摘要
大陆俯冲与折返机制是目前大陆动力学研究的热点和前沿科学问题。前人研究表明，大别山在俯冲与折返过程中发生了多层次的地壳拆离与解耦和多板片差异折返。然而，北淮阳带西段是大别山的重要组成部分，发育了陆壳俯冲前的奥陶纪岛弧岩石以及有关浅变质岩石等岩石单位，是研究俯冲陆壳早期浅部拆离与折返的最佳地区。为此，本文对大别山北淮阳带西段浅变质岩石进行了野外地质调查和室内研究，发现研究区新元古代浅变质岩石主要包括两类即变基性岩（变质辉长岩和斜长角闪片岩）和变质花岗岩，并对它们进行了年代学和地球化学研究，研究结果为深入了解大别山超高压变质作用岩石的原岩性质和完整认识与理解俯冲陆壳内部的多层次拆离、解耦与折返过程提供了新的证据。此外，为了进一步确定新元古代浅变质岩石与围岩的关系及就位机制，本文在前人对两类浅变质岩石的围岩-变质火山岩（含石榴子石绿帘云母石英片岩）的年代学的研究基础上，对其进行了元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素地球化学研究。获得的主要成果如下: 1.锆石SHRIMPU-Pb定年结果表明，两个变质辉长岩样品06WMG-5和06DY2-2的形成时代分别为631±5Ma和623±14Ma，两个浅变质花岗岩样品09SJH2和06HW3-1的形成时代分别为726±6Ma和758±12Ma，一个斜长角闪片岩样品09HW1-1的原岩形成时代可能类似于变质花岗岩即为新元古代中期。变质辉长岩的锆石SHRIMPU-Pb年龄结果不但与前人报到的同一岩块的变质橄榄辉长岩年龄在误差范围一致，还与华南陡山沱组沉积岩中普遍发育的火山凝灰岩夹层的时代和华南陆块北缘湖北随州—枣阳等地发育的大规模新元古代晚期基性岩墙群时代一致。变质花岗岩的形成时代，不仅与大别-苏鲁超高压变质原岩的形成时代一致，也与大别山东段庐镇关杂岩中浅变质的新元古代岩石年龄范围吻合，同时与华南陆块由于Rodinia超大陆裂解导致的大规模裂谷岩浆活动的时代也相对应。因此，这些浅变质岩石的锆石定年结果指示它们可能形成于华南陆块北缘的裂谷环境。另外，一个斜长角闪片岩（样品09HW1-1）中的240±43Ma变质年龄，证明北淮阳带西段新元古代浅变质岩石参与了陆壳俯冲并经历了三叠纪变质作用。 2.变质辉长岩样品05WMG-1、06DY2-2和06WMG-5锆石的Hf同位素研究结果显示，它们的εHf(t)平均值分别为3.7±1.4、7.83±0.44和3.65±0.92，单阶段模式年龄TDM1分别为1068±52Ma、909±15Ma和1074±37Ma。表明它们主要来源于亏损地幔，并受到了一定的壳源物质的混染。年轻的TDM1年龄和高的εHf(t）值，表明其形成过程中有相当大的幔源物质贡献，最接近从地幔提取出来的最大年龄，意味着它们的U-Pb年龄与它们从地幔提取出来的年龄相近，指示华南陆块在新元古代晚期发生了大规模的裂谷岩浆作用同时伴随有大量物质和能量从亏损地幔运输到陆壳，使华南陆块北缘发生了新生地壳的生长和直接再造。同时又由于壳幔相互作用过程，使其受到了一定程度的壳源物质的混染。变质花岗岩06HW3-1锆石的εHf(t)值为-4.5±1.8和Hf的TDM2为2281±120Ma，表明其原岩可能是在新元古代中期大规模的裂谷岩浆活动期间发生壳幔相互作用的过程中，古元古代（或更老）地壳重新融熔的产物。 3.变基性岩在稀土和微量元素配分形式上可分为两类:一类为变质、变形程度较强的变基性岩，具有较高的微量元素含量，表现出Nb、Ta、Ti、P等高场强元素(HFSE)亏损和Ba、Sr、Pb等大离子亲石元素(LILE)富集，表明这类变基性岩来源于亏损地幔但明显受后期的强烈流体交代与改造;另一类为变形、变质程度非常弱的变基性岩，微量元素含量极低，表明它们可能来源于极度亏损的地幔和受后期改造或影响较小。变质花岗岩分别表现出Nb、Ta、Ti、P等高场强元素(HFSE)亏损和Pb富集的地球化学元素特征，具有典型陆壳岩石的特征。同时，变质花岗岩与上地壳(UCC)的微量元素特征几乎一致，因此它们可能是古老的上地壳重新熔融的产物。它们的围岩“定远组”变质火山岩（含石榴子石绿帘云母石英片岩）表现出平坦的HREE配分模式而LREE富集，轻微的Eu负异常(δEu=0.97～0.89)和Ba、Pb等大离子亲石元素(LILE)明显富集而Nb-Ta、P和Ti等元素明显亏损，具有岛弧岩石的地球化学特征。结合前人的研究，进一步证明这些变质火山岩（围岩）为岛弧成因，可能是华北陆块南缘北秦岭奥陶纪岩浆弧的东延部分。 4.全岩的Sr-Nd同位素研究结果表明，新元古代浅变质岩石表现出上地壳的演化趋势。它们的Pb同位素与中大别超高压变质岩的Pb同位素组成特点相似，而明显高于北大别超高压变质岩，具有上地壳岩石的Pb同位素特点。它们与中大别一致的Sr-Nd-Pb同位素特点以及未经历高压-超高压变质作用，表明它们可能是华南陆壳向华北陆壳俯冲的初始阶段最早被拆离、解耦的上地壳岩片。它们经历了三叠纪变质作用并且部分岩石可能受到了白垩纪岩浆活动的影响。 5.变形的变质辉长岩样品06WMG-5和06DY2-2中角闪石的Ar-Ar定年分别为1989±61Ma和1556±131Ma，明显高于其锆石的U-Pb年龄。可能是因为它们在俯冲、折返期间，俘获了来源于华北陆块南缘下地壳岩石的变质流体中的氩而导致过剩氩。随着K-Ar或Ar-Ar系统封闭，使样品保留了过剩氩，从而导致了样品获得了异常高的40Ar-39Ar年龄。 6.根据上述新元古代浅变质岩及围岩的年代学和地球化学研究，结合它们之间的断层接触关系以及分别形成于不同的大地构造背景，证明它们是华南陆壳向华北陆壳俯冲的初始阶段最早被拆离、解耦的岩片，随着华南陆块与华北陆块的汇聚和碰撞，造山带整体抬升造成了造山带上部岩石的强烈剥蚀，形成了目前的构造岩石单位分布格局。
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