大陆碰撞带深熔变质与花岗岩成因

摘要

大陆碰撞带是地壳岩石发生深熔变质和花岗岩浆作用的重要场所，也是超大陆发生聚合和裂解过程的关键位置.对深熔变质作用的理解有助于揭示地壳分异过程和花岗岩成因等诸多问题，同时对威尔逊旋回过程中超大陆动力学的理解有重要启示.在大陆碰撞过程的不同阶段，其动力体制会从挤压变成拉张，地温梯度会由低变高，从而形成时空分布不同、矿物组合各异的变质岩和岩浆岩.在大陆碰撞和俯冲的挤压阶段，变质温压比值较低，只有硬碰撞引起的地壳加厚产生的高压麻粒岩相变质作用以及深俯冲导致的超高压变质作用，不会发生深熔变质作用.在大陆深俯冲结束之际，板块界面动力体制由挤压变为拉张，受到超高压变质的地壳会以岩片状沿俯冲隧道发生逆冲折返.在大陆碰撞后阶段，一旦碰撞带岩石圈地幔发生减薄，软流圈地幔上涌导致主动张裂，上覆地壳就会在高的地温梯度下发生巴肯型深熔变质作用，从而形成大量的花岗岩.因此，地壳深熔变质和花岗质岩浆的发育程度与岩石圈厚度的变化密切相关.虽然幔源镁铁质岩浆结晶分异作用是大洋俯冲带之上花岗岩形成的常见方式，但是地壳部分熔融才是大陆碰撞带花岗岩浆作用的典型方式.地壳岩石性质是形成不同类型花岗岩的关键，I型和S型花岗岩分别主要来自于变火成岩和变沉积岩的部分熔融，而A型花岗岩则起源于堆晶或残留体的部分熔融.脱水熔融和水化熔融是产生花岗岩浆的两种基本物理化学机制，二者可在同一区域内发生，构成脱水-水化耦合的部分熔融机制.大陆碰撞带作为古板块缝合带，也是构造薄弱带，易于发育大陆主动张裂，这是在碰撞后阶段深部陆壳脱水-水化耦合熔融直至浅部陆壳部分熔融的主要构造机制，结果形成花岗岩-混合岩-麻粒岩高温岩石组合.一般来说，超大陆聚合阶段与碰撞挤压背景下的变质作用相关，而超大陆裂解与主动张裂拉张体制下的变质作用相关.虽然大陆张裂未必都能成功，但是其中夭折张裂在业已汇聚板块边缘最为常见.因此，夭折大陆张裂与陆内深熔变质作用和花岗岩浆作用之间的关系最为密切，这也是正确认识超大陆聚合之后到裂解之前陆内地质过程与构造演化之间关系的关键.

关键词

大陆碰撞 / 深熔变质 / 花岗岩浆 / 大陆张裂 / 陆内造山 / 化学地球动力学 / 汇聚板块边缘

基金资助

国家自然科学基金项目(No.92155306)