（地球化学专业论文）大别造山带碰撞后岩浆岩地球化学：壳幔相互作用和深部过程.pdf

、 一 摘要 大别山造山带发育了大量的碰撞后岩浆岩，包括了从超基性一基性一中性一 酸性整个岩浆演化系列，其源区深度从上地幔一直到中下地壳。( 这些碰撞后岩浆 岩反映了造山带碰撞后的壳幔相互作用、岩石圈的拆离和减薄、软流圈地幔上涌 以及岩浆板底挚托等一系列深部过程；本文对这些蚩鏊墨进行了详细的丝堡兰墨兰 研究，讨论了大别造山带碰撞后岩浆作用及其深部过程。此外，针对过去文献中 存在对北大别狄色片麻岩一些混乱的认识，本文根据不同变质变形程度对北大别 灰色片麻岩进行分类比较和地球化学分析。f ，本文获得如下一些重要结论。 1 大别山祝家铺辉石岩辉长岩的p b 同位素研究表明，高2 0 7 p b 2 0 4 p b 的样品 具有富2 0 7 p b 2 0 4 p b 低2 0 6 p b ，2 0 4 p b 的古老富集岩石圈地幔( l o m u ) 特征，这是在 中国东部首次报道高2 0 7 p b 2 0 4 p b 的l o m u 端元。辉石一辉长岩的u p b 含量特 征表明其源区具有岩石圈地幔或亏损软流圈地幔与下地壳混合的特征，和地幔热 柱及深俯冲陆壳无关，这一结论不支持以往的壳幔相互作用模型。p b 、s r 和n d 同位素联合示踪揭示了祝家铺辉石岩一辉长岩的源区具有下地壳物质、亏损软流 圈地幔和富2 0 7 p b 2 0 4 p b 低2 0 6 p b 2 0 4 p b 的古老富集岩石圈地幔三端元混合的特征。 碰撞后镁铁一超镁铁岩石的初始岩浆是幔源岩浆与下地壳相互作用的结果，形成 该初始岩浆的壳幔相互作用过程可能与造山带碰撞后的岩石圈拆离及岩浆板底 垫托有关。在这一过程中，上涌的软流圈地幔及富集岩石圈地幔部分熔融产生的 熔体垫托在壳幔边界层，并与残留的古老富集岩石圈地幔和下地壳相互作用，形 成了大别山碰撞后镁铁一超镁铁岩的地球化学特征。 2 赤土岭以及碧溪岭闪长岩脉属于粗面安山岩系列，其构造环境为碰撞后隆 起。赤土岭闪长岩样品具有随m g o 含量下降，s i 0 2 先下降后上升，s r 含量和 g d y b 先上升后下降，l a y b 上升，c r ，n i 含量下降的特征，这说明赤土岭闪长 岩初始岩浆的分离结晶早期主要由辉石控制，而无橄榄石结晶。赤土岭和碧溪岭 闪长岩非常低的e n d ( t ) - 2 0 - 3 一- 2 5 ) 说明它们的源区主要来自下地壳，同时还包 括亏损软流圈地幔或者陆下富集岩石圈地幔( e m i ) ，但是下地壳物质的贡献高 于大别山碰撞后玄武质岩石。底侵玄武岩的部分熔融不是形成赤土岭闪长岩浆的 主要原因。碧溪岭闪长岩及赤土岭闪长岩具有高s r 低y 等类似于a d a k i t e 的特 征，这反映了其下地壳源区具有较大的深度。 3 毛屋辉绿岩的s r - - n d 同位素与华北中生代镁铁质岩浆岩和北大别中生代 辉石一辉长岩及南大别刘家沣辉长岩类似，其初始en d 值低于华南板块的中生代 镁铁质岩浆岩。赤土岭、碧溪岭闪长岩来自下地壳的部分熔融，其s r - n d 特征接 近华北陆块中生代闪长质岩石。初始en d 值显著同样低于华南陆块中生代闪长质 岩石。所以南大别超高压带在早白垩纪深部岩石圈( 包括下地壳和岩石圈地幔) 仍然是华北板块的性质。这说明大别山造山带深部缝合线在早白垩纪已南移至赤 土岭岩体以南。 4 北大别灰色片麻岩从岩石学和变质变形程度上可以分为强变形条带片麻 岩和变形闪长岩两类，其中变形闪长岩实际上是燕山期的变形的花岗质岩石侵入 体，这两类岩石在地球化学特征、同位素地质年龄上有显著不同，不应该混为一 谈，简单的以大别山灰色片麻岩来命名。强变形条带片麻岩的原岩为低a l 的石 英闲长岩或者花岗闪长岩，它形成于7 8 亿年前扬子板块北缘的拉张环境，不 是岛弧环境下的岩浆岩，后期可能经历了高压一超高压作用。变形闪长岩石为 s i 0 2 4 0 k m 厚的山根存在。 因此，早白垩纪下地壳部分熔融的残留相( 有较大比重) 可能会进一步拆离，导 致大别造山带岩石圈的进一步减薄。卜， o - a b s t r a c t a b u n d a n t p o s t c o l l i s i o n a l m a g m a t i c r o c k s ，i n c l u d i n g a l l m a g m a s e r i e s e v o l y e m e n tf r o mu l t r a m a f i cr o c k s ，n e u t r a lr o c k st oa c i d i cr o c k s ，o c c u ri nt h ed a b i e o r o g e n t h ed e p t h o f t h es o u r c e so f t h o s ep o s t c o l l i s i o n a lm a g m a t i cr o c k si sf r o mt h e u p p e r m a n t l et om i d d l e l o w e rc r u s t t h o s ep o s t c o l l i s i o n a lm a g m a t i cr o c k ss h o u l db e p r o d u c t s o f d e e pp r o c e s s e s ，s u c h a sm a n t l e c r u s t i n t e r a c t i o n ，d e l a m i n a t i o n a n d t h i n n i n g o fl i t h o s p h e r e ，u p w e l l i n go fa s t h e n o s p h e r i cm a n t l ea n du n d e r p l a t i n go f m a g m a i n t h i sp a p e r , 1w i l ld i s c u s sp o s t c o l l i s i o n a lm a g m a t i s ma n dd e e pp r o c e s sb y d e t a i l e d l yg e o c h e m i c a ls t u d y f u r t h e r m o r e ，s i n c et h e r ea r es o m ec o n f u s e do p i n i o n s a b o u tg r e yg n e i s s e df r o mt h en o r t h e r nd a b i ez o n e ，1w i l lc l a s s i f ( a n dc o m p a r et h e g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r so ft h eg r e yg n e i s s e sa c c o r d i n gt ot h e i rm e t a m o r p h i ca n d m e t a m o r p h o u sg r a d e s o m ei m p o r t a n tc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e d i nt h i sp a p e r 1 p b i s o t o p i cc o m p o s i t i o n so f z h u j i a p up y r o x e n i t e - g a b b r os h o w t h a tt h es a m p l e s w i t hh i g h2 0 7 p b 2 0 4 p bh a v et h es i m i l a rp b i s o t o p i cc h a r a c t e r so l de n r i c h e dl i t h o s p h e r i c m a n t l ew i t h h i g h2 0 7 p b 2 0 4 p ba n d l o w2 0 6 p b 2 0 4 p b ( l o m u ) i ti st h ef i r s tt i m et h a tt h e l o m u c o m p o n e n th a sb e e nr e p o r t e di nt h ee a s t e r nc h i n a u p bc o m p o s i t i o n so f z h u j i a p up y r o x e n i t e - g a b b r os h o w t h a tt h es o u r c eo ft h e s er o c k sh a sm i x i n gc h a r a c t e r s o fl o w e rc r u s ta n ds u b - c o n t i n e n t a ll i t h o s p h e r i cm a n t l eo rd e p l e t e da s t h e n o s p h e r i c m a n t l e i th a sn o t h i n gt od ow i t hm a n t l e p l u m e a n d d e e p l ys u b d u c t e dc o n t i n e n t a lc r u s t t h i so b s e r v a t i o nd o e sn o ts u p p o r tp r e v i o u sm o d e l so fc r u s t m a n t l ei n t e r a c t i o ni nt h e d a b i em o u n t a i n s t h ep b ，s ra n dn d i s o t o p i ct r a c i n gr e v e a lt h a tt h r e ec o m p o n e n t si n t h es o u r c eo fz h u j i a p up y r o x e n i t e - g a b b r oa r en e e d e d ：t h el o w e r c r u s t , d e p l e t e d a s t h e n o s p h e r i cm a n t l ea n d o l de n r i c h e dl i t h o s p h e r i cm a n t l ew i t hh i g h2 0 7 p b 2 0 4 p ba n d l o w2 0 6 p b 2 0 4 p b ( l o m u ) t h ep r i m i t i v e m a g m as h o u l db er e s u l t so fi n t e r a c t i o n b e t w e e nm a n t l e - d e r i v e dm a g m aa n dt h el o w e rc r u s t t h ec r u s t m a n t l e i n t e r a c t i o n c o u l db ed e s c r i b e da sam o d e lo fd e l a m i n a t i o no f l i t h o s p h e r ea f t e rc o n t i n e n t c o n t i n e n t c o l l i s i o na n dm a g m a u n d e r p l a t i n g i nt h i sm o d e l ，u p w e l l i n ga s t h e n o s p h e r i ca n do l d e n r i c h e d l i t h o s p h e r i cm a n t l e sw e r ep a r t i a l l ym e l t e da n dt h em e l td e r i v e df r o mt h e m a n t l e sw a su n d e r p l a t e di nt h ec r u s t - m a n t l eb o u n d a r ya n di n t e r a c t i o nw e l lw i t hl o w e r 3 、 c m s t t h u s ，t h ep r i m i t i v em a g m ao fp o s t c o l l i s i o n a l m a r i e u l t r a m a f i cr o c k s h a s g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r so f b o t ho l de n r i c h e dl i t h o s p h e r i cm a n t l e a n dl o w e rc r u s t 2 d i o r i t e sf r o mt h ec h i t u l i n ga n db i x i l i n ga r et r a c h y a n d e s i t ea n dt h e yf o r m e d a t p o s t c o l l i s i o n a lr i s i n ge n v i r o n m e n t a l o n gw i t h t h ed e c r e a s eo fm g oc o n t e n t so ft h e c h i t u l i n gd i o r i t e s ，t h e i rs i 0 2c o n t e n t si n c r e a s e ，a n dt h e nd e c r e a s e ；s rc o n t e n t s a n d g d y bd e c r e a s e ，a n dt h e ni n c r e a s e ，l a y br a t i o si n c r e a s e ，a n dc ra n dn ic o n t e n t s d e c r e a s e i ti ss u g g e s t e dt h a ti tw a sp y r o x e n ef r a c t i o n a lc r y s t a l l i z a t i o nt h a tc o n t r o l l e d t h ee v o l v e m e n to fp r i m i t i v em a g m ao ft h ec h i t u l i n gd i o r i t ee a r l y , n o to l i v i n e t h e e n d ( t 1v a l u e so f t h eb i x i l i n ga n dc h i t u l i n gd i o r i t e sa r ev e r yl o w ( 一2 0 3 一- 2 5 ) ，w h i c h s u g g e s t s t h a tt h e i rs o u r c e sa r em a i n l yf r o mt h el o w e rc r u s t ，i n c l u d i n gd e p l e t e d a s t h e n o s p h e r i cm a n t l ea n ds u b c o n t i n e n t a le n r i c h e dl i t h o s p h e r i cm a n t l e ( e m i ) t h e l o w e rc r u s tc o m p o n e n ti nt h o s ed i o r i t e si sm o r et h a nt h a ti nt h ep o s t c o l l i s i o n a l b a s a l t i cr o c k so ft h ed a b i eo r o g e n p a r t i a lm e l t i n go fu n d e r p l a t e db a s a l tw a sn o t i m p o r t a n t t of o r m a t i o no f m a g m ao f t h e c h i t u l i n gd i o r i t e s t h eb i x i l i n ga n dc h i t u l i n g d i o r i t e sh a v et h ec h a r a c t e r so f h i g hs ra n dl o wy c o n t e n t ss i m i l a rt ot h a to fa d a k i t e s ， w h i c h s u g g e s t st h el o w e r c r u s ts o u r c eo f t h o s ed i o r i t e sw a s v e r yd e e p 3 t h es r - n di s o t o p i cc o m p o s i t i o n so ft h em a o w ud o l e r i t ea r es i m i l a rt ot h o s eo f m e s o z o i cm a r i e m a g m a t i c r o c k sf r o mt h en o r t h e mc h i n ab l o c k ，m e s o z o i c p y r o x e n i t e - g a b b r o sf r o mt h en o r t h e md a b i ez o n ea n dt h el i u j i a w ag a b b r oi nt h e s o u t h e r nd a b i ez o n e t h ee n a ( 1 2 0 m a ) v a l u eo f t h em a o w ud o l e r i t ei sl o w e rt h a nt h a t o fm e s o z o i cm a r i em a g m a t i cr o c k sf r o mt h es o u t h e mc h i n a b l o c k ；t h ec h i t u l i n ga n d b i x i l i n g d i o r i t e sc a r r i ef r o mp a r t i a l m e l t i n go fl o w e rc r u s t t h e i rs r - n di s o t o p i c c o m p o s i t i o n sa r ec l o s et om e s o z o i cd i o r i t ef r o mt h en o r t h e mc h i n ab l o c ka n dt h e a n a ( 1 2 0 m a 、v a l u e sa r ea l s oo b v i o u s l yl o w e rt h a nt h a to fd i o r i t e sf r o mt h es o u t h e m c h i n ab l o c k t h e r e f o r e ，t h e d e e pl i t h o s p h e r e o ft h es o u t h e md a n eu h pz o n e ( i n c l u d i n g l o w e rc u r s ta n dl i t h o s p h e r i cm a n t l e ) h a st h es a m ec h a r a c t e ro fd e e p l i t h o s p h e r eo f t h en o r t h e mc h i n ab l o c ki nt h ee a r l yc r e t a c e o u s ，w h i c hs u g g e s t st h a t t h ed e e ps u t u r eo ft h ed a n e o r o g e nw a sm o v e d t ot h es o u t ho ft h ec h i t u l i n gi nt h e e a r l yc r e t a c e o u s 4 g r e yg n e i s s e so ft h en o r t h e r nd a b i ez o n ec a nb ed i v i d e di n t ot w ot y p e s ： 4 s t r o n g l ym e t a m o r p h o u ss t r i p e dg n e i s s e sa n dm e t a r n o r p h o u sd i o r i t e s t h el a t t e r a r e a c t u a l l ym e t a m o r p h o u si n t r u s i o n so fg r a n i t o i dr o c k si n t h ee a r l yc r e t a c e o u s t h e r e a r eo b v i o u sd i f f e r e n c eb e t w e e nt h e s et w ot y p e so fr o c k si ng e o c h e m i c a lc h a r a c t e r s ， a n di s o t o p i cg e o c h r o n o l o g y , t h e r e f o r et h e ys h o u l dn o tb ed i s c u s s e d a n dn a m e d j u s ta s t h es a m ek i n do fg r e yg n e i s s e so ft h ed a n em o u n t a i n s s t r o n g l ym e t a m o r p h o u s s t r i p e dg n e i s s e s c a m ef r o m q u a r t z g r a n i t eo rg r a n o d i o r i t ew i t h l o wa ic o n t e n t s ，w h i c h f o r m e dd u r i n g7 0 0 8 0 0m a a g oi nad i v e r g e n c ee n v i r o n m e n t i nt h en o r t hm a r g i no f t h e y a n g t z eb l o c k ，a n dt h e y a l en o ti s l a n da r c m a g m a t i cr o c k s s t r o n g l y m e t a m o r p h o u ss t r i p e dg n e i s s e sm i g h te x p e r i e n c eh i g h u l t r a h i g hp r e s s u r e m e t a m o r p h i s ml a t e m e t a m o r p h o u sd i o r i t e sa r es y e n o - d i o r i t e sw i t ha l k a l i e n r i c h e d a n dt h e i rs i 0 2c o n t e n t sa r el o w e rt h a n6 0 t h e yh a v eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r so f h i g hs rc o n t e n t s ，l o wyc o n t e n t s ，a n ds t r o n gf r a c t i o n a t i o nb e t w e e nl r e e a n dh r e e ， w h i c h s u g g e s t st h o s em e t a m o r p h o u s d i o r i t e sw e r ep r o d u c t so f p a r t i a lm e l t i n go f m a r i e l o w e rc r u s tw i t l le c l o g i t ef a c i e si nt h ed e e po f t h i c k e n e dc r u s to f o r o g e n 5 t h e r es h o u l db et w o p e r i o d so f p o s t - c o l l i s i o n a lm a g m a t i cp r o c e s si nt h ed a b i e o r o g e n ( 1 7 0 m aa n d1 3 0 - 1 2 0 m ar e s p e c t i v e y ) t h e r ea r eo n l yi n t e r m e d i a t ea n da c i d r o c k sa n dn om a r i ei n t r u s i o n si nt h em a g m a t i cr o c k so f17 0 m a ，w h i c hs u g g e s t st h a t t h e r ew a sn ou p w e l l i n go fm a n t l ei nt h em i d d l ec r e t a c e o u s m a g m a t i cr o c k so f1 2 0 m ai n c l u d et h ew h o l em a g m a t i es e r i e sf r o mu l t m m a f i e ，i n t e r m e d i a t et oa c i dr o c k s t h e e a r l yc r e t a c e o u si n t e r m e d i a t ed i o r i t e so f t h ed a b i em o u n t a i n sc a m ef r o mp a r t i a l m e l t i n g o fm a r i el o w e rc r u s ta n da c i d g r a n i t e s c a l i ef r o m p a r t i a lm e l t i n g o f i n t e r m e d i a t el o w e rc r u s t t h e r ea r ei n t e r m e d i a t e - a c i d m a g m a t i c r o c k sw i t h g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r ss i m i l a rt ot h a to fa d a k i t ei nb o t h1 7 0 m aa n d1 3 0 - 1 2 0 m a m a g m a t i cr o c k s a d a k i t i er o c k sf r o m t h es o u t h e r nd a b i ez o n eh a v eh i g hm g ，c ra n d n ic o n t e n t sa n d t h e ym a y c o m ef r o md e l a m i n a t e dm a f i cr o c k si nt h el o w e rc r u s tw i t h e c l o g i t ef a c i e s ，w h i c hd i r e c t l yp r o v e dl o w e rc r u s tw i t he c l o g i t i cf a c i e sd e l a m i n a t e di n t h ed a b i eo r o g e ni nt h e e a r l yc r e t a c e o u s a n dd e l a m i n a t e dp l a t ew a su n d e rt h e s o u t h e r nd a b i ez o n e h o w e v e r 。a d a k i t i cr o c k sf r o mt h en o r t h e md a b i ez o n ea n d b e i h u a i y a n gz o n ew i t hl o wm g o c o n t e n t sc a l t l ef r o mp a r t i a lm e l t i n go f g r a n u l i t ea n d e c l o g i t ef a c i e si nt h i c k e n e dc r u s t ，n o tu n d e r p l a t e db a s a l t i cr o c k s t h u s ，ac o n c l u s i o n s 、 c a nb ed r a w nt h a tt h e r es h o u l dh a v eb e e nt h i c km o u n t a i n sr o o f ( d e p t h 4 0k m ) i nt h e e a r l yc r e t a c e o u s t h e r e f o r e ，w h e nl o w e rc r u s t w a sp a r t i a l l ym e l t e di nt h e e a r l y c r e t a c e o u s ，t h er e m n a n tl o w e rc r u s tw i t hh i g h e rd e n s i t yw o u l dg oo nd e l a m i n a t i n g ， w h i c hc a u s e dm o r e t h i n n i n go f l i t h o s p h e r eo f t h ed a b i eo r o g e n 6 x = 三? 刖雷 大别山造山带超高压榴辉岩中微粒金刚石和柯石英的发现证明陆壳 可以俯冲到地幔深度且经历了一个快速俯冲和快速折返的过程( w a n ge t a l 1 9 8 9 ：o k a ve ta 1 ，1 9 8 9 ；x ue ta 1 ，1 9 9 2 ) 。大量的同位素年代学研究已 经给出大别山超高压变质岩的变质年龄为2 2 0 2 3 0 m a 左右( a m e se t a 1 ， 1 9 9 3 ，1 9 9 6 ：c h a v a g n a ca n dj a h n ，1 9 9 6 ：l ie ta 1 ，1 9 9 3 ，1 9 9 4 ：r o w l e ye t a 1 ， 1 9 9 7 ；李曙光等，1 9 8 9 ，1 9 9 6 ，1 9 9 7 a ) ，说明华北板块和扬子板块是在印 支期发生碰撞的。印支期北大别榴辉岩的发现( 徐树桐等，2 0 0 0 ：刘贻灿 等，2 0 0 0 a ；刘贻灿等，2 0 0 0 b ) 说明北大别地体和南大别地体一样也属扬 子俯冲板块，经历了高压( ? 超高压) 变质作用。大别山最大规模的碰撞 后岩浆事件发生在1 2 0 1 3 0 m a ，大量的燕山期花岗岩、碰撞后镁铁一超镁 铁岩石以及部分被称为北大别t t g 片麻岩的中性侵入体也发育在这一时 期。 整个大别造山带从南到北，被分为四个构造带：宿松高压变质带，南 大别超高压变质带，北大别高压变质带，北淮阳复理石带。其中南北大别 带之间以五河一水吼断裂为分界线，北大别带和北淮阳带以晓天一磨予潭 断裂为分界线。 北大别高压变质分布有大量的正片麻岩，约占整个北大别变质杂岩的 7 0 8 0 ，主要为灰白色的奥长花岗质一云英闪长质花岗闪长质( t t o ) 。 x u ee ta 1 ( 1 9 9 7 ) 根据片麻岩中t i m s 法锆石u p b 定年得到不致线的下 交点年龄1 3 4 m a ，h a c k e re ta 1 ( 1 9 9 8 ) 利用锆石u p b 的s h r i m p 和t i m s 也得到类似的年龄，并据此推测北大别地体是一个岩浆岩带，而且在1 3 7 m a 前北大别地体根本不存在。然而，郑祥身等( 2 0 0 0 ) 获得了片麻岩的s m - n d 等时线年龄1 0 4 7 m a ，并把它解释为片麻岩的形成年龄，陈道公等( 2 0 0 0 ) 、 刘贻灿等( 2 0 0 0 b ) 和谢智等( 2 0 0 1 b ) 的研究则表明这些片麻岩中的锆石 为古老的岩浆锆石，形成时代为7 0 0 8 0 0 m a ，受到三叠纪变质事件和燕山 期大规模热事件的影响。这些研究表明北大别灰色片麻岩的年龄有两种， 但是人们对这两期年龄的片麻岩之间的区别没有做深入的研究和区分，只 是简单用灰色片麻岩来统称北大别出露的正片麻岩。实际上根据野外地质 观察，我们认为北大别地体应该存在两种片麻岩，它们分别是强变形的细 粒条带状片麻岩和组分均匀、变形或者弱变形、矿物颗粒为中粒或粗粒的 片麻岩。前者存在2 2 0 m a 的锆石u p b 年龄( 刘贻灿等，2 0 0 0 b ：谢智等， 2 0 0 l b ) ，这个年龄和大别山碰撞带超高压峰期变质年龄2 2 6 m a 接近，这 表明强变形条带状片麻岩可能是北大别带的变质基底，并且和北大别榴辉 岩样，经历了高压变质作用，例如鹿吐石片麻岩。道士冲片麻岩( 陈道 、 公等，2 0 0 0 ：刘贻灿等，2 0 0 0 b ；谢智等2 0 0 1 b ) 。后者含1 3 0 m a 的岩浆 锆石，为早白垩纪变形花岗0 - 1 长岩一9 , 1 长岩侵入体。应当指出，北大别带 部分正片麻岩是碰撞后的变形侵入体，为了将此类片麻岩与前寒武纪灰色 片麻岩区分丌来，本文选取两类不同的片麻岩，对北大别灰色片麻岩进行 了系统的地球化学研究，分析主、微量元素，s r n d 同位素，以试图揭示 它们的区别和联系。其中的早白垩纪变形花岗测长岩一闪长岩侵入体是我 们示踪碰撞后过程的研究对象。 l ie ta 1 ( 2 0 0 0 ) 提出，超高压变质岩石的快速抬升分两个阶段，第一 次快速抬升( 2 2 6 2 1 9 m a ) 与俯冲板块断离有关，且只可能将超高压变质 ( u h p m ) 岩石抬升至中地壳水平：第二次快速抬升( 1 8 0 1 7 0 m a ) 需要碰撞 后的岩石圈拆离。李曙光等( 2 0 0 1 ) 进一步提出大别山碰撞后有可能在 1 7 0 m a 和1 3 0 1 2 0 m a 经历了两次岩石圈拆离过程，它们分别对应于u h p m 岩石和大别地体的二次快速抬升，并且有可能同时导致大别山1 7 0 m a 左右 的岩浆事件。大别一苏鲁造山带的地震层析成像的证据表明，中国东部岩 石圈自三叠纪以来被大大减薄了( 徐佩芬等，1 9 9 9 ) ，这个减薄的过程可 能与这些碰撞后岩石圈的拆离有关。因此，对大别造山带碰撞后深部构造 过程的研究是十分重要的，它对我们理解超高压变质岩侏罗纪以后的抬 升、出露机制以及碰撞后大规模岩浆事件和去根过程有重要意义。大别山 出露的碰撞后岩浆岩包括超基性一基性一中性一酸性一系列的岩石，它们 的源区深度从上地幔到中下地壳，这些碰撞后岩浆岩无疑可以为研究大别 造山带碰撞后的壳幔相互作用、岩石圈的拆离和减薄以及岩浆板底垫托作 用等深部过程提供重要制约。 大别山碰撞后花岗岩可以分为1 7 0 m a 和1 2 0 m a 两期。李石等( 1 9 9 1 ) 对石鼓尖角闪石英二长岩和西熊文角闪云母二长花岗岩进行定年，分别得 到1 6 6 + 4 和1 6 8 + 1 7 的锆石u p b 年龄；管运财等( 1 9 9 5 ) 报道了金寨上码 头岩体锆石u - p b 年龄为1 5 9 - - 1 8 6 m a ；马昌前( 1 9 9 9 ) 也测定了许多大别 山中生代钾质岩浆岩，如石鼓尖、西熊文、姚河、古碑和小寨等岩体的角 闪石a r - a r 年龄为1 5 1 2 1 6 6 4 m a ：魏春景等( 2 0 0 0 ) 测定大别山东段姚 河超单元高钾花岗质侵入岩r b s r 等时线年龄为1 7 4 _ + 5 m a 。这些年龄数据 表明，大别山的确存在1 7 0 m a 左右的岩浆活动。大别山大量发育侵位年龄 为1 2 0 l3 0 m a 的岩浆岩，包括镁铁一超镁铁岩石和早白垩纪花岗岩等等， 这说明大别山造山带在早白垩纪( 1 3 0 1 1 0 m a ) 发生一次大规模的热事件。 伴随这次热事件，大别造山带经历了又一次抬升并形成北大别罗田穹隆 ( 王国灿等，1 9 9 6 ) 。这一过程很可能和燕山期的岩石圈拆离和软流圈上 涌有关。为此，本文对与大别山1 7 0 m a 左右的岩浆事件有关系的花岗岩和 、 早自垩纪花岗岩质岩石和镁铁一超镁铁岩石做了地球化学研究和对比，试 图揭示自超高压岩石第二次折返以来大别山造山带岩石圈的拆离、减薄以 及岩浆板底挚托作用等深部过程。另外，在燕山期大别山中酸性岩浆岩中 发现了埃达克质岩石( 王强等，2 0 0 l ；潘国强等，2 0 0 1 ) ，虽然目前埃达 克质岩石的定义和成因有一些争议，但是高s r 低y 和重稀土亏损的地球 化学特点仍然可以反映其源区的深度等性质。所以判别两期岩浆岩中的类 埃达克质岩石并以此来讨论造山带碰撞后去根作用和深部过程也是本文 的重要目的之一。 大别造山带碰撞后的壳一幔相互作用是本文探讨的另个重要课题。 在北大别高压变质带，沿晓天一磨子潭断裂发育了许多辉石岩一辉长岩侵 入体，这些来自地幔的岩浆岩直接反映了大别山深部地幔的地球化学信 息，对研究大别山造山带深部地幔的地球化学性质和壳幔相互作用、燕山 期中国东部大规模热事件有重要意义。大别山北部的镁铁超镁铁岩侵入体 的年代学研究表明，出露于北大别地体的辉石岩一辉长岩侵入体形成于 1 2 0 1 3 0 m a ，属碰撞后岩浆岩( j a h n e ta 1 ，1 9 9 9 ：李曙光等，1 9 9 9 ：葛宁洁 等，1 9 9 9 ；陈道公等，2 0 0 1 ) 。关于这些基性一超基性岩浆岩的成因，还 存在一些争议。主要元素和痕量元素以及s r 、n d 同位素地球化学的研究 认为该岩体的成因与洋壳俯冲无关，并且排除了陆壳混染的可能性( 李曙 光等，1 9 9 7 b ；j a h ne ta 1 ，1 9 9 9 ) 。李曙光等( 1 9 9 8 ) 提出俯冲陆壳析出流体 交代上覆的地幔的模型，这个模型可能成立的前提是北大别地体是仰冲壳 楔。但是近年来北大别地体中三叠纪榴辉岩的发现( 徐树桐等，1 9 9 9 ；刘 贻灿等，2 0 0 0 a ，2 0 0 0 b ) ，说明南、北大别地体同属扬子俯冲板块，所以 这种模型的地质背景不存在：j a h n e ta 1 ( 1 9 9 9 ) 认为这些岩石是由于俯 冲的中性下地壳与亏损软流圈地幔发生源混合形成一种混杂岩( m e l a n g e ) ， 然后发生部分熔融形成的。然而，此说最大困难在于可以断离进入软流圈 地幔的俯冲陆壳岩石只可能是比重大于地幔的基性榴辉岩，而非中性片麻 岩。所以关于碰撞后镁铁一超镁铁岩石的成因还存在一些问题。为此，我 们利用p b 同位素地球化学来示踪大别山碰撞后镁铁一超镁铁岩石的源区， 讨论深俯冲的陆壳和地幔之间的相互作用。 此外，李曙光等( 2 0 0 2 ，待刊) 根据中国东部及大别山中生代镁铁质 岩浆岩的s r - n d p b 同位素数据的分析对比，提出大别造山带深部地缝合线 相对地表地缝合线至少南移到了北大别南界，但是最大南移距离尚未限 定。在南大别超高压变质带内也出露了少量来自地幔及下地壳的碰撞后基 性到中性的岩浆岩，比如毛屋辉绿岩和碧溪岭、赤土岭的闪长岩，目前还 缺乏系统深入的研究。这些岩浆岩对于研究南大别深部岩石圈的地球化学 性质和大别山深部地缝合线南界将会提供重要制约。 一 、 第一章区域地质概况 一概论 大别山横跨安徽、湖北和河南三省，西起河南桐柏山，东到郯城一庐江断裂 带，位于中朝板块和扬子两个大板块之间。大别山造山带陆壳岩石中柯石英和会 刚石的发现证明陆壳可以俯冲到地幔深度，俯冲陆壳与上地幔的相互作用就成 为非常感兴趣的问题。大别山超高压变质带是世界上最大的超高压变质带， 是少数既有柯石英又有微粒金刚石的超高压变质带之一。而且大别山造山 带也是陆一陆碰撞后，在高压一超高压后期折返过程中岩浆活动最强烈的 地区( m ae ta 1 ，1 9 9 8 ) 。所以，大别山造山带近2 0 年来一直受到国内外 地质学家的重视。人们对大别造山带进行了广泛的岩石学、矿物学、地球化学、 大地构造以