大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制.pdf

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1、地质力学学报第6卷第3期Vol.6No.32000年9月JOURNALOFGEOMEC~ANICSSep.2000文章编号：1006-6616（2000）03-0039-06大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制丁悌平（国土资源部同位素地质开放实验室；中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）摘要：大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识，而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的!为-6.2!-17，!为18!42，且显示

2、明显的Nd同位素的不平衡现NdSr象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明，这些榴辉岩的原岩在超高压变质前，不同程度地与贫18O的大气降水（或海水）发生过氧同位素交换，且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外，大别—苏鲁地区的榴辉岩的3~e／4~e比值都落在0.79>10-7!9.35>10-7范围内，显示陆壳岩石来源~e的重要贡献。所有Sr-Nd、O和~e同位素研究均表明：超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征，而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征，有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山

3、带俯冲和折返的速度太快，表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换，故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强，因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma。在如此长的时间内，在100多公里地幔深处高于700C的高温下发生超高压变质作用，表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反，如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成，则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。关键词：同位素；大别山；超高压变质岩形成深度中图分类号：P597文献标识码：A近年来，在一些造山带变质岩中相继发现柯石英和金刚石［1!4］，引起人们的极大关注。我国的大别

4、造山带是世界上目前已发现的超高压变质岩出露面积最广泛的造山带，是研究超高压变质作用的各国地质学家关注的焦点。柯石英和金刚石的形成需要很高的压力（!2.7GPa）。假定这样高的压力完全由岩石静压力所引起，有人估算，包容它们的变质岩矿物可能形成于地下100多公里的地幔深度［5!8］。但也有人提出，形成含柯石英与金刚石的超高压变质岩所需压力不一定全来自岩石静压力，构造静水压力可能作出了相当大的贡献［9］。根据这种看法，这些超高压变质岩收稿日期：2000-06-22基金项目：地质行业基金（~Y979825）作者简介：丁悌平（1941—），男，研究员，博士生导师，主要从

5、事地球化学方面的研究。40地质力学学报2000的实际形成深度可能小于根据岩石静压力所计算的深度。在这种情况下，含柯石英与金刚石并不意味着这些岩石形成于地下100多公里的地幔深度。这两种看法的不同不仅影响碰撞造山带的形成和演化过程的研究，对地球深部状况及地球动力学研究也有深远的影响。这些变质岩的原岩多为表壳岩石，密度较低。它们能不能下沉到密度较高的地幔深处？这是关系到地球动力学基本理论的关键问题。为了验证这两种看法，许多构造地质学、地球动力学、乃至力学工作者对形成地球内部压力的诸种因素及其相对贡献，正进行不断深入的研究。许多岩石、地球化学和同位素地质工作者也卷入

6、了这场争论，为查明这些岩石是否到达过100多公里的深部，是否进入过地幔提供旁证，寻找解释。同位素示踪是研究物质来源的一种十分有效的手段。现在，经过数十年的工作，我们已积累了大量数据，对地壳和地幔物质在同位素组成方面的差别有了相当清楚地了解。对超高压变质岩进行深入广泛的同位素示踪研究，应可能查明岩石形成时是否有新加入的地幔物质，或与地幔物质发生过同位素交换，从而为岩石是否形成于地幔深度提供有力的旁证。1大别山超高压变质岩保存着表壳岩石的同位素组成大别山地区已做了不少同位素地质年代学工作［9，10!13］和同位素地球化学研究工作［14!21］。这些研究对解决变质作

7、用的Ptt轨迹，对于探讨变质原岩的特征，变质作用的条件及变质后的退化、蚀变，提供了很多重要资料。迄今为止，所有研究均一致表明：超高压变质岩保存着原岩的表壳岩石同位素特征，未发现变质时受到地幔物质影响的有力证据。1.1Sr-nd同位素研究李曙光等［10］对大别山榴辉岩的Rb-sr、sm-Nd同位素体系做了系统的研究，结果发现大别山榴辉岩的!为-Nd6.2!-17，!sr为18!42（图图1大别—苏鲁地区榴辉岩及其矿物在变质时的1），且显示明显的Nd同位素的不平衡现象［12］。据此，他Nd-sr同位素关系图（据文献［10］）认为这些榴辉岩的原岩为前Fig.1Ndv

8、s.srdiagramforeclog