中山大学地球科学与工程学院博士研究生卢成森在ESR上发表最新研究成果：从华北中部造山带变质作用角度揭示早前寒武纪碰撞造山带的典型特征

稿件来源：中山大学地球科学与工程学院 发布人：呼彦汝 编辑：呼彦汝 发布日期：2023-11-06

       碰撞造山带是汇聚型板块边界的重要构造单元，记录了丰富的地壳演化信息。在碰撞造山过程中，由于构造埋藏和热传导，加厚地壳的下部、中部和上部将分别经历麻粒岩相、角闪岩相和绿片岩相变质作用；碰撞过后，在重力均衡作用、地表剥蚀或其他构造因素作用下，不同地壳层次、不同变质级别的岩石被折返至更浅的位置，并可能沿着一定方向展布，形成递增变质序列。这样的递增变质序列在很多显生宙碰撞造山带都有发现（图1），但目前关于早前寒武纪碰撞造山带的变质作用特征还缺乏详细的论述。厘清早前寒武纪碰撞造山带的变质样式和变质演化历史对揭示地球早期大陆碰撞造山过程具有重要意义。

图1 阿尔卑斯造山带变质相带分布图 (Rosenberg et al., 2021)
图2 华北克拉通构造划分图 (改自Zhao et al., 2012; Zhai and Santosh, 2011; Kusky et al., 2016). 简称：TNCO，中部造山带；CD，承德；NH，冀北；XH，宣化；HA，怀安；HS，恒山；WT，五台；FP，阜平；LL，吕梁；ZH，赞皇；ZQ，左权；ZT，中条；TH，太华；DF，登封

 

       华北克拉通（图2）是世界上最古老的克拉通之一，学者们提出了多种构造模型来解释它的形成和演化过程，其中最重要的进展之一就是从华北克拉通中部识别出一条陆-陆碰撞造山带，即中部造山带（TNCO）。该造山带内广泛出露不同变质级别的变质杂岩体（图2），是解析早前寒武纪碰撞造山带变质作用特征的天然实验室。近年来，前人在中部造山带中部的恒山-五台-阜平地区识别出一系列由低级到高级的递增变质相带，结合年代学工作，建立了古元古代晚期缓慢（2.00-1.80 Ga）造山演化模型（Qian et al., 2013, 2017, 2021; Wei et al., 2014; Tang et al., 2017; Zhang et al., 2018; Liu et al., 2019）。这样的递增变质规律和造山演化过程是恒山-五台-阜平地区的专属，还是中部造山带的整体特征？其地质意义如何？需要通过中部造山带其他区域的变质作用工作来进一步确认。为此，我校地球科学与工程学院尹常青教授团队博士研究生卢成森在其导师钱加慧副教授的指导下，与尹常青教授、高彭副教授、郭敏洁博士和香港大学张健教授合作，对华北中部造山带毗邻恒山-五台-阜平地区的吕梁地区开展了详细的变质P-T-t演化研究，并在此基础上对中部造山带的变质作用特征进行了深入剖析，同时将其与世界上其他早前寒武纪碰撞造山带进行对比，探讨了早前寒武纪碰撞造山带的共同特征。

       研究结果表明：（1）吕梁地区西北部和东南部为高角闪岩相到麻粒岩相变质，局部可达超高温条件（Lu et al., 2022），而中部为绿片岩相到低角闪岩相变质，吕梁地区的整体变质级别呈现由中部向西北部和东南部增强的特征，与恒山-五台-阜平地区相似，这样的递增变质规律也存在于中部造山带赞皇-左权地区和太华地区（图3）；（2）中部造山带的变质样式呈现扇形展布的特征，即中低级变质岩石分布在造山带中间，高级变质岩石分布在造山带两侧（图2）；（3）中部造山带古元古代变质锆石年龄具有~1.95 Ga、~1.92 Ga和~1.85 Ga三个峰值（图4），其中，~1.95 Ga对应岩石变质压力峰期阶段，~1.92 Ga和~1.85 Ga对应岩石冷却阶段（图3）。根据上述变质样式和P-T-t演化，该研究构建了中部造山带古元古代晚期的构造演化模型：（i）1.97-1.93（~1.95）Ga，华北克拉通东、西部陆块的主碰撞阶段，中部造山带加厚地壳峰期变质条件位于中压相系范围，变质级别由上地壳至下地壳逐渐增强；（ii）1.92-1.85（1.80）Ga，在地壳重力均衡作用、地表剥蚀或其他构造因素影响下，中-上地壳的变质岩石抬升到造山带的中部，下地壳的高级变质岩石在一些韧性剪切带的共同作用下折返至造山带的两侧，进而在水平空间上构成扇形递增变质序列，同时伴随部分碰撞后花岗岩和基性岩墙的侵位（图5）。此外，通过国内外实例的对比分析，该研究提出递增变质作用和漫长的P-T-t演化是早前寒武纪碰撞造山带的共同特征。

图3 中部造山带古元古代变质P-T-t轨迹综合图

 

 

图4 中部造山带变质锆石年龄汇总图

 

图5 中部造山带古元古代晚期构造演化模式图

 

       以上研究成果以我校地球科学与工程学院卢成森博士研究生为第一作者，钱加慧副教授为通讯作者，发表在国际权威地球科学综合期刊《Earth-Science Reviews》（中科院一区TOP，IF12.1）。

 

       论文信息：Lu, C.S., Qian, J.H.*, Yin, C.Q., Zhang, J., Gao, P., Guo, M.J., 2023. Characterising early Precambrian collisional orogens: A metamorphic perspective from the Lüliang Complex and the Trans-North China Orogen. Earth-Science Reviews, 245, 104566.（https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104566）

 

      参考文献：

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一读：刘嘉妮

初审：曹雁群

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审核发布：漆小萍