大别山北部超高压变质大理岩及其地质意义

Vol . 20 No . 2 , 2001 Apr . 大别山北部超高压变质大理岩 及其地质意义 刘贻灿,徐树 桐, 江来利, 吴维平, 陈冠宝 () 安徽省 地质研究所 ,安徽 合肥 230001 () 摘 要 :岩石学研究表明 ,大别山北部镁铁2超镁铁质岩带中白云质大理岩至少经历过三期变质阶段 : 1榴辉 岩相峰期变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 + 白云石 + 金红石 + 镁橄榄石 + 钛2斜硅镁石 + 富镁的钛铁矿 ? () 文石 ?石榴子石 ; 2麻粒岩相退变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 + 白云石 + 金云母 + 镁橄榄石 + 透辉石 + () 钛铁矿 + 尖晶石 ?斜方辉石等 ; 3角闪岩相退变质阶段 ,主要矿物组合为方解石 + 白云石 + 磷灰石 + 磁铁矿+ 榍石等 。它的峰期变质矿物组合 ,类似于苏2鲁超高压大理岩 ,形成压力至少大于 2. 5 GPa 。这进一步证明 , () 大别山北部大多数高级变质岩 包括大理岩等都曾经过超高压变质作用 ,应属于印支期扬子俯冲陆壳的一部 分 。 关 键 词 :大理岩 ;超高压变质 ;镁铁2超镁铁质岩带 ;大别山北部 + () 文章编号 :100722802 20010220088205 中图分类号 : P588. 31 3 文献标识码 :A 1 ,3 已有多次报道过产于陆 —陆碰撞带中的各1 地质背景 4 ( ) 类硅质和钙质超高压 p > 2 . 5 GPa岩石 ,这些超 大别山有世界上分布范围最大 、出露最好 、超高 高压变质的陆壳岩石也许是硅 、碱元素和 CO等的 2 携带者 ,它们是陆壳岩石的深俯冲及壳 —幔相互作 压矿物和岩石组合齐全的超高压变质带 ,出露有扬 用的化学地球动力学研究对象 。尤其是超高压变质 子与华北大陆板块俯冲 、碰撞有关的不同构造岩石大理岩的研究为超高压条件下形成的硅质大理岩的 12 ,13 4 ( ) ( ) ( ) 单位 图 1 , 从南到北依次为 : 1 前陆带 ; 2 相平衡及流体成分提供了重要信息,也是表壳岩 () () 扬子大陆板块俯冲盖层 宿松群和张八岭群; 3扬 石深俯冲的重要证据 。 () () 子大陆板块俯冲基底 大别杂岩; 4超高压变质带到目前为止 ,大别山2苏鲁造山带中超高压变质 5 () ( ) 榴 辉 岩 带; 5镁 铁2超 镁 铁 质 岩 带 或 北 部 杂 岩大理岩仅发现于大别山南部超高压榴辉岩带及苏 81 () 带; 6变质复理石等 。榴辉岩相超高压变质岩主 2鲁超高压变质带的荣城地区,而大别山北部镁铁 ( 要呈面状分布于大别山南部 大致沿潜山县龙井关2超镁铁质岩带未见有关报导 。近几年来 ,作者等在 ) —水吼 —岳西县五河一线以南, 向北则为镁铁2超 大别山北部镁铁2超镁铁质岩带中发现有两种类型 () 镁铁质岩带或北部杂岩带 以下称北部。由于北部 6 ,7 6 ,8 ,14 的榴辉岩并对其变质岩石学和同位素地球化学 杂岩 带 中 发 现 了 一 些 榴 辉 岩或 榴 辉 岩 相 岩 8 ,11 进行了研究,认为它们大多数属于扬子俯冲陆15 ,16 石,使一些地质学家对大别山构造格局和演化 壳的一部分并经过了印支期超高压变质作用 。本文 15 过程等进行重新认识。首次报导了大别山北部超高压变质大理岩 ,并将其 大别山北部镁铁2超镁铁质岩带或北部杂岩带 与大别山南部及苏2鲁的荣城地区超高压大理岩的 ( ) 中主要岩石类型有英云闪长质片麻岩 、花岗闪长 岩石学特征进行了比较 ,分析了其所经历的变质阶 质片麻岩及二长花岗质片麻岩和少量的方辉橄榄段及变质矿物组合特征 。 岩 、纯橄岩 、石榴辉石岩 、石榴二辉麻粒岩 、紫苏磁铁 收稿日期 :2001201203 ,03212 改回 () 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 49794041 和 40072070和安徽省地矿局资助项目() 第一作者简介 :刘贻灿 1962 —,男 ,博士 ,教授级高工 ,从事地球化学 、构造地质学研究. 石英岩 、含石榴子石斜长角闪岩 、含镁橄榄石和钛斜 县燕子河 、岳西县黄尾河 、潜山县官庄及桐城县塘湾 () 硅镁石大理岩等 ,未变质岩石类型主要有辉石岩 、辉 图 1,大致位于磨子潭 —晓天断裂以南榴辉 等地 长岩 、花岗岩类等 。其中 ,含石榴子石斜长角闪岩及 岩地区 。它们大多数产于经过了麻粒岩相变质的条 8 ( 石榴辉石岩或石榴二辉麻粒岩等 ,大多数应为早期 带状英云闪长质片麻岩中 至于该片麻岩是否经 8 ,17 榴辉岩退变而来。该带变质变形强烈 , 以角闪 历过更高级的变质作用如榴辉岩相 ,目前还没有岩 岩相区域变质作用为主 ,局部出现榴辉岩相和麻粒 石学方面的证据 ;但是 ,它们的峰期变质时代类似于 9) ,部 岩相组合 。 研究区榴辉岩的峰期变质时代 ,均为印支期 8 ,17 。 分与榴辉岩或退变质榴辉岩相伴生本区大理岩仅零星出露 ,目前主要发现于金寨 () 图 1 大别山 安徽部分地质简图 Fig. 1 Schematic geological map of the Dabieshan orogen ( ) ( ) 1 . 扬子板块俯冲盖层 宿松杂岩;2 . 超高压变质带 ;3 . 扬子板块俯冲基底 大别杂岩;4 . 镁 铁2超镁铁质岩带或北部杂岩带 ;5 . 变质复理石推覆体 ;6 . 镁铁2超镁铁质岩 ;7 . 花岗岩 ;8 . 辉 长岩 ;9 . 正长岩脉 ;10 . 断层 ;11 . 地质界线 ; 12 . 新发现的榴辉岩产地及大理岩产出位置 2斜硅镁石 ,以及少量金红石 、文石 、石榴子石 、富镁 岩石学特征 2 的钛铁矿 、蛇纹石 、透辉石 、斜方辉石 、尖晶石 、磷灰 本区大理岩主要属于白云质大理岩 ,常伴生有 石等 。其中 ,透辉石常以包裹体形式产于镁橄榄石 8 () () 退变质的榴辉岩 如燕子河等地。它们大多数可中 图版 ?c 、d; 磷灰石 、榍石常以包裹体形式产于 ( 能是由不纯的泥灰岩变质形成的 。但是 ,其中是否 方解石中或在基质中与方解石等平衡共生 图版 ? ) () d 、e,部分榍石是由钛铁矿或金红石退变而来 。根混有由超基性岩经深俯冲 至地幔深度发生碳酸岩 ( ( ) 交代作用形成的 因该大理岩含有较多镁橄榄石和 据岩石结构和矿物之间的相互关系 图版 ?,大致 ) () 常伴有蛇纹石化,还有待进一步研究 。大理岩的主 可划分出三期变质矿物共生组合 : 1榴辉岩相峰期 90 刘贻灿等/ 大别山北部超高压变质大理岩及其地质意义 1 ,部分方解石与镁橄榄石等呈包裹体 包裹体为代表 山带仅发现于荣成地区超高压大理岩中。本区大形式产于白云石中 ,可能指示该方解石为早期文石 ( ) 理岩中富镁的钛铁矿贫 MnO < 0 . 2 %,呈包裹体形 8 退变而来,其组合主要为方解石 + 白云石 + 金红 ( ) 式存在于尖晶石中 图 2f ,成分位于普通钛铁矿与 石 + 镁橄榄石 + 钛2斜硅镁石 + 富镁的钛铁矿 ?文() () 镁钛矿 geikielite之间 表 1 ,样号为 9641422。一般 () 石 ?石榴子石 ; 2麻粒岩相退变质阶段 ,以金云母 、 () 钛铁矿 表 1 ,样号为 9641421主要呈金红石的退变 钛铁矿 、透辉石 、斜方辉石 、尖晶石等矿物为代表 ,主 () 边 图 2e,相对于富镁的钛铁矿来说 ,铁含量高 ,镁 要变质矿物反应如下 :Dol + Qtz ?Cc + En + CO、Dol 2 含量低 。 + 2Qtz ?Di + 2 CO、Fo + Qtz ?2 En 及 Ru ?Ilm ,其组 2 镁橄榄石的 X为 0 . 95 %,1 . 00 % 、MnO 含量Mg 合主要为方解石 + 白云石 + 金云母 + 镁橄榄石 + 透 在 0 . 13 %以下 ; 钛2斜硅镁石在薄片中呈金黄色和 () 辉石 + 钛铁矿 + 尖晶石 ?斜方辉石等 ; 3角闪岩相 ( ) 以包裹体形式存在于方解石或白云石中 图 2b 、c, 退变质阶段 ,主要矿物组合为方解石 + 白云石 + 磷 μ呈自形 —半自形的粒状 ,一般大小为 0 . 3 m 左右 , 灰石 + 磁铁矿 + 榍石等 。 ( ) TiO含量为 2 %,3 % 表 1,类似于大别山南部超 2 高压榴辉岩带中超高压变质的石榴辉石岩或石榴橄 矿物化学特征 3 5 ,18 ( )榄岩中的钛2斜硅镁石 TiO= 1 . 33 %,4 . 75 % 2 大理岩中部分矿物的电子探针分析见表 1 。 富以及苏2鲁超高压变质带的荣城地区超高压变质大 1 镁的钛铁矿很少有报导 。目前 ,大别2苏鲁造 ( )。 理岩中的钛2斜硅镁石 TiO= 2 . 5 %,3 . 2 % 2 ( )表 1 大别山北部大理岩中部分矿物电子探针分析 % ( ) Ta ble 1 Electron probe analyses %of minerals from marble in northern Da bie Mounta ins 钛斜硅镁石 镁橄榄石 金云母 钛铁矿 方解石 白云石 金红石 矿物 样号 9810521 9810522 9870421 9870428 9870426 9870424 9870423 9870427 9641422 9641421 9641422 SiO 37 . 58 38 . 08 42 . 04 42. 01 100 100 160 174 118 119 127 0039370002 TiO 0100 0102 0153 0117 98175 57159 61107 1 . 96 2. 74 0 . 00 0 . 01 2 AlO 0101 0102 15147 16151 0110 0111 0114 0 . 00 0. 00 0 . 04 0 . 01 23 30106 0110 0122 0131 0110 30147 15141 2 . 00 2. 02 1122 1122 FeO 0100 0104 0104 0100 0100 0102 0100 0119 0112 MnO 0 . 13 0. 00 56115 57125 2130 21199 25138 28104 0118 10155 21116 MgO 53 . 27 52 . 62 CaO 0 . 16 0. 22 0105 0101 53196 33178 0119 0101 0124 0117 0117 O Na0101 0101 0141 0124 0107 0147 0138 20102 0102 0 . 22 0. 07 KO 2 0100 0102 0102 0100 9111 7174 0100 0106 0100 0 . 03 0. 00 Total 99150 10012 56140 55193 90191 90178 100102 99180 98172 95 . 35 95 . 75 3 ( ) 注 : FeO 为全铁 ,9641421 为金红石的退变边 ,9641422 呈包裹体形式存在于尖晶石中 为富镁的钛铁矿 前仅发现于大别山南部超高压带中太湖毛屋的石榴 4 峰期变质条件 5 ,18 辉石岩及岳西碧溪岭的石榴橄榄岩中。太湖毛 本区大理岩中常含有含钛2斜硅镁石 、镁橄榄石 屋 含 钛2斜 硅 镁 石 的 石 榴 辉 石 岩 的 温 压 条 件 约 为 5 740 ?和 4 . 0 GPa 以上 ,由此表明大别山南部镁铁2 ( ) 表 1 、图 2,类似于哈萨克斯坦 和文石等矿物组合 超镁铁岩曾俯冲到大于 100 km 的地幔深度 。不含金刚石的白云石大理岩 ,其形成温度 、压力最小 19 另外 ,本区大理岩中峰期变质组合为方解石 + 为 800 ?和 2 . 5 GPa。 白云石 + 金红石 + 镁橄榄石 + 钛2斜硅镁石 + 富镁 钛2斜 硅 镁 石 曾 被 当 作 一 个 低 压 矿 物 , 但20 A1S1Thomp son认为它是一个地幔深度的高密度的 的钛铁矿 ?文石 ?石榴子石等 ,类似于苏2鲁超高压 大21 1含水硅酸盐矿物 。钛2斜硅镁石的温压实验也表 理岩 ,形成压力为 2 . 5,3 . 5 GPa 。 明 ,它在大于 100 km 深度仍稳定 。钛2斜硅镁石以 综上所述 ,本区大理岩峰期变质压力至少应大 6 徐树桐 ,苏文 ,刘贻灿 , 等. 大别山北部榴辉岩的发现及其岩 于 2 . 5 GPa ,温度可能为 800 ?左右 。 () 相学特征J . 科学通报 ,1999 ,44 13:1452 - 1456 . 5 地质意义 刘贻灿 ,徐树桐 , 江来利 , 等. 大别山北部镁铁2超镁铁质岩带 7 () 的研究新进展J . 安徽地质 ,1999 ,9 4: 262 - 267 . 大别山北部镁铁2超镁铁质岩带中大理岩 ,至少 刘贻灿. 大别山北部榴辉岩的岩石学 、地球化学及同位素年代 8 学研究 :博士学位论文D . 合肥 : 中国科学技术大学地球与空 () 可划分出三期变质矿物共生组合 : 1榴辉岩相峰期 间科学系 ,2000 . 变质阶段 ,矿物组合主要为方解石 + 白云石 + 金红 刘贻灿 ,李曙光 ,徐树桐 ,等. 大别山北部榴辉岩和英云闪长质 石 + 镁橄榄石 + 钛2斜硅镁石 + 富镁的钛铁矿 ?文 片麻岩锆石 U2Pb 年龄及多期变质增生 J . 高校地质学报 , 9 ( ) 石 ?石榴子石 ; 2麻粒岩相退变质阶段 ,矿物组合 () 2000 ,6 3:417 - 423 . 主要为方解石 + 白云石 + 金云母 + 镁橄榄石 + 透辉 刘贻灿 ,徐树桐 ,李曙光 ,等. 大别山北部榴辉岩的地球化学 () 石 + 钛铁矿 + 尖晶石 ?斜方辉石等 ; 3角闪岩相退 (特征和 Sr 、Nd 同位素组成及其大地构造意义J . 中国科学 D 10 变质阶段 ,主要矿物组合为方解石 + 白云石 + 磷灰 ) ( ) 辑,2000 ,30 增刊:99 - 107 . (石 + 磁铁矿 + 榍石等 。它的峰期变质矿物组合 方 刘贻灿 ,李曙光 ,徐树桐 ,等. 大别山北部榴辉岩的 Sm2Nd 年 龄测定及 其 对 麻 粒 岩 相 退 变 质 时 间 的 制 约 J . 地 球 化 学 , 解石 + 白云石 + 金红石 + 镁橄榄石 + 钛2斜硅镁石 + 11 ) () 富镁的钛铁矿 ?文石 ?石榴子石等,类似于苏2鲁超 高2001 ,30 1:79 - 87 . ( ) 徐树桐 ,江来利 ,刘贻灿 ,等. 大别山 安徽部分的构造格局 压大理岩 ,应形成于超高压条件下 ,压力至少大于 () 和演化过程J . 地质学报 ,1992 ,66 1:1 - 14 . 2. 5 GPa 。这进一步证明 。大别山北部大多数高级变 徐树桐 ,刘贻灿 ,江来利 ,等. 大别山的构造格局和演化 M . 12 () 质岩 包括表壳岩如大理岩等都曾经过超高压变质 北京 :科学出版社 ,1994 , 1 - 175 . 9 ,11 作用 ,应属于印支期扬子俯冲陆壳的一部分 。这 魏春景 ,单振刚 ,张立飞 , 等. 北大别榴辉岩的确定及其地质 6 ,11 ,15 ,16 13 () 意义J . 科学通报 ,1997 ,42 17:1834 - 1835 . 与本区榴辉岩的研究成果相一致 。 Tsai C2H , Liou J G. Eclogite2facies relics and inferred ultrahigh2pre2 14 ssure metamorphism in the North Dabie complex , central2eastern Chi2 na J . Am. Mineral . , 2000 , 85 : 1 - 8 . 15 Tsai C2H , Liou J G , Ernst W G. Petrological characterization and tectonic significance of retrogressed garnet peridotites , Raobazhai ar2 致谢 :文中电子探针分析由意大利都灵大学矿 ea , North Dabie Complex , east2central China J . J . metamorphic . 物与岩石学系 Franco Rolfo 博士帮助完成 ,在此表示 16 Geol . , 2000 , 18 : 181 - 192 . 感谢 ! 刘贻灿 ,徐树桐 ,李曙光 , 等. 大别山北部鹿吐石铺含石榴子 石斜长角闪岩的变质特征及 Rb2Sr 同位素年龄 J . 安徽地 参考文献 : () 质 ,2000 ,10 3:194 - 198 . Zhang R , Liou J G , Cong B. Talc2 , magnesite2 and Ti2clinohumite2 17 Chopin C , Henry C ,Michard A. Geology and petrology of the coesite2 1 bearing ultrahigh2pressure meta2mafic and ultramafic complex in the bearing terrain , Dora Maira massif , Western Alps. Eur J . J . Miner 2 Dabie Mountains , China J . J . Petrol . , 1995 , 36 :1011 - 1037 . al . , 1991 , 3 : 263 - 291 . Ohta M , Ogasawara Y , Katayama , Maruyama S. Petrology of dia2 18 Becker H ,Altherr R. Evidence from ultra2high pressure marbles for re2 2 mond2bearing dolomite marble and diamond2free dolomitic marble from cycling of sediments into the mantle J . Nature , 1992 , 358 : 745 - the Kokchetav massif , northern Kazakhstan A . International Work 2 748 . shop on UHP Metamorphism and ExhumationC . Stanford Universi 2 19 3 Biino G G , Compagnoni R. Very2high pressure metamorphism of the ty. Abstract , 1998 . A96 - 100 . Brossasco coronite metagranite , southern Dora Maira Massif , Western Thompson A S. Water in the Earth’s upper mantle J . Nature ,AlpsJ . Schweizerische Mineralogische und Petrographische Mittei 2 1992 , 358 :295 - 301 . lungen , 1992 , 72 : 347 - 363 . Engi M , Lindsley D H. Stability of Titanian clinochumite : experim2 ( ) Kato T , Enami M , Zhai M. Ultra2high2pressure UHPmarble and 4 ents and thermo2dynamic analysis J . Contri . Mineral . Petrol . , 20 eclogite in the Su2Lu UHP terrane , eastern China J . J . Metamor 2 1980 , 72 :415 - 424 . phic . Geol . , 1997 , 15 : 169 - 182 . 21 5 Schertl H2P ,Okay A I. A coesite inclusion in dolomite in Dabie Shan , China : Petrological and rheological significance J . Eur . J . Mineral , 1994 , 6 : 995 - 1000 . 92 刘贻灿等/ 大别山北部超高压变质大理岩及其地质意义 Ultra2High2Pressure Marble in the Northern Da bie Mounta ins and Its Geological Signif icance L IU Yi2can , XU Shu2tong , J IANG Lai2li , WU Wei2ping , CHEN Guan2bao ( )Anhui Institute of Geology , Anhui , Hefei 230001 , China Abstract :At least three metamorphic stages of dolomitic marble associated with a few retrograded eclogite lenses can be distinguished from the mafic2ultramafic belt in the northern Dabie Mountains : ?the peak metamorphic stage of eclogite facies with calcite + dolomite + forsterite + Ti2clinohumite + rutile + Mg2rich ilmenite ?aragonite ?garnet mineral assem2 blage ; ?the granulite facies retrograded stage with calcite + dolomite + diop side + ilmenite + phlogopite + spinel ?or2 thopyroxene ; ?the amphibolite facies vetrograded stage with calcite + dolomite + apatite + titanite + magnetite . Its peak metamorphic minerals are similar to ultra2high2pressure marble in the Su2Lu UHP terrane . This confirmed that the mar2 bles suffered the UHP metamorphism with the least pressure of 2 . 5 GPa and provided some new indicators for UHP meta2 morphism of crust rocks. In the meantime , it implies that most of the high2grade metamorphic rocks including marble from northern Dabie Mountains belong to a part of Triassic Yangtze subducted continental crust . Key words : marble ; UHP metamorphism ; mafic2ultramafic belt ; northern Dabie Mountains