斯里兰卡超高温麻粒岩变质演化与P-T-t轨迹的重新厘定

Regional ultra-high temperature metamorphism is usually found in the Precambrian period. Petrogenesis, metamorphic evolution, geochronological characteristics and geological significances of ultra-high temperature (UHT) granulites are research frontiers and great obstacles in the field of Solid Earth Sciences. The whole of the Highland Complex experienced granulite facies metamorphism and UHT assemblages are locally preserved, which behave as an ideal research target for UHT metamorphism. Several controversies about these UHT granulites still exist. 1) Several different interpretations have been proposed to the same reaction texture in the UHT granulites; 2) Different metamorphic stages have been suggested to the same UHT granulites; 3) Metamorphic temperature proposed to UHT peak metamorphic stage differ greatly between different studies; 4) Comprehensive studies to UHT granulites of different localities are lacking. This proposal is intended to cast new studies on the UHT granulites in Sri Lanka. Multidisciplinary study methods of mineralogy, petrology and geochemistry and different research techniques of phase equilibria modeling, (in-situ) zircon and rutile trace element thermometers, (in-situ) zircon - monazite – rutile isotope dating will be used to re-establish the P-T-t path of the UHT granulites in Sri Lanka, for the purpose of better understandings of genesis, evolution, tectonic setting and geological significance of UHT metamorphism. Rigidity and stress state of the crust during metamorphism and the uplifting rate of lower crustal components will also be discussed. Based on these studies, we hope to provide some clues for the understanding of related super-continental event and the evolution of Earth’s tectonic regime.

区域超高温变质作用大都发生于前寒武纪，其岩石成因、变质演化、年代学格架及构造背景的研究，是固体地球科学领域的前沿和难点。斯里兰卡高地杂岩整体经历了麻粒岩相变质作用，局部保存多种超高温麻粒岩相矿物组合，是进行超高温变质作用研究的理想对象。针对这些超高温麻粒岩的研究存在诸多问题：1）对超高温麻粒岩中的反应结构有不同认识；2）变质演化阶段的划分有多种不同方案；3)不同研究者给出的超高温变质作用峰期时代跨度很大；4）对不同地点的超高温变质作用缺少全面把握，整体研究程度较低。本申请拟选取斯里兰卡超高温麻粒岩为研究对象，利用矿物学、岩石学、地球化学等多学科研究方法，结合相平衡模拟计算、（原位）锆石-金红石微量元素温度计和（原位）锆石-独居石-金红石的同位素定年等多种技术手段，重新厘定其变质演化P-T-t轨迹，探究地壳力学属性和地体抬升剥蚀速率，为理解相关的全球超大陆事件以及地球构造体制的演变提供依据。

位于印度东南部的斯里兰卡是冈瓦纳大陆重建的重要环节，处于东非造山带和Kuunga造山带的连接部位，对于揭示冈瓦纳大陆的汇聚过程以及相应的变质演化具有重要意义，前人对之开展了较多的研究工作。在该项目资助下，研究者对斯里兰卡的研究现状进行了系统的综述。不同的研究者给出的泛非期变质作用演化P-T轨迹显示较大的差异，但是这些P-T轨迹大多具有不同的演化阶段，暗示该期变质作用的复杂性和多阶段性。通过对不同地区变质岩的系统研究工作，我们在斯里兰卡中部Highland杂岩地体识别出大量早前寒武纪基底岩系，大面积分布的紫苏花岗岩具有古元古代（~1.90 – 1.80 Ga）的原岩年龄，其中部分紫苏花岗岩的原岩时代为太古宙晚期（~2.5 Ga）。超高温麻粒岩在斯里兰卡Highland杂岩地体西南部地区集中出露，其典型的超高温矿物组合为斜方辉石+夕线石，而在华北克拉通广泛发育的假蓝宝石+石英的的超高温矿物组合发育较少。具有斜方辉石+夕线石组合的岩石所记录的峰期变质温压条件可达1000℃、9-10kbar。斯里兰卡泛非期变质作用的年代学研究结果显示较大的时间跨度，测试结果显示锆石U-Pb年龄结果从~635 Ma到~510 Ma均有分布。变质锆石Ti含量分析结果显示，其Ti含量在~600 – 550 Ma的变质锆石中含量较高，可能暗示该地区的变质温度峰期发生于该段时间内。另外，斯里兰卡新元古代的变质年龄可以与东非造山带的变质记录相对比，而古生代早期的变质年龄则对应于Kuunga造山带，表明斯里兰卡同时记录了两期造山作用事件。结合斯里兰卡Highland杂岩地体的早前寒武纪年龄结果，我们提出斯里兰卡可能是一个具有早前寒武纪基底的微陆块，与南印度地体、马达加斯加和东南极的部分地区类似，共同属于Azania微大陆的一部分。Azania微大陆位于东、西冈瓦纳之间，其与西冈瓦纳大陆的碰撞拼贴对应于东非造山带，而与东冈瓦纳大陆的拼贴对应于Kuunga造山带。这些新的研究结果，证实斯里兰卡存在早前寒武纪基底岩系，并且记录了冈瓦纳大陆汇聚的多期造山作用事件，这能够为理解冈瓦纳大陆的汇聚过程提供直接证据。