耿元生等-区域变质作用与中国大陆地壳的形成和演化

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一、引言

区域变质作用常常发生在特定的构造部位，通过变质作用演化特点的研究可以追索变质岩系在变质作用发生过程中所处的构造环境。

中国地质科学院地质研究所耿元生研究员等在《岩石学报》发表成果，展示了其在1：500万中国变质地质图编制的基础上，对中国主要区域变质带的系统归纳总结。作者还对变质作用与大陆地壳的形成演化的相互关系进行了细致梳理，并尝试建立了中国变质作用的时空演化规律及其大陆动力学机制之间的关联。

二、成果认识

2.1中国变质岩系的时空分布

中国变质岩系分布十分广泛，西起喀喇昆仑，东南到台湾岛；北从阿尔泰山、黑龙江畔，南至海南岛，西南至云南三江都有不同时代的变质岩系出露。变质岩系出露面积约占国土陆地面积的五分之一，时代跨度从始太古代一直延续到中新生代。根据变质岩系的原岩组成、变质作用特征、变质作用时代等可将中国变质岩系分为变质地区、变质地块和变质地带三级地质单元，其中变质地区9个，变质地块27个，变质地带83个。根据变质作用发生的时间可以将中国变质岩系划分为中太古期、新太古期、古元古期、中元古期、新元古期、兴凯期（泛非期）、加里东期、华力西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期11个变质作用期。各变质单元的分布及形成时间见图1。

图1 中国变质单元的划分及不同时代变质带分布（此处省略图例，详情请参考耿元生等，2016，岩石学报）

2.2形成古老陆块的区域变质作用

中国由华北、塔里木和华南克拉通/陆块组成，这些克拉通记录了地球早期漫长的演化历史。中国最古老的变质锆石发现于华夏地块武夷山地区龙泉岩群的云母石英片岩中，年龄为4063±15Ma（Th/U=0.05），在华北克拉通西南缘（北秦岭西段）奥陶纪草滩沟组火山碎屑岩中也发现了4007±29Ma和3751±30Ma的变质锆石。中国最古老的岩石位于华北克拉通辽宁鞍山，主要由奥长花岗质片麻岩、石英闪长质片麻岩和花岗岩组成，最大年龄为~3.8Ga。

华北克拉通最主要的地壳增长时期是2.8-2.7 Ga，之后在2.55-2.50 Ga发生了明显的再造，形成大规模的TTG片麻岩和花岗质片麻岩，同时在一些地区形成了具有类似绿岩带特点的表壳岩系。以TTG片麻岩为代表的高级地体和变质程度较低的表壳岩系在构造上呈现卵形构造特征，且多经历了逆时针的P-T轨迹，被认为是地幔柱底侵的热构造体制下的产物。随后华北克拉通在2.45-2.3Ga进入构造岩浆静寂期。在2.3Ga，华北克拉通内部或边缘发生了大规模的裂解事件，裂谷或洋盆开始发育，并伴随有沉积物的形成。在古元古代晚期（1.95-1.85Ga），裂谷或洋盆闭合，岩石由于地壳增厚而发生了麻粒岩相变质作用，同时记录了顺时针的P-T轨迹，被认为是与全球哥伦比亚超大陆聚合相关的俯冲-碰撞造山作用。

华南克拉通和塔里木克拉通的太古宙变质作用研究还比较薄弱，但是出露的太古宙地体及其经历的高角闪岩相-麻粒岩相的变质作用说明这两个克拉通同样经历了新太古代晚期的变质改造。在古元古代晚期，华南克拉通（2.0-1.9Ga）和塔里木克拉通(2.05-1.93Ga; 1.85-1.82Ga)均记录了顺时针P-T轨迹的麻粒岩相变质作用，说明其也经历了与哥伦比亚超大陆聚合有关的俯冲-碰撞造山作用，但是在聚合时间上3个克拉通存在差异。

2.3与华南克拉通形成演化有关的区域变质作用

与华北克拉通和塔里木克拉通不同，华南克拉通未发现中元古代未变质的盖层，且新元古代地层还经历了广泛的绿片岩相的区域变质作用，因此对于华南克拉通何时克拉通化还存在争议。

华南的新元古代变质岩系主要出露在江南造山带（华南克拉通内成“S”形展布的晚前寒武纪造山带），锆石U-Pb年代学和岩相学研究表明，江南造山带的火山岩从北东到南西有逐渐变年轻的趋势，并且仅仅在东北部发现了蓝片岩出露。基于此，作者认为扬子地块与华夏地块在江南造山带的北东端首先闭合，并伴有一定深度的俯冲，因此局部出现了高压变质岩，之后洋壳的缩减逐渐向西南迁移，随着洋壳的削减，扬子地块和华夏地块拼合到一起，但是没有陆壳的俯冲，只有相互的软碰撞（soft-docking）。

经过新元古代的构造岩浆变质热事件之后，华南克拉通之后又经历了加里东期和印支期两期构造热事件，但三期构造热事件的空间分布却存在很大差异性，新元古代的变质作用主要沿着江南造山带分布，加里东期的变质带位于江南造山带的东南部华夏地块的西北缘，到印支期的变质作用继续向南东迁移，完全位于华夏地块内部。三个不同时期的变质作用，不断向南东迁移，有可能反映了华南克拉通随时间的演变在增生-碰撞-增生-碰撞过程中不断地向南东方向扩展。

图2 江南造山带火山岩年龄分布图

2.4与中国南北大陆汇聚有关的区域变质作用

中国南北大陆是什么时间、以什么方式形成中国大陆的基本构造格局一直是中国地质学者们所关心的重要问题。而横亘在中国中部的中央造山带（为叙述方便本文暂将苏鲁-大别-秦岭-柴达木-祁连-阿尔金统称为中央造山带）成为了解决这一问题的关键。

近20年来，在中央造山带西段（北秦岭、北阿尔金-祁连、南阿尔金、柴北缘）和东段（桐柏-大别-苏北-鲁东）陆续发现了高压-超高压的变质岩石。锆石U-Pb年代学结果表明西段超高压变质峰期年龄在500-420Ma左右，而东段的超高压变质峰期年龄则在240-220Ma左右；同时，原岩恢复结果显示西段原岩属性以洋壳为主，而东段的原岩以陆壳为主。综上，尽管中央造山带西段和东段的超高压变质作用都与形成中国大陆基本构造格架有关，但是西段是在古生代早期先由洋壳俯冲形成，随着洋壳消减继而发生了陆陆碰撞，先形成了中国的西部大陆。到三叠纪随着华南陆块快速向北俯冲形成了东段的超高压变质岩石，并完成了华南和华北克拉通的拼合，形成了中国大陆构造的基本格局。

图3 中央造山带西段（a）和东段（b）变质作用年龄直方图

2.5与中国北方大陆地壳增生有关的变质作用

在华北克拉通-塔里木克拉通与西伯利亚克拉通之间存在一个巨大的增生造山带，即中亚造山带。天山兴蒙变质地区（兴蒙造山带）为中亚造山带在中国的部分，其广泛分布一套绿片岩相-低绿片岩相的变质岩系，同时也存在一些变质级别达到角闪岩相-麻粒岩相的高级变质地块，这些地块的变质作用时代主要发生在500Ma。除此之外，兴蒙造山带内还分布有一些450Ma左右的变质地体，这一年龄记录了发生于古生代的一期俯冲-碰撞的增生造山事件。

兴蒙造山带的主体是在华力西期阶段拼合完成的，但是研究表明兴蒙造山带内部变质带无论是在变质作用还是原岩建造的组合特点都反映了不同的构造背景，说明兴蒙造山带是一个由多条造山带组合在一起的复合造山带。此外，在兴蒙造山带内局部还有印支期变质岩系的出露。

综上，兴蒙造山带具有变质演化历史长、形成环境与变质条件和变质时代有较大差异、洋壳/岛弧/增生带叠复出现的特点，说明兴蒙造山带是一个经历漫长演化的、复杂的增生造山带。

2.6与青藏高原形成、隆升有关的变质作用

青藏高原地区的变质岩系主要是在中生代以来形成的，但是在这些年轻的大陆地壳岩石中也还存在一些老的变质岩系。例如在青藏高原北部的巴颜喀拉-甘孜变质带中保存有老的变质基底，这些基底经历了元古代的变质改造，变质程度达到角闪岩相。从建造组合和变质特点看，与华南克拉通变质基底具有很大的相似性，可能属于华南克拉通结晶基底的组成部分。而对青藏高原南部羌南-冈底斯-喜马拉雅-滇西变质地区的变质表壳岩系研究表明，其与印度克拉通的变质基底具有相似性。综上，作者认为青藏高原的形成早期（北部）与扬子地块有密切关系，晚期（南部）与印度陆块向北的俯冲拼贴有较密切的关系。

晚三叠世以前，冈瓦纳古陆与华南克拉通之间为古特提斯洋相隔。在三叠纪末期，古特提斯洋闭合，两大陆块碰撞形成龙木措-双湖-澜沧江变质带；在古特提斯洋闭合的同时在羌南-冈底斯-喜马拉雅地区开始了拉张，并逐渐形成了一个新的大洋-新特提斯洋。到中-晚侏罗世，随着班公湖-怒江洋（新特提斯洋北域）洋壳向南俯冲，于早白垩世发生最终的碰撞，形成班公湖-怒江变质带；在晚侏罗-早白垩世之后，洋壳向冈底斯陆块下俯冲，至渐新世亚洲板块与印度板块碰撞，形成雅鲁藏布江变质带；至中新世末，印度板块沿西瓦利克带发生陆内俯冲，形成了大规模的逆冲推覆带，导致了高喜马拉雅变质带陆壳缩短、垂向加积增厚，急剧隆升，形成了今天长约2400 km的巨大山系。

图4 青藏高原变质带演化图

三、展望

在本文中，作者从6个部分总结了区域变质作用与中国大陆地壳形成与演化的关系，使读者们能够获得系统性的认识。但与此同时，很多复杂变质地区的研究还不完善，还需进一步研究以求获得更清晰的认识。

文献来源：

耿元生, 沈其韩, 杜利林, 宋会侠, 2016. 区域变质作用与中国大陆地壳的形成与演化. 岩石学报 32, 2579-2608.

供稿人：齐扬

编辑：齐扬、谢其峰

审核校对：赵磊