黑龙江杂岩中牡丹江洋构造演化重建：来自变质岩相的温度-压力约束与洋壳俯冲过程解析

本研究针对牡丹江洋闭合过程的关键地质问题，通过黑龙江杂岩中石榴角闪岩、绿帘石-冻蓝闪石片岩和石榴十字云母片岩的岩石学、矿物化学、相平衡模拟（P–T）、全岩地球化学和锆石U–Pb年代学综合分析，首次揭示中二叠世洋壳（272 Ma）经历高温俯冲（712–760°C/10.9–13.1 kbar）与中三叠世海山玄武岩（244–241 Ma）冷俯冲（472–505°C/14.9–16.4 kbar）的差异动力学过程，提出晚三叠世-中侏罗世双向俯冲碰撞模型，为东亚多板块汇聚机制提供新约束。

　　

在地球演化的宏大叙事中，中央亚洲造山带（CAOB）犹如一部记录大陆生长史诗的"地质百科全书"。作为其东延部分的东北地块，由佳木斯、松辽等微陆块通过古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋的多期次俯冲拼贴而成。其中，分隔佳木斯与松辽地块的牡丹江洋，其构造属性与闭合机制长期存在"外来地体"与"陆内裂谷"的学术论战。争议焦点集中于该洋盆的开启时限（石炭纪vs二叠纪）、俯冲极性（单向vs双向）及热状态（冷俯冲vs暖俯冲）。黑龙江杂岩作为记录这一关键构造转换的缝合带，其变质岩石的温压轨迹如同解码地球动力学的"温度计"，却因先前研究多依赖矿物稳定域估算而缺乏精确量化。

针对这一科学瓶颈，中国的研究团队选取萝北地区三类典型岩石——石榴角闪岩（Grt amphibolite）、绿帘石-冻蓝闪石片岩（Ep-Brs schist）和石榴十字云母片岩（Grt-St-Mica schist），开展多学科交叉研究。通过THERMOCALC v3.50相平衡模拟结合矿物反应结构分析，首次精确限定了从蓝片岩相到角闪岩相的连续P–T轨迹；借助LA-ICP-MS锆石定年与全岩地球化学指纹，揭示了洋壳原岩的成因时代与构造背景。相关成果发表于《Journal of Asian Earth Sciences》，为东亚多板块汇聚模型提供了关键变质约束。

关键技术方法包括：1）显微激光拉曼光谱鉴定特征矿物组合；2）电子探针（EPMA）获取矿物主量元素组成；3）THERMOCALC相平衡模拟构建P–T视剖面图；4）LA-ICP-MS锆石U–Pb定年（样品TP02、TP05等）；5）XRF与ICP-MS分析全岩主微量元素。研究样本采自太平沟（Grt amphibolite）、乌拉嘎（Ep-Brs schist）和曙光（Grt-St-Mica schist）等典型露头新鲜部位。

研究结果
Grt amphibolite
通过石榴石成分环带与单斜辉石（Cpx）包裹体分析，识别出渐进变质三阶段：前峰期（M1）以富镁铝榴石核部（X_Prp
=0.18–0.22）为特征；峰期（M2）组合Grt+Amp+Cpx+Pl+Spn+Qz对应712–760°C/10.9–13.1 kbar，反映17–24°C/km的中等地温梯度；退变期（M3）出现角闪石+斜长石后成合晶。锆石U–Pb年龄（272±3 Ma）与E-MORB型地球化学特征共同指示原岩为中二叠世洋中脊玄武岩，约235 Ma经历角闪岩相变质。

Ep-Brs schist
峰期矿物组合Gln+Ep+Chl+Ph+Spn+Rt+Qz记录472–505°C/14.9–16.4 kbar的低温高压条件（9–11°C/km），符合成熟冷俯冲带特征。锆石年龄（244–241 Ma）与OIB型稀土配分模式揭示中三叠世海山玄武岩成因，暗示牡丹江洋此时仍存在海底火山活动。

Grt-St-Mica schist
顺时针P–T轨迹显示从蓝片岩相（~550°C/12 kbar）经等温降压至角闪岩相（~650°C/8 kbar）的独特路径，支持"底辟折返"模型而非传统冷俯冲通道折返机制，对应佳木斯-松辽地块碰撞引发的热扰动（~220–200 Ma）。

结论与意义
研究团队提出创新性构造模型：牡丹江洋初始开启于晚石炭世-二叠纪佳木斯地块西缘弧后扩张环境（蒙古-鄂霍茨克洋西向俯冲驱动），历经中二叠世-中三叠世双向俯冲（西向俯冲产生272 Ma暖俯冲，东向形成244 Ma冷俯冲），最终于晚三叠世-中侏罗世（~220–172 Ma）在古太平洋板块挤压下闭合。该洋盆寿命约116 Myr（288–172 Ma），被重新解释为泛大洋（Panthalassa）的陆缘分支。这一发现不仅厘清了东亚构造体制转换的精确时限，更通过变质温压条件的定量约束，为全球古板块重建提供了关键"地质应力计"的范例。