南阿尔卑斯伊夫雷亚–韦尔巴诺带瓦尔多索拉里下地壳剖面：成分分层、二叠纪–三叠纪变质演化及岩石物理性质的多方法综合研究

《Journal of Petrology》：Probing continental roots: geochronology, petrology and rock physics of a lower crustal section, Ivrea–Verbano Zone

　　

摘要

出露的下地壳构造单元为理解在常规方法无法触及的深度范围内大陆地壳的组成、结构和演化提供了直接约束。本研究基于地表样品和ICDP–DIVE计划钻孔岩芯，对南阿尔卑斯伊夫雷亚–韦尔巴诺带瓦尔多索拉里目前约8.5公里厚的下地壳剖面进行了多方法综合研究。所研究剖面出露 felsic（富硅）变质沉积岩和变质基性岩，并含少量钙硅酸盐矿物、大理岩、超基性岩和富长英质岩脉。安佐拉剪切带将绿帘角闪岩相和麻粒岩相段分隔开来，后者富含变质基性岩，并含少量 felsic 麻粒岩、辉石岩和尖晶石橄榄岩。

全岩地球化学分析揭示了一个化学分层明显的构造单元，具有两个不同的端元组成：绿帘角闪岩相段的组成类似于上地壳，而麻粒岩相段的组成在全球和区域尺度上更接近下地壳特征。这种成分二分性反映了浅部剖面中富硅变质沉积岩的体积优势以及古深度较大处基性岩性的分布，同时深部构造单元在高温度变质过程中经历了部分熔融、熔体迁移和基性侵入的改造。

来自富硅和基性岩性以及活化富长英质捕晶体的锆石U–Pb年代学结果表明，高温变质和部分熔融发生在2.85亿至2.60亿年前（二叠纪–三叠纪）。采用多种方法的热压分析表明，保存的二叠纪变质相梯度范围从约0.5 GPa、650 °C到超高温条件的约1.0 GPa、950 °C。此外，压力计学结果指示了一个陡峭的保存视（变形后）压力梯度，为0.79 kbar/km，对应约2.75（2σ范围1.95–3.51）的显著变薄因子β。我们提出，该下地壳剖面在二叠纪–三叠纪伸展和侏罗纪裂谷过程中，经历了弥散性普遍变薄和沿剪切带的局部变形的共同作用。

岩石物理性质随古深度变化，取决于岩性比例和变质程度。密度从约2740增加到约3160 kg/m³，纵波速度（V_p）从约6.5增加到约8.0 km/s，跨剖面变化显著且存在局部变异。放射性产热受岩性控制，富硅变质沉积岩的系统值较高（约1.5–2.0 μW/m³），而变质基性岩的值较低（约0.1–0.2 μW/m³）。本研究为下地壳的性质以及下地壳变质的时间和条件提供了定量约束。