類(lèi)似的p-t軌跡報(bào)道(Zhangetal.,2005;陳丹玲等,2005;Menoldetal.,2007;ZhangGBetal.,2009a)。榴輝巖經(jīng)歷了3個(gè)階段變質(zhì)演化歷史:(1)石榴石核部礦物包體組合(Amp+Pl+Qtz)所記錄的峰期前變質(zhì)階段(粗粒榴輝巖:p=0.8~1.0GPa,t=450~560℃;細(xì)粒榴輝巖:p=1.0~1.2GPa,t=450~510℃);(2)由峰期礦物組合所記錄的峰期變質(zhì)階段(粗粒榴輝巖:p=3.01GPa,t=652℃;細(xì)粒榴輝巖:p=2.9~3.2GPa,t=566~613℃);(3)石榴石冠狀體以及綠輝石退變礦物組合(Grt+Amp+Pl+Qtz)所記錄的退變質(zhì)階段(p=0.7~1.1GPa,t=550~590℃)?？率w和計(jì)算的p-t軌跡表明魚(yú)卡榴輝巖曾經(jīng)歷約100km的深俯沖和之后較低地溫梯度(6~7℃/km)的快速折返(ZhangGBetal.,2009a)。對(duì)于花崗質(zhì)片麻巖,殘留高壓礦物包體及石榴石的生長(zhǎng)所模擬出的p-t軌跡類(lèi)似于榴輝巖,峰期變質(zhì)階段的壓力為~2.6GPa,非常接近石英-柯石英相變界限(Menoldetal.,2009)。而泥質(zhì)片麻巖的峰期變質(zhì)溫壓條件為p=2.3~3.1GPa,t=610~750℃,其p-t軌跡同樣與榴輝巖類(lèi)似并認(rèn)為榴輝巖和變質(zhì)泥質(zhì)巖具有一致的進(jìn)變質(zhì)和退變質(zhì)演化軌跡(Zhangetal.,2004)。2.2.2變質(zhì)時(shí)代研究魚(yú)卡地區(qū)的榴輝巖被分為低Ti,中Ti和高Ti三種類(lèi)型。稀土和微量元素顯示,高Ti和中Ti類(lèi)型具有板內(nèi)玄武巖和洋島玄武巖的原巖特征,而低Ti榴輝巖具有洋脊玄武巖的原巖特征(楊經(jīng)綏等,2003)。榴輝巖樣品的全巖Sm-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)顯示其ε在榴輝巖的變質(zhì)時(shí)代研究方面,早期鋯石U-PbTIMS方法所得到的榴輝巖變質(zhì)年齡為488~495Ma(可能含有鋯石核邊的混合年齡);運(yùn)用Ar-Ar法對(duì)角閃石和多硅白云母測(cè)定的年齡為466~477Ma,并解釋成為HP/UHP巖石折返到相對(duì)淺的構(gòu)造層次的時(shí)代(Zhangetal.,2005)。而最近運(yùn)用LA-ICP-MSU-Pb方法對(duì)榴輝巖和圍巖的研究給出了更年輕的時(shí)代,得出相同的約430Ma的結(jié)果,并認(rèn)為是榴輝巖相的變質(zhì)時(shí)代(陳丹玲等,2007,Chenetal.,2009)。以上幾個(gè)研究中同時(shí)得到榴輝巖的原巖時(shí)代老于750Ma。最近Song等(2010)獲得了~850Ma的榴輝巖的原巖年齡和~433Ma的榴輝巖相變質(zhì)年齡,結(jié)合地球化學(xué)特征提出魚(yú)卡榴輝巖有可能為與Rodinia超大陸裂解相關(guān)的地幔柱作用下的大陸溢流玄武巖。2.3涼山地區(qū)2.3.1不同構(gòu)造的p-t軌跡綠梁山位于大柴旦鎮(zhèn)以南約20km處,大部分地區(qū)被第四系覆蓋,且其西側(cè)侵入有志留紀(jì)花崗巖(Songetal.,2004)(圖3)。巖石類(lèi)型主要以花崗質(zhì)片麻巖和含夕線石(藍(lán)晶石)的副片麻巖為主,橄欖巖作為一個(gè)大塊體(~500~800m)出露于其中(楊建軍等,1994;YangandDeng,1994;Songetal.,2004,2005,2007)。橄欖巖呈層狀,可以識(shí)別出4種巖石類(lèi)型(Songetal.,2005,2007,2009a;YangandPowell,2008):(1)純橄巖(Ol+Spl±Opx);(2)含石榴石純橄巖和方輝橄欖巖(Grt+Ol+Opx±Cpx);(3)石榴石二輝橄欖巖(Ol+Grt+Opx+Cpx±Cmt±Phl)和(4)石榴輝石巖(Grt+Opx+Cpx+Phl)。楊建軍等(1994)報(bào)道的石榴二輝橄欖巖溫壓條件為p=(2.5±0.3)GPa,t=(850±60)℃。而溫壓計(jì)算和一些出溶結(jié)構(gòu)確定其溫壓條件為p=4.6~6.6GPa,t=800~1000℃,并認(rèn)為其形成深度超過(guò)200km(Songetal.,2004;2005)。并且,在石榴橄欖巖的鋯石中還發(fā)現(xiàn)有金剛石包體(Songetal.,2005)。而YangandPowell(2008)運(yùn)用THERMOCALC視剖面圖方法計(jì)算出了較低的溫壓結(jié)果(p=3.0~3.5GPa,t=700℃)。由此所計(jì)算出的p-t軌跡也明顯不同,并給出了不同的構(gòu)造解釋(YangandPowell,2008;Songetal.,2009a)。此外,區(qū)內(nèi)片麻巖中出露有基性麻粒巖,礦物組合為Grt+Cpx+Pl+Qtz±Rt,溫壓條件為:p=0.96~1.35GPa,t=730~870℃。在基性麻粒巖的石榴子石包體中發(fā)現(xiàn)有綠輝石包體,證明其早期經(jīng)歷了榴輝巖相變質(zhì)作用(張建新等,2007)。2.3.2成因及演化時(shí)代綠梁山區(qū)的橄欖巖保存了主量元素虧損的特征,而富集不相容元素尤其是大離子親石元素(LILE)。這些巖石的Nd同位素特征[ε關(guān)于橄欖巖的變質(zhì)時(shí)代,石榴橄欖巖中的鋯石SHRIMP定年結(jié)果表明,其原巖的形成年齡為(457±22)Ma,超高壓變質(zhì)作用的時(shí)代為(423±5)Ma,并經(jīng)歷過(guò)(397±6)Ma的后期熱事件疊加(Songetal.,2005)。最近的研究獲得了類(lèi)似的橄欖巖變質(zhì)年齡為(429±2)Ma,圍巖片巖變質(zhì)年齡(430±5)Ma;而Hf的虧損地幔模式年齡表明,橄欖巖的原巖可能經(jīng)歷了中-新元古代時(shí)期的地幔交代作用(Xiongetal.,2011)?；月榱r的麻粒巖相鋯石SHRIMP定年表明其變質(zhì)時(shí)代為421~454Ma(張建新等,2007b)。2.4鐵山地區(qū)2.4.1榴輝巖的形成過(guò)程與綠梁山東部相距不遠(yuǎn)即為柴北緣超高壓變質(zhì)帶中段的錫鐵山地區(qū)(圖4)。此區(qū)域的北側(cè)和東側(cè)被第四系覆蓋,中部被志留紀(jì)花崗巖侵入(孟繁聰?shù)?2003);東南部阿莫尼克山一帶被泥盆系沉積巖不整合覆蓋,西側(cè)逆沖到奧陶紀(jì)火山巖之上。區(qū)內(nèi)的巖石類(lèi)型主要有含夕線石、藍(lán)晶石和石榴石的副片麻巖(Qtz+Mu+Bt±Grt±Kfs±Pl±Ky±Sill)、花崗質(zhì)片麻巖(Qtz+Kfs+Pl+Bt±Mu±Tur)以及少量的大理巖和變基性、超基性巖。榴輝巖以幾十厘米到數(shù)十米大小不等透鏡體產(chǎn)于副片麻巖和正片麻巖中。相對(duì)于其它幾個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō),本區(qū)的榴輝巖多已退變,僅在某些大塊的退變石榴角閃巖透鏡體核部有較新鮮殘留。其峰期礦物組合為Grt+Omp±Phn+Qtz+Rt(張聰?shù)?2009;Zhangetal.,2011)。之前,由于沒(méi)有共生白云母的發(fā)現(xiàn),所以其峰期壓力只得到了下限值p>1.4GPa,t=770~830℃;其后經(jīng)歷過(guò)麻粒巖相的疊加,其溫壓條件為p=1.0~1.4GPa,t=750~865℃(Zhangetal.,2005)。最近在榴輝巖中發(fā)現(xiàn)了殘存的多硅白云母,且綠輝石中保留有柯石英假象;計(jì)算出的峰期溫壓條件為p=2.71~3.17GPa,t=751~791℃,并經(jīng)歷了角閃巖相的退變(p=1.4~1.6GPa,t=610~660℃)(張聰?shù)?2009;ZhangGBetal.,2010)。2.4.2含榴輝巖巖漿-結(jié)晶巖時(shí)代楊經(jīng)綏等(2003)根據(jù)Ti含量的高低將此區(qū)的榴輝巖劃分為中Ti和低Ti兩類(lèi),稀土和微量元素?cái)?shù)據(jù)表明其具有洋中脊玄武巖(N-MORB)的特征(楊經(jīng)綏等,2003;孟繁聰?shù)?2003)。榴輝巖的全巖Sm-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)與魚(yú)卡榴輝巖類(lèi)似,但變化范圍較大;其ε榴輝巖的鋯石U-PbTIMS和SHRIMP定年獲得的榴輝巖峰期變質(zhì)時(shí)代為480~486Ma;并有少數(shù)幾個(gè)750~800Ma的年齡值,被解釋為原巖年齡。退變質(zhì)榴輝巖中的角閃石Ar-Ar年齡為(409±1)Ma,被解釋為冷卻年齡(Zhangetal.,2005)。圍巖含夕線石的副片麻巖SHRIMP定年結(jié)果為(437~441)Ma,解釋為麻粒巖相疊加的時(shí)代(孟繁聰?shù)?2005)。最近,ZhangJX等(2009b)運(yùn)用SHRIMP方法對(duì)含石榴石、藍(lán)晶石的片麻巖和變基性巖的定年獲得了三組年齡:高壓麻粒巖相疊加年齡451~461Ma;低壓麻粒巖相-角閃巖相疊加年齡423~430Ma;晚期疊加年齡409Ma。對(duì)相同區(qū)域的榴輝巖,最近的研究也得到了類(lèi)似的結(jié)果,但只有兩組年齡:(461±4)Ma和(439±8)Ma(Zhangetal.,2011)。宋述光等(2011)得到了相近的(433±3)Ma的年齡,并解釋為此區(qū)內(nèi)的高壓/超高壓變質(zhì)作用的時(shí)代?；◢徺|(zhì)片麻巖的鋯石TIMS方法定年結(jié)果表明,其上交點(diǎn)年齡為(952±13)Ma,被解釋為原巖巖漿結(jié)晶年齡;下交點(diǎn)年齡為(478±44)Ma,被解釋為早古生代變質(zhì)年齡(張建新等,2003)。2.5都蘭區(qū)2.5.1超高壓變質(zhì)作用證據(jù)都蘭地區(qū)位于柴北緣超高壓變質(zhì)帶的最東端,青海省都蘭縣城北東40km的野馬灘—沙柳河一帶(圖5)。區(qū)內(nèi)榴輝巖地體呈東西向沿沙柳河流域的南北兩側(cè)出露,總面積大于400km榴輝巖地體的主要特征就是含有上述的兩個(gè)變質(zhì)特征不同的變質(zhì)亞帶,并經(jīng)歷了不同的折返過(guò)程(Songetal.,2003a;宋述光等,2007)。其中北帶巖石的出露情況較好,巖石之間的相互關(guān)系比較清楚。巖石類(lèi)型主要包括榴輝巖、石榴輝石巖、蛇紋石化橄欖巖、花崗質(zhì)片麻巖和富鋁泥質(zhì)片麻巖。榴輝巖的典型礦物組合為:Grt+Omp+Phn+Rt和Grt+Omp+Ep+Ttn+Cal(Arg),石榴石和綠輝石中保存有超高壓變質(zhì)作用的痕跡,柯石英假象,石英出溶及透長(zhǎng)石+石英的包裹體;榴輝巖的峰期變質(zhì)條件為p=2.87~3.17GPa,t=631~687℃(Songetal.,2003a)。圍巖中的石榴石藍(lán)晶石云母片巖鋯石中最早發(fā)現(xiàn)的柯石英包裹體提供了確鑿的超高壓變質(zhì)作用證據(jù)(Yangetal.,2001;Songetal.,2003a)。此外,在北帶的超基性巖中發(fā)現(xiàn)了殘留的Grt+Ol+Opx+Cpx組合(Mattisonetal.,2007)。南帶中的榴輝巖同北帶相比,礦物組合上的差異主要是含藍(lán)晶石,且退變嚴(yán)重。其峰期變質(zhì)條件為:p=2.86~3.26GPa,t=729~768℃(Songetal.,2003a)。榴輝巖中在薄片尺度和單礦物鋯石中均有柯石英報(bào)道(ZhangJXetal.,2009,2010)。兩帶中的榴輝巖經(jīng)歷了不同的折返軌跡,北帶榴輝巖經(jīng)歷了早期快速折返的過(guò)程;而南帶部分榴輝巖則經(jīng)歷過(guò)麻粒巖相的疊加,折返速率較慢,可能伴隨有深熔作用(Songetal.,2003a;2009b)。該區(qū)近幾年的另一個(gè)進(jìn)展集中在沙柳河?xùn)|側(cè)區(qū)域的沙柳河蛇綠巖剖面。此剖面中可以識(shí)別出三類(lèi)不同的榴輝巖:藍(lán)晶石榴輝巖(Kyeclogite),綠簾石榴輝巖(Ep-eclogite)和多硅白云母榴輝巖(Phn-eclogite)。它們都以透鏡體的形式產(chǎn)于花崗質(zhì)和泥質(zhì)片麻巖中,或者以?shī)A層的形式與大理巖互層(ZhangGBetal.,2008,2009b)。此外,與榴輝巖共生有蛇紋石化橄欖巖和異剝鈣榴巖(張貴賓等,2005;張貴賓和張立飛,2011)。三類(lèi)榴輝巖和共生的橄欖巖構(gòu)成了肢解的蛇綠巖組合。藍(lán)晶石榴輝巖保存有柯石英包裹體,而在基質(zhì)綠輝石中也有柯石英假象的保存。巖相學(xué)研究發(fā)現(xiàn),藍(lán)晶石榴輝巖經(jīng)歷了峰期前,峰期和退變質(zhì)三個(gè)階段:(1)保存于石榴石核部的包裹體限定出其峰期前階段的溫壓條件為:p=0.49~0.67GPa,t=410~490℃;(2)峰期礦物組合Grt+Omp+Ky+Rt+Phn+Qtz確定出其峰期溫壓條件為p=2.7~3.4GPa,t=610~700℃;(3)石榴石和綠輝石及藍(lán)晶石的退變反應(yīng)結(jié)構(gòu)結(jié)合退變生成的石榴角閃巖確定出其退變質(zhì)階段的溫壓條件為:p=0.7~1.0GPa,t=630~720℃;(4)Ab+Chl+Ep+Act礦物組合確定出其經(jīng)歷了綠片巖相的晚期退變。多硅白云母榴輝巖的峰期溫壓條件為:p=2.7~2.9GPa,t=645~725℃,退變質(zhì)階段所確定出的溫壓條件為:p=1.2~1.4GPa,t=610~670℃。p-t軌跡反映它們的溫壓演化歷史類(lèi)似,都經(jīng)歷了相對(duì)快速冷俯沖和折返的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。蛇紋石化橄欖巖的巖相學(xué)研究表明其為典型的尖晶石相方輝橄欖巖,主要礦物成分能夠與現(xiàn)代大洋和蛇綠巖底部地幔橄欖巖對(duì)比,是經(jīng)過(guò)高度部分熔融、形成深度較淺的地幔方輝橄欖巖(張貴賓等,2005)。與蛇紋石化方輝橄欖巖共生的異剝鈣榴巖主要由鈣鋁榴石、透輝石、綠泥石、碳酸鹽及少量葡萄石和黝簾石組成。異剝鈣榴巖通常被認(rèn)為是洋底變質(zhì)作用的標(biāo)志性產(chǎn)物。因此,它為此洋殼組合的確定提供了又一證據(jù)(張貴賓和張立飛,2011)。2.5.2tal.模式地球化學(xué)研究表明,北帶榴輝巖的稀土和微量元素特征類(lèi)似于正常的和富集的大洋中脊玄武巖(N-MORB和E-MORB),結(jié)合共生的超基性巖可能構(gòu)成似蛇綠巖組合;而南帶榴輝巖的稀土和微量元素表現(xiàn)出島弧的特征(Songetal.,2003a)。榴輝巖的全巖Sm-Nd同位素?cái)?shù)據(jù)如下,ε年代學(xué)研究方面,最初的Sm-Nd等時(shí)線年齡和鋯石U-Pb年齡結(jié)果表明,兩帶榴輝巖的變質(zhì)時(shí)代為(444~496)Ma(Songetal.,2003b)。Song等(2006)對(duì)北帶榴輝巖和圍巖的詳細(xì)鋯石年代學(xué)研究得出榴輝巖的變質(zhì)年齡為(457±10)Ma,而圍巖泥質(zhì)片麻巖鋯石中含柯石英局部微區(qū)的年齡為(423±6)Ma,兩者之間有30Ma的時(shí)代差。Mattison等(2006)對(duì)同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的榴輝巖鋯石進(jìn)行的年代學(xué)研究認(rèn)為榴輝巖相的變質(zhì)時(shí)代持續(xù)了20~30Ma(422~450Ma)。陳丹玲等(2008,2009)對(duì)副片麻巖的年代學(xué)研究表明其變質(zhì)時(shí)代介于421~458Ma之間,與榴輝巖的變質(zhì)時(shí)代一致,從而認(rèn)為它們經(jīng)歷了同一期變質(zhì)事件,也即它們有可能都為陸殼深俯沖的產(chǎn)物。以上的年代數(shù)據(jù)主要針對(duì)北帶榴輝巖,而南帶榴輝巖早期的Sm-Nd等時(shí)線年齡為(497±87)Ma(Songetal.,2003b)。最近,含柯石英鋯石的年齡分析表明其超高壓變質(zhì)的年齡為430~446Ma,原巖約為830Ma(ZhangJXetal.,2010),表明都蘭地區(qū)存在有陸殼深俯沖成因的原巖年齡較老的榴輝巖。對(duì)于沙柳河蛇綠巖組合,鋯石U-Pb定年結(jié)果表明,藍(lán)晶石榴輝巖的原巖年齡為(516±8)Ma,變質(zhì)年齡為440~445Ma。揭示在早奧陶紀(jì)前柴達(dá)木和祁連地塊之間存在過(guò)洋殼。這一蛇綠巖組合可能是奧陶紀(jì)—志留紀(jì)間大陸深俯沖碰撞前的洋殼俯沖的殘留,它的俯沖是導(dǎo)致柴北緣大陸深俯沖的根本原因(ZhangGBetal.,2008)。3柴北緣cdh-100km地表的地表柴北緣超高壓變質(zhì)帶的魚(yú)卡榴輝巖,都蘭榴輝巖和副片麻巖中均已發(fā)現(xiàn)柯石英包裹體;錫鐵山地區(qū)的榴輝巖中保留有柯石英假象;綠梁山石榴橄欖巖鋯石中保存有金剛石(Yangetal.,2001;Songetal.,2003a,2005;ZhangGBetal.,2009a,b,ZhangJX,2009;2010)。這些確鑿的超高壓變質(zhì)作用證據(jù)表明柴北緣作為整體曾經(jīng)被俯沖到80~100km的地幔深度。以下結(jié)合上述各地體研究進(jìn)展探討本區(qū)的構(gòu)造演化模式。3.1榴輝巖的原巖特征與其他典型的大陸型俯沖碰撞帶中的榴輝巖野外產(chǎn)狀一樣,柴北緣的榴輝巖主要以透鏡體的形式產(chǎn)出于片麻巖中。一些較大體積透鏡體核部所保存的新鮮榴輝巖提供了其原巖信息。如上所述的本區(qū)中的大量諸如主、微量元素和Sr-Nd同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明,與大別-蘇魯超高壓變質(zhì)帶中的榴輝巖不同,本區(qū)中的部分榴輝巖具有洋殼榴輝巖的特征(孟繁聰?shù)?2003;楊經(jīng)綏等,2003;Songetal.,2003b,2006;ZhangGBetal.,2008;Songetal.,2010)。結(jié)合年代學(xué)數(shù)據(jù)可以劃分出兩類(lèi)不同的榴輝巖原巖,也即來(lái)自于兩種構(gòu)造背景下。3.1.1榴輝巖巖漿年齡時(shí)代此類(lèi)榴輝巖在柴北緣超高壓變質(zhì)帶中廣泛分布,其特點(diǎn)是具有新元古代的原巖年齡。魚(yú)卡、錫鐵山和都蘭部分榴輝巖的鋯石繼承有較老的巖漿核,其原巖年齡老于750Ma,而變質(zhì)年齡為430~450Ma(陳丹玲等,2007;Chenetal.,2009;Songetal.,2010;宋述光等,2011;ZhangJXetal.,2005,2010)。榴輝巖的峰期變質(zhì)年齡和其巖漿鋯石年齡之間存在一個(gè)超過(guò)威爾遜旋回周期的時(shí)間差。因此,這些榴輝巖原巖被認(rèn)為可能形成于新元古代的裂谷環(huán)境中,侵入就位到大陸地殼物質(zhì)中(陳丹玲等,2007;Chenetal.,2009;ZhangJXetal.,2005,2010)。Song等(2010)通過(guò)對(duì)魚(yú)卡榴輝巖進(jìn)行的地球化學(xué)和年代學(xué)表明,它們的原巖有可能是來(lái)自于與Rodinia超大陸裂解有關(guān)地幔柱活動(dòng)的產(chǎn)物,類(lèi)似于大陸溢流玄武巖,時(shí)代集中于850Ma左右。如圖6所示,魚(yú)卡部分榴輝巖顯示出強(qiáng)烈的富集地幔特征,與沙柳河蛇綠巖剖面中的榴輝巖的明顯來(lái)源于虧損地幔的特征截然不同。3.1.2蛇綠混雜巖的形成時(shí)代這類(lèi)榴輝巖以沙柳河蛇綠巖剖面為典型(ZhangGBetal.,2008,2009b)。如前所述,沙柳河剖面中的三類(lèi)榴輝巖和共生的蛇紋石化方輝橄欖巖構(gòu)成了地幔橄欖巖-堆晶巖-玄武巖的較完整蛇綠巖組合;且在橄欖巖中發(fā)現(xiàn)有洋殼巖石變質(zhì)過(guò)程中所出現(xiàn)帶有一定標(biāo)志性巖石類(lèi)型的異剝鈣榴巖。其中的含柯石英變質(zhì)堆晶輝長(zhǎng)巖中的鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示其原巖時(shí)代為514Ma,變質(zhì)時(shí)代為450Ma。這一巖石組合的確定說(shuō)明早奧陶紀(jì)前的洋殼經(jīng)歷了奧陶紀(jì)—志留紀(jì)的深俯沖。3.2柴北緣超高壓變質(zhì)帶的形成時(shí)代和沉積模式已有一些研究對(duì)柴北緣的構(gòu)造演化模式進(jìn)行了詳細(xì)探討(詳見(jiàn)綜述文章:Mattinsonetal.,2007;Yinetal.,2007和張建新等,2007)。柴北緣超高壓變質(zhì)帶的西端被阿爾金左行走滑斷裂所切。斷裂西側(cè)的南阿爾金高壓超高壓變質(zhì)帶與柴北緣超高壓變質(zhì)帶的巖石組合類(lèi)似,因此通常認(rèn)為它們?cè)瓰橐粋€(gè)整體,被后來(lái)的阿爾金斷裂約400km走滑位移所錯(cuò)開(kāi)(許志琴等,1999)。此外,探討此帶的構(gòu)造演化模式