俯冲带上覆板块岩石的变质演化对深部动力学过程的制约

　　汇聚板块边缘系统的俯冲带由俯冲岩石圈板块和上覆岩石圈板块组成。俯冲的洋/陆壳和上覆地壳分别具有低和高的地温梯度特征，因而前者发育HP-UHP变质岩，而后者存在大量HT-LP变质岩。俯冲板块中的HP-UHP变质岩通常具有顺时针的变质P-T轨迹，其包括增温增压阶段（俯冲过程）和降压阶段（折返过程），前者向后者的转变通常是在板片断离或板片回卷的构造环境中进行的。数值模拟研究表明，板片断离和板片回卷均可引起上覆板块的伸展，从而在理论上对上覆板块的变质演化产生影响。然而，关于碰撞造山带内上覆板块岩石变质演化的研究较少，能否通过上覆板块岩石的P-T-t轨迹来区分深俯冲大陆地壳的不同折返机制还有待解决。

　　青藏高原北部的柴达木北缘构造带由南部柴北缘UHP变质带和北部的欧龙布鲁克地块组成（图1），记录了早古生代原特提斯洋俯冲和随后的柴达木地块的俯冲和折返过程。其中欧龙布鲁克地块位于早古生代俯冲碰撞系统的上盘。迄今为止，在欧龙布鲁克地块中仅识别出与原特提斯洋壳的回卷过程相关的变质作用（496‒450 Ma）。对于随后的大陆俯冲，普遍认为是洋壳与陆壳之间的板片断裂引发了HP-UHP变质地体的折返。然而，由于板块回卷也被认为是深俯冲大陆地壳的重要折返机制，我们不能排除板片回卷在深俯冲陆块折返中的作用。对上覆板块岩石变质演化的综合研究，可以为认识大陆俯冲和碰撞过程中的深部地球动力学机制提供新的视角。

　　针对上述问题，本研究通过对欧龙布鲁克地块乌北地体中的泥质片麻岩开展岩石学、矿物化学、锆石和独居石U-Pb年代学和微量元素、传统变质温度计、相平衡模拟等方面的研究，取得了以下重要成果：

　　（1）欧龙布鲁克地块乌北地体中的泥质片麻岩的峰期矿物组合为Grt + Bt + Pl+ Qz + Ilm + Sil + melt（图2‒4）。变质锆石和独居石中的Y、ΣHREE含量，(Yb/Gd)N比值和δEu值随年龄的变化表明，从~490Ma到~434 Ma，岩石体系中的石榴子石和斜长石均明显生长，从~434 Ma到~390 Ma，石榴石发生显著分解，而斜长石轻微生长（图5‒6）。

　　（2）泥质片麻岩经历了顺时针P-T-t演化，包括近等压加热进变质阶段，高角闪岩相峰期变质阶段（5.7‒6.5 kbar和713‒736℃）和冷却减压退变质过程（图7‒8），结合锆石和独居石年龄和微量元素变化特征，峰期变质年龄被精确限定为~434 Ma。这是首次在欧龙布鲁克地块中识别出志留纪的峰期变质作用，综合前人对HP-UHP变质年代学研究成果，~434 Ma的变质峰期毫无疑问地对应于大陆俯冲和碰撞背景。

　　（3）结合前人对板片断离和板片回卷的数值模拟结果，认为该泥质片麻岩退变质冷却降压过程是俯冲洋-陆岩石圈之间的深断离（deep breakoff）在上覆板块的变质响应，即起始于~434 Ma的深板片断离引起深俯冲陆壳的折返和上覆地壳的伸展。

　　（4）上覆板块和俯冲板块岩石中的变质锆石生长/重结晶均是由变质熔流体活动导致的。上覆板块泥质片麻岩中的锆石存在两期生长/重结晶年龄峰值（~487‒479 Ma和~435‒431 Ma），分别对应于进变质过程中绿泥石和钠云母的脱水过程和峰期-冷却早期深熔熔体结晶过程。俯冲板块中以榴辉岩为代表的基性岩的锆石生长/重结晶主要发生在俯冲阶段（~439 Ma），对应于含水矿物（如角闪石、硬柱石）的脱水分解过程，而以片麻岩为代表的酸性岩中锆石生长/重结晶主要发生在折返阶段（~428 Ma），对应于多硅白云母的脱水分解过程（图9）。

图1 柴北缘构造带地质简图和研究区位置

图2 研究区地质剖面和泥质片麻岩的野外照片

图3 泥质片麻岩的显微照片

图4 泥质片麻岩的矿物化学特征

图5 泥质片麻岩中锆石微量元素随年龄变化规律

图6泥质片麻岩中独居石微量元素随年龄变化规律

图7 泥质片麻岩中变质相平衡模拟结果

图8 泥质片麻岩的变质P-T-t轨迹

图9都兰超高压地体中片麻岩和榴辉岩锆石年龄分布图

　　该研究成果近期发表在地质学国际权威期刊《Gondwana Research》上（1区top期刊）。论文信息如下：Yijie Gao*, Delong Jing, Yuegao Liu, Min Zhao, Kai Zhou, Jiangwei Zhang, Huilei Kong, Shuangshuang Wang, Ningchao Zhou. 2025.Metamorphic evolution of overriding plate reveals the deep geodynamic process during continental subduction and collision: Insights from the North Qaidam tectonic belt, northern Tibetan Plateau. Gondwana Research, 143, 1-19.本研究得到国家自然科学基金项目（42402063）、陕西省自然科学基础研究计划（2024JC-YBQN-0344）、第二次青藏高原科学考察项目（2019QZKK0806）、中国地质调查局项目（DD20190143，DD20221691，DD20230285，DD20240115）的联合资助。

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2025.02.029