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柴北缘都兰超高压地体的岩石学、矿物学、变质演化过程及构造意义

作　者: 宋述光
导　师: 肖序常；杨经绥
学　校: 中国地质科学院
专　业: 构造地质学
关键词: 榴辉岩相石榴石高压超高压花岗质片麻岩柯石英绿辉石正片麻岩多硅白云母柴北缘超高压变质
分类号: P588.345
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

都兰超高压地体是1999年新发现的榴辉岩—片麻岩地体，是柴北缘榴辉岩—石榴橄榄岩超高压带东端的主要出露地区。研究区内榴辉岩呈大小不等的透镜状和似层状岩块产于花岗质片麻岩（正片麻岩）和石榴云母片岩、片麻岩（副片麻岩）中，最大的岩块达200×300米。根据榴辉岩的岩石类型和化学成分、变质矿物组合及温压条件，本研究区可划分为特征明显的南北两带。北带榴辉岩原岩形成的构造环境具有从正常的大洋中脊玄武岩（MORB）到过渡型玄武岩或板内玄武岩的特点；而南带榴辉岩的原岩主要为岛弧环境的低钾拉斑玄武岩和高铝玄武岩。受原岩成分的控制，北带榴辉岩峰期变质的矿物组合为石榴石(Alm_41～60Pyr_10～27Gross_13～38)+绿辉石(Jd_27～42)+多硅白云母(Si_3.28～3.53)+绿帘石+文石／方解石+金红石+磷灰石+锆石，其中石榴石和绿辉石中含有典型的柯石英假象和具放射状裂纹的多晶石英+透长石包裹体，绿辉石中广泛发育有定向排列的石英出溶片晶，反映北带榴辉岩经历了超高压变质作用。南带榴辉岩的峰期变质矿物组合为石榴石(Alm_32～35.4Pyr_43.6～50.5Gross_16.8～20.7)+绿辉石(Jd_26～46)+蓝晶石+金红石+多硅白云母(Si_3.44)，未见典型的柯石英假象，绿辉石中出溶片晶较少。通过详细的激光拉曼光谱研究，首次在都兰北带与榴辉岩互层产出的副片麻岩锆石中发现了4颗柯石英包裹体，从而证明了研究区是典型的超高压变质地体。副片麻岩锆石中其它矿物包裹体为石榴石、多硅白云母、石英、石墨、蓝晶石等，其分布规律反映了板块俯冲时压力升高的进变质过程，而石墨的存在说明峰期变质的最高压力小于3.5 GPa。榴辉岩锆石中矿物包裹体为石榴石、绿辉石、多硅白云母和文石等，极少量石英包裹体分布于早期残核中，但尚未找到柯石英包裹体。区内花岗质片麻岩的锆石属典型的岩浆锆石，未见变质生长边，其矿物包裹体为石英、长石、电气石等，无高压超高压变质矿物，说明花岗质片麻岩未经历超高压变质事件的改造。同位素年代学研究表明榴辉岩的变质年龄为443-496 Ma，与鱼卡和阿尔金榴辉岩的变质时代一致。花岗质片麻岩形成年龄为932～1011 Ma，反映本区的花岗质基底的形成与晋宁期Rodinia超大陆形成时的岩浆活动有关。云母Ar-Ar年龄为401.5+／-1.2 Ma，反映地壳层次韧性剪切变形的年龄。都兰南北两带榴辉岩变质程度和P-T演化轨迹的不同反映了两带俯冲和折返的动力学过程的差异。北带榴辉岩的峰期变质的温压条件为T=580-770℃，P=2.9 GPa，在柯石英=石英转变线之上的超高压变质之后经历压力急速降低而温度缓慢降低的过程，反映了超高压岩石快速折返；而南带P-T轨迹是一降压升温过程，即压力从2.6 GPa降低到1.8-2.0 GPa时，温度则从600℃升高到900℃，说明其折返速率较为缓慢，并在上升过程中受到周围环境的改造。都兰超高压地体与其西部的锡铁山片麻岩—榴辉岩地体、绿梁山片麻岩—石榴橄榄岩地体和鱼卡—大柴旦片麻岩—榴辉岩地体以及阿尔金片麻岩—榴辉岩地体构成一条沿NW-SD断续分布，长度达1000 km的高压超高压变质带，代表祁连复合地体与柴达木前寒武纪克拉通之间又一巨大的加里东期大陆俯冲碰撞的板块接合带。该巨型高压超高压变质带的确立对于重新认识中国西部以及整个欧亚大陆加里东期形成过程和构造演化具有重要意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
致谢  7-11
附:矿物英文缩写  11-12
前言  12-14
  一、选题的目的和意义  12
  二、研究内容和拟解决的关键性科学问题  12
  三、研究思路和研究方法  12-13
  四、工作量  13
  五、取得的研究成果  13-14
第一章绪论  14-25
  1.1 榴辉岩的概念  14-15
  1.2 榴辉岩的分类  15-17
  1.3 超高压变质作用(UHPM)  17-19
  1.4 碰撞型高压—超高压变质地体的时空分布  19-22
  1.5 超高压变质研究进展和存在问题  22-23
  1.6 都兰超高压变质地体的研究意义  23-25
第二章区域地质背景  25-28
  2.1 柴达木地块(前寒武克拉通)  25-26
  2.2 柴北缘超高压变质带  26-27
  2.3 祁连地体  27
  2.4 北祁连加里东期大洋型板块缝合带  27-28
第三章都兰超高压变质地体的产状及岩石组合  28-33
  3.1 空间展布  28-29
  3.2 岩石类型及组合特征  29-33
    3.2.1 都兰北带  29-31
    3.2.2 都兰南带  31-33
第四章都兰超高压变质地体各类岩石的地球化学  33-44
  4.1 分析方法  33
  4.2 榴辉岩的地球化学特征  33-40
    4.3.1 常量元素  33-35
    4.3.2 稀土元素  35-36
    4.3.3 微量元素  36-38
    4.3.4 榴辉岩原岩的形成环境讨论  38-40
  4.3 橄榄岩的地球化学特征  40-42
  4.4 片麻岩的球化学特征  42-43
  4.5 小结  43-44
第五章都兰超高压变质地体的年代学研究  44-53
  5.1 榴辉岩的Sm-Nd等时线年龄  44-47
    5.1.1 样品的基本特征及分析方法  44
    5.1.2 测试结果  44-47
  5.2 榴辉岩单颗粒锆石SHRIMP年龄  47-50
    5.2.1 锆石特征  50
    5.2.2 单颗粒锆石SHRIMP测定结果  50
  5.3 花岗质片麻岩锆石SHRIMP年龄及云母~(39)Ar-~(40)Ar年龄  50-52
    5.3.1 花岗质片麻岩的锆石SHRIMP年龄  51
    5.3.2 花岗质片麻岩云母的~(39)Ar-~(40)Ar年龄  51-52
  5.4 榴辉岩和花岗质片麻岩同位素年龄的意义  52-53
第六章都兰超高压变质岩石的矿物学及矿物化学  53-86
  6.1 分析方法  53
  6.2 榴辉岩和片麻岩的矿物组合特征  53-54
    6.2.1 榴辉岩的矿物组合  53-54
    6.2.2 片麻岩的矿物组合  54
  6.3 各类岩石锆石及其矿物包裹体  54-63
    6.3.1 榴辉岩的锆石及其矿物包裹体  55-58
    6.3.2 片麻岩锆石中矿物包裹体  58-63
  6.4 超高压变质岩石的矿物学和矿物化学  63-85
    6.4.1 石榴石  64-68
    6.4.2 单斜辉石及其SiO_2出溶片晶  68-77
    6.4.3 柯石英及柯石英假象  77-78
    6.4.4 透长石  78-81
    6.4.5 多硅白云母  81
    6.4.6 绿帘石/黝帘石及其成分环带  81-83
    6.4.7 蓝晶石  83-85
    6.4.8 方解石  85
  6.5 小结  85-86
第七章都兰超高压地体的变质作用和P-T演化  86-95
  7.1 都兰北带的变质特征  86-91
    7.1.1 阶段I: 超高压峰期前变质阶段  86-87
    7.1.2 阶段II: 峰期超高压变质阶段  87-90
    7.1.3 阶段III: 退化变质阶段  90-91
  7.2 都兰南带的变质特征  91-93
    7.2.1 阶段I: 峰期变质阶段  91-93
    7.2.2 阶段II: 麻粒岩相减压升温阶段  93
    7.2.3 阶段III: 绿帘角闪岩相退化变质阶段  93
    7.2.4 阶段IV: 绿片岩相退化变质阶段  93
  7.3 南北两带榴辉岩变质的P-T轨迹  93-95
第八章讨论与结论  95-97
  8.1 榴辉岩和片麻岩的关系  95
  8.2 南北两亚带榴辉岩的构造环境和变质演化  95-96
  8.3 俯冲和折返机制  96
  8.4 构造意义  96-97
参考文献  97-107

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