中喜马拉雅日玛那地区退变榴辉岩岩石地球化学及年代学研究.pdf
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1、第43卷第2 期2024年3月中喜马拉雅日玛那地区退变榴辉岩岩石地球化学及年代学研究岩石矿物学杂志ACTAPETROLOGICA ETMINERALOGICAVol.43,No.2:360392Mar.,2024Doi:10.20086/ki.yskw.2024.0209刘?学,张贵宾,张立飞,刘帅奇(北京大学地球与空间科学学院,造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京10 0 8 7 1)摘要:喜马拉雅造山带是目前最年轻的仍处于碰撞阶段的陆陆碰撞造山带。高喜马拉雅结晶岩系内产出的(退变)榴辉岩记录了印度板块俯冲和折返的重要信息。本文对中喜马拉雅日玛那地区的(退变)榴辉岩进行了岩石学、全岩地球化
2、学及锆石年代学研究,确定了其变质演化、原岩性质及构造背景。日玛那榴辉岩呈透镜状或岩墙状与花岗片麻岩接触,基于矿物组合识别出3个变质阶段:峰期榴辉岩相:石榴子石+绿辉石+多硅白云母+金红石+石英;高压麻粒岩相:以单斜辉石+斜长石后成合晶、黑云母+斜长石的后成合晶为代表;角闪岩相:以基质中角闪石的大量出现为特征。锆石U-Pb定年给出两期年龄,峰期榴辉岩相锆石年龄为约15.514 Ma,具平坦的HREE分配模式,缺失Eu负异常,麻粒岩相的年龄约为12 Ma,锆石显著富集HREE,并呈现出Eu负异常的特征,指示石榴子石分解和斜长石生长。矿物温压计限定日玛那榴辉岩峰期变质条件为约7 30、1.9 2.1
3、GPa。榴辉岩记录了顺时针的变质p-T轨迹,从峰期榴辉岩相经近等温快速降压至麻粒岩相,最后降温降压至角闪岩相。另外,日玛那榴辉岩的原岩为亚碱性玄武岩并沿着拉斑玄武岩趋势演化,地球化学特征与洋中脊玄武岩类似,对榴辉岩残留的岩浆锆石核定年给出了8 9 0 8 50 Ma的原岩年龄。综上,我们认为日玛那榴辉岩起源于新元古代大洋中脊玄武岩,在中新世(约15.5Ma)随印度板块平俯冲至欧亚大陆下面,发生榴辉岩相变质,而后开始折返。关键词:中喜马拉雅;日玛那榴辉岩;锆石U-Pb定年;变质演化;原岩中图分类号:P588.3;P597+.3Petrology,geochemistry and geochron
4、ology of granulitized eclogites文献标识码:Afrom the Nyonno Ri region,central Himalaya文章编号:10 0 0-6 52 4(2 0 2 4)0 2-0 36 0-33LIU Xue,ZHANG Gui-bin,ZHANG Li-fei and LIU Shuai-qi(The Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution,MOE,School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 1008
5、71,China)Abstract:The Himalayan orogenic belt represents one of the youngest continent-continent collisional orogenic beltsand the collision is still an ongoing process.Eclogites in the Greater Himalayan Crystalline complex contain impor-tant information about subduction and exhumation processes of
6、the Indian plate.In this paper,we investigate thepetrology,whole-rock geochemistry and zircon chronology of retrograde eclogites in the Nyonno Ri region,CentralHimalaya.The objective of our study is elucidate the metamorphic evolution,nature of protolith and tectonic settingof these rocks.The eclogi
7、tes are enclosed within granitic gneisses and occur as lens or bands.Three metamorphicstages are identified with different mineral assemblages:peak eclogite-facies:garnet,omphacite,polysilicate收稿日期:2 0 2 3-0 9-2 4;接受日期:2 0 2 3-11-2 8;编辑:郝艳丽;英文审校:周美夫基金项目:国家自然科学基金项目(42 37 2 0 6 1,4197 2 0 56,917 552 0
8、 6,416 2 2 2 0 2)作者简介:刘学(1996-),男,满族,硕士研究生,矿物学、岩石学、矿床学专业,E-mail:18 0 12 14955 p k u.e d u.c n;通讯作者:张贵宾(197 9-),男,副教授,变质岩和同位素地球化学方向,E-mail:g b z h a n g p k u.e d u.c n。网络首发时间:2 0 2 4-0 1-2 9;网络首发地址:http:/k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/11.196 6.p.2 0 2 40 12 8.2 2 33.0 0 2.h t m l第2 期muscovi
9、te,rutile,and quartz;high-pressure granulite-facies:symplectite of clinopyroxene and plagioclase,andsymplectite of biotite and plagioclase;and a mp h i b o l i t e-f a c i e s:a mp h i b o l e i n t h e ma t r i x.Zi r c o n g r a i n s o f t h epeak eclogite-facies stage has an age of 15.5 14 Ma an
10、d have chondrite-normalized REE patterns with flatHREE and without negative Eu anomalies,whereas zircon grains of the granulite-facies stage have an age of12 Ma and show significantly enriched HREE and negative Eu anomalies,indicative of garnet breakdown and pla-gioclase growth.From the mineral ther
11、mobarometry,the peak metamorphic conditions are estimated to be 730and 1.92.1 GPa.The eclogites have a clockwise metamorphic p-T path with the peak eclogite facies metamor-phism followed by the near-isothermal rapid decompression,then the granulite-facies metamorphism.The finalmetamorphism was cooli
12、ng and decompressing under the amphibolite-facies conditions.The eclogites in the NyonnoRi region were formed from protoliths of alkaline basalts geochemically similar to mid-ocean ridge basalts(MORBs).Relict magmatic core of zircon grains has a protolith age of 890850 Ma.In summary,we suggest thatt
13、he eclogites in the Nyonno Ri region formed from Neoproterozoic MORBs that were subsequently subducted andmetamorphosed under the eclogite-facies condition beneath the Eurasian continent at 15.5 Ma,followed by exhu-mation.Key words:Central Himalaya;the Nyonno Ri eclogites;zircon U-Pb dating;metamorp
14、hic evolution;protolithFund support:National Natural Science Foundation of China(42372061,41972056,91755206,41622202)榴辉岩记录了造山带构造演化的重要信息,其在制约印度和欧亚大陆俯冲碰撞过程中提供了关键证据。位于西构造结的巴基斯坦西北部的Kaghan地区(Pognante and Spencer,1991;Tonarini et al.,1993;0Brien,2001;Kaneko et al.,2003;Parrishet al.,2 0 0 6)和印度的 Tso Morar
15、i 穹隆(de Sigoyeret al.,1997,2000;Mukherjee and Sachan,2001)最早发现了含柯石英超高压榴辉岩。但对于中喜马拉雅,Lombardo和 Rolfo(1998)最先报道了Kharta 地区花岗片麻岩中的退变榴辉岩,之后在通门-Kharta一线(Li et al.,2 0 0 3,2 0 18;Co t t l e e t a l.,2 0 19b;Wanget al.,2 0 2 1),中国西藏定结县、定日县(AmaDrime 地区)和亚东地区(刘树文等,2 0 0 5;Groppoet al.,2007;Cottle et al.,2009a;
16、Kali et al.,2010;Wang et al.,2 0 17 b;Wu e t a l.,2 0 2 2)以及尼泊尔的Arun Valley(Pa r k in s o n a n d K o h n,2 0 0 2;C o r r ieet al.,2 0 10)、印度锡金地区(Rolfo et al.,2 0 0 5)和不丹西北部(Chakungal et al.,2 0 10;G r u j i c e t a l.,2011;Wa r r e n e t a l.,2 0 11)陆续有退变榴辉岩被发现,东西跨越超过450 km。与西构造结超高压岩石的出露地紧邻缝合带相比,中喜
17、马拉雅榴辉岩远离缝合带约数百公里,但大都靠近藏南拆离系,且与南北向伸展断裂有关。另外,中喜马拉雅榴辉岩普遍叠加了强烈的麻粒岩相变质作用,前人研究大多依赖于辉石和斜长石的后成合晶推测其曾经历了榴辉岩刘学等:中喜马拉雅日玛那地区退变榴辉岩岩石地球化学及年代学研究et al.,2021;Wu et al.,2022)。相比于西构造结始新世(50 45Ma)的峰期变质年龄,目前所报道的中喜马拉雅(退变)榴辉岩的峰期变质年龄普遍年轻,主要包含如下4种观点:始新世(39 33 Ma;Liu et al.,2007;Cottle et al.,2009a;Kellett et al.,2014)、早渐新世(
18、30 2 9 Ma;Wang et al.,2 0 17 a,2 0 2 1)、晚渐新世(2 6 2 3 Ma;Corrie et al.,2010)和中中新世(17 14 Ma;G r u j i cet al.,2011;Wang et al.,2017b;Li et al.,2019;Wuet al.,2 0 2 2)。而有关中喜马拉雅(退变)榴辉岩的原岩时代也存在不同认识,主要分为以下几种观点:白垩纪晚期(10 0 8 0 Ma)(R o l f o e t a l.,2 0 0 5;Lombardo et al.,2016)、古生代(约 450 Ma)(D o n get al.,2
19、 0 2 2)、新元古代(约98 0 Ma)(Li u e t a l.,2007;Cotle et al.,2009a;Wang et al.,2017b)、古元古代(约1 8 0 0 Ma)(Chakungal et al.,2010;Wanget al.,2022)。为了理清中喜马拉雅(退变)榴辉岩的峰期变质时代和原岩年龄,本文对中喜马拉雅日玛那地区的(退变)榴辉岩进行详细的岩石学、全岩地球化学和锆石年代学研究,以探讨日玛那地区(退变)榴辉岩的峰期变质时代、原岩属性及其构造意义。361相变质作用(Groppo et al.,2 0 0 7)。近年来,绿辉石的发现为中喜马拉雅榴辉岩相变质作
20、用提供了确凿证据(Wang et al.,2 0 17 b;Li e t a l.,2 0 18;Wa n g3621土地质背景1.1喜马拉雅造山带喜马拉雅造山带是在新特提斯洋闭合之后,由印度大陆与欧亚大陆碰撞形成的(Yin,2 0 0 6)。在东西方向上,喜马拉雅造山带以西端的Chaman断裂和东端的 Sagaing断裂为界,从西构造结Nanga Par-bat到东构造结NamcheBarwa延伸达2 50 0 km,横贯印度、巴基斯坦、尼泊尔、不丹和中国藏南地区;在南北方向上,则以北部的雅鲁藏布江缝合带(IYS和南部的主前缘逆冲断裂(MFT)为界。另外,喜马拉雅造山带从北到南由4个岩性单元
21、组成(Yin,2 0 0 6):特提斯喜马拉雅(THS)、高喜马拉雅(GHC)、低喜马拉雅(LHS)和次喜马拉雅(SH)结晶岩系。这4个岩性单元依次被藏南拆离系(STD)、主中央逆冲断层(MCT)和主边界逆冲断层(MBT)分隔(图1a)(Gansser,1964;Webb et al.,2011)。特提斯喜马拉雅结晶岩系位于造山带前缘,主要由古元古代至始新世的硅质碎屑岩、碳酸盐岩及古生代和中生代的火山岩组成(Yin,2 0 0 6)。在特提斯喜马拉雅中部至东部分布着一系列穹隆构造,统称为北喜马拉雅片麻岩穹隆,包括淡色花岗岩、云母片岩、花岗片麻岩和一些基性岩脉(Zhang etal.,2012;
22、Wa n g e t a l.,2 0 2 1);穹隆核部由麻粒岩相-角闪岩相高级变质岩和淡色花岗岩体组成。高喜马拉雅结晶岩系是造山带的高级变质岩核,位于特提斯喜马拉雅和低喜马拉雅之间,主要由古元古代-奥陶纪沉积岩系和花岗岩片麻岩组成,普遍经历了高角闪岩相至麻粒岩相变质作用(Wangetal.,2 0 2 2),部分熔融程度高,GHC上部部分熔融程度为15%25%(体积分数,下同),下部为5%10%(Wangetal.,2 0 15)。低喜马拉雅由古元古代绿片岩到低角闪石相硅质碎屑岩和碳酸盐沉积岩组成(DeCelleset al.,2 0 0 1)。次喜马拉雅为前陆盆地沉积物(Yin,2006
23、;Webb et al.,2011)。1.2日玛那地区地质概况日玛那地区主要位于中国西藏定日县一定结县境内,出露于高喜马拉雅结晶杂岩系内的Ama Drime地块(图1b)。中喜马拉雅的Ama Drime地块是目前(退变)榴辉岩报道最多的区域。Ama Drime 地块是一个长轴近南北向且具有多次伸展构造的穹隆(K a li e t a l.,2 0 10),两侧以倾向相反的两个正断层岩石矿物学杂志为边界,西侧为Ama Drime Detachment(A D D,定结正断层),东侧为Nyonno Ri Detachment(NR D,日玛那正断层)。定结正断层为10 0 30 0 m厚的脆性拆离
24、断层系,主要由淡色花岗岩、石英岩、大理岩和钙质硅酸盐组成(Jessupet al.,2 0 0 8)。日玛那正断层右旋分离错断了藏南拆离系(STDS)(Zh a n g a n dGuo,2 0 0 7)(图1b)。A m a D r im e 地块主要由两部分组成:南部的正片麻岩单元和北部的副片麻岩单元(Jessup et al.,2008;Jessup and Cotle,2010;Lang-illeetal.,2 0 10)。正片麻岩单元主要由花岗片麻岩、混合岩和少量的泥质片麻岩组成,副片麻岩单元岩性主要为泥质片麻岩和云母片岩。(退变)榴辉岩主要呈透镜状或岩墙状产出于正片麻岩和混合岩中,
25、并且其长轴方向与片麻岩的片理方向基本一致。日玛那(退变)榴辉岩野外以透镜体和层状产出,围岩为花岗片麻岩(图2 a、2 b、3a、3b)。它们的出露位置多位于GHC 靠近 STDS 的上部,甚至接近于雪线以上的峰顶,海拔基本在6 0 0 0 m以上(图2b)。在卫星遥感图像中可以识别出多条被围岩片麻理强烈揉皱的长度达数百米的暗色夹层(图2 c),与野外实拍图片类似(图2 b、2 c)。榴辉岩透镜体的大小不均,呈几厘米到数十米长。较大透镜体核部退变程度低,边部退变程度高,整体外观呈黑色;石榴子石变斑晶存在明显的白眼圈结构。本文研究的样品采自于日玛那地区附近相对新鲜的、退变质程度较弱的退变榴辉岩露头
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