东特提斯构造域变质演化及其构造启示
摘要
横亘中国中部的东西向中央造山系, 包括西部的早古生代阿尔金-北祁连-柴北缘-东昆仑-北秦岭-北桐柏造山带和东部的晚古生代-早中生代南桐柏-红安-大别-苏鲁造山带, 分别是原特提斯洋和古特提斯洋闭合过程中大洋板块俯冲作用和大陆板块俯冲/碰撞作用的产物. 已有研究表明, 这些造山带内广泛出露有大量的不同时代不同类型的变质岩, 变质作用发生在不同的地温梯度下, 形成于汇聚大陆边缘构造演化的不同阶段, 因此是重建东特提斯构造域时空演化的理想对象. 本研究通过对中央造山系变质岩的变质温度(<italic>T</italic>)-压力(<italic>P</italic>)-年龄(<italic>t</italic>)信息进行集成分析, 查明不同造山带变质岩的变质<italic>T</italic>/<italic>P</italic>比值空间关系及其随时间的变化, 进而系统揭示东特提斯构造域的构造演化以及汇聚板块边缘的温压结构演化. 结果表明, 尽管不同造山带形成于不同的地质历史时期, 但是变质岩的记录均揭示了汇聚大陆边缘<italic>P-T</italic>演化呈现出相似的规律和趋势. 相对于板块汇聚过程而言, 变质岩主要经历了三个阶段演化的顺时针<italic>P-T</italic>轨迹: (1) 汇聚早期阶段, 低<italic>T</italic>/<italic>P</italic>比值的阿尔卑斯型蓝片岩相-榴辉岩相高压-超高压前进(峰期)变质作用; (2) 汇聚晚期阶段, 中<italic>T/P</italic>比值的巴罗型中压角闪岩相-高压麻粒岩相变质叠加; (3) 汇聚之后阶段, 高<italic>T</italic>/<italic>P</italic>比值的巴肯型低压角闪岩相-麻粒岩相变质叠加. 不过, 部分造山带变质岩只经历了早期巴罗型高压麻粒岩相前进(峰期)变质作用以及后期巴肯型低压麻粒岩相变质叠加. 在现代汇聚板块边缘, 阿尔卑斯型变质作用主要形成于大洋地壳俯冲阶段和大陆地壳深俯冲阶段, 巴罗型变质作用既可以形成于大陆地壳硬碰撞加厚阶段, 也可以形成于大陆俯冲带由挤压变成拉张导致俯冲地壳折返的阶段, 而巴肯型变质作用则形成于板块汇聚之后的陆内张裂阶段. 因此, 将变质<italic>T</italic>/<italic>P</italic>比值及其对应的变质相系与变质作用发生的时间相结合, 能够可靠地重建汇聚大陆边缘的构造演化. 根据已报道的中央造山系各造山带变质岩不同类型变质作用发生的时间可见, 西部原特提斯造山系的大陆碰撞/俯冲发生在500~490Ma(阿尔金、北秦岭、北桐柏)和450~430Ma(柴北缘、东昆仑), 陆内张裂发生在460~450Ma(阿尔金、北秦岭、北桐柏)和410~400Ma(柴北缘、东昆仑). 与此相比, 东部古特提斯造山系大陆碰撞/俯冲发生在250~220Ma, 而大陆碰撞后的伸展发生在140~120Ma. 从大陆碰撞/俯冲时期的低<italic>T/P</italic>比值进变质经过深俯冲陆壳折返的中<italic>T</italic>/<italic>P</italic>比值退变质到碰撞后高<italic>T</italic>/<italic>P</italic>比值的叠加变质, 在原特提斯造山系只经历了40~60Myr的时间间隔, 而在古特提斯造山系则经历了约为110Myr的时间间隔. 由此可见, 对于不同的造山系, 汇聚大陆边缘均经历了从暖碰撞和冷俯冲到热伸展的构造演化, 即一般始于构造挤压体制下以形成中压角闪岩-高压麻粒岩的巴罗型变质相系或者高压-超高压榴辉岩的阿尔卑斯变质相系为特征的大陆碰撞/俯冲造山过程, 在深俯冲地壳岩石从地幔深度向地壳深度折返之后, 终止于构造拉张体制下以形成高温-超高温变质麻粒岩的巴肯型变质相系为特征的陆内张裂造山过程.