關(guān)于造山帶深熔型花崗質(zhì)巖石的初步思考
——以東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)為例

郭小飛，周云

（1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541004）

關(guān)于造山帶深熔型花崗質(zhì)巖石的初步思考
——以東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)為例

郭小飛1,2，周云3

（1.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西桂林 541004）

造山帶演化中高級變質(zhì)巖石發(fā)生深熔作用形成的花崗質(zhì)巖石在東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)尤為常見。野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在大型韌性剪切帶和脆性斷層中多分布著與區(qū)域構(gòu)造線及圍巖片麻理方向一致的混合巖和花崗巖類的小脈體和透鏡體。綜合分析可知，深熔型花崗質(zhì)巖石能量主要來自強(qiáng)烈褶皺、推覆、剪切、斷裂等驅(qū)動力所產(chǎn)生的熱壓能量，主要是泥質(zhì)巖、雜砂巖等沉積源巖在不同物化條件下部分熔融的結(jié)果。花崗質(zhì)巖石處于喜馬拉雅碰撞造山帶構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段，變沉積巖在深部的部分熔融并折返，是對印歐碰撞造山作用的響應(yīng)，它們跟構(gòu)造-巖漿-變質(zhì)-成礦作用相輔相成。

深熔作用；東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)；沉積源巖；花崗質(zhì)巖石

地殼熔融在造山帶演化中是一個(gè)重要的地質(zhì)過程，它強(qiáng)烈影響著造山帶地殼的熱穩(wěn)定性和流變性[1]。流體參與與否、是否存在地幔玄武質(zhì)巖漿底侵作用以及地殼物質(zhì)成分差異對于大陸地殼的部分熔融具有重要的影響[2-5]。地質(zhì)歷史時(shí)期，造山帶及其周緣地區(qū)常發(fā)育大型韌性剪切帶和脆性斷層，通常被認(rèn)為是對塊體碰撞或造山后的調(diào)整響應(yīng)[6,7]，這種調(diào)整響應(yīng)可以使得高級變質(zhì)巖石發(fā)生部分熔融形成深熔型花崗質(zhì)巖石。青藏高原及其周邊山脈大多被認(rèn)為是印度和歐亞板塊新生代碰撞的結(jié)果，是研究碰撞造山作用的典型地區(qū)[8-10]。在喜馬拉雅碰撞造山帶的高級變質(zhì)巖系中廣泛發(fā)育各種類型的變質(zhì)巖石和侵入體，多期次的高級變質(zhì)作用和部分熔融事件使得原巖遭受強(qiáng)烈變質(zhì)作用形成花崗片麻巖并伴生混合巖和巖體侵入。近年來，大規(guī)模的韌性剪切帶和脆性斷層與地殼物質(zhì)發(fā)生深熔作用及花崗質(zhì)巖漿侵位關(guān)系已經(jīng)引起普遍的關(guān)注，然而剪切作用與地殼物質(zhì)變質(zhì)-變形作用、部分熔融以及巖體侵位之間的誘發(fā)關(guān)系仍存有爭議[11]。本文試圖以東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)的深熔型花崗質(zhì)巖石為研究對象，總結(jié)前人研究成果并介紹其巖相學(xué)、地球化學(xué)特征，進(jìn)一步探究深熔型花崗質(zhì)巖石的形成機(jī)制及動力學(xué)制約，為研究深熔作用提供一些素材。

1 深熔型花崗質(zhì)巖石的特征

印度河-雅魯藏布江縫合線以南，自北而南依次劃分為特提斯喜馬拉雅、高喜馬拉雅和低喜馬拉雅。低喜馬拉雅以主中央逆沖斷層與北側(cè)高喜馬拉雅相鄰，高喜馬拉雅北以藏南拆離系與特提斯喜馬拉雅相鄰[13]（圖1）。變質(zhì)深熔成因的花崗質(zhì)巖石分布較廣，年齡涵蓋各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期，在高喜馬拉雅和特提斯喜馬拉雅巖系中尤為發(fā)育。野外地質(zhì)考察可以發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)多分布片麻狀花崗巖，大部分片麻巖經(jīng)歷了深熔作用的改造，呈巖基、巖株、巖枝狀產(chǎn)出，形成各類混合巖、混合片麻巖、混合花崗巖，是巖系變質(zhì)巖層就地部分熔融并就地成巖的產(chǎn)物。受區(qū)域變質(zhì)作用控制，巖體延伸方向與區(qū)域構(gòu)造線及圍巖片麻理方向一致。青藏高原東南緣剪切帶內(nèi)巖石均遭受不同程度的變質(zhì)變形作用，各個(gè)前寒武紀(jì)基底巖群的大部分巖石都經(jīng)歷了深熔作用的改造形成各類混合巖、花崗巖。

筆者收集了高喜馬拉雅地區(qū)混合巖和花崗巖的圖1喜馬拉雅造山帶地質(zhì)簡圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[12]）Fig.1 Geological sketchmap of Himalaya orogenic belt(after reference[12])地球化學(xué)數(shù)據(jù)，其中花崗質(zhì)巖石在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上為LREE略富集的右傾型，輕重稀土分餾明顯，具有弱的Eu負(fù)異常，顯示地殼熔融花崗巖的特征（圖2）。同時(shí)還可以看出，淺色體稀土元素含量要低于暗色體，這是因?yàn)樯钊圩饔眠^程中副礦物由于難熔而殘余。研究[14]認(rèn)為深熔程度不同，副礦物進(jìn)入熔體的比例不同。深熔程度很低時(shí)，副礦物很少進(jìn)入熔體，主要受副礦物控制的稀土元素及微量元素在熔體中的含量就低；隨著深熔程度增高，副礦物逐漸進(jìn)入熔體中，稀土元素及微量元素在淺色體中的含量隨之增大，其稀土元素配分模式與熔融母巖就較為相似。

2 形成機(jī)制

高級變質(zhì)巖通過前進(jìn)變質(zhì)（深熔）反應(yīng)形成熔體相，熔體的行為既不像水那樣總是從體系中分離出去，也不像固態(tài)礦物相那樣保留在體系中[17]。所形成的部分熔體不斷在巖石體系中局部集中，發(fā)生分凝作用，或從巖石體系中分離出去，形成各種侵入體，留在體系內(nèi)的熔體在降溫過程中發(fā)生結(jié)晶作用，釋放出水流體，引起峰期礦物組合不同程度地經(jīng)歷逆反應(yīng)和退變質(zhì)反應(yīng)[18]。這種理論可以在青藏高原東南緣哀牢山紅河剪切帶得到驗(yàn)證，它就經(jīng)歷了早期升溫升壓（進(jìn)變質(zhì)）、峰期和晚期（降溫降壓）等不同階段[19]。

深熔型花崗質(zhì)巖石的能量來源主要來自強(qiáng)烈褶皺、推覆、剪切、斷裂等驅(qū)動力所產(chǎn)生的熱壓能量，此外，

圖2青藏高原南部混合巖和花崗巖稀土元素配分模式圖（數(shù)據(jù)來源參考文獻(xiàn)[15,16]）

Fig.2 REE pattern ofmigmatites and granites from

Southern Tibet(data from references[15,16])蓋層地溫增加、深大斷裂引發(fā)深部地殼熱流值增加的綜合因素也可使基體巖石產(chǎn)生局部熔融或熔融[20]。例如，在連續(xù)活躍的逆沖推覆切穿以往經(jīng)歷過低度部分熔融的印度表殼巖過程中，剪切熱跟淡色花崗巖的產(chǎn)生密切相關(guān)[21]。

楊曉松等[22]對高喜馬拉雅黑云斜長片麻巖進(jìn)行脫水熔融實(shí)驗(yàn)證實(shí)，黑云斜長片麻巖是喜馬拉雅淡色花崗巖的源巖之一，二者的Sr-Nd同位素組成和稀土配分模式非常相似，顯示出它們之間可能存在血緣關(guān)系，脫水熔融是形成高喜馬拉雅淡色花崗巖和下地殼麻粒巖的重要方式。雖然最近吳福元等[13]在對喜馬拉雅淡色花崗巖的綜述中提出高分異型花崗巖的觀點(diǎn)，但目前大多認(rèn)為其源巖主要是高喜馬拉雅變泥質(zhì)巖。如筆者對藏南和三江地區(qū)的淡色花崗巖和混合巖長英質(zhì)脈體的CaO/Na2O-Al2O3/TiO2和Rb/Sr-Rb/Ba圖解（圖3）中，可以看出它們均跟殼源物質(zhì)的部分熔融有關(guān)?？傊?，在研究深熔型花崗質(zhì)巖石的形成機(jī)制時(shí)，泥質(zhì)巖、雜砂巖等沉積源巖在不同物化條件下部分熔融是學(xué)術(shù)主流。變質(zhì)沉積巖的熔融作用主要有三種機(jī)制：飽和水固相線上的熔融、白云母脫水熔融和黑云母脫水熔融[23]。

圖3 藏南和三江地區(qū)花崗質(zhì)巖石(a)CaO/Na2O-Al2O3/TiO2圖解[24]，(b)Rb/Sr-Rb/Ba圖解[24]（數(shù)據(jù)源自參考文獻(xiàn)[16,25]）Fig.3(a)the CaO/Na2O vs.Al2O3/TiO2diagram[24],(b)the Rb/Sr vs.Rb/Ba diagram[24]for granitic rocks from Southern Tibet and Sanjiang area(data from references[16,25])

3 動力學(xué)制約

華南的大部分研究地區(qū)普遍受陸內(nèi)深斷裂的控制，許多深斷裂繼承了古俯沖帶、古拼接帶等板塊邊界構(gòu)造（如喜馬拉雅造山帶；圖4），在后來發(fā)生的部分熔融事件中，新生巖漿繼承了早先形成的與俯沖和碰撞有關(guān)的含有較多幔源物質(zhì)的特征，在地球化學(xué)方面顯示幔源組分參與特征[26]。除了深熔型花崗質(zhì)巖石，分布于青藏高原斷裂帶內(nèi)部及兩側(cè)的鉀質(zhì)、超鉀質(zhì)巖石被認(rèn)為是由擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的大地構(gòu)造環(huán)境中，上地幔熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿底侵到下地殼，誘發(fā)下地殼巖石重熔，并伴有部分地幔物質(zhì)參與形成深部巖漿房，在深部壓力作用下，原始巖漿沿深斷裂上升所致[27]。在構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段，應(yīng)力松弛導(dǎo)致的流體活動性、玄武質(zhì)巖漿底侵以及走滑、伸展、剪切、斷裂等構(gòu)造產(chǎn)生的溫壓條件有利于深熔作用的發(fā)生。例如，胡榮國[28]在研究柴北緣造山帶中段錫鐵山地體花崗質(zhì)片麻巖中淺色體形成機(jī)制時(shí)認(rèn)為，在構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段的高壓麻粒巖相減壓（升溫）階段誘發(fā)的深熔作用（部分熔融）是淺色體形成的主要機(jī)制。

目前，在青藏高原東南緣廣泛分布的大型走滑斷層在大陸擠壓過程中所扮演的角色是爭論的焦點(diǎn)。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，印度板塊是剛性的巖石圈塊體，其變形主要集中在板塊邊緣，走滑斷層切割深及巖石圈[30,31]。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為擠壓加厚的陸殼是一種薄的粘性席體，其內(nèi)部變形是均勻的，主體上是非旋轉(zhuǎn)巖石圈縮短，故而走滑斷層純粹是在地殼尺度[32,33]。喜馬拉雅造山帶演化過程中，深熔作用在青藏高原的應(yīng)力調(diào)整過程中非常普遍。從動力學(xué)觀點(diǎn)分析，區(qū)域變質(zhì)作用—混合巖化作用—變質(zhì)深熔作用屬于溫壓遞進(jìn)性變質(zhì)作用[20]。筆者認(rèn)為深熔作用與剪切作用是否切割巖石圈地幔不矛盾。不管是在地殼尺度還是在巖石圈地幔尺度上只要符合深熔作用的物化條件，都可以產(chǎn)生深熔型花崗質(zhì)巖石。

圖4 喜馬拉雅造山帶剖面圖（改自參考文獻(xiàn)[29]）Fig.4 Geologic section of Himalaya orogenic belt(modified after reference[29])

4 結(jié)論

高級變質(zhì)巖石發(fā)生深熔作用形成的花崗質(zhì)巖石廣泛分布于東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)，對其進(jìn)行初步的地球化學(xué)研究和動力學(xué)分析得到以下結(jié)論。

（1）受造山作用影響的深熔型花崗質(zhì)巖石，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上為LREE略富集的右傾型，輕重稀土分餾明顯，具有弱的Eu負(fù)異常，顯示地殼熔融花崗巖的特征。

（2）深熔型花崗質(zhì)巖石能量來源主要來自強(qiáng)烈褶皺、推覆、剪切、斷裂等驅(qū)動力所產(chǎn)生的熱壓能量，源巖主要是泥質(zhì)巖、雜砂巖等沉積源巖在各種物化條件下部分熔融的結(jié)果。

（3）這些花崗質(zhì)巖石處于喜馬拉雅碰撞造山帶構(gòu)造轉(zhuǎn)換階段，伴隨著大型韌性剪切帶以及脆性斷層發(fā)育，是對印歐碰撞造山作用的響應(yīng)，它們與構(gòu)造-巖漿-變質(zhì)-成礦作用相輔相成。

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Preliminary thoughts on the anatectic granitic rocks of orogenic belt:a case study of the Eastern Himalayan Syntaxis

GUO Xiao-fei1,2,ZHOU Yun3
（1.State Key Laboratory of Isotope Geochemistry,Guangzhou Institute of Geochemistry,ChineseAcademy of Sciences,Guangzhou 510640 ,China;2.University of ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100049 ,China;3.Guilin University of Technology,College of Earth Sciences,Guilin Guangxi 541004 ,China)

Granitic rocks originated from high-grademetamorphic rocks that occurred anatexis during orogen evolution are particularly common in the eastern Himalayan syntaxis.In large-scale ductile shear zone and brittle fault,there aremany small veins and lenticular bodies ofmigmatites and granites in the same direction as regional tectonic line and surrounding rocks.Comprehensive analysis shows that energy source of anatectic granitic rocks weremainly from strong folding,nappe,shear and fracture driving force generated by hot pressing energy,and the source rocks were derived from sedimentary source rocks such asmetapelite,greywacke in the result of partialmelting under different physicochemical conditions.These granitic rocks were in the tectonic transformation stage of Himalayan collision orogenic belt in response to the collision orogeny of the Indo-European plate.They were complementary with various sorts of information such as tectonism,magmatism,metamorphism,mineralization in space and time.

anatexis;eastern Himalayan syntaxis;sedimentary source rock;granitic rocks

P588.12+1

A

1672－4135（2016）04－0249-05

2016-07-11

廣西自然科學(xué)基金“廣西欽防海槽沉積巖鋯石U-Pb年代學(xué)和Hf同位素研究（2015 GXNSFBA139204）”

郭小飛（1990-），男，江西吉安人，博士研究生在讀，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，E-mail:niubidrbsr@126.com。