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摘要
造山带的形成和演化是板块构造的表现方式,其通常伴随着多期变质作用、构造变形和岩浆作用。区域变质作用作为特定构造热环境的响应,不同造山阶段会形成不同类型变质岩,早期大洋俯冲增生造山过程中通常形成高压低温变质岩和俯冲带上盘的低压高温变质岩,而晚期大陆俯冲及陆-陆碰撞型造山作用过程中常形成含柯石英或金刚石的超高压变质岩。这些高级变质岩通常也伴随着深熔作用,从而导致了岩石强度显著降低,改变了造山带地壳的热力学和流变学行为,影响了岩石的构造变形特征及造山带动力学机制。因此,深入研究造山带变质作用与深熔作用对精确厘定造山带演化过程和重建区域大地构造格架均具有重要意义。南祁连-柴北缘造山带记录了早古生代大洋俯冲增生到大陆碰撞的造山演化历史。前人对俯冲带下盘高压-超高压变质杂岩带变质作用与深熔作用做了大量的研究工作,然而,对于俯冲带上盘的变质作用与深熔作用却鲜有研究。本文以俯冲带上盘北乌兰片麻杂岩为研究对象,对其变质作用与深熔作用的时代和属性进行了深入地研究;结合区域地质演化,探究了其发生的构造环境及与柴北缘高压-超高压俯冲变质杂岩带的关系,为揭示南祁连-柴北缘造山带演化过程提供了重要依据。在野外地质调查和室内岩相学研究的基础上,本文利用THERMOCALC软件对北乌兰片麻杂岩中的基性和泥质麻粒岩进行了相平衡模拟,结合锆石U-Pb年代学结果,厘定了北乌兰片麻杂岩的变质P-T-t轨迹。锆石U-Pb定年分析、锆石形态特征、锆石微量元素以及锆石Ti温度计限定麻粒岩变质时代在474～446 Ma之间,揭示了北乌兰片麻杂岩在麻粒岩相变质演化过程中经历了延长的锆石生长历史。研究表明,基性和泥质麻粒岩经历了顺时针变质P-T演化,峰期变质温压条件为T=800～900℃,P=5.5～7kbar,变质峰期之后伴随着高温减压。结合其与柴北缘高压-超高压变质带的时空关系,本文提出了南祁连-柴北缘造山带北侧高dT/dP带和南侧低dT/dP带构成了双变质带。该早古生代双变质带为显生宙造山带中变质热结构二元性特征提供了一个典型的研究示例,也为研究与俯冲相关的前寒武纪和显生宙造山带高dT/dP变质作用温压条件和时间尺度提供了借鉴。本文研究认为,北乌兰片麻杂岩中混合岩由中基性岩石的水致熔融形成,该过程伴随着黑云母分解和转熔相角闪石的出现。锆石U-Pb定年结果显示,混合岩化角闪黑云片麻岩的原岩时代为506～494 Ma,原岩可能为形成于寒武纪南祁连洋向北俯冲过程中的大陆弧岩浆岩。深熔作用的时代为～465-450 Ma,指示熔体结晶持续时间超过～15 Ma,与区域岛弧岩浆作用和高温低压变质作用的时代一致。因此,该混合岩可能反映了寒武纪岛弧岩浆岩在南祁连洋持续向北俯冲过程中的晚阶段发生重熔。在以上研究的基础上,综合前人研究成果,本文提出540～440 Ma之间南祁连-柴北缘地区经历了南祁连洋扩张、俯冲增生、微陆块拼贴等长期的构造演化过程。南祁连洋俯冲过程中在俯冲带上盘形成了与岛弧相关的岩浆岩,而俯冲的洋壳发生了高压榴辉岩相变质作用。随着俯冲板片后撤和回卷导致岛弧岩浆作用向南迁移,伴随着弧到弧后体制的转换,在高热异常的弧-弧后体系中产生了高温低压变质岩;同时,寒武纪的岛弧岩浆岩也发生了重熔,形成了混合岩化角闪黑云片麻岩。440～420 Ma之间南祁连洋消亡后,柴达木地块持续俯冲到地幔深度并发生超高压变质作用;随后高压-超高压岩石被折返到地表,从而北侧高温低压变质带（高dT/dP带）与南侧高压-超高压变质带（低dT/dP带）被并置在一起构成了双变质带。
