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新疆阿尔泰造山带早二叠世超高温变质作用

【摘要】:超高温变质作用对于了解地球的热史和区域的构造演化具有重要作用。阿尔泰造山带是世界上最大的显生宙增生造山带-中亚造山带的重要组成部分。本文通过对阿尔泰造山带富蕴地区的超高温泥质麻粒岩开展细致的岩相学观察和电子探针分析来确定矿物的变质期次和成分特征,通过THERMOCALC软件进行变质P-T视剖面模拟,结合传统地质温压计确定变质作用各阶段的P-T条件;对特征矿物中出现的流体包裹体开展成分特征研究,探索流体在变质过程中的作用;开展原位微区原位的同位素年代学分析,限定超高温变质作用的时限;最后综合以上信息探讨阿尔泰造山带晚古生代的变质构造演化。阿尔泰超高温麻粒岩具有超高温特征矿物组合高铝斜方辉石(Al203高达8wt.%以上)十矽线石+石英以及以包体形式存在于石榴子石中的低ZnO尖晶石+石英组合,其退变质作用主要以典型的降压反应矿物-堇青石的形成为标志:高铝斜方辉石和矽线石之间有堇青石冠状边,石榴子石边缘被矽线石+尖晶石+堇青石取代,指示了峰期变质作用之后的降压反应。利用P-T视剖面模拟斜方辉石+矽线石的稳定范围和铝等值线将峰期温度限定在940℃以上,对应的压力在7.8~10kbar之间,随后近等温降压进入低铝斜方辉石+堇青石的稳定域,对应的温度和压力分别在890~940℃,5~6kbar。最后冷却至液相线以下,形成了后期的低铝斜方辉石+黑云母共生组合。对其中新发现的石榴子石及石英流体包裹体开展显微测温和激光拉曼探针分析,结果表明:基质中的石英以及被石榴子石包裹的石英中孤立分布的原生流体包裹体成分为近纯CO2(部分含少量的N2),均一温度在10.1~29℃之间,其对应的密度在0.631-0.865 g/cm3。石榴子石中的原生和假次生CO2包裹体费米峰差在104.1 cm-1左右,低于石英中CO2包裹体的费米峰差(104.7 cm-1),暗示其密度低于石英中的CO2包裹体。综合变质P-T轨迹,流体包裹体特征以及区域地质构造背景,认为阿尔泰超高温麻粒岩形成与幔源岩浆底侵有关。基性岩浆的底侵不但提供了异常高的地温梯度,同时其所释放的大量CO2降低了水活度,使得变质作用峰期的特征矿物得以保存。低密度的CO2流体指示了阿尔泰超高温麻粒岩沿近等温降压退变质P-T轨迹演化,超高温峰期变质之后快速抬升降压,使捕获的同变质流体包裹因腔体体积增大而密度降低的退变质过程。对超高温麻粒岩及围岩中具明显核幔结构的变质锆石采用LA-ICP-MS同位素测年结果表明其边部年龄峰值约为2774±2 Ma,代表了其退变质阶段的时间。反时针的P-T-t轨迹表明早二叠世晚期中亚造山带西段的阿尔泰地区发生了区域性的热异常。基于构建的阿尔泰超高温麻粒岩P-T-t-流体轨迹的性质,并结合前人的研究成果,认为阿尔泰超高温麻粒岩的形成与准噶尔板块北向俯冲与西伯利亚板块碰撞拼合伴随的阿尔泰地区地壳缩短增厚以及后续的下地壳拆沉从而造成软流圈物质上涌有关,近等温降压等退变质P-T轨迹应该是地壳缩短增厚之后经受了快速抬升所致。

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