新研究揭示大陆碰撞带深部过程的时空差异性
我国科学家通过对东昆仑造山带中部五龙沟地区发现的“麻粒岩化榴辉岩”开展系统的岩石学、地球化学与年代学研究，揭示了该地区在古生代大陆碰撞过程中发生的多阶段变质演化历史，并提出沿造山带走向存在显著的俯冲几何学差异与热结构不均一性，为探讨大陆碰撞带的热结构与演化过程提供了新见解。相关成果近日发表于《美国地质学会会刊》（GSA Bulletin）。
东昆仑东段、西段及中段差异性构造演化的示意图，其中包括大陆俯冲碰撞、俯冲大陆板块的抬升以及碰撞后的伸展等过程。研究团队供图地球深部过程如何影响大陆碰撞带的热结构与演化？在大陆碰撞带中，俯冲到地幔深度的榴辉岩通常记录“发夹型”降温折返轨迹，反映出相对冷的地温梯度。然而，部分榴辉岩在折返过程中可叠加高温乃至超高温（>900°C）的麻粒岩相变质作用，指示异常的地热扰动与强烈的壳幔相互作用。东昆仑造山带位于青藏高原东北缘，传统上被视为一个均一的古特提斯造山单元。
但近年来，沿该造山带走向揭示出令人困惑的差异：东、西两段的榴辉岩保存了典型的高压—超高压组合，记录了快速折返与微弱后期改造；而中段的榴辉岩却普遍发育强烈的麻粒岩相叠加。这种沿走向显著的变质差异，促使研究者回答两个根本问题：东昆仑造山带的演化是否真正同步且均一？如果存在内在非均一性，又是何种深部动力学过程控制了其分段性？解答这些问题，直接关系到对原特提斯洋闭合方式、大陆深俯冲与折返机制以及造山带非均质演化的整体认识。
在国家自然科学基金等项目资助下，中国科学院广州地球化学研究所博士后李旺超、研究员王强、副研究员张龙与牛津大学副教授Richard M. Palin、青海地质调查院正高级工程师王秉璋及李五福等合作，通过岩相学观察、矿物化学分析、相平衡模拟和角闪石Ti温度计计算，发现东昆仑中段五龙沟地区的“麻粒岩化榴辉岩”在经历高压榴辉岩相变质后，又叠加了高温至超高温麻粒岩相变质作用，可细分为四个变质演化阶段：
高压榴辉岩相阶段（M1）：变质条件约为19 kbar / 540 °C，对应于大陆地壳深俯冲；高压麻粒岩相阶段（M2）：变质条件约为15 kbar / 750–800 °C，记录早期折返；中压麻粒岩相阶段（M3）：变质条件约为8 kbar / 900 °C，达到温度峰值，指示超高温热扰动；角闪岩相退变质阶段（M4）：变质条件约为<6 kbar / 740 °C，反映晚期冷却与流体渗入。
锆石SIMS U-Pb定年结果显示，榴辉岩相变质作用发生在约430 Ma，而（超）高温热事件及熔体结晶时间约为410 Ma。原岩锆石核部年龄集中在920-880 Ma，结合全岩地球化学特征表明其原岩为新元古代大陆基性岩浆岩，形成于Rodinia超大陆的聚合—裂解背景下。
更为重要的是，东昆仑造山带不同构造段的变质记录与花岗岩分布特征呈现出显著的空间差异：东、西两段榴辉岩保存了“发夹型”P-T轨迹，缺乏高温叠加，反映快速折返；而中段岩石普遍经历高温—超高温麻粒岩相叠加，指示缓慢折返与地幔热输入。研究团队提出，这种差异可能源于俯冲角度的不同。东、西两段俯冲角度较陡，导致430 Ma形成的榴辉岩快速折返，在约420-410 Ma时已抵达中地壳深度，从而避免了后期高温热事件的叠加改造。后续板块断离引发的软流圈上涌使热源变浅，岩浆源区相应变浅，表现为花岗岩Sr/Y比值逐渐降低。中段俯冲角度较缓，地壳在深部滞留时间更长，榴辉岩折返至地壳底部后经历峰期后的减压加热，下地壳持续增厚并发生部分熔融，直至约420 Ma，表现为花岗岩Sr/Y比值持续升高。
综合变质与岩浆记录，研究团队构建了东昆仑从大陆深俯冲到造山带垮塌的演化模型，强调沿走向的深部过程异质性对造山带结构与热演化的控制作用。该研究为理解全球古缝合带中的热异常机制与大陆碰撞动力学提供了新视角。
相关论文信息：https://doi.org/10.1130/B38618.1
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