喀布尔地块新元古代俯冲的岩石学证据

《Precambrian Research》：Petrological evidence for Neoproterozoic subduction in the Kabul Block, Afghanistan

　　

研究人员在阿富汗喀布尔地块（Kabul Block）新元古代Welayati组云母片岩中识别出两个不同变质事件：早期高压/低温（HP/LT）变质作用，表现为绿帘石、钠云母、多硅白云母和富钙石榴石核部组合，压力超过1.6 GPa，温度低于525°C，属于蓝片岩相；随后为巴罗型（Barrovian-type）角闪岩相叠加事件，表现为黑云母、斜长石、石榴石、十字石和蓝晶石变斑晶，其生长切割早期面理，峰值条件约0.8 GPa/612-677°C。石榴石成分环带及扩散模拟显示，两期事件间存在近等温减压过程，第二期事件持续约20-50 Ma。Ar-Ar定年获得变斑晶黑云母年龄~900 Ma，表明该角闪岩相事件与格林威尔造山运动（Grenvillian Orogeny）同时。研究人员通过相平衡模拟和扩散模拟约束了P-T-t轨迹，并与塔里木克拉通（Tarim Craton）对比，论证了喀布尔地块作为Rodinia超大陆活动边缘一部分参与了新元古代俯冲-碰撞过程。

**论文解读：喀布尔地块新元古代俯冲的岩石学证据——来自Welayati组云母片岩的记录**

**研究背景与问题**

阿富汗中阿尔卑斯-喜马拉雅造山带的现今构造格局主要由阿尔卑斯造山运动塑造，但其前阿尔卑斯基底单元中保留了更古老的构造热事件记录。喀布尔块体（Kabul Block）作为阿富汗中央地块的一部分，出露了最古老的基底岩石（新太古代至元古代），其中识别出两期变质事件：古元古代麻粒岩相事件和新元古代角闪岩相事件。然而，这些变质事件的地球动力学含义，特别是前寒武纪俯冲/碰撞事件的存在与否，尚未得到解决。此前在Welayati组中仅识别出一期进变质巴罗型角闪岩相事件，但石榴石中的包裹体模式和成分关系暗示存在一期早期隐秘的低温高压变质事件。因此，研究人员旨在通过详细的显微构造、矿物成分分析和扩散模拟，揭示该高压事件的存在、约束其P-T条件及持续时间，并探讨其与格林威尔造山运动的关系。

**主要关键技术与方法**

1. **电子探针分析（EPMA）**：使用JEOL JXA-8530F场发射电子探针（FEG-EMPA）进行矿物化学成分分析及X射线元素面扫描，获取石榴石、云母等矿物的成分环带数据。
2. **相平衡模拟（Pseudosection modelling）**：利用Perple_X软件及热力学数据库（TC-DS62），在SiO?-TiO?-Al?O?-FeO-MnO-MgO-CaO-Na?O-K?O-H?O体系中计算P-T相图及矿物等值线，约束矿物稳定域。
3. **扩散模拟（Diffusion modelling）**：采用CZGM软件，基于多组分扩散系数（Fe、Mg、Mn、Ca），对石榴石成分剖面进行初始-实测匹配，估算角闪岩相变质的持续时间。

**研究结果**

**4. 矿物微观构造与成分关系**

**4.1 云母片岩**：岩石由细粒白云母-钠云母-石英基质和粗粒变斑晶（石榴石、十字石、黑云母、斜长石）组成。构造关系显示两阶段矿物形成：第一阶段为定向排列的细粒白云母和石英；第二阶段为切割面理的变斑晶。包裹体顺序表明斜长石早于十字石和蓝晶石结晶，黑云母则与斜长石互包。石榴石具明显的核-幔-边成分环带：核部（石榴石I）贫镁、富锰钙，边部（石榴石II）富镁、贫钙。多硅白云母Si含量高达3.208 a.f.u.，指示压力>1.6 GPa。

**4.2 角闪岩**：粗粒角闪岩中未识别出两期明显不同的变质矿物。石榴石仅显示生长环带，无两期成分突变。含十字石-蓝晶石的角闪岩中，直闪石早于普通角闪石形成。

**5. 矿物稳定域的压力-温度条件**

相平衡模拟：白云母Si等值线约束第一期高压事件压力>1.6 GPa；斜长石、黑云母、十字石、蓝晶石的稳定域限定第二期巴罗型事件压力0.6-0.85 GPa、温度560-650°C。石榴石I的核部成分等值线交汇于1.45 GPa/512°C；石榴石II的边部成分交汇于0.82 GPa/612°C。

**6. 变质作用的压力-温度轨迹约束**

扩散模拟：初始成分剖面经扩散修饰后与实测剖面最佳拟合。在峰值温度612°C下，第二期事件持续时间约51.8 Ma；在峰值温度677°C下，持续时间约17.9 Ma。两种轨迹（IIa和IIb）均显示早期近等温减压过程。

**讨论与结论**

**讨论要点**：
- 两期变质事件的构造与成分特征：早期蓝片岩相（绿帘石、多硅白云母、石榴石核部）被后期巴罗型角闪岩相（黑云母、斜长石、石榴石边部、十字石、蓝晶石）叠加，反映了俯冲后折返及碰撞加厚过程。
- 地球动力学意义：Welayati组记录的蓝片岩相变质作用代表新元古代俯冲事件，随后巴罗型变质作用（~900 Ma）与格林威尔造山运动同时，指示喀布尔地块在Rodinia超大陆汇聚期间处于活动大陆边缘。
- 与塔里木克拉通的对比：喀布尔地块的基底岩性与变质历史与塔里木克拉通可对比，支持阿富汗中央地块曾属于塔里木克拉通的观点。

**结论（翻译）**：
Welayati组石榴石、十字石和蓝晶石云母片岩中的矿物构造和成分关系证实它们形成于两个不同压力-温度条件的变质事件。第一事件与高压/低温变质作用有关，由绿帘石、钠云母、多硅白云母和相对富钙的石榴石核部组合代表。第二期巴罗型变质事件以黑云母、斜长石、石榴石、十字石和蓝晶石变斑晶为特征，这些变斑晶大多切割由基质细粒矿物定义的面理。第二期形成的石榴石边部具有较低的钙铝榴石和较高的镁铝榴石含量。基于变斑晶黑云母的Ar-Ar年龄数据（~900 Ma），该巴罗型事件发生在蓝片岩相变质作用之后，与地壳加厚有关，其时间与格林威尔造山运动一致。对具有不同核部和边部成分的两个石榴石的扩散模拟表明，巴罗型变质作用可能持续了大约20-50 Ma，具体取决于达到的峰值温度。