西藏西北部北开丹地区杜兰单元高压基性麻粒岩的变质作用与混合岩化作用

《Journal of Asian Earth Sciences》：Metamorphism and anatexis of high-pressure mafic granulites in the Dulan unit, North Qaidam, Northwestern Tibet

高压麻粒岩变质与分异机制研究：以Dulan区为例，通过矿物包体、相平衡建模和锆石U-Pb定年，揭示HP麻粒岩经历 amphibolite-facies prograde metamorphism (565–605°C/9.4–10.8 kbar)、HP granulite-facies peak metamorphism (891–910°C/17.2 kbar) 和 retrograde stage (720–795°C/11.8–13.2 kbar)，表明俯冲带残留岩在弧岩浆作用中经历高压变质与部分熔融，形成含金红石的长英质脉体。

　　在大陆碰撞造山带中，高压（HP）麻粒岩的变质作用和部分熔融过程是研究地壳演化和构造动力学的重要窗口。通过对北祁连山地区都兰单元中HP麻粒岩及其相关白云母质（adakitic）脉体的详细研究，本文探讨了这些岩石的变质演化路径以及变质作用与部分熔融之间的联系。研究结果不仅有助于理解弧岩浆岩在俯冲带上盘的变质与部分熔融过程，还为造山作用提供了新的视角。

### 变质演化路径

通过对都兰单元中HP麻粒岩的岩石学特征和矿物组合进行分析，研究人员识别出三个阶段的变质演化过程。第一阶段为 amphibolite- facies 正向变质作用，其特征是大颗粒石榴石中包含有斜长石、角闪石、绿泥石和石英等矿物。这一阶段表明岩石经历了从较低温低压环境向高温高压环境的转变，即从片岩相向麻粒岩相过渡。第二阶段是HP麻粒岩相的峰值变质作用，其代表性矿物组合包括石榴石、单斜辉石、角闪石、斜长石、蓝晶石、绿帘石、石英和金红石等。这一阶段的变质条件达到了约17.2 kbar和891–910?°C，表明岩石被埋藏至深部并经历了高温高压环境。第三阶段为逆向变质作用，其特征是在大颗粒单斜辉石和石榴石中出现细粒单斜辉石与斜长石的反应边，以及在石榴石边缘形成浅绿色的角闪石与斜长石的共生体。这一阶段反映了岩石在抬升过程中经历的冷却和减压过程。

### 变质作用与部分熔融的关系

研究发现，HP麻粒岩的变质作用与部分熔融之间存在密切的联系。在峰值变质阶段，由于高温高压条件，岩石中的含水矿物（如绿帘石、角闪石和云母）发生了脱水作用，这为部分熔融提供了必要的条件。脱水作用不仅改变了岩石的矿物组成，还影响了其化学成分，使得部分熔融产生的熔体具有特定的地球化学特征。这些熔体主要由轻稀土元素和大离子亲石元素（如Ba、Sr、Th、U）组成，而高场强元素（如Nb、Ta、Ti）则相对缺乏。这种地球化学特征与弧岩浆岩的亲石性相符，表明部分熔融可能发生在弧根区域的高压麻粒岩相条件下。

### 岩石形成与演化时间

通过锆石U-Pb定年技术，研究人员确定了都兰单元中HP麻粒岩的形成时间。结果显示，这些岩石经历了两次主要的地质事件：一次是约458?±?5?Ma的岩浆事件，另一次是约445?±?2?Ma的变质与部分熔融事件。这些时间点与区域内的俯冲作用和碰撞造山过程相吻合，表明HP麻粒岩的形成与弧岩浆活动密切相关。在岩浆事件之后，岩石被埋藏至超过56?km的深度，并在约900?°C的高温下经历了一系列的变质作用和部分熔融过程。

### 矿物化学分析

矿物化学分析进一步支持了上述变质演化路径。石榴石的化学成分显示出典型的正向变质分带特征，即从核心到边缘，spessartite（锰铝石榴石）含量减少，而pyrope（镁铝石榴石）含量增加。这种分带模式表明，石榴石在变质过程中经历了温度和压力的变化，从较低温低压环境逐渐向高温高压环境演化。此外，单斜辉石和斜长石的化学成分也反映了这一过程，它们的矿物组合和化学特征与HP麻粒岩相的变质条件相一致。

### 地球化学特征

都兰单元中的HP麻粒岩和相关白云母质脉体具有显著的地球化学特征。这些岩石富含轻稀土元素和大离子亲石元素，如Ba、Sr、Th、U，而高场强元素如Nb、Ta、Ti则相对缺乏。这种地球化学特征与弧岩浆岩的亲石性一致，表明这些岩石可能来源于弧根区域的高压麻粒岩相环境。此外，白云母质脉体的形成可能与HP麻粒岩的部分熔融有关，熔体在冷却过程中结晶形成这些脉体，并在后续的构造过程中迁移和聚集，形成同期的石英二长岩侵入体。

### 构造意义

研究结果表明，都兰单元中的HP麻粒岩及其相关白云母质脉体的形成与弧岩浆活动和碰撞造山过程密切相关。这些岩石的变质演化路径和部分熔融过程不仅揭示了地壳深部的物理化学条件，还反映了俯冲带上盘的构造演化历史。通过分析这些岩石的形成时间和地球化学特征，研究人员能够更深入地理解弧岩浆岩在大陆碰撞造山带中的演化机制，以及其对区域构造和地壳演化的影响。

### 地球动力学过程

从地球动力学的角度来看，HP麻粒岩的形成和演化过程反映了俯冲带上盘的热力学条件和物质循环。在碰撞过程中，地壳物质被埋藏至深部，并在高温高压条件下发生变质作用和部分熔融。这一过程不仅改变了岩石的矿物组成和化学成分，还促进了新的岩浆活动和侵入体的形成。通过分析这些岩石的变质路径和部分熔融过程，研究人员能够更全面地理解大陆碰撞造山带中的地球动力学机制，以及这些机制如何影响地壳的演化和构造格局。

### 结论

综上所述，都兰单元中的HP麻粒岩及其相关白云母质脉体的形成与演化过程为研究大陆碰撞造山带中的变质作用和部分熔融提供了重要的证据。通过岩石学、矿物化学和地球化学分析，研究人员揭示了这些岩石的变质演化路径，以及其与弧岩浆活动和碰撞造山过程之间的联系。这些结果不仅有助于理解弧岩浆岩在俯冲带上盘的演化机制，还为区域构造和地壳演化提供了新的视角。未来的研究可以进一步探讨这些岩石在更大范围内的分布和演化，以及其对全球构造格局的影响。