（地球化学专业论文）大别—苏鲁超高压变质岩的热年代学及冷却史研究.pdf

摘要 在1 0 0k m 以上深度形成的柯石英和金刚石能在超高压岩石出露地表后仍保 存下来而没有因降压相变，说明超高压岩石必定是以非常快的速度从地幔折返到 地表。是什么机制导致了这一快速抬升过程成为对碰撞造山动力学的一重要挑 战。超高压岩石冷却温度一时间曲线的测定，可以为其折返机制提供最直接的观 测资料和证据。前人通过对大别一苏鲁超高压带的年代学研究，已揭示了超高压 岩石经历过两次快速冷却，然而对于两次快速冷却的发生时代尚存在一些争议和 不足之处，如对超高压岩石的峰期变质时代存在多种认识；超高压岩石冷却到 5 0 0 0 c 左右的时代依据一多硅白云母r b s r 年龄范围较宽，需要其它矿物同位素 体系的判别；第二次快速冷却尚需要更多数据验证；苏鲁超高压变质岩尚未有高 温段冷却曲线报导。本文针对上述问题，对大别一苏鲁超高压变质岩进行了多同 位素体系定年研究，主要取得以下几点认识： 1 峰期变质时代 本工作综合应用阴极发光( c l ) 图像、锆石矿物包裹体研究及微量元素分析， 判定了所测青龙山榴辉岩锆石是在榴辉岩相变质阶段新生成的锆石，它的高精度 离子探针( s h r i m p ) 定年结果平均值( 2 2 7 4 + 3 5m a ) 较好的反映了青龙山榴 辉岩的峰期变质时代。同时，通过微量元素及c l 图像综合判定的虎山片麻岩样 品中的高压变质新生锆石边部也获得了完全一致的年龄( 2 2 6 + 3 6m a ) 。对青龙山 块状榴辉岩中三高压矿物( 石榴石+ 绿辉石+ 金红石) s m n d 等时线法定年也 得到了同样的结果( 2 2 7 + 4m a ) ，它说明达到n d 同位素平衡的高压矿物s m n d 等 时线年龄可以代表超高压岩石的峰期变质时代。 2 第一次快速冷却结束时代 本工作对榴辉岩中金红石u p b 体系进行了详细研究，首次通过矿物u p b 等 时线法及依据绿辉石p b 组成扣除金红石普通p b 法获得了一致的高精度金红石 u - p b 年龄( 2 1 8 + 1 2m a ) ，该年龄代表超高压岩石冷却到4 6 0 + 5 0 。c 的时代，它 支持l ie ta 1 ( 2 0 0 0 ) 根据多硅白云母+ 高压变质矿物r b s r 获得的大别山超高压变 质岩冷却到5 0 0 。c 的时代为2 1 9 + 6m a 的结论。同时，结合金红石的氧同位素分 析，认识到金红石中的p b 、o 同位素具有相近的扩散速率。因而金红石的氧同 位素均一陛可以证明金红石中的p b 同位素也达n t 均一化。 3 超高压变质重结晶锆石的u - p b 体系重置时代 对南大别超高压带内金河桥一榴辉岩中的锆石据c l 图像及微量元素特征进 行了成因判别。其中c l 图像较暗的锆石核部是原岩岩浆锆石经历变质重结晶作 用的产物。s h r i m pu p b 分析所得年龄2 2 0 + 3m a 反应的是继承岩浆锆石重结晶 作用结束时代。它略低于高压变质新生锆石指示的峰期变质时代。该年龄说明尽 管蜕晶化锆石在变质温度 6 0 0 。c 就开始重结晶，但地质条件下蜕晶化锆石的完 全重结晶及u p b 体系重置需要较长的时间，超高压岩石抬升冷却到6 0 0 。c 左右 时才结束。 4 超高压岩石的角闪岩相重结晶时代 根据微量元素及c l 图像特征，金河桥榴辉岩中锆石的c l 图像较亮的锆石 边部形成于无石榴石、金红石等高压矿物生长的角闪岩相退变质阶段。s h r i m p u p b 分析所得年龄2 1 3 + 9m a 反映该锆石在榴辉岩相条件后的退变质阶段生长时 代，它对应超高压岩石第一次快速冷却后的角闪岩相重结晶时代。 5 第二次快速抬升起始时代 大别一苏鲁超高压带内存在一种面理化发育的榴辉岩，沿面理产出大量粗粒 白云母，电子探针分析表明该白云母为多s i 白云母。这种白云母为榴辉岩强面 理化过程中生长，对应角闪岩相变质条件。通过对四个面理化榴辉岩二次多硅白 云母的r b s r 同位素定年获得其平均r b s r 年龄为1 8 5 2m a ，它代表了白云母 的生长时代，对应于榴辉岩的强面理化发生时代。由李曙光和杨蔚( 2 0 0 2 ) 提出的 岩石圈楔入模型来看，这种榴辉岩的面理强化对应超高压岩石的第二次快速抬 升。因而沿面理发育的多硅白云母r b s r 年龄( 1 8 5 控m a ) 反映的是超高压岩石第 二次快速抬升的开始时代。 6 大别一苏鲁超高压岩石冷却史对比及对构造演化的制约 综合本工作对大别一苏鲁不同地区超高压岩石定年结果及前人研究成果，分 别对大别一苏鲁超高压变质带建立了更为详细的超高压岩石冷却曲线，结果表明 大别一苏鲁超高压变质岩石具有一致的冷却史：从峰期变质时代2 2 7 土4 m a 到对 应5 0 0 。c 的2 2 0 + 5m a 之间为第一次快速冷却，在5 0 0 0 c 到4 5 0 0 c 之间为超高压 岩石从快速冷却到缓慢冷却的转折期，2 1 8 1 2m a 之后超高压岩石过渡到长期 的近等温阶段，直至1 8 5 2m a 开始第二次快速抬升。大别山地体与苏鲁地体在 地质现象及冷却史上的一致性说明它们的超高压岩石折返是相同构造过程的结 果，因而它们是在二次抬升之前或最早在第二次抬升过程中被郯庐断裂带大规模 走滑错开的。 a b s t r a c t t h eu l t r a h i g hp r e s s u r e ( u h p ) m i n e r a l s ，s u c ha sc o e s i t ea n dd i a m o n d ，p r e s e r v e d d u r i n gd e c o m p r e s s i o n a n d c o o l i n g r a t h e rt h a nb e i n gd e s t r o y e di nc r u s t a lr o c k ss u g g e s t t h a tt h e s er o c k sw e r ee x h u m e dt ot h ee a r t h ss u r f a c er a p i d l y c o o l i n gh i s t o r ys t u d yo f u h p mr o c k si st h em o s td i r e c tm e a n st og i v ec o n s t r a i n to nt e c t o n i cp r o c e s so ft h e e x h u m a t i o n b a s e do n c h r o n o l o g yo f u h p m r o c k s ，at - tp a t hw i t ht w or a p i dc o o l i n g s f o ru h p mr o c k sh a sb e e no b t a i n e d b u tt h e s ea r em a n yd e b a t e sa n di n s u f f i c i e n c i e s a b o u te x a c tt i m eo ft h e s et w or a p i dc o o l i n g s ，s u c ha s ：t h e r e a r em a n yi s s u a b l e v i e w p o i n t sa b o u tt h ep e a km e t a m o r p h i s m t i m eo fu h p m r o c k s ；p h e n g i t er b - s ra g e s b ed e e m e dt od e t e r m i n a t et h et i m eo fu h p mr o c k sc o o l e dd o w nt o5 0 0 0 cs h o wa r a t h e rw i d er a n g ed e m a n d i n gc r i t e r i o nf r o mo t h e rm i n e r a li s o t o p er e s e a r c h ；m o r ed a t a a r en e e d e dt ot e s t i f yt h es e c o n d r a p i dc o o l i n g m o r e o v e r , t h ec o o l i n g c u r v ef o ru h p m r o c k si ns u l ut e r r a n ei sa b s e n t ，m u l t i q s o t o p i cc h r o n o l o g yo ft h ed a b i e s u l uu h p m r o c k sa i m e da tt h ei s s u e sm e n t i o n e da b o v ew e r es t u d i e d m a i nc o n c l u s i o n sa s f o l l o w i n g ： 1 t h ep e a km e t a m o r p h i et i m eo fu h p mr o c k s o nt h eb a s i so f z i r c o nc a t h o d o l u m i n e s c e n c e ( c l ) i m a g e s 、m i n e r a l si n c l u s i o n sa n d t r a c e e l e m e n t s ，t h e z i r c o nf r o mt h e q i n g l o n g s h a ne c l o g i t e ( 0 2 q l 一2 ) g r e w a t e c l o g i t e f a c i e s c o n d i t i o n s t h ew e i g h t e dm e a n2 0 6 p b f l 0 4 p ba g e ( 2 2 7 4 3 5 m a ) o f s h r i m pd a t i n ga tt h i sk i n d o fz i r c o nr e f l e c t st h e p e a km e t a m o r p h i ct i m e o f q i n g l o n g s h a ne c l o g i t e i na d d i t i o n , t h eo v e r g r o w t hz i r c o ni nt h eh u s h a ng n e i s st h a t g r e w a th pc o n d i t i o n s p r o v e db y 仃a c ee l e m e n ta n a l y s i sa n dc li m a g e sg a v e c o n s i s t e n tu p ba g e ( 2 2 6 _ + 3 6m a ) t h es m - n di s o c h r o nd e f i n e d b y t h r e eh p m i n e r a l sr g a r n e t + o m p h a c i t e + r u i t e ) i naf i n e g r a i n e de c l o g i t ef r o mq i n g l o n g s h a r l g a v ea l m o s t t h es a m ea g e ( 2 2 7 _ + 4m a ) a sz i r c o nu - p b a g e i ts u g g e s t st h a tt h es m n d i s o c h r o na g ed e f i n e db yh pm i n e r a l sr e a c h e dn e o d y m i u m i s o t o p i ce q u i l i b r i u mm a y i n d i c a t et h ep e a km e t a m o r p h i ct i m eo f u h p mr o c k s 2 t h ef i r s tr a p i de o o f i n g t h i sw o r kf i r s tr e p o r t sah i g l lp r e c i s i o nu p ba g eo f2 18 + 1 2 m af o rr u t i l ei n 3 c o e s i t e - b e a r i n ge c l o g i t ef r o mj i n h e q i a oi n t h ed a n em o u n t a i n s ，e a s t c e n t r a lc h i n a t h i sw o r ks h o w st h a tt h eu - p bm i n e r a l ( r u t i l e + o m p h a c i t e ) i s o c h r o na g e o f 2 1 8 2 5 m aa n dc o n v e n t i o n a lm t i l eu - p bc o n c o r d i aa g eo f2 1 8 + 1 2 m ao b t a i n e db y c o m m o np bc o r r e c t i o nb a s e do nt h ep bi s o t o p i cc o m p o s i t i o no f o m p h a c i t ei nt h es a m e e c l o g i t es a m p l e a r ec o n s i s t e n t ，p r o v i n gt h a tt h eo m p h a e i t ew i t hl o wu p br a t i o ( f 2 8 ) c a nb eu s e df o rc o m m o np bc o r r e c t i o ni nu - p b d a t i n go f r u t i l e t h ea g e ( 218 + 1 2m a ) i n d i c a t et h et i m eo f u h p m r o c k sc o o l e dd o w nt oa b o u t4 6 0 。c t h i sr e s u t s u p p o r t st h e c o n c l u s i o nt h a tt h ec o o l i n ga g ea t5 0 0 。cd e f m e db y p h e n g i t er b s ri s o c h r o n i sa b o u t 2 1 9 5 ：6m a ( l ie ta 1 ，2 0 0 0 ) i na d d i t i o n ，c o m b i n e dr u t i l e o x y g e nw i t hp bi s o t o p e a n a l y s i s ，w es u g g e s tt h es i m i l a r i t yo fd i f f u s i o nr a t e s o f0a n dp bi nr u t i l eu n d e r u h p mc o n d i t i o n s t h e r e f o r e ，t h eo x y g e ni s o t o p eh o m o g e n i z a t i o nf o rt h ed i f f e r e n t m t i l eg r a i n ss u g g e s t st h eh o m o g e n i z a t i o no f i n i t i a lp b i s o t o p e sa n d t h u st h ev a l i d i t yo f t h er u t i l eu p bi s o c h r o n d a t i n g 3 t h et i m eo fu - p b i s o t o p es y s t e mr e s e ti nr e e r y s t a l l i z e dz i r c o n b a s e do nz i r c o nc l i m a g e sa n dt r a c ee l e m e n tc h a r a c t e r i s t i c ，t h ed a r kc o r eo f z i r c o nf r o mt h e j i n h e q i a oe e l o g i t e i ns o u t hd a i b eu h pb e l ts h o u l db er a t h e r c o m p l e t e l yr e c r y s t a u i z e di n h e r i t e dm e t a m i c tp r o t o l i t hm a g m az i r c o n t h ew e i g h t e d m e a n2 0 6 p b 2 0 4 p ba g e ( 2 2 0 + 3m a ) o f t h i sk i n do f z i r c o ni n d i c a t e st h et e r m i n a t i o nt i m e o ft h em e t a m o r p h i cr e c r y s t a l l i z a t i o no f p r o t o l i t hm e t a m i c tz i r c o n t h i sa g es l i g h t l y y o u n g e r t h a nt h ep e a k m e t a m o r p h i c t i m es u g g e s t st h a ti tt o o ka l o n gt i m e ( 1 0m a ) t o m a k em e t a m i c tz i r c o nc o m p l e t er e c r y s t a l l i z a t i o na n du p b i s o t o p es y s t e mr e s e t ， p e r h a p s t i l lw h e nu h p mr o c k sc o o l e dd o w nt oa b o u t6 0 0 0 c 4 t h et i m eo f a m p h i b o l l t e - f a e i e sr e e r y s t a l l i z a t i o ni nu h p m r o c k s b a s e do nz i r c o nc l i m a g e sa n dt r a c ee l e m e n tc h a r a c t e r i s t i c ，t h er i mo fz i r c o n f r o mt h ej i n h e q i a o e c l o g i t e i ns o u t hd a i b eu h pb e l ts h o u l dg r o wa t r e t r o g r a d e a n a p h i b o l i t e f a c i e sc o n d i t i o n su n d e rw h i c h n o g a r n e ta n dm t i l ew e r ec r y s t a l l i z e d t h e w e i g h t e dm e a n 2 0 6 p b 严p ba g e ( 2 1 3 + 9m a ) o ft h i sk i n do f z i r c o ni n d i c a t ct h et i m eo f a m p h i b o l i t e - f a c i e sr e c r y s t a l l i z a t i o ni nu h p m r o c k s 5 t h es e c o n d r a p i de x h u m a t i o n t h e r ei sak i n do fi n t e n s i v e l yf o l i a t e d e e l o g i t ei nt h ed a n e s u l uu h pb e l t 4 a b u n d a n tc o a r s e g r a i n e dm u s c o v i t ed e v e l o p e da l o n gf o l i a t i o n s t h i sm u s c o v i t ei s p r o v e da sp h e n g i t eb a s e d o i le l e c t r o nm i c r o p r o b ea n a l y s i s t h ep h e n g i t eg r e ww h e ne e l o g r e r o l l i o nw a sd e v e l o p e da ta m p h i b o l i t e - f a c i e sc o n d i t i o n s t h ea v e r a g ea g eo fp h e n g i t e r b s ra g e sf r o mf o u rf o l i a t e de c l o g i t e sg i v e s18 5 2m a t h i sa g ei n d i c a t et h eg r o w t h t i m eo f p h e n g i t e ，c o r r e s p o n d i n gt ot h et i m ew h e ne l c o g i t ef o l i a t i o nw a sd e v e l o p e d i nv i e wo f t h ec o n t i n e n t * c o l l i s i o n a ll i t h o s p h e r i c - w e d g i n gm o d e ls u g g e s t e db yl ia n dy a n g ( 2 0 0 3 ) ，s t r e n g t h e n o f e c l o g i t ef o l i a t i o ns h o u l dt a k ep l a c ed u r i n gt h es e c o n dr a p i de x h u m a t i o no f u h p m r o c k s t h u s ， t h er b - s ra g e ( 1 8 5 + _ 2m a ) o f p h e n g i t ed e v e l o p e da l o n gf o l i a t i o ni n d i c a t et h ei n i t i a lt i m eo ft h e s e c o n dr a p i du p l i f t i n ga n dc o o l i n go f t h eu h p mr o c k si nd a b i e - s u l ub e l t 6 c o m p a r i s o n o ft h ec o o l i n g h i s t o r yb e t w e e nd a b i ea n ds u l ub e l t i n t e g r a t i n g t h e c h r o n o l o g i c a l d a t af r o mt h i sw o r ka n do t h e rt h e r e p o s e d c h r o n o l o g i c a ld a t aw i t h t h e i re o r r e s p o ! a d i n gm e t a m o r p h i ca n d o rc l o s u r et e m p e r a t u r e ， t h ei m p r o v e dt t p a t ho ft h ed a i b ea n ds u l uu h p m r o c k sh a sb e e nc o n s t r u c t e d r e s p e c t i v e l y t h ec o n s i s t e n c yo f t h et w oc o o l i n gp a t hw a so b s e r v e d ：t h ef i r s t r a p i d c o o l i n gi sf r o mt h ep e a km e t a m o r p h i ct i m e ( 2 2 7 + 4m a ) t oa b o u t2 2 0m a ( - 5 0 0 0 c ) ； t h ei n t e r v a li nar a n g eo f5 0 0t o4 5 0 。ci sa nt r a n s i t i o n a ls t a g ef r o m r a p i dc o o l i n gt o r e l a t i v ei s o t h e r m a ls t a g e ；t h e r ew a sal o n g t i m ep e r i o di nan e a r l yi s o t h e r m a ls t a g e a f t e r2 1 8m a 枷lt h es e c o n dr a p i dc o o l i n gb e g i n n i n ga ta b o u t1 8 5m at h ed a b i e a n ds u l uu h p mb e l t sw e r ea p p a r e n t l yo f f s e t b yt a n - l uf a u l td u r i n go ra f t e rt h e s e c o n d u p l i f to f u h p m r o c k s 5 前言 大陆深俯冲是8 0 年代以来大陆动力学研究的最重要进展之一。自s m i t h ( 1 9 8 4 ) 和c h o p i n ( 1 9 8 4 ) 首先分别在挪威西部片麻岩区及西阿尔卑斯的典型陆壳岩石中 发现柯石英以来，人们认识到比重比较轻的大陆地壳可以俯冲到地幔深度。此后， s o b o l e v 和s h a t s k y ( 1 9 9 0 ) 及x u 等( 1 9 9 2 ) 率先分别在北哈萨克斯坦及大别山的片 麻岩和榴辉岩中发现金刚石，从而认识到陆壳俯冲深度可达1 3 0k m ( 4 g p a ) 以 上。这种含有微粒柯石英和金刚石的片麻岩及榴辉岩统称为超高压变质( u h p m ) 岩。目前这类岩石在世界上许多地区均有发现( 图1 ) ，它们均位于碰撞造山带， 这说明大陆俯冲在陆一陆碰撞造山过程中是一个较普遍发生的地球动力学过程， 大陆俯冲动力学因而也成为9 0 年代以来大陆动力学研究的热点领域之一。大别 一苏鲁地区柯石英及其假象和金刚石的发现( o k a y , 1 9 8 9 ；w a n ge ta 1 ，1 9 8 9 ；w a n g a n dl i o u1 9 9 1 ；x ue ta 1 ，1 9 9 2 ；y a n ga n ds m i t h ，1 9 8 9 ；e n a m ia n dz a n g ，1 9 9 0 ； h i r a j i m ae ta 1 ，1 9 9 0 ；z h a n ge ta 1 ，1 9 9 0 ) 以及随后的工作证明，这一地区在岩石种 类方面，不仅有经历过超高压变质作用的榴辉岩，而且发现了超高压硬玉石英岩、 大理岩、副片麻岩、花岗质片麻岩、超镁铁岩等( w a n g e ta 1 ，1 9 9 3 ；y a n ge ta 1 1 9 9 3 ： c o n ge ta 1 ，1 9 9 5 ，1 9 9 6 ；z h a n ge ta 1 ，1 9 9 5 ；y ee ta 1 ，2 0 0 0 ) ；在露头规模方面，所发 现的超高压变质岩露头西起河南新县，东至山东荣城，分布范围长逾1 0 0 0 k m 。 大别一苏鲁地区超高压变质岩带因其规模大、超高压岩石种类多、地质现象丰富 而成为世界之最，引起了国际地学界的广泛关注和积极参与研究，成为了近十几 年来国际地学研究的热点地区之一。 在1 0 0k m 以上深度形成的柯石英和金刚石能在超高压岩石出露地表后仍保 存下来而没有因降压相变，说明超高压岩石必定是以非常快的速度从地幔折返到 地表。是什么机制导致了这一快速抬升过程成为对碰撞造山动力学的一重要挑 战。在超高压岩石俯冲和折返过程中，岩石温压条件的变化以及变质作用的发生 会对各种矿物的同位素体系的开放、封闭和平衡产生显著影响，因而超高压岩石 提供了研究超高压变质过程中各种同位素体系行为的天然条件。同时，超高压岩 石在抬升出露过程中伴随着一降温冷却过程，它使具有不同封闭温度的矿物同位 素体系相继封闭并开始计时，从而能真实记录下超高压岩石抬升过程中的冷却历 史。因而超高压岩石冷却温度一时间曲线的测定，可以为其折返机制提供最直接 6 的观测资料和证据。然而，由于超高压变质岩的快速抬升和冷却，仅当年龄误差 小于5 m a 时才对约束其冷却史有意义。因此，超高压变质岩的冷却史研究对同 位素定年的精度提出了更高的要求。 圈1 全球已识别的超高压地体分布( 据l i o ue ta 1 ，1 9 9 5 修改) 中外地质学家对大别一苏鲁超高压带的年代学方面已有长期的工作( 例如： 李曙光等，1 9 8 9 a ，1 9 8 9 b ，1 9 9 2 ，1 9 9 6 ，1 9 9 7 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ，2 0 0 1 ；陈文寄等，1 9 9 2 ； a m e se ta 1 ，1 9 9 3 ，1 9 9 6 ；l i e t a l ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ；李齐等，1 9 9 5 ；c h e ne ta 1 ， 1 9 9 5 ：c h a v a g n a ca n dj a h n ，1 9 9 6 ；r o w l e ye ta 1 ，1 9 9 7 ；h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ，2 0 0 0 ； c h a v a g n a ce ta 1 ，2 0 0 1 ：a y e re ta 1 ，2 0 0 2 ；刘福来等，2 0 0 3 ；y a n ge ta 1 ，2 0 0 3 ) ，目前 对该超高压带为华北与扬子板块在三叠纪碰撞的观点已无大的争议，但是在冷却 史的细节问题上还存在许多问题。 陈文寄等( 1 9 9 2 ) ，李齐等( 1 9 9 5 ) 和c h e ne ta 1 ( 1 9 9 5 ) 较早应用心一时定年 技术研究了大别一苏鲁超高压变质岩的冷却史。由于方法的局限性，他们的研究 对象均为花岗片麻岩，且只能揭示5 0 0 。c 以下的低温段冷却史。这显然不能满足 我们希望了解超高压变质岩在峰期变质后由地幔深度开始的抬升折返历史的要 求。c h a v a g n a ca n dj a h n ( 1 9 9 6 ) 报导了大别山碧溪岭榴辉岩的冷却曲线，揭示了 峰期变质后，超高压变质岩经历了一个快速冷却( 4 0 。c m a ) 过程。l ie ta 1 ( 2 0 0 0 ) 通过对大别山双河超高压变质岩( 榴辉岩互层于片麻岩) 及花岗片麻围岩的详细 年代学研究，首次揭示了大别山超高压变质岩及其围岩经历了两次快速抬升和冷 却。 由于柯石英或金刚石的保存，对超高压变质岩石峰期变质后的第一次快速抬 升并无争议，但是第一次快速冷却起始时代和结束时代的认识却不一致，如 c h a v a g n a ca n dj a h n ( 1 9 9 6 ) 认为峰期变质后的快速冷却发生在2 2 0 2 1 0m a ，而l i e ta 1 ( 2 0 0 0 ) 认为发生在2 2 6 - 2 1 9m a 。另外，目前为止，第二次快速抬升的起点只 有一个年龄，还需要进一步工作的证实。 本工作针对以上存在的分歧和工作的薄弱之处，以大别一苏鲁地区超高压岩 石为研究对象，综合运用不同同位素体系从不同方面入手，结合其它研究手段的 制约，拟对以下问题进行探讨： 1 超高压峰期变质作用发生时代 对超高压岩石峰期变质时代的测定通常采用锆石u p b 法和榴辉岩中高压矿 物s m - n d 等时线法( a m e se ta 1 ，1 9 9 3 ，1 9 9 6 ；l ie ta 1 ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ，l9 9 9 ，2 0 0 0 ； r o w l e ye ta 1 ，1 9 9 7 ；h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ；c h a v a g n a ca n dj a h n ，1 9 9 6 ；李曙光等，1 9 9 6 ， 1 9 9 7 ) 。s m n d 矿物等时线法是测定榴辉岩及其它含石榴子石高级变质岩变质年 龄的最有效方法之一。因为重稀土元素在石榴子石中较轻稀土元素有较高的分配 系数，因而石榴石有很高的s m n d 比值，而其它高压变质矿物，如绿辉石、金 红石、多硅白云母等有较低的s n f f n d 比，从而使我们可以获得一条由石榴子石 及其它高压变质矿物确定的高精度s m - n d 等时线。然而由于超高压作用的复杂 性，可能存在以下的制约：矿物之间可能存在钕同位素不平衡现象( j a g o m z 1 9 8 8 ： t h o n ia n d j a g o u t z ，1 9 9 2 ；李曙光等，1 9 9 6 ，2 0 0 1 ；l ie ta 1 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ) ；石榴石中 s m n d 同位素体系扩散封闭温度的不确定性f 5 0 0 。c 8 5 0 。c ) ( h u m p h f i e sa n dc l i f f , 1 9 8 2 ；m e z g e re ta 1 ，1 9 9 2 ；h e n s e na n dz h o u ，1 9 9 5 ；b u r t o ne ta 1 ，1 9 9 5 ；李曙光等， 1 9 9 6 ；l ie ta 1 ，2 0 0 0 ) ：退变质作用对矿物的改造( l ie ta 1 ，2 0 0 0 ，2 0 0 2 ；李曙光等， 2 0 0 3 ) ；石榴石中富稀土微包体矿物，如独居石，锆石等的影响( z h o ua n dh e n s e n 1 9 9 5 ；d e w o l f e ta 1 ，1 9 9 6 ；p r i n c ee ta 1 ，2 0 0 0 ：t h 6 n i ，2 0 0 2 ) ；等。这些制约因素使 得人们对榴辉岩s m - n d 法定年不得不给予特别的细心。 由于以上诸多因素影响以及不同作者对其影响因素的认识不同，目前大别一 苏鲁地区的榴辉岩s m - n d 矿物等时线年龄具有较大的范围( 2 0 8 2 4 5 ) ( 李曙光等， 1 9 9 2 ，1 9 9 6 ；l ie ta 1 ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ；o k a ye ta 1 ，1 9 9 3 ：c h a v a g n a ca n d j a h r l 1 9 9 6 ；y a n ga n dj a h n ，2 0 0 0 ；c h a v a g n a ce ta 1 ，2 0 0 1 ) 。这种较大年龄范围主要 是由于部分工作中的定年样品间存在n d 同位素不平衡所引起( 李曙光等，1 9 9 6 ) 。 一般来说，只有3 个以上高压矿物成很好的线性关系所确定的等时线才能给出具 确切地质意义的年龄。例如l ie ta 1 ( 1 9 9 4 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ) 分别在大别山双河及苏鲁 的青龙山、株边等地的榴辉岩中以三个高压矿物所确定的线性良好的s m - n d 等 时线给出了一致的年龄( 2 2 6 + 3 m a ) 。另外，z h e n ge ta 1 ( 2 0 0 2 ) 通过榴辉岩矿物的o 同位素分析，结合s m - n d 等时线定年研究得到，石榴石和绿辉石中的o 扩散速 率较其s m - n d 扩散速率相似或略高，因此石榴石和绿辉石之间的o 同位素平衡 与否可指示此两矿物的s m - n d 同位素是否达到了平衡，从而可判断此两矿物 s m n d 等时线定年结果的有效性。 锆石是高级变质岩u p b 体系定年的首选矿物，它具有高u 、低普通p b 和高 u ，p b 同位素体系封闭温度的特点( c l i f f , 1 9 9 5 ；l e ee ta 1 ，1 9 9 7 ) ，并在复杂的地 质过程中不易被完全重置，因而被广泛用作测定超高压变质作用峰期时代的矿 物。大别造山带的锆石u p b 年代学工作已经有十多年的历史，近年来通过显微 结构( 阴极发光、电子背散射) 、包裹体矿物研究发现，单颗锆石有可能具有多圈 层的生长带，自核心向边缘一般为：原岩岩浆锆石核：变质重结晶锆石；超高压 变质增生锆石；退变质增生锆石( l i uf le ta 1 ，2 0 0 1 ；y ee ta 1 ，2 0 0 0 ；l i uj be ta 1 ， 2 0 0 1 ) 。传统的t i m s 方法运用于这种复杂成因的锆石，实际上所得是一种混合 年龄，不具确切地质意义( 侯振辉和李曙光，2 0 0 3 及其相关文献) 。高精度离子 探针( s h r i m p ) 技术的引入提供了解决这一问题的条件，然而同是高精度离子探 针定年，由于没有其它方面( 如微量元素，包裹体等) 工作的制约或主观方面的 原因，即使相同的年龄也有不同的解释。例如，程裕淇等( 2 0 0 0 ) 根据对大别山碧 溪岭榴辉岩的s h r i m p 锆石u - p b 年代学研究结果，认为超高压变质时代为元古 代，而将2 2 2 m a 左右的年龄解释为印支期的退变质事件时代；简平等( 2 0 0 0 ，2 0 0 2 ) 认为超高压发生在加里东期。目前国内外大多数研究者所接受的超高压变质时代 为印支期，但是对于较确切的峰期变质时代仍存在大的分歧，部分研究者认为是 在2 4 0m a2 1 e ；u ( h a c k e re ta 1 ，1 9 9 8 ，2 0 0 0 ；a y e r se ta 1 ，2 0 0 2 ；吴元保等，2 0 0 2 ) ，而 部分研究者认为应该在2 3 0 2 2 0m a ( l ie ta 1 ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ，1 9 9 9 ，2 0 0 0 ：y a n ge ta 1 ， 2 0 0 3 ：刘福来等，2 0 0 3 ) 。 变质锆石有两种表现形式，一为变质重结晶锆石，二是变质增生锆石。超高 压变质岩中从原岩中继承下来的锆石，由于长时间放射性损伤而发生蜕晶化，这 种蜕晶化锆石在t 6 0 0 。c 时可发生重结晶( m e z g e ra n dk r o g s t a d ，1 9 9 7 ) 。在重结晶 过程中，蜕晶化锆石中所保留的放射成因p b 因在锆石晶格中没有合适的位置易 于排除。因此重结晶的蜕晶化锆石可重新开始u - p b 同位素计时。对这部分变质 重结晶锆石定年，我们可以获得其变质年龄。应当指出的是，如果重结晶作用不 能将放射成因p b 全部排除出去，则所得年龄就会偏老，不能代表其变质时代。 然而是否可以达到完全重结晶以及认识该类锆石年龄所代表的地质意义尚需更 多的工作。变质增生锆石可能发生在超高压阶段和退变质阶段，只有超高压阶段 的变质增生锆石才能真正代表超高狂变质岩石的峰期变质时代。区分这两种变质 增生锆石，分别对其定年才能获得有确切地质意义的结果。上述对变质锆石u p b 年龄解释上的分歧正是未能对不同成因锆石加以确切区分而造成的。 本文对大别一苏鲁地区含柯石英榴辉岩中广泛取样，通过三个以上超高压变 质矿物s m - n d 等时线定年及具有高压变质增生和变质重结晶成因的锆石进行 s h r i m p u - p b 定年，以便对超高压变质作用的峰期变质时代提供更精确的制约。 同时，认识变质重结晶锆石和变质增生锆石在年龄表现上的差别。 2 第一次快速冷却结束时代 c a r s w e l le ta 1 ( 2 0 0 0 ) 研究发现，超高压岩片在角闪岩相阶段有较长时间的重 结晶作用，其对应温度为4 0 0 - 4 5 0 。c 。超高压岩片的第一次快速冷却应该是在 4 5 0 。c 之前结束。通常4 0 a r 3 9 m 定年技术是研究造山带变质岩热历史的有力工具 ( m c d o u g a l la n dh a r r i s o n ，1 9 8 8 ) 。然而对超高压变质岩来说我们很难获得有意 义的4 0 a r 3 9 a r 年龄。大量年代学研究结果表明超高压变质岩的多硅白云母 4 0 a r 3 9 a r 年龄