地球科学|郑永飞院士团队文章:北秦岭松树沟榴闪岩变质演化:石榴石矿物学和锆石年代学制约

学术   科学   2024-09-13 00:00   湖北  

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北秦岭造山带早古生代的构造格局和变质演化过程长期以来存在较大争议,是地学界比较关注的问题之一. 尽管前人对松树沟变质岩进行了大量的同位素年代学研究工作,但是峰期榴辉岩相变质时间的限定仍然存在较大争议. 基于此,以松树沟榴闪岩为研究对象,进行系统的石榴石矿物学和锆石年代学研究. 根据岩相学显微结构、矿物包裹体和矿物地球化学成分研究,在榴闪岩中识别出进变质(522~611 ℃/1.4~3.0 kbar)、峰期(742~749 ℃/ > 3.0 GPa)以及退变质(726~764 ℃/7.3~8.3 kbar)3期变质矿物组合. 锆石年代学研究识别出3组年龄:G1为残留锆石核部,具有典型岩浆振荡环带,富集HREE,明显的Eu负异常,具有746±16 Ma到720±7 Ma的锆石206Pb/238U年龄,表明榴闪岩的原岩结晶时代为新元古代时期;G2锆石无环带或保留较弱的切割原岩锆石的振荡环带,具有陡峭的HREE配分型式,明显变化的Eu异常,属于变质重结晶锆石,具有从492±15 Ma到547±17 Ma较大变化范围的206Pb/238U值. G3锆石主要靶上位于锆石边部以位于石榴石边部与其平衡共存的原位锆石为主,具有云雾状或冷杉叶状CL特征,206Pb/238U年龄范围为491~480 Ma(加权平均年龄为488±10 Ma),富集MREE,亏损HREE,低Th/U比值(0.01~0.04),微弱的Eu异常,表明其形成于榴辉岩相变质阶段,代表峰期变质年龄. 此外,我们在榴闪岩中代表石榴石峰期的边部发现包裹大量呈定向的棒状出溶体Rt+Ap+Qz,可能表明该岩石曾经历过超高压变质作用. 松树沟榴闪岩原岩是来源于Rodinia超大陆在新元古代裂解出来的北秦岭微陆块,于寒武纪开始深俯冲并在488 Ma达到峰期榴辉岩相,而后发生折返并经历角闪岩相退变质作用.本研究讨论得出以下结论:
(1)矿物岩石和地球化学研究表明,北秦岭松树沟榴闪岩中的石榴石属于俯冲阶段变质生长成因,榴闪岩曾经历榴辉岩相变质作用(其峰期温压条件为:742~749 ℃和 > 3.0 GPa),在折返后期遭遇强烈流体作用发生退变质改造而形成.
(2)榴闪岩的原岩形成于新元古代746~720 Ma,其后经历了多期次变质作用:从石榴石进变质成分环带及核部Amp+Cpx+Qz+Ap的包裹体矿物组合反映榴闪岩经历了角闪岩相进变质时代,通过石榴石边部与同期包裹原位锆石达到平衡,以及富集MREE和亏损HREE等微量元素特征说明峰期变质年龄为491~480 Ma,而石榴石周围由Pl+Amp的后成合晶指示了榴闪岩从榴辉岩相退变至角闪岩相记录了退变质过程.
(3)松树沟榴闪岩与北秦岭造山带已发现的高压-超高压变质岩石是由Rodinia超大陆裂解出的北秦岭微陆块于早古生代深俯冲形成的,而后488 Ma左右经历了峰期榴辉岩相变质.

图1 秦岭造山带区域地质简图及北秦岭松树沟地质图

图2 北秦岭造山带松树沟地区榴闪岩野外照片

图3 北秦岭松树沟地区榴闪岩中原位锆石包裹体与石榴石核边稀土配分关系图



文章刊登在《地球科学》第49卷第8期

林少伟, 张强强, 高晓英, 郑永飞, 2024. 北秦岭松树沟榴闪岩变质演化:石榴石矿物学和锆石年代学制约. 地球科学, 49(8): 2714-2735. doi: 10.3799/dqkx.2020.320

Lin Shaowei, Zhang Qiangqiang, Gao Xiaoying, Zheng Yongfei, 2024. Metamorphic Evolution of Garnet Amphibolite at Songshugou in the North Qinling Orogen: Evidence from Garnet Geochemistry and Zircon Geochronology. Earth Science, 49(8): 2714-2735. doi: 10.3799/dqkx.2020.320

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