苏鲁高压苏鲁高压超高压变质带的折返构造及折返机制

苏鲁高压苏鲁高压超高压变质带的折返构造及折返机制

大别-苏鲁超高压变质带是世界上最大、保存最完好的超高压变质带。它是北中国（韩国）和扬子板块的冲积源。大别—苏鲁超高压变质带被郯庐断裂所切错,分成大别(西部)和苏鲁(东部)超高压变质带两部分(图1),苏鲁高压—超高压变质带呈NE-SW走向,宽180km,长750km,北界以五莲—烟台断裂与中朝板块为邻,南界沿嘉山—响水断裂东段,转为SSW延至张八岭一带,与扬子板块相连,西界以郯庐断裂与北中国板块相隔。中国大陆科学钻探工程孔位位于苏鲁超高压变质带南部的江苏省东海县(图2)。苏鲁高压—超高压变质带由北面的超高压变质带和南面的高压变质带组成。超高压变质带中广泛出露了曾在地幔中“遨游”的超高压变质岩石,这些岩石大部分来自于俯冲板片的大陆地壳,据研究表明,它们曾经快速俯冲到100km以下的深度,而后又快速折返,回到地表(Cong,1996;Liouetal.,1998)。作为地幔信使的超高压变质岩石是近十年国内外地学界关注的重点及研究的热点,其关键科学问题“大陆板片如何俯冲下去?又如何折返上来?”的动力学机制一直没有解决。苏鲁高压一超高压变质带的地表地质及钻孔岩心的研究表明,超高压变质地体组成的岩石类型包括石榴石橄榄岩、石榴石辉石岩、榴辉岩、多硅白云母石英片岩、硬玉石英岩、蓝晶石多硅白云母片岩、石榴石多硅白云母片岩、蓝晶石石英岩、含绿辉石大理岩及各类正、副片麻岩。根据成分特征,这些超高压变质岩总体上可划分为5大类:以橄榄岩为代表的超基性岩类,以榴辉岩为代表的基性岩类,以片麻岩(和片岩)为代表的中酸性岩类,以石英岩为代表的硅质岩类,和以大理岩为代表的碳酸岩类(张泽明等,2002)。在超高压变质地体中,大量榴辉岩和超基性岩呈大小不一的透镜状、团块状夹在大面积分布的围岩——变质表壳岩和花岗质片麻岩中,其中,花岗质片麻岩占70%,变质表壳岩占25%,榴辉岩和超基性岩占5%。刘福来等(1999,2000,2001a,b,2002)在南苏鲁超高压变质带大面积地表出露的榴辉岩和超基性岩的围岩——正片麻岩、副片麻岩、斜长角闪岩、大理岩及蓝晶石石英岩等岩石的锆石中发现大量的柯石英及其他相伴生的超高压变质矿物(绿辉石、多硅白云母、石榴石及蓝晶石)等包体,而且在中国大陆科学钻探工程预先导孔CCSD-PP1(432m深,位于东海县芝麻坊)及CCSD-PP2(1028m深,位于东海县毛北)中的榴辉岩和榴辉岩围岩的锆石中普遍发现柯石英包体,以上成果证明在苏鲁地区三维空间分布的大量物质曾经历了超高压变质作用(>2.8GPa,>650℃)。在超高压变质带东南部出露的南苏鲁高压变质带,上部岩石组合为含蓝闪石(黑硬绿泥石)的二云钠长片麻岩、绿帘角闪钠长片麻岩、绿帘黑云角闪钠长片麻岩、白云绿帘阳起片岩和绿帘钠长阳起片岩等,下部岩石组合为蓝晶石石英岩、含蓝晶石多硅白云母石英片岩、含蓝晶石钠长石英片岩、大理岩、含磷大理岩及磷灰岩等(孙竞雄等,1985)。在南苏鲁高压变质带东部的蓝闪石最早是张树业(1986)在灌云县杨集钻孔中发现,最近在云台山及东西连岛又发现蓝透闪石、冻蓝闪石和文石等高压矿物(邱海峻等,2002),在韩山蓝晶石石英岩中发现黄玉(ZhangKYetal.,2002),进一步确立了南苏鲁的高压变质带。在苏鲁高压—超高压变质地体中有大量100～150Ma的花岗岩侵入体,并被白垩纪火山岩及碎屑岩组成的陆相盆地不整合覆盖,变质地体南部安峰山有新近纪喷发的玄武岩。由于超高压变质岩经历了俯冲、折返及最后抬升的不同构造演化阶段,从地壳到地幔又回到地壳的历史过程,因此出露的超高压变质地体主要表现为折返阶段(特别是折返后期)以来的构造变形特征,而早期的构造变形记录往往不易保存,信息难以捕捉。其中包括俯冲的最大深度和压力、俯冲阶段的物质流变学状态、俯冲和折返早期构造形迹及其几何学-运动学-动力学的重塑,构造演化的时间限定等是当前超高压变质带构造研究中最薄弱的环节。对大别—苏鲁高压—超高压变质带的构造研究,主要集中在建立折返构造格架、俯冲构造及流变学的重塑、俯冲与折返事件的时限,以及俯冲与折返机制的探索等。许志琴等曾提出大别—苏鲁高压—超高压带中存在NWW-SEE向及近SN向的两组拉伸线理,NS向为早期拉伸线理,超高压带北部为一穹窿或背形构造(Xuetal.,1986;1987;许志琴等,1998),扬子板块北缘的含蓝闪石高压变质基底(南秦岭的耀岭河群,大别山红安群和宿松群,苏鲁张八岭群)与震旦纪—三叠纪盖层之间存在自北往南的韧性滑脱剪切带,形成时代为232～216Ma(许志琴,1987);Hacker等(1995,1998)提出大别山超高压变质带的峰期变质年龄为245Ma,经历了两个折返阶段:①200～180Ma,SE往NW向的剪切运动;②133～122Ma,近NW-SE方向的近水平的拉张。MichelFaure等(1999,2001)提出大别高压—超高压变质带会聚折返及后期穹窿的模式;索书田等(2001)提出大别—苏鲁高压—超高压变质带的构造为“变质核杂岩”样式,是在折返过程的伸展体制下形成的,主要依据是“变质核杂岩”南部面理往SE倾斜的高压—超高压变质带中发育若干正向滑移的“拆离带”。然而,超高压变质带构造学的研究相对岩石学、矿物学、地球化学的研究要薄弱得多,相对大别地区而言,苏鲁研究程度更差。这就是超高压变质岩石形成与折返的动力学机制至今尚未解决的根本所在。本文是笔者等在苏鲁高压超高压变质带面上构造研究以及近年来开展的南苏鲁连云港幅1:25万区域地质填图和研究基础上进行的综合性论述。从构造变形入手,运用微观构造与宏观构造、变形与变质及几何学、运动学和动力学相结合的方法;以构造岩片为基本单元,以大型韧性剪切带为岩片单元界限,建立苏鲁高压—超高压变质带的折返构造格架,确定构造岩片的相对运动学,进而讨论折返构造的流变学和退变质作用及其时限,对苏鲁高压—超高压变质带折返机理进行初步探讨。1苏鲁高压—苏鲁高压—超高压变质带的剪切构造岩片单元在苏鲁高压—超高压变质带中,所显示的最主要的构造形迹是折返阶段的产物。早期俯冲阶段的构造过程在折返中经历了强烈的改造,不容易保存,仅在高压变质带西南部的张八岭展现较完整。苏鲁高压—超高压变质带的总体折返面理轨迹平行于高压—超高压变质带的延展方向。苏鲁高压—超高压变质带中变质岩石单元的分带(高压带与超高压带)与折返构造面理轨迹总体走向上的一致性(NE—SW向)是苏鲁高压—超高压变质带的主要特征。折返构造面理总体向南东和南东东缓倾,以平均20°～30°估计,面理的总厚度大约为35～40km。根据折返构造面理以及变质岩石单元的分带特征,揭示了这些单元呈“剪切岩片”产出。研究表明,每个岩片又由若干剪切叠覆岩片组成,剪切岩片之间的界限为糜棱岩带及强变形带组成的韧性剪切带。苏鲁高压—超高压变质带由高压变质岩组成的南部剪切叠覆岩片单元与超高压变质岩组成的北部剪切叠覆岩片两大单元组成,前者叠覆在后者之上。根据剪切叠覆岩片的组成及剪切岩片之间的界限,自上而下可分为以下单元:南苏鲁高压低温(LT)变质岩剪切叠覆岩片(Ⅰ),南苏鲁高压中温(MT)变质岩剪切叠覆岩片(Ⅱ),北苏鲁超高压变质表壳岩剪切叠覆岩片(Ⅲ)和北苏鲁超高压花岗质变质岩剪切叠覆岩片(Ⅳ)(图1)。1.1低温剪切叠覆岩片主要由二云钠长片麻岩、绿帘角闪钠长片麻岩、绿帘黑云角闪钠长片麻岩、白云母绿帘阳起片岩、白云母石英片岩、钠长阳起片岩及蓝透闪石榴钠长阳起片岩等组成,以出现蓝透闪石、冻蓝闪石、多硅白云母、文石等高压矿物为特征,为高压(0.7～0.85GPa)低温(300～360°C)剪切叠覆岩片(邱海峻等,2002)。本剪切叠覆岩片自上而下分为三组岩片:灌南剪切岩片(Ⅰa)、连云港剪切岩片(Ⅰb)和云台山剪切岩片(Ⅰc),剪切岩片之间的界限分别为DF1和DF2(图2)。南苏鲁高压低温剪切叠覆岩片(Ⅰ)的面理向SE缓倾(20°～35°),普遍发育NWW—SEE向拉伸线理,岩片之间发育宽300～500m的强应变带(韧性剪切带),岩石遭受强烈剪切应变,发育“A”型褶皱,大部分糜棱岩化。韧性剪切带中往往出现两期剪切面理(S1和S2),早期(S1)为渗透性剪切面理,面理上普遍存在横向拉伸线理,由拉伸的长英质火山砾石和岩屑、布丁构造、拉伸石英的拔丝构造及石榴子石变斑晶的压力影等表现出来,S2为S1重褶而造成的,是递进剪切应变的产物。1.2温压计算及变形参数该剪切叠覆岩片(Ⅱ)上部由蓝晶石-黄玉石英岩、含蓝晶石多硅白云母石英片岩和含蓝晶石钠长石英片岩组成,下部由大理岩、含磷大理岩及磷块岩组成。根据韩山含黄玉的蓝晶石石英岩的温压条件估算,变质温度达到500～600℃,压力为1.5～2.0GPa(ZhangRYetal.,2002)(Ⅱ)岩片与上述(Ⅰ)岩片的边界为DF3,由面理向SEE缓倾(15°～20°)的花岗质糜棱岩带组成,宽500m,发育呈NWW-SEE方向的杆状构造(L拉伸线理)。下部薄层的岩石遭受强烈的剪切应变,构成与超高压变质表壳岩剪切叠覆岩片(Ⅲa)之间的界限为DF4。(Ⅱ)剪切叠覆岩片的基本变形特征与(Ⅰ)相同。1.3se—北苏鲁超高压变质表壳岩剪切叠覆岩片主要由超高压变质表壳岩夹大量榴辉岩及超基性岩透镜体所组成,变质表壳岩包括含柯石英的副片麻岩、蓝晶石石英岩、硬玉石英岩及角闪岩等,在虎山蓝晶石石英岩中发现黄玉,估算变质温度650℃,压力2.8～3.0GPa(ZhangRYetal.,2002)。在变质表壳岩中部和下部如东海牛山、驼峰及羽山等地有含柯石英的花岗质片麻岩和含霓石花岗质片麻岩分布。自SE到NW包括四个构造岩片:青龙山—房山构造岩片(Ⅲa)、毛北构造岩片(Ⅲb)、石湖镇构造岩片(Ⅲc)和石梁河构造岩片(Ⅲd)。Ⅲa岩片与Ⅲb岩片之间的界限为DF5,Ⅲb岩片与Ⅲc岩片之间的界限为DF6,Ⅲc岩片与Ⅲd岩片之间的界限为DF7。界限均为强变形的韧性剪切带,宽数百米,以发育大量的近平卧的“A”型褶皱为特征。岩片面理及岩片边界的韧性剪切带均向SE-SEE倾斜,拉伸线理为NWW-SEE至NW-SE向。青龙山—房山构造岩片(Ⅲa)底部夹有非超高压花岗质片麻岩岩片,在其中发育岩浆锆石,没有发现柯石英包体,此岩片往NW与毛北构造岩片(Ⅲb)中芝麻坊超基性岩体上部(CCSD-PP1孔顶部50m)的非超高压花岗质片麻岩相连。非超高压花岗质片麻岩岩片的变形构造特征与超高压岩片完全一致,推测它是折返过程的同构造地壳局部熔融产物。组成石梁河构造岩片(Ⅲd)的含霓石花岗质片麻岩中,除上述变形构造特征外,还叠加了轴向NW-SE的直立无劈理同心褶皱。1.4构造背景及微量元素北苏鲁超高压花岗质变质岩剪切叠覆岩片(Ⅳ)位于五莲—烟台断裂及胶南琅琊—日照大旺山—赣榆石桥—东海温泉镇一线之间,宽50km。主要组分为花岗质片麻岩、少量变质表壳岩夹榴辉岩和超基性岩块体,研究表明,除了花岗质片麻岩、变质表壳岩及榴辉岩均含柯石英(LiuFLetal.,2001a,b,2002)外,威海石榴石橄榄岩锆石中也发现柯石英(杨经绥等,2002)。本剪切叠覆岩片(Ⅳ)位于苏鲁高压—超高压变质带最下部的构造层位,总体的构造面理往E及SEE缓倾,由若干剪切岩片叠覆而成。由于靠近五莲—烟台断裂一侧的面理转为向西及北西缓倾,剪切叠覆岩片(Ⅳ)的产状发生弯曲,形成NE—SW轴向的宽缓不对称“背形”构造(图1)。“背形”构造轴部位于日照厉家寨—胶南河头一带,往NE30°～40°方向收敛和倾伏。在临沭白垩纪盆地以南露头很差,无法细分岩片单元,在盆地以北的苍山—抗日山一带,可分为三个剪切岩片(自上而下):三清阁剪切岩片(Ⅳa),抗日山剪切岩片(Ⅳb)及苍山剪切岩片(Ⅳc),Ⅲc与Ⅳa岩片之间的界限为DF7,Ⅳa与Ⅳb岩片之间的界限为DF8,Ⅳb岩片及Ⅳc岩片之间的界限为DF9,Ⅳc岩片之底界为DF10,它们均为宽度数百米的糜棱岩及糜棱岩化带。糜棱面理向E缓倾(10°～20°),发育EW向杆状构造,DF10之上是宽3～4km的面理化斑状花岗片麻岩。由于组成“背形”构造的花岗质片麻岩处于较深的构造部位,显示的早期俯冲阶段的构造信息较多,又受后期大量中生代花岗岩的影响,使变形构造样式复杂化。但本地区仍然发育明显的NWW-SEE及NW-SE方向的横向拉伸线理,和其它剪切叠覆岩片完全—样。苏鲁高压—超高压带几乎百分之百的中生代花岗岩体分布在北苏鲁超高压花岗质变质岩叠覆构造岩片之中,岩体的时代为150～100Ma:荣城岩体(142Ma,U-Pb法;133Ma,K-Ar法)、青岛岩体(134Ma,K-Ar法)、日照岩体(127Ma,U-Pb法)、韩山岩体(101.2Ma,K-Ar法)、马耳山岩体(113.6Ma,U-Pb法)、铁镢山岩体(102.25Ma和115.8Ma,K-Ar法)、抗日山岩体(118Ma,U-Pb法)及桃林岩体(135Ma,ICP-MS法)等,约占北苏鲁超高压花岗质变质岩叠覆构造岩片总面积的50%左右,形成一条大规模的碰撞后陆内花岗岩浆带。2石英的优选方位剪切叠置岩片的性质及其运动学的研究主要通过剪切应变及最敏感的应变矿物——石英的优选方位特征相互验证确定的。把折返过程中退变质反应与石英的优选方位结合起来考虑是一种新的尝试。苏鲁高压—超高压变质带的基本折返构造格架是由一系列走向NE-SW、往南东缓倾的叠置构造岩片单元组成,构造岩片之间的界限为韧性剪切带或糜棱岩带。高压—超高压变质带的折返构造运动学的标志是代表折返剪切矢量的拉伸线理。苏鲁高压—超高压带中拉伸线理由东北部的近EW向往西南部的NW-SE向有规律的变化(图版Ⅰ),总体上呈NWW-SEE向的常量。2.1.1构造特征指示剪切应变在南苏鲁高压变质岩剪切叠覆岩片(Ⅰ+Ⅱ中,岩片之间的界线均为向SE缓倾的糜棱岩带,XZ面上的不同尺度规模(野外露头及定向薄片)的不对称褶皱、S-C构造、石英条带被拉断形成的“σ”型和“δ”型旋转透镜体、多米诺骨牌构造等微构造特征均指示了剪切应变为从SE到NW的“逆冲”型(图版Ⅰ,Ⅱ)。剪切带中发育两期剪切面理,剪切面理S2是早期S1面理重褶而形成的折劈理或间隔劈理,S1-2上发育新生的阳起石、绿帘石和黑云母等矿物,S1和S2的形成是递进剪切应变的结果。在南苏鲁高压变质岩剪切叠覆岩片(Ⅱ)与北苏鲁超高压表壳变质岩剪切叠覆岩片(Ⅲ)的界限—DF4糜棱岩带中,发育典型的杆状构造,表明沿X拉伸,Y=Z,并均缩短,是带有收缩性的剪切机制(图版Ⅰ)。2.1.2微观变形及剪切应变特征在北苏鲁超高压变质叠覆构造岩片(Ⅲ+Ⅳ)中,我们划分了7个构造岩片和6条韧性剪切带边界,归结有如下特征:(1)超高压变质表壳岩叠覆构造岩片(Ⅲ)中的韧性剪切带由强变形构造带组成,面理产状稳定(往SE缓倾),发育“A”型褶皱(图版Ⅰ)及由于递进剪切应变形成的两期面理,强烈的深层剪切应变显示了从SE往NW的“逆冲”指向,沿面理局部发育叠加的浅层韧-脆性正滑断层(从NW到SE滑移),与后期变质地体抬升过程的重力作用有关。(2)在(Ⅲ)叠覆岩片中,夹持了房山非超高压花岗质片麻岩岩片,其显示了与超高压岩片同样的变形构造及从SE到NW的“逆冲”剪切应变特征。(3)超高压花岗质片麻岩剪切叠覆岩片(Ⅳ)的剪切应变特征较复杂。三清阁岩片(Ⅳa)与抗日山岩片(Ⅳb)之间的韧性剪切带(DF8)发育在大理岩夹退变榴辉岩地质体与花岗质片麻岩之间,根据大理岩褶皱轴面自上而下呈铲式构造样式,推测其具有从SE到NW的“逆冲”剪切应变特征。然而,在抗日山岩片(Ⅳb)与仓山岩片(Ⅳ)之间的DF9带中,大量长英质条带的不对称褶皱的倒伏趋势及S/C构造指示了从NW到SE的“下滑”剪切应变(图版Ⅱ)。这条从NW到SE的“下滑”剪切带在北东方向的延伸部位(小窝洛南东及桃村以东)同样被发现。石英流变学实验及大量韧性剪切带中石英的优选方位研究为我们提供了剪切应变指向及剪切带形成过程温度演化的信息。石英的变形及位错滑移实验表明,石英的不同晶内滑移系和优选方位(或组构)(LPO)模型形成在不同的温度条件下(Carteretal.,1964;Bruneletal.,1972;Haraetal.,1973;Boucheretal.,1977;Mainpriceetal.,1986;Heetal.,1988;许志琴等,1997)。Ji(1988)提出在非同轴剪切应变下4种LPO模型:①低温(<40(0℃)底面(0001)<a>组构模型;②中低温(400～550℃)棱面(1011)<a>组构模型;③中温(550～650℃)柱面(1010)<a>组构模型;④高温(>650℃)柱面(1010)<c>组构模型。低温组构可以叠在早期的高温组构之上,这是流变学的规律,因此在韧性剪切带从高温向低温的演化过程中可以形成复合的组构模型。2.2.1高压中温和低温下民族切变质岩组构模型在高压低温剪切叠覆岩片(Ⅰ)的灌南剪切岩片(Ⅰa)与连云港剪切岩片(Ⅰb)之间的DF1带由变火山质糜棱岩组成。取黄窝村4个糜棱岩化的二云二长片麻岩的定向薄片(GLY-03、HWP-800-1、HWP-3和HWP-4)进行石英优选方位测量(图3a,b,c,d),获得了柱面{1010}<a>及底面{0001}<a>组构模型,反映了中温(550～650℃)和低温(<400℃)的剪切应变条件及从SE向NW方向“逆冲”剪切指向。在云台山剪切岩片(Ⅰc)与高压中温变质岩剪切叠覆岩片(Ⅱ)之间的DF3带上,韩山钠长石英片岩(Ld1004,Ld1007)的石英优选方位图(图3e,f)显示了与上述相同的剪切应变的温度条件及“逆冲”剪切指向。在高压中温带中出现中温(550～650℃)和低温(<400℃)组构模型是正常的。高压低温带中出现中温(550～650℃)组构样式可以解释为保留早期信息或受剪切应变局部熔融的影响。2.2.2超高压花岗质变质剪切岩片的石英优选方位及运动学(1)北苏鲁超高压变质表壳岩剪切叠覆岩片(Ⅲ)内的石英优选方位及运动学:5个样品取自北苏鲁超高压变质表壳岩剪切叠置岩片(Ⅲb)中芝麻坊(东海南9km处)的CCSD-PP1孔中超高压片麻岩岩心:PP1-105(石榴绿帘黑云钠长片麻岩)、PP1-120(绿帘黑云钠长片麻岩)、PP1-270(绿帘黑云钠长片麻岩)、PP1-318(黑云斜长花岗质片麻岩)及PP1-419(石榴绿帘黑云钠长片麻岩),深度分别为105m,120m,270m,318m及419m(图4a,b,c,d,e),除PP1-318为含柯石英正片麻岩外,其余为含柯石英副片麻岩(LiuFLetal.,2000)。在所获的片麻岩石英优选方位图中,显示了除柱面{1010}<a>、棱面{1011}<a>和底面{0001}<a>的中低温组构模型外,还存在高温柱面{1010}<c>组构模型(PP1-318,PP1-419),极密位于C轴(拉伸线理)附近,形成温度大于650℃。在中低温组构模型中,强极密位于Z轴左侧,表明剪切指向从SE到NW;弱极密位于Z轴右侧(a,b,d,e)表明剪切指向从NW到SE,与后期韧脆性正滑构造吻合。(2)房山非超高压花岗质变质剪切岩片石英优选方位及运动学:分布在(Ⅱa)岩片边部的房山及东海芝麻坊CCSD-PP1孔0～50m的非超高压花岗片麻岩剪切岩片(LiuFLetal.,2000)是夹在超高压变质带中特殊岩片,与超高压表壳岩及超高压花岗片麻岩相比,有较弱的面理及相同方向的拉伸线理。2个样品取自房山(Dh1031,Dh1101)(图4f,g),1个样品取自CCSD-PP1孔的40m深度(PP1-40)(图4h)。非超高压花岗片麻岩的石英优选方位图显示了柱面{1010}<c>+柱面{1010}<a>+棱面{1011}<a>+底面{0001}<a>的复合组构模型,反映了高温—中温—低温的形成环境,剪切指向从SE到NW。(3)超高压花岗质变质岩剪切叠置岩片(Ⅳ)中的石英优选方位及运动学:超高压花岗质变质岩剪切叠置岩片(Ⅳ)中的石英组构模型取自于三清阁、抗日山和仓山的DF8、DF9及DF10三条韧性剪切带,岩性为花岗质片麻岩及糜棱岩化花岗质片麻岩(图5)。DF8(L303-1,L303-6)(图5a,b)的花岗质片麻岩中石英优选方位具(1010)<a>、(1011)<a>及(0001)<a>中温及中低温模型组构,以中温为主,剪切指向SEE到NWW。在DF9(L318,L320)(图5c,d)花岗质糜棱岩中石英的优选方位具(1010)<a>中温组构模型、显示SEE到NWW剪切指向;(1011)<a>及(0001)<a>中低温组构模型,NWW到SEE剪切指向。DF10(L403-1,L403-2)(图5e,f)糜棱岩化花岗质片麻岩的石英优选方位具高温(1010)<c>组构模型,显示了剪切指向从SEE到NWW“逆冲型”剪切指向,以及中温(1010)<a>组构模型,显示了NWW到SEE的“正滑型”剪切指向。(4)苏鲁高压—超高压变质带北界的石英优选方位及运动学:呈NE-SW走向的五莲—烟台韧性剪切带位于超高压变质带与莱阳白垩纪火山沉积盆地之间,由糜棱岩—超糜棱岩带及后期发育的正断层组成。糜棱岩带的原岩是花岗片麻岩、石墨片岩及榴辉岩透镜体。在糜棱岩带东段的桃村—带,EW向拉伸线理发育在向西缓倾(20°～25°)的糜棱面理上,在糜棱岩带西段的胶州小窝洛一带,与倾向呈30°交角的拉伸线理发育在向北西缓倾(15°～20°)的(超)糜棱面理上。XZ面上S/C构造、“σ”和“δ”型长石碎斑体系、多米诺骨牌构造及石英条带的不对称拖曳褶皱等均显示了上盘斜下滑的特征,是“伸展转换型”韧性剪切带,3个花岗质超糜棱岩(小窝洛)定向样品的石英优选方位显示了低温(<35℃)底面{0001}<a>组构,剪切指向NW的“正滑型”特征(图6)。上述表明,苏鲁高压—超高压变质带折返剪切构造岩片内部及其韧性边界的石英优选方位显示了以下的特征:①在高压变质叠覆岩片(Ⅰ,Ⅱ)的韧性剪切带(糜棱岩)中石英优选方位显示了中温(550～650℃)和低温(<400℃)的剪切应变条件及从SE向NW方向剪切指向;高压低温带中出现中温组构模型可以解释为保留早期信息或受剪切应变局部熔融的影响;②超高压变质岩剪切叠置岩片(Ⅲ、Ⅳ)中的石英优选方位除中温及中低温组构模型外,出现高温柱面{1010}<c>组构模型,主要运动方式SEE到NWW“逆冲型”,次要的剪切指向是从NW到SE,与后期韧-脆性正滑构造吻合;③五莲—烟台韧性剪切带石英组构显示了低温(<400℃)底面{0001}<a>组构,剪切指向NW为“正滑型”。2.3变质岩石的主化苏鲁地体构造折返过程中,伴随折返构造岩片及大型韧性剪切带的形成,组成岩片的超高压副片麻岩、正片麻岩、榴辉岩及高压蓝晶石-黄玉石英岩和含蓝闪石-文石的阳起片岩等各种变质岩石均经历了强烈的退变质作用的改造。2.3.1各阶段的退变质反应在苏鲁超高压变质地体折返过程中,大面积出露的各类副片麻岩、正片麻岩均经历了强烈的退变质作用的改造。研究结果表明,在上述岩石中均未保存深俯冲进变质过程的矿物组合(M1),在超高压峰期阶段(M2)形成的标志性超高压矿物(如柯石英)和超高压矿物组合(如柯石英+石榴石+绿辉石+多硅白云母+金红石、柯石英+石榴石+硬玉+多硅白云母等)只保存于锆石微区中(Liuetal.,2001,2002;刘福来等,2003a,b),而在苏鲁地体快速折返过程中,超高压变质带的构造岩片明显记录了一系列矿物相之间的转变关系及相应的退变质反应。依据退变质反应的性质及其所记录的pt演化特征,可划分以下4个退变质阶段(图7):(1)第—折返阶段(M3)标志性退变质反应为:①石榴石(Grt)+柯石英(Coe)+金红石(Rt)+H2O=榍石(Ttn)+绿帘石(Ep);②柯石英(Coe)=石英(Qtz);该阶段的温压条件为t=750～850℃,p=2.5～2.8GPa。(2)第二折返阶段(M4)标志性退变质反应为:①硬玉(Jd)+石英(Qtz)=钠长石(Ab);②文石(Arg)=方解石(Cc);③石榴石(Grt)+硬玉(Jd)+石英(Qtz)+H2O=角闪石(Hb)+钠长石(Ab);该阶段的温压条件为t=680～780℃,p=1.2～1.8GPa。(3)第三折返阶段(M5)退变质的标志性矿物为典型的角闪岩相矿物组合为代表,目前在超高压岩片中的正、副片麻岩所保存的矿物组合主要为该阶段的退变产物:①副片麻岩代表性退变质组合为:绿帘石(Ep)+黑云母(Bi)+斜长石(Pl)+钾长石(Kfs)+石英(Qtz)、白云母(Mus)+黑云母(Bi)+斜长石(Pl)+钾长石(Kfs)+石英(Qtz)、石榴石(Grt)+黑云母(Bi)+白云母(Mus)+斜长石(Pl)+钾长石(Kfs)+石英(Qtz)、石榴石(Grt)+角闪石(Hb)+黑云母(Bi)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)、绿帘石(Ep)+角闪石(Hb)+黑云母(Bi)+白云母(Mus)+斜长石(Pl)+钾长石(Kfs)+石英(Qtz)和石榴石(Grt)+黑云母(Bi)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)等。②正片麻岩(花岗质片麻岩)代表性退变质组合为:钾长石(Kfs)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)+白云母(Mus)+黑云母(Bi)+绿帘石(Ep)、钾长石(Kfs)+斜长石(P1)+石英(Qtz)+石榴石(Grt)+黑云母(Bi)+绿帘石(Ep)、钾长石(Kfs)+斜长石(Pl)+石英(Qtz)+霓石(Aeg)+黑云母(Bi)、斜长石(Pl)+石英(Qtz)+角闪石(Hb)+黑云母(Bi)(石榴石(Grt)和钾长石+斜长石(Pl)+石英(Qtz)+石榴石(Grt)+黑云母(Bi)等。依据石榴石-角闪石、石榴石-角闪石-斜长石-石英、石榴石-黑云母和角闪石-斜长石地质温压计估算结果的综合判断,该阶段温压条件为t=550～650℃,p=0.50～0.70GPa。(4)至退变晚期阶段(M6),全区岩石经历了绿片岩相退变质作用的改造,部分岩石所记录的相应温压条件为t=300～400℃,p=0.30～0.35GPa。在韧性剪切带中主要呈现第三和第四阶段的退变质反应。在后期的正滑型韧脆性断裂面上还出现低绿片岩相的退变质反应。2.3.2石英的优选方位上述超高压变质带的第二和第三阶段退变质反应是与带中广泛发育的从SE往NW指向的韧性剪切带有关,结合超高压变质岩片石英的组构样式,可以做如下解释:(1)根据超高压片麻岩中不同阶段的退变质反应在整个超高压变质带pt轨迹中归于M4(t=680～780℃,p=1.2～1.8GPa)、M5(t=550～650℃,p=0.5～0.8GPa)和M6(t=300～400℃,p=0.3～0.35GPa)位置(图7)。(2)石英的优选方位有4种模型:①高温(>650℃)柱面(1010)<c>组构;②中温(550～650℃))柱面(1010)<a>组构;③中低温(400～550℃棱面(1011)<a>组构及④低温(<400℃)底面(0001)<a>组构。①与M4退变阶段相伴;②③与M5退变阶段相伴;④与M6退变阶段相伴。所以随着退变质阶段从M4→M5→M6,组构模型从①→②→③→④变化,根据低温组构可叠加在高温组构上的流变学原理,随折返作用的进行,在超高压变质带中普遍出现4种组构的组合模型。2.3.3退变质反应过程高压低温剪切叠覆岩片(Ⅰ)中与俯冲相伴随的高压低温变质作用共生组合的矿物有:文石、蓝闪石、冻蓝闪石、石榴石、多硅白云母、绿帘石和钠长石,形成温度为300～360℃,压力0.7～0.85GPa,由于存在文石,峰期的地热梯度约≤10℃/km(Brow,1962)。在折返过程中,高压低温变质岩石经历了蓝片岩相到蓝闪绿片岩相至绿片岩相的连续渐变的退变质反应。蓝闪绿片岩相的矿物发育在剪切应变形成的区域强烈透入性面理(S1)之上,面理上发育NW-SE向的拉伸线理。绿片岩相的矿物主要为绿泥石、绿帘石、阳起石、钠长石、黑云母、方解石等,分布在递进剪切应变形成的间隔性折劈理(S2)上,推测形成的温度350～410℃,压力0.2～0.4GPa(邱海峻等,2002)。位于(Ⅱ)构造岩片的高压中温变质岩石形成在500～600℃和1.5～2.0GPa的条件下,经历了绿帘角闪岩相→绿片岩相的退变质过程(350～410℃,0.2～0.4GPa),退变质反应过程与自SE往NW、从中温→中低温→低温的剪切应变递进演化过程一致。高压低温及高压中温剪切岩片(Ⅰ,Ⅱ)的石英优选方位与超高压变质剪切岩片(Ⅲ、Ⅳ)相同之处是主体的剪切指向都是从SE(SEE)到NW(NWW),不同的是在高压低温和高压中温剪切岩片(Ⅰ+Ⅱ)中主要出现中—低温及低温组构样式,没有高温(>650℃)组构样式。3苏鲁高压-超高压变质带回演结构的动态探讨3.1高压—苏鲁高压—超高压变质带的演化事件根据新近研究及发表的苏鲁高压—超高压变质带的形成与折返、韧性剪切带、花岗岩等同位素测年数据,苏鲁高压—超高压变质带的演化事件可以划分如下。3.1.1深冲冲带的形成机制大多数研究者认为大别高压、超高压变质时代主要为印支期(200～240Ma)(Lietal.,1989,1993;Amesetal.,1993,1996:Hackeretal.,1998;Congetal.,1995;Cong,1996;Chavagnacetal.,1996;Maruyamaetal.,1998),苏鲁高压、超高压变质时代已报道的有榴辉岩的Sm-Nd年龄:265Ma(杨建军,1991)、221～228Ma(Lietal.,1993,1994)和U-Pb年龄217Ma(Amesetal.,1996)。最近刘福来等(2003a,b)利用锆石微区矿物包体的激光拉曼和阴极发光测试以及相应的SHRIMPU-Pb定年结果表明,苏鲁地区超高压副片麻岩的变质年龄为220～234Ma,超高压花岗质片麻岩变质年龄为224～242Ma,两者时间一致。副片麻岩的原岩的碎屑锆石年龄为345～743Ma,花岗质片麻岩原岩锆石年龄大于680Ma,说明参与深俯冲的岩石包括了扬子板块的基底及古生代盖层;另外威海含柯石英石榴石橄榄岩的SHRIMP法U-Pb年龄为221±12Ma,与石榴石橄榄岩伴生的含柯石英榴辉岩的SHRIMP法U-Pb年龄为228±29Ma,代表了其峰期变质年龄(杨经绥等,2002),说明来自北中国板块地幔楔的部分超镁质岩块也参与深俯冲作用。伴随深俯冲在俯冲岩片中形成超高压花岗质片麻岩带→超高压副片麻岩带→高压中温变质带→高压低温变质带的自下而上序列。与此同时,在扬子北缘(张八岭一带)变质基底与震旦纪—三叠纪沉积盖层之间形成大型韧性滑脱剪切带,伴随高压变质作用,高压变质矿物蓝闪石呈NS向排列,自北往南的剪切,滑脱事件的测年数据有232～216Ma(Xuetal.,1986),230～190Ma(张树业等,1991),245.1Ma(李曙光等,1993),226～244.2Ma(陈宣华等,2000)等,可以认为扬子北缘基底/盖层之间的大型滑脱事件是扬子板块陆壳深俯冲事件的浅部反映。也就是说,在苏鲁(大别)高压—超高压变质地体之上,曾有印支褶皱盖层(震旦纪—三叠纪)覆盖,可与现在的东秦岭相比。3.1.2超高压变质带的折返阶段在苏鲁超高压带中,新的SHRIMPU-Pb定年结果还表明,超高压副片麻岩的折返年龄为202～219Ma,超高压花岗质片麻岩折返年龄为209～219Ma,说明各类超高压变质岩的折返时限相同(刘福来等,2003a,b),与最新发表的运用39Ar-40Ar测年方法获得的超高压变质带韧性剪切带和退变质事件年龄220Ma、213Ma和204Ma(李锦轶等,2003)相近。随着大陆俯冲板片的快速折返,发生退变质反应作用(M4、M5、M6)及形成折返构造,印支褶皱盖层受到强烈的顶蚀。折返后的200～150Ma期间地质记录较少,可能为挤压汇聚应力向伸展应力转换阶段,苏鲁高压—超高压变质带开始缓慢抬升,北部有少量的早燕山花岗岩侵入。3.1.3半封建岩片期岩石学特征在苏鲁高压—超高压变质带的后陆部位,形成北界五莲—烟台韧性伸展转换型剪切带,组成剪切带的糜棱岩有两组的年龄,一组白云母39Ar-40Ar等时线年龄为148.7±2.6Ma,坪年龄为146.7±0.9Ma,另一组钾长石的钾氩稀释法年龄为103.2±1.8Ma(杨天南等,2002),这两个年龄值恰好与早—中白垩世的Neocomian期和Gallic期一致,表明其控制了莱阳火山沉积盆地的形成。与此同时,北苏鲁花岗质变质岩剪切叠置岩片西北部形成“背形”构造及大量花岗岩(150～100Ma)侵位。并且在北苏鲁花岗质变质岩剪切叠覆岩片(Ⅳ)与北苏鲁表壳岩变质剪切叠覆岩片(Ⅲ)之间形成叠加的NW-SE向直立褶皱,这与NW-SE方向的伸展造成NE-SW向的挤压有关。3.1.4地壳隆升期k利用东海毛北CCSD-PP2(1008m深度)的岩心所进行的磷灰石裂变径迹研究(刘顺生等,2003)表明,52.0～79.6Ma期间苏鲁地壳缓慢隆升,上升速率为35m/Ma,即在此期间地壳上升约1km。若52Ma以来仍按此速率上升,地壳继续上升了大约2km,即80Ma以来苏鲁地壳被剥蚀3km。3.2折返构造格架高压—超高压变质带的折返动力学是高压—超高压变质带研究的关键之一。不同的折返模式:剥蚀及浮力作用(Platt,1993);伸展作用(Harrison,1992);垂向挤出作用(Chemendaetal.,1995,1996;LiouJG,etal;2002)及上地壳伸展及下地壳缩短作用(Ardersonetal.,1990;Ballevereetal.,1990;Blakeetal.,1990)等相继提出,许志琴等(2003)在研究中国西部柴北缘超高压变质带时提出了“斜向挤出”的折返模式。对于大别—苏鲁超高压变质带折返模式也有“挤出”之说(王清晨,2000)和“伸展”之说(索书田等,2001;MichelFaureetal,2001)等。苏鲁高压—超高压变质带的物质组成、折返构造格架及运动学、退变质反应、形成与折返事件时限及深部地震反射剖面等的研究为折返模式的建立提供了重要的依据:(1)超高压变质带中占90%的各类变质岩锆石中普遍发现柯石英包体(LiuFLetal,2001a,b,2002)表明扬子板块陆壳巨量物质组成的构造板片在240～220Ma期间整体往北深俯冲于北中国板块之下。(2)高压—超高压变质折返板片中保存的自上而下变质岩石单元序列:高压低温变质单元、高压中温变质单元、超高压副片麻岩(为主)变质单元及超高压花岗质片麻岩(为主)变质单元,与俯冲板片中的变质岩石单元序列基本一致,推测在200～220Ma期间俯冲板片整体往上快速(5km/Ma)折返;(3)高压—超高压变质带中折返构造是以往SE缓倾的面理,NWW～SEE向拉伸线理及剪切叠覆岩片为特征,是折返阶段的产物;之后,在150～100Ma期间发生的伸展事件有如下的地质纪录:北界(五莲—烟台伸展转换型韧性剪切带)的形成,白垩纪莱阳盆地形成,北部花岗岩侵位及折返面理弯曲构成背形。由此可见,现今展示的高压—超高压板片的不对称背形构造样式是折返岩片经改造在100Ma时初步定位的。(4)高压变质带的地震反射剖面(图8)(杨文采等,1999a,b)揭示了已剥蚀的高压—超高压变质地体的底界为上拱的不对称弧形反射界面,高压—超高压变质地体形状可重塑为一上拱的不对称舌形体。在赵集—东海—双店下面18～20km深度出现的近水平反射界面,往南上延至韩山—李恒一带9～10m深处,可解释为深部向北缓倾的滑脱界面,其与高压—超高压舌形体之间的透