柴達木地塊寒武紀變質(zhì)作用
——來自相平衡模擬和獨居石U-Pb年代學的約束*

滕霞 張建新 毛小紅 路增龍 周桂生 武亞威 郭祺

祁連-阿爾金-昆侖早古生代造山系出露在青藏高原東北緣(圖1)，包夾了數(shù)個前寒武紀大陸塊體(柴達木地塊、祁連地塊、歐龍布魯克地塊、中阿爾金地塊)。這些微陸塊由前寒武紀變質(zhì)基底和新元古代-古生代以來的沉積蓋層組成，保留了新元古代大陸裂解的地質(zhì)記錄(Luetal., 2008; Songetal., 2010; 張建新等, 2011, 2021; Tungetal., 2013; Xuetal., 2016; Tengetal., 2022)。由于缺乏與岡瓦納大陸拼合相關(guān)的泛非事件記錄的報道，這些前寒武紀微陸塊長期以來被認為是在羅迪尼亞超大陸解體時期從大陸邊緣分離出來的微陸塊，在岡瓦納大陸聚合時期仍分散于原特提斯洋內(nèi)(Lietal., 2018; Zhaoetal., 2018及相關(guān)文獻)。但是，我們最近在柴達木地塊西段原定為金水口群的變質(zhì)基底中，識別出了一套(超)高溫變質(zhì)巖石組合(圖1)，其中的Mg-Al麻粒巖、基性麻粒巖、長英質(zhì)片麻巖以及變泥質(zhì)巖均記錄了540～500Ma的麻粒巖相變質(zhì)作用(Tengetal., 2020)。這一變質(zhì)事件能與岡瓦納大陸的晚泛非期高溫-超高溫變質(zhì)事件對應(Clarketal., 2015; 滕霞和張建新, 2020及相關(guān)文獻)，很可能是柴達木地塊在羅迪尼亞超大陸解體后仍與東岡瓦納的陸塊相連的地質(zhì)證據(jù)，因而對認識柴達木地塊及其周緣的古生代造山帶的構(gòu)造演化歷史有重要意義。

圖1 柴達木地塊所在位置及其西緣的地質(zhì)簡圖

柴西緣(超)高溫變質(zhì)巖單元主要由變泥質(zhì)巖和長英質(zhì)片麻巖組成，夾基性麻粒巖、鈣硅酸鹽巖及少量Mg-Al麻粒巖。目前對該套巖石組合的變質(zhì)演化歷史的了解主要來自對Mg-Al麻粒巖和基性麻粒巖的研究(Tengetal., 2020)。變泥質(zhì)巖作為區(qū)域主要巖石類型，其變質(zhì)演化可能更能反映區(qū)域變質(zhì)作用特征，但目前未有報道。我們此次主要對柴西緣變泥質(zhì)巖進行相平衡模擬和獨居石U-Pb測年，用以限定變泥質(zhì)巖的變質(zhì)演化歷史；與已獲得的Mg-Al麻粒巖和基性麻粒巖的P-T軌跡進行對比，討論其異同點；對比和結(jié)合鋯石U-Pb年齡資料，討論柴西緣寒武紀變質(zhì)作用的熱特征及其可能指示的構(gòu)造環(huán)境。

1 柴達木地塊地質(zhì)概況

柴達木地塊位于青藏高原東北緣，該處地殼厚度約為45km，大面積地被4～5km厚的新生界沉積物覆蓋，形成了青藏高原內(nèi)部最大的山間盆地(圖1a)。柴達木沉積盆地整體為一新生代復式向斜，受控于阿爾金走滑斷裂(西北界)和祁連山-南山逆沖帶(東北界)(Yinetal., 2008)。鉆孔資料指示，柴達木盆地沉積物之下分布了大量的古生代花崗巖，并在盆地邊緣出露地表(Chengetal., 2017及相關(guān)文獻)，侵入柴達木地塊的前寒武基底(1.1～0.9Ga，Heetal., 2018; Tengetal., 2022 及相關(guān)文獻)和下述的早古生代構(gòu)造單元中。

柴北緣俯沖碰撞雜巖帶以出露超高壓變質(zhì)巖為特征。超高壓變質(zhì)作用發(fā)生460～423Ma(Songetal., 2014; Zhangetal., 2017及相關(guān)文獻)，形成的(含柯石英)榴輝巖、榴輝巖相(含柯石英)泥質(zhì)片麻巖以及石榴橄欖巖呈塊狀、透鏡狀產(chǎn)出于長英質(zhì)片麻巖中，構(gòu)成一條長達400km的高壓-超高壓變質(zhì)帶。該帶出露的早古生代花崗巖體按其結(jié)晶年齡大致分為三期：活動陸緣期(470～465Ma)、同碰撞-俯沖折返期(446～397Ma)以及造山后期(383～372Ma)(Yuetal., 2012; Wuetal., 2014及相關(guān)文獻)。柴北緣還出露灘間山群淺變質(zhì)火山巖，形成時代集中在515～460Ma(袁桂邦等, 2002; 史仁燈等, 2004)，可能形成于碰撞造山前的洋殼俯沖階段(張建新等, 2021)。

柴南緣與北昆侖地塊相連，它們與南昆侖地塊以昆中斷裂帶為界。在北昆侖地塊東段出露金水口群高角閃巖-麻粒巖相的花崗質(zhì)片麻巖、表殼巖和少量變基性巖，夾蛇綠混雜巖和榴輝巖相變質(zhì)巖。西段出露的祁漫塔格群低級變質(zhì)的火山-沉積巖與柴北緣的灘間山群相當。與俯沖相關(guān)的榴輝巖形成于430～420Ma(Mengetal., 2013; 祁生勝等, 2014; 祁曉鵬等, 2016; Songetal., 2018)。侵入該地塊的碰撞后花崗巖和基性-超基性雜巖體形成于424～394Ma(諶宏偉等, 2006; 王冠等, 2014; Pengetal., 2016; Chenetal., 2020)，與牦牛山組流紋巖噴發(fā)時代相當(423～400Ma, 陸露等, 2010)。牦牛山組底部發(fā)育陸相紅色磨拉石，指示廣泛巖漿作用之前有區(qū)域抬升活動(Songetal., 2018)。

柴西緣以出露寒武紀高溫-超高溫變質(zhì)巖為特征。高溫-超高溫變質(zhì)巖分布在茫崖附近，包括變泥質(zhì)巖、長英質(zhì)片麻巖、基性麻粒巖、鈣硅酸鹽巖、含橄欖石大理巖及少量Mg-Al麻粒巖。Mg-Al麻粒巖和基性麻粒巖呈層狀或透鏡狀夾于片麻巖中，根據(jù)相平衡模擬計算結(jié)果，兩者均記錄了順時針P-T變質(zhì)作用軌跡，其中Mg-Al麻粒巖(石榴石+富鋁斜方輝石+石英±藍晶石/夕線石±假藍寶石)主要記錄了>915℃和>0.9GPa的溫度峰期條件；基性麻粒巖(石榴石+單斜輝石±斜長石±角閃石)則記錄了1.45GPa左右的壓力峰期條件和950℃左右的溫度峰期條件(Tengetal., 2020)?；◢徺|(zhì)片麻巖的巖漿鋯石U-Pb年齡集中在1.1Ga左右，變泥質(zhì)巖的碎屑鋯石年齡為1.6～1.1Ga；它們和基性麻粒巖以及Mg-Al麻粒巖的變質(zhì)和重熔鋯石U-Pb年齡集中在540～500Ma，被解釋成溫度峰期后的退變質(zhì)及熔體結(jié)晶年齡(Tengetal., 2020)。除上述高級變質(zhì)巖外，研究區(qū)內(nèi)還出露一套低級變質(zhì)的酸性火山-次火山巖，形成時代為800～750Ma(Tengetal., 2022)，它們與高級變質(zhì)單元的接觸關(guān)系被新生代沉積所覆蓋。這些前寒武紀變質(zhì)雜巖被兩期古生代花崗巖侵入(約450Ma和410～400Ma，未發(fā)表數(shù)據(jù))，并與侏羅系呈斷層接觸(圖1c)。

2 樣品描述

本文研究的三個變泥質(zhì)巖樣品(AQ18-14-3.5、AQ18-18-9.1、AQ19-5-6.1)均采自柴西緣高級變質(zhì)單元中(圖1c)。樣品AQ18-14-3.5(采樣位置：E90°56′07.19″、N38°38′12.04″)為石榴黑云片麻巖，由石榴子石(15%～20%)、黑云母(20%～30%)、夕線石(5%～8%)、長石(10%～15%)、石英(25%～30%)及晚期退變質(zhì)階段形成的白云母(2%～5%)組成，副礦物有鈦鐵礦、鋯石、獨居石；其變質(zhì)鋯石U-Pb年齡為518±10Ma(MSWD=3.0)(Tengetal., 2020)。樣品AQ18-18-9.1(采樣位置：E90°46′17.42″、N38°37′00.34″)是具塊狀構(gòu)造的石榴石英巖，由石榴子石(40%～65%)、石英(15%～25%)、黑云母(5%～15%)、夕線石(5%～10%)、堇青石(5%～10%)、鋁直閃石(5%～10%)、斜方輝石(約5%)、斜長石(3%～5%)以及少量金紅石、鈦鐵礦、鋯石、獨居石、磷灰石組成；其變質(zhì)鋯石U-Pb年齡為534±3Ma(MSWD=1.3)(Tengetal., 2020)。樣品AQ19-5-6.1(采樣位置：E90°45′10.26″、N38°36′10.57″)是混合巖化堇青石榴黑云片麻巖，由石榴子石(25%～30%)、黑云母(15%～20%)、夕線石(5%～8%)、堇青石(約10%)、石英(15%～20%)、斜長石(10%～15%)、鉀長石(8%～12%)以及少量鈦鐵礦、鋯石、獨居石、磷灰石組成(圖2b)。

在樣品AQ19-5-6.1的露頭上，清晰可見淺色體(約10%)平行于由黑云母和夕線石組成的片麻理分布(圖2a)，其經(jīng)歷的部分熔融作用可能發(fā)生在峰期變質(zhì)條件下。下文將詳細描述該樣品的巖相學和礦物化學特征，對其進行變質(zhì)作用相平衡模擬，以此樣品為代表，限定區(qū)域變泥質(zhì)巖的變質(zhì)演化歷史。該樣品的全巖化學分析在國家測試中心(北京)的X射線熒光光譜儀(PW4400)上完成。測試方法依據(jù)分別為：Al2O3、CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、Fe2O3T以及TiO2按GB/T 14506.28—2010標準；FeO按GB/T 14506.14—2010標準；LOI按LY/T 1253—1999標準，分析精度為5%。主要礦物的化學分析在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所的電子探針(JXA-8100)上完成。電子探針定量分析使用15kV的加速電壓，20nA的電流，以及3～5μm的束斑；儀器分析誤差<2%。所測元素的標樣均為天然礦物，使用ZAF法進行矯正。樣品AQ19-5-6.1的全巖化學和部分電子探針分析結(jié)果見表1。文中用到的礦物及其端元名稱縮寫包括：鐵鋁榴石(Alm)、鈣長石(An)、鈣鋁榴石(Grs)、黑云母(Bt)、堇青石(Crd)、石榴子石(Grt)、鈦鐵礦(Ilm)、鉀長石(Kfs)、斜長石(Pl)、鎂鋁榴石(Prp)、石英(Qz)、夕線石(Sil)、錳鋁榴石(Sps)。

樣品AQ19-5-6.1主要由暗色體(Bt-Sil-Crd-Grt)和淺色體(Kfs-Pl-Qz-Grt)兩部分構(gòu)成(圖2a)。石榴子石(0.5～1.2mm)中的礦物包裹體主要為石英和黑云母，暗色體中的石榴子石往往被堇青石冠狀體包圍(圖2b)，淺色體中的石榴子石則出現(xiàn)在斜長石、石英及少量黑云母中(圖2d)。石榴子石的化學成分為Alm75-77Prp16-17Grs3-4Sps3-4，其中，鈣鋁榴石含量[XGrs=Ca/(Mg+Fe2++Ca+Mn)]從核到邊減少(從0.045到0.028)；XMg[=Mg/(Mg+Fe2+)]在核部為0.18～0.19，在邊部<0.1mm的范圍內(nèi)降到0.14(圖3)。夕線石分為三期：早期夕線石(Sil1)呈毛發(fā)狀集合體，被堇青石包圍(圖2b, c)；第二期夕線石(Sil2)呈長條狀分布在石榴子石邊部；晚期夕線石(Sil3)與黑云母交生(圖2c)。黑云母可分為兩期：早期黑云母(Bt1)作為包裹體出現(xiàn)在石榴子石、鉀長石中；晚期黑云母(Bt3)呈不規(guī)則片狀，圍繞石榴子石(+斜長石)生長(圖2d)或與夕線石(Sil3)、石英交生(圖2c)。石榴子石邊部的黑云母含1.9%～3.4%的TiO2，其XMg值為0.49；與夕線石和石英共生的黑云母有4.0%～4.3%的TiO2，其XMg值為0.42～0.44。石英包裹體出現(xiàn)在石榴子石和堇青石中。在基質(zhì)中，石英或與石榴子石之間被堇青石分隔(圖2b)，或在石榴子石周圍與鉀長石、斜長石以及少量黑云母交生(圖2d)，或包裹堇青石生長于夕線石-黑云母富集部位中。鉀長石與斜長石不規(guī)則交生或作為斜長石的包裹體/出溶體出現(xiàn)(圖2d)。上述不同結(jié)構(gòu)位置的斜長石成分變化不大[XAn=Ca/(Ca+Na+K)=0.28～0.32]。堇青石冠狀體包圍、分隔石榴子石與其它礦物(黑云母、石英、夕線石)，其內(nèi)部可見夕線石和黑云母包裹體(圖2b, c)。堇青石的XMg值為0.57～0.61。

圖2 柴西緣變泥質(zhì)巖(AQ19-5-6.1)的巖相學特征

圖3 變泥質(zhì)巖(樣品AQ19-5-6.1)的石榴子石化學成分剖面

根據(jù)上述的巖相學和礦物化學特征，將樣品AQ19-5-6.1的礦物組合劃分成三期：第一期為石榴子石核部+黑云母/石英包裹體+夕線石，形成于進變質(zhì)階段；第二期礦物組合(溫度峰期組合)是石榴子石邊部+堇青石冠狀體+鉀長石(條紋長石)+夕線石±黑云母，反應結(jié)構(gòu)記錄了石榴子石和夕線石分解形成堇青石；第三期以黑云母+夕線石+石英交生為代表，為固相線組合。

3 變質(zhì)相平衡模擬

本文選擇在MnNCKFMASHTO(MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-O2)化學體系下對混合巖化堇青石榴黑云片麻巖樣品AQ19-5-6.1進行相平衡模擬。視剖面圖的計算使用GeoPS 3.0.1程序(Xiang and Connolly, 2022)以及配套的熱力學數(shù)據(jù)庫ds62(Holland and Powell, 2011)。計算中涉及以下固溶體模型：斜長石和鉀長石(Holland and Powell, 2003)、石榴子石、黑云母、堇青石、斜方輝石、尖晶石、鈦鐵礦以及硅酸鹽熔體(Whiteetal., 2014a, b)。涉及的純端元相有金紅石、夕線石、藍晶石。計算所用的理想體系(MnNCKFMASHTO)全巖成分(摩爾百分比)由實測的全巖化學成分換算獲得。其中，P2O5和相應的CaO按照磷灰石[(CaO)10(P2O5)3H2O]的化學成分扣除；O2[=0.5×Fe2O3]是依據(jù)實測的全鐵和Fe2+含量計算獲得(0.05)；H2O(1.77)是根據(jù)溫度-成分(T-XH2O)視剖面圖和樣品中的黑云母含量(Korhonenetal., 2011)確定。P-T視剖面圖的計算范圍為0.4～1.0GPa和650～950℃，結(jié)果見圖4。

圖4 變泥質(zhì)巖(樣品AQ19-5-6.1)的P-T視剖面圖(a)和熔體含量(vol%)、石榴子石中的鈣鋁榴石含量(XGrs)及斜長石中的鈣長石含量(XAn)等值線(b)

圖4a為樣品AQ19-5-6.1的P-T視剖面圖。在計算壓力范圍內(nèi)(0.4～1.0GPa)，該全巖成分的固相線溫度為780～810℃。樣品記錄的峰期組合(石榴子石+夕線石+黑云母+堇青石+鉀長石+斜長石+石英+熔體)出現(xiàn)在固相線右側(cè)的三角形小區(qū)域(圖4a中的亮黃色區(qū)域)，對應P-T條件為0.56～0.66GPa和795～835℃。在此P-T視剖面圖上，模擬計算熔體含量、石榴子石中的鈣鋁榴石含量(XGrs)以及斜長石中的鈣長石含量(XAn)，得到圖4b。淺色體體積在變泥質(zhì)巖中約占10%(圖2a)，該值在峰期組合的穩(wěn)定域中對應0.64GPa和825℃(圖4b)，指示溫度峰期的P-T條件。堇青石中的毛發(fā)狀夕線石指示進變質(zhì)過程發(fā)生在夕線石穩(wěn)定域，石榴子石核部成分(XGrs=0.046)與斜長石成分(XAn=0.28)相交于0.89GPa和800℃左右，對應壓力峰期條件。石榴子石中的鈣鋁榴石(XGrs)含量由核到邊從0.045降到0.028，對應從0.89GPa 到<0.6GPa的減壓過程(圖4b)。峰期后的退變質(zhì)過程形成晚期黑云母+夕線石交生，對應降溫冷卻過程。

4 獨居石U-Pb定年

分選、制靶完成后，獨居石U-Pb同位素定年在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。用于分析測試的LA-ICP-MS儀器由激光剝蝕系統(tǒng)(GeoLas HD)和等離子體質(zhì)譜儀(Agilent 7900)兩部分組成。分析的激光頻率和束斑直徑分別為2Hz和16μm。每次測試采集20～30s空白信號和50s樣品信號，每隔5個樣品點分析2個獨居石標樣44069(Aleinikoffetal., 2006)、3個獨居石標樣TRE(Tomascaketal., 1996)、以及1個NIST610。數(shù)據(jù)處理中分別采用44069和NIST610作為外部標樣進行同位素和微量元素分餾校正。使用軟件ICPMSDATACAL 10.8(Liuetal., 2010)對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)。使用Isoplot 4.15(Ludwig, 2012)繪制獨居石樣品的U-Pb年齡諧和圖和計算加權(quán)平均年齡(圖5)。用于監(jiān)測的獨居石標樣TRE的U-Pb諧和年齡為273.25±0.29Ma(1σ，MSWD=0.46)。獨居石年代學數(shù)據(jù)結(jié)果及稀土元素含量見我刊官網(wǎng)電子版附表1。

圖5 變泥質(zhì)巖LA-ICPMS獨居石U-Pb年齡諧和圖(a、c、e)和球粒隕石標準化稀土元素配分圖(b、d、f，標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

從三個變泥質(zhì)巖樣品(AQ18-14-3.5、AQ18-18-9.1、AQ19-5-6.1)中分離出的獨居石特征相似，多呈渾圓狀，顆粒直徑為50～150μm，其中的礦物包裹體有石英、斜長石、黑云母和鋯石。在背散射電子(BSE)成像下，絕大多數(shù)獨居石不顯示環(huán)帶(圖5b, f)，少數(shù)獨居石呈現(xiàn)不規(guī)則環(huán)帶(圖5d)。具有不規(guī)則環(huán)帶的獨居石主要分布在中AQ18-18-9.1，成像特征一般表現(xiàn)為核部暗、邊部亮。

4.1 AQ18-14-3.5

樣品AQ18-14-3.5中的42顆獨居石的Th/U比值為3～19，206Pb/238U年齡在517～499Ma之間，其加權(quán)平均年齡為508±1.6Ma(MSWD=2.0)(圖5a)。獨居石的球粒隕石標準化稀土元素分布曲線顯示不同幅度的右傾特征((Yb/Dy)N=0.01～0.05)和負Eu異常(Eu/Eu*=0.14～0.70)，但與U-Pb年齡之間不顯示相關(guān)性(圖5b)。

4.2 AQ18-18-9.1

樣品AQ18-18-9.1中的47顆獨居石的Th/U比值為2～23，206Pb/238U年齡在515～496Ma之間，其加權(quán)平均年齡為506±1Ma(MSWD=1.7)(圖5c)。獨居石的球粒隕石標準化稀土元素分布曲線顯示不同幅度的右傾特征((Yb/Dy)N=0.01～0.06)和微弱Eu異?；驘o異常(Eu/Eu*=0.77～1.27)，但與U-Pb年齡之間不顯示相關(guān)性(圖5d)。

4.3 AQ19-5-6.1

樣品AQ19-5-6.1中的47顆獨居石的Th/U比值為4～22，206Pb/238U年齡在512～498Ma之間，其加權(quán)平均年齡為506±1Ma(MSWD=1.3)(圖5e)。獨居石的球粒隕石標準化稀土元素分布曲線顯示不同幅度的右傾特征((Yb/Dy)N=0.01～0.14)和負Eu異常(Eu/Eu*=0.08～0.57)，與U-Pb年齡之間不顯示相關(guān)性(圖5f)。

5 討論

5.1 柴西緣泥質(zhì)巖變質(zhì)作用的P-T演化

結(jié)合巖相學分析和變質(zhì)相平衡模擬，變泥質(zhì)巖樣品AQ19-5-6.1的第一期礦物組合(石榴子石核部+黑云母/石英包裹體+夕線石+斜長石)形成于0.89GPa和800℃左右，記錄壓力峰期的變質(zhì)條件；第二期礦物組合(石榴子石邊部+堇青石+黑云母+鉀長石+夕線石+斜長石+石英)+10vol%熔體形成于0.64GPa和825℃，記錄溫度峰期的變質(zhì)條件；最后，第三期礦物組合(夕線石+黑云母+石英交生)記錄0.58GPa和800℃左右的固相線條件(圖4b)。固相線條件以下，元素遷移受限，變質(zhì)反應主要發(fā)生相鄰礦物的邊部；將這種相鄰的石榴子石-黑云母-斜長石的化學成分帶入石榴子石-黑云母溫度計(Holdaway, 2000)和石榴子石-黑云母-斜長石-石英(GBPQ)壓力計(Wuetal., 2004)計算，獲得702±50℃和3.7±0.5GPa的晚期退變質(zhì)條件。綜上所述，柴西緣變泥質(zhì)巖經(jīng)歷以順時針的P-T軌跡為特征的變質(zhì)作用過程(圖6a)。

圖6 柴西緣變泥質(zhì)巖的P-T-t軌跡(a)以及變質(zhì)巖的獨居石和鋯石年齡數(shù)據(jù)分布圖(b)

5.2 獨居石年齡的解釋

Pb在獨居石中的封閉溫度高(據(jù)Cherniaketal., 2004，在10℃/Myr的冷卻速率條件下，半徑10μm的獨居石對Pb擴散的封閉溫度約為950℃)，獲得的U-Pb年齡通常能反映獨居石的形成年齡(Harley and Nandakumar, 2014; Johnsonetal., 2015及相關(guān)文獻)。本文三個變泥質(zhì)巖樣品的獨居石206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為508±2Ma(MSWD=2.0)、506±1Ma(MSWD=1.7)、506±1Ma(MSWD=1.3)(圖5)，指示不同類型泥質(zhì)巖中的獨居石形成時代一致。三個樣品中的131顆獨居石的206Pb/238U年齡在517～496Ma范圍內(nèi)，年齡數(shù)據(jù)呈單峰分布(圖6b)，且與獨居石Th含量、Th/U比值以及REE曲線特征無相關(guān)性(圖5)，指示獨居石可能形成于同一階段，化學差異可能主要受局部成分控制。相平衡模擬結(jié)果顯示，在T>800℃的條件下，熔體中的輕稀土元素不飽和，變泥質(zhì)巖中原有的獨居石傾向于全部分解進入熔體；反之，獨居石容易在退變冷卻、熔體結(jié)晶時生長，并在固相線附近條件大量形成(Kelseyetal., 2008)。柴西緣變泥質(zhì)巖經(jīng)歷了0.64GPa和825℃左右的溫度峰期變質(zhì)作用，在該麻粒巖相條件下進變質(zhì)階段形成的或者繼承獨居石難以保留；因此，保留的獨居石被認為主要形成于退變冷卻階段，其年齡記錄變質(zhì)巖中的殘留熔體結(jié)晶年齡。變泥質(zhì)巖樣品AQ18-14-5.3和AQ19-5-6.1中的獨居石具有顯著Eu負異常，指示結(jié)晶出獨居石的熔體與斜長石共存，與AQ19-5-6.1的P-T視剖面圖一致。而樣品AQ18-18-9.1中的獨居石無明顯Eu異常，指示該樣品貧Ca、很少斜長石的特征源自原巖，而并非熔體丟失的結(jié)果。

5.3 與前人工作的對比

將本文獲得的P-T條件和獨居石U-Pb年齡與Tengetal. (2020)給出的變質(zhì)條件和鋯石年齡進行對比，不難發(fā)現(xiàn)差異。首先，雖然本文變泥質(zhì)巖與之前報道的Mg-Al麻粒巖、基性麻粒巖均指示順時針的P-T變質(zhì)軌跡(圖6a)，但是，本文根據(jù)泥質(zhì)巖片麻巖獲得的溫度峰期變質(zhì)條件(0.64GPa和825℃)明顯低于Mg-Al麻粒巖(>915℃和>0.9GPa)和基性麻粒巖(950℃)(Tengetal., 2020)?？紤]到柴西緣Mg-Al麻粒巖的典型超高溫變質(zhì)礦物(假藍寶石、富鋁的斜方輝石)只作為復雜包裹體出現(xiàn)石榴子石中，一種可能便是該巖石經(jīng)歷了多期變質(zhì)事件，而記錄的峰期變質(zhì)條件可能發(fā)生在不相關(guān)的早期變質(zhì)事件中。但是Mg-Al麻粒巖的鋯石特征單一，U-Pb年齡集中在530Ma(Tengetal., 2020)，而且目前也未在其它巖石類型中找到早期變質(zhì)作用的證據(jù)，這種假設(shè)暫時可以被排除。第二種可能是本文的變泥質(zhì)巖和已報道的Mg-Al麻粒巖在峰期變質(zhì)作用時位于地殼的不同層次(0.64GPa vs. 0.9GPa，深度大致相當于24km vs. 33km)，即Mg-Al麻粒巖是由于埋藏更深而經(jīng)歷了更高的變質(zhì)溫度。兩者的峰期T/P反映相似的瞬時地熱梯度(1000～1300℃/GPa)，指示它們形成在同一構(gòu)造熱背景下，支持了第二種假設(shè)。這種假設(shè)同樣適用于解釋與基性麻粒巖的變質(zhì)條件差異。本文相平衡模擬所用樣品采自距Mg-Al麻粒巖(AQ17-40-6.3)北西西方向約15km處的露頭(圖1b)，如果上述假設(shè)成立，柴西緣出露的高級變質(zhì)巖可能代表一段下地殼剖面，在變泥質(zhì)巖和Mg-Al麻粒巖之間的變質(zhì)記錄應該存在規(guī)律性地變化，這可以通過進一步的研究工作求證。

除P-T條件外，本文的獨居石U-Pb年齡與之前報道的鋯石U-Pb年齡亦有不同(圖1c)。鋯石年齡不僅老于獨居石年齡，而且變化范圍更大(圖6b)。Pb在獨居石和鋯石的擴散速率同樣慢(Cherniak and Watson, 2001; Cherniaketal., 2004)，因此不存在封閉溫度的差異，獲得的U-Pb年齡可以代表礦物的形成年齡。我們在變泥質(zhì)巖的獨居石中發(fā)現(xiàn)了鋯石包裹體，指示鋯石生長要早于獨居石，這與測年結(jié)果一致。相平衡模擬結(jié)果顯示，熔體含量和使熔體達到飽和的Zr和LREE含量隨溫度升高而升高；因而鋯石和獨居石傾向于在進變質(zhì)升溫過程分解、在退變質(zhì)降溫過程生長(Kelseyetal., 2008)。同時，對泥質(zhì)巖和雜砂巖的模擬結(jié)果預測，鋯石完全溶解的溫度比獨居石的高100℃以上(Kelseyetal., 2008)。如果變質(zhì)巖經(jīng)歷的峰期條件高于鋯石完全溶解的溫度(800～900℃，取決于全巖Zr含量)，鋯石和獨居石都不穩(wěn)定，但在退變質(zhì)階段的降溫冷卻過程中，Zr會比LREE先達到飽和，鋯石先于獨居石開始生長。這或許能解釋為什么鋯石年齡會老于獨居石年齡。此外，鋯石更高的溶解溫度意味著峰期變質(zhì)前形成的鋯石更可能被保留下來，Tengetal. (2020)中的泥質(zhì)巖樣品有部分鋯石還保留有繼承核，指示它們在峰期變質(zhì)條件并未完全被消耗，因此其U-Pb年齡(534～518Ma)記錄了更漫長的變質(zhì)過程。獨居石在峰期變質(zhì)不穩(wěn)定，主要形成于冷卻過程的固相線條件附近(800℃左右)，其年齡分布集中(517～496Ma)，加權(quán)平均年齡508～506Ma指示殘留熔體結(jié)晶年齡(圖6a)。

5.4 柴西緣區(qū)域變質(zhì)作用特征及其構(gòu)造意義

柴西緣出露的高級變質(zhì)巖單元以變泥質(zhì)巖、長英質(zhì)片麻巖為主，夾基性麻粒巖和少量Mg-Al麻粒巖。其中，變泥質(zhì)巖保留1.6～1.1Ga的碎屑鋯石年齡，長英質(zhì)片麻巖的巖漿鋯石年齡為1.1Ga左右(Tengetal., 2020)，指示該套巖石組合的原巖可能形成于中元古代晚期。變泥質(zhì)巖、長英質(zhì)片麻巖、(退變)基性麻粒巖以及Mg-Al麻粒巖中的變質(zhì)鋯石年齡為540～502Ma，記錄峰期后的退變質(zhì)年齡(Tengetal., 2020)；變泥質(zhì)巖的獨居石年齡為508～506Ma，記錄變質(zhì)巖中殘留熔體結(jié)晶年齡。由此推斷，柴西緣在寒武紀經(jīng)歷了一期漫長的變質(zhì)事件，高溫變質(zhì)條件(>800℃)至少持續(xù)了30Myr。變質(zhì)事件的峰期條件為0.64GPa 和825℃(變泥質(zhì)巖，西段)或>0.9GPa和>915℃(Mg-Al麻粒巖，東段)，T/P為1000～1300℃/GPa，屬于高T/P型(>775℃/GPa)變質(zhì)作用(Brown and Johnson, 2018, 2019)。一般認為，高T/P型變質(zhì)作用主要發(fā)生在弧-弧后伸展環(huán)境、大型造山帶核部或造山后的伸展背景(Harley, 2016及相關(guān)文獻)?；?弧后環(huán)境下的高T/P型變質(zhì)作用熱源主要來自地幔和幔源巖漿，進變質(zhì)無顯著升壓、變質(zhì)過程作用持續(xù)時間短(Kempetal., 2007; Baldwin and Brown, 2008)。大型造山帶內(nèi)的高T/P型變質(zhì)巖往往記錄順時針的P-T軌跡，變質(zhì)發(fā)生時經(jīng)歷了顯著的埋深-折返過程，一般存在熱松弛階段，變質(zhì)過程持續(xù)時間長(>30Myr)，其熱源一般解釋為地殼放射熱或造山后伸展背景下的幔源巖漿(Clarketal., 2015; Harley, 2016; Wangetal., 2021)。柴西緣基性麻粒巖記錄的壓力峰期(1.4GPa左右)指示當時的地殼厚度超過50km，可能與早期擠壓背景下的碰撞造山地殼加厚有關(guān)，麻粒巖形成于加厚的下地殼；結(jié)合其順時針P-T軌跡和漫長的變質(zhì)過程，本文認為該期變質(zhì)事件更有可能發(fā)生在大型造山帶的加厚地殼內(nèi)部。

此前，柴達木地塊有與羅迪尼亞超大陸聚合-裂解有關(guān)的巖漿活動記錄(Songetal., 2010; Heetal., 2018; Tengetal., 2022)，沒有與岡瓦納大陸拼合有關(guān)的泛非事件報道，被認為是在羅迪尼亞超大陸解體時期分離出來，在早古生代原特提斯洋閉合之前一直孤立在岡瓦納大陸之外的原特提斯洋內(nèi)(Zhaoetal., 2018及相關(guān)文獻)。然而，這個模型無法解釋本文報道的柴西緣高T/P型變質(zhì)作用。該期麻粒巖相變質(zhì)時間發(fā)生在500Ma之前，早于柴北緣和北昆侖的早古生代高壓-超高壓變質(zhì)作用(460～420Ma, Zhangetal., 2017; Songetal., 2018 及相關(guān)文獻)，顯然與原特提斯洋的閉合及之后的陸陸碰撞無關(guān)。實際上，同時期的高T/P型變質(zhì)作用恰恰是泛非造山事件晚期的主要特征(Fitzsimons, 2016; Touretetal., 2016)，形成的高溫-超高溫變質(zhì)巖記錄順時針P-T軌跡和580～510Ma的變質(zhì)年齡，出露于馬達加斯加、斯里蘭卡、印度南部以及東南極(Fraseretal., 2000; Clarketal., 2015; Hortonetal., 2016及相關(guān)文獻)。因此，柴達木經(jīng)歷的高T/P型變質(zhì)作用很可能是與岡瓦納大陸最終拼合有關(guān)的泛非晚期造山事件的體現(xiàn)；這意味著，在羅迪尼亞超大陸裂解后，柴達木地塊可能仍與岡瓦納大陸的其它陸塊相連。

6 結(jié)論

本文通過對柴達木西緣出露的變泥質(zhì)巖樣品進行相平衡模擬和獨居石U-Pb年代學研究，獲得以下結(jié)論：

(1)柴西緣變泥質(zhì)巖經(jīng)歷了順時針的變質(zhì)P-T演化：其中，進變質(zhì)的壓力峰期條件為0.89GPa和800℃左右；溫度峰期變質(zhì)條件約為0.64GPa和825℃；固相線條件為0.58GPa和800℃；晚期退變質(zhì)條件為0.37±0.05GPa和702±50℃。

(2)三個變泥質(zhì)巖樣品AQ18-14-3.5、AQ18-18-9.1以及AQ19-5-6.1的獨居石年齡分布集中(496～517Ma)，加權(quán)平均年齡分別為508±2Ma(MSWD=2.0)、506±1Ma(MSWD=1.7)、506±1Ma(MSWD=1.3)，解釋為獨居石的形成年齡，指示峰期變質(zhì)后降溫冷卻過程中殘留熔體結(jié)晶的年齡。

(3)柴西緣變質(zhì)巖記錄了峰期T/P為1000～1300℃/GPa，對應高T/P型變質(zhì)作用，結(jié)合其順時針P-T變質(zhì)軌跡和變質(zhì)作用持續(xù)時間(>30Myr)，推測該期寒武紀變質(zhì)作用發(fā)生在碰撞造山帶內(nèi)，很可能是與岡瓦納大陸最終拼合有關(guān)的泛非晚期造山事件的記錄。

致謝感謝中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所的任留東研究員和北京大學地球與空間科學學院的董杰博士提出的建設(shè)性修改意見。