东阿尔卑斯拉巴彭杂岩体三叠纪混合岩化作用、华力西变质作用及其古地理起源研究

《International Geology Review》:On Triassic migmatization, Variscan metamorphism and palaeogeographic origin of the Raabalpen Complex, Eastern Alps (Europe)

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月30日 来源:International Geology Review 2.2

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  造山后过程(如板片断离或板片拆沉导致的岩浆体侵位、碰撞后垮塌或裂谷作用引起的持续伸展)的热效应目前约束尚不充分,但所有这些过程均导致高热流值。因此,受热的岩石圈在流变学上表现为软弱,且常常成为再活化造山带地壳的持续裂谷作用场所。在阿尔卑斯地区,从石炭纪华力西造

  
造山后过程(如板片断离或板片拆沉导致的岩浆体侵位、碰撞后垮塌或裂谷作用引起的持续伸展)的热效应目前约束尚不充分,但所有这些过程均导致高热流值。因此,受热的岩石圈在流变学上表现为软弱,且常常成为再活化造山带地壳的持续裂谷作用场所。在阿尔卑斯地区,从石炭纪华力西造山运动向持续进行的阿尔卑斯期、二叠纪至三叠纪裂谷作用的转变正是这样一种情形,过去二十年间已通过多种方法对该过程进行了良好约束,包括二叠纪岩浆作用与变质作用以及因岩石圈伸展导致的快速三叠纪沉降。本研究首次报道了来自东北部下奥地利阿尔卑斯单元拉巴彭基底杂岩体变碎屑岩中变质锆石的谐和U–Pb年龄242.7±1.1 Ma,该年龄约束了混合岩化作用的峰期温度条件。中三叠世变质年龄还得到来自花岗片麻岩中变质锆石的新谐和U–Pb年龄245.1±1.8 Ma的支持,这些花岗片麻岩具有二叠纪原岩年龄(274.9±1.4 Ma;274.0±5.4 Ma)。综合来看,约245–243 Ma的中三叠世年龄被解释为裂谷作用期间下地壳减薄导致持续高热流,从而形成Strallegg片麻岩穹隆。此外,拉巴彭杂岩体混合岩中的残留锆石还约束了华力西期角闪岩相变质作用的两个阶段。尽管遭受了多期变质作用(华力西期、三叠纪、白垩纪)的叠加改造,拉巴彭杂岩体中的碎屑锆石仍保存完好。碎屑锆石年龄群为448、480、564、632和688 Ma,指示卡多米期(Cadomian)物源。最年轻年龄为412 Ma,约束了拉巴彭杂岩体部分地层的早泥盆世最大沉积年龄。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

碰撞造山带(如华力西造山带的部分区域)常因岩石圈热弱化而沿先存缝合带被再活化。当前的造山带理论揭示,碰撞造山带的大陆地壳处于强烈的热失衡状态,这是板片断离、岩石圈拆沉乃至地壳内放射性生热等多重部分竞争性造山后过程的综合结果。其后果是先前造山带地壳过热和流变学弱化,使这些区域易于发生构造再活化。在阿尔卑斯地区,从石炭纪华力西造山运动向持续进行的阿尔卑斯期、二叠纪至三叠纪裂谷作用的转变已通过盖层沉积演化得到较好约束,过去二十年间也通过K–Ar和Rb–Sr矿物定年等方法约束了变质后冷却过程。然而,这些二叠纪过程的峰期温压条件时间虽已被广泛接受,但其延续至三叠纪的时间约束仍然十分薄弱,此前仅在南阿尔卑斯西部Dervio-Olgiasca带的一项近期研究中得到证实。拉巴彭杂岩体作为东北部下奥地利阿尔卑斯推覆体堆叠体中最低构造单元之一,其造山后过程的时间约束一直不明确,以往主要被认为属二叠纪。本研究旨在通过U–Pb锆石年代学约束拉巴彭杂岩体中部分熔融的时间,为华力西–阿尔卑斯旋回转变提供新视角。

二、研究内容与主要结论

研究人员对拉巴彭杂岩体中的五个混合岩化副片麻岩新样品、两个来自较高构造层次的花岗片麻岩样品(Ringkogel和Stubenberg)以及一个石英岩样品进行了系统的锆石U–Pb定年。研究得出以下核心结论:混合岩化副片麻岩中变质锆石的谐和U–Pb年龄为242.7±1.1 Ma,首次直接约束了拉巴彭杂岩体Strallegg片麻岩中部分熔融和混合岩化作用的中三叠世峰期温度条件;Ringkogel花岗片麻岩的岩浆锆石给出原岩年龄274.9±1.4 Ma,被245.1±1.8 Ma的变质事件叠加改造;Stubenberg花岗片麻岩则显示两个具变质特征的年龄群,分别为274.0±5.4 Ma和247.8±6.6 Ma。约245–243 Ma的变质年龄群被解释为裂谷作用期间下地壳持续极端伸展形成Strallegg片麻岩穹隆的结果。此外,残留锆石还约束了325–317 Ma的华力西期角闪岩相变质作用阶段。尽管遭受多期变质叠加,拉巴彭杂岩体中仍保存了448、480、564、632和688 Ma的碎屑锆石年龄群,指示卡多米期物源;最年轻碎屑年龄为412 Ma,约束了部分地层的早泥盆世最大沉积年龄。这一发现具有重要意义:首次为东阿尔卑斯奥地利阿尔卑斯基底提供了中三叠世变质作用的直接证据,证实二叠纪裂谷作用延续至三叠纪,并与南阿尔卑斯Dervio-Olgiasca带的三阶段构造演化(华力西变质、晚二叠世伸展变形、中晚三叠世静态热叠加)高度一致。

三、关键技术方法

本研究主要采用以下关键技术方法:锆石U–Pb定年采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)和灵敏高分辨离子微探针(SHRIMP II)两种手段;锆石内部结构通过阴极发光(CL)成像表征;锆石稀土元素(REE)和微量元素含量通过LA-ICP-MS分析获得;锆石分选由河北省云能矿物分选公司完成;LA-ICP-MS分析在中国西北大学大陆动力学国家重点实验室进行,SHRIMP分析在北京SHRIMP中心(中国地质科学院地质研究所)完成。样品包括来自拉巴彭杂岩体的五个混合岩化副片麻岩样品(WW60A、WW62A、WW63A、WW63B、WW68A)、两个花岗片麻岩样品(WW67C、WW70A)及一个石英岩样品(WW59A)。

四、研究结果

4.1 混合岩及混合岩化副片麻岩的锆石U–Pb定年

样品WW60A中,变质边定义了年龄为317.3±3.0 Ma的年龄群,另有276 Ma和277 Ma两个较年轻的变质年龄;核部最年轻年龄群为428.9±4.4 Ma。样品WW62A的锆石年龄均老于志留纪,被解释为碎屑年龄。样品WW63A中,六个高质量谐和分析给出242.7±1.1 Ma的变质年龄,另有322 Ma和325 Ma两个较老的变质年龄。样品WW63B的变质边未形成单一年龄群,一个低Th/U比(0.004)的颗粒给出约220 Ma的年龄,其余记录302–385 Ma的石炭纪至泥盆纪年龄。样品WW68A中可区分三个年龄群:326.2±3.0 Ma(较老)、277.3±2.9 Ma(中等)和271.9±1.2 Ma(较年轻)。

4.2 Ringkogel和Stubenberg花岗片麻岩

Ringkogel花岗片麻岩(WW67C)中,第一群给出谐和年龄274.9±1.4 Ma,被解释为二叠纪花岗岩的结晶年龄;第二群(低Th/U比)给出谐和年龄245.1±1.8 Ma,被解释为记录一次变质事件。Stubenberg花岗片麻岩(WW70A)中,两个具变质特征的年龄群分别为274.0±5.4 Ma和247.8±6.6 Ma,锆石核部年龄范围为420±13 Ma至862±12 Ma,被解释为从围岩捕获的颗粒。

4.3 以往研究中变质锆石的记录

在以往对Grobgneiss和变沉积岩的研究中,少量具变质特征的锆石记录了238–259 Ma的三叠纪年龄、261–263 Ma的晚二叠世年龄以及315–353 Ma的石炭纪年龄和一个381 Ma的泥盆纪年龄。

4.4 拉巴彭杂岩体的碎屑锆石

石英岩样品(WW59A)中,主要年龄群大于412 Ma,显著年龄群为634±10 Ma、536±8 Ma、481.5±7.5 Ma和460.9±7.5 Ma,单个谐和年龄为412±9 Ma,代表最大沉积年龄。综合所有研究样品,清晰识别出约632、564、480和448 Ma的年龄群。

五、讨论与结论

讨论部分从三个层面展开:华力西造山运动至二叠纪岩浆作用的时间序列、三叠纪混合岩化作用与阿尔卑斯旋回的开端、以及混合岩化副片麻岩的碎屑物源。约326–317 Ma的谐和年龄确认了拉巴彭杂岩中华力西变质作用的存在;二叠纪变质事件与Grobgneiss岩基及Ringkogel花岗片麻岩的岩浆作用时代一致。新识别的约243 Ma变质年龄是拉巴彭杂岩乃至整个奥地利阿尔卑斯基底中三叠纪变质作用的首次直接证据,混合岩化作用很可能形成于裂谷作用期间的伸展型片麻岩穹隆(暂称Strallegg片麻岩穹隆)。碎屑锆石年龄群指示卡多米期物源,代表沿冈瓦纳北缘的岩浆弧系统,最年轻年龄412 Ma约束了早泥盆世最大沉积年龄。
研究结论可归纳为六点:混合岩化副片麻岩中变质锆石的谐和U–Pb年龄242.7±1.1 Ma约束了拉巴彭杂岩体变碎屑岩中混合岩化作用的中三叠世峰期温度条件;Ringkogel花岗片麻岩的岩浆锆石给出原岩年龄274.9±1.4 Ma,被245.1±1.8 Ma的变质作用叠加,Stubenberg花岗片麻岩显示274.0±5.4和247.8±6.6 Ma两个具变质特征的年龄群;245–243 Ma的变质年龄群被解释为裂谷作用期间下地壳持续极端伸展形成Strallegg片麻岩穹隆;残留锆石约束了325–317 Ma的华力西期角闪岩相变质作用阶段;尽管遭受多期变质叠加,拉巴彭杂岩体仍保存448、480、564、632和688 Ma的碎屑锆石年龄群,指示卡多米期物源;最年轻碎屑年龄群为412 Ma,约束了拉巴彭杂岩体部分地层的早泥盆世最大沉积年龄。
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