前沿科技 | 中科院等科学家合作研究发现喜马拉雅榴辉岩叠加超高温变质并揭示对地球早期碰撞构造的启示

　　通过与喜马拉雅西部的超高压榴辉岩进行比较（图4），研究人员提出了冷榴辉岩vs.麻粒岩化榴辉岩折返的新模型（图5）。该模型基于碰撞造山过程中的单纯地壳加厚，而不需要板片断离或俯冲角度变换：在印度-亚洲碰撞初期（～50百万年前），地壳较薄（～30 km），包裹榴辉岩的长英质岩片（密度～2.8 g/cm3）从深俯冲的印度大陆地壳拆离后，进入上伏地幔（密度～3.3 g/cm3），能够通过浮力作用（Buoyancy）而近垂直上升、快速折返（速率～30 mm/年），形成近等温降压/冷却降压的 P-T 轨迹，形成的榴辉岩大多沿缝合带分布、成穹窿状。在碰撞成熟期（25–15百万年前），喜马拉雅山根堆积了大量从印度大陆拆离下来的未能发生深俯冲的酸性地壳岩石（～60 km、密度～2.8 g/cm3），包裹榴辉岩的长英质岩片从地壳拆离后（密度～2.8 g/cm3），被圈入加厚山根中，由于密度差不大，此时折返受控于底垫作用（Underplating），比浮力折返要慢得多（速率2～3 mm/年），并因缓慢抬升而遭受高温/超高温变质作用叠加改造。当被物质不断填充的地壳应变积累到产生破裂后，会沿着大型逆冲推覆构造（i.e.主中央逆冲断层）和被动顶板断层（i.e.藏南拆离系）形成侧向挤出。因此，这类含榴辉岩的变质岩片大多出露于造山带核部，规模较大、离缝合带较远。

　　喜马拉雅中部榴辉岩叠加超高温变质的现象和成因模型可解释为何地球早期的变质地体中榴辉岩鲜有保存、为何地球上最古老的榴辉岩普遍经历了高温/超高温变质叠加。目前发现的地球上最古老的榴辉岩，诸如俄罗斯科拉半岛的Belomorian（～19亿年前）、非洲坦桑尼亚的Usagarian（～20亿年前）和加拿大的Trans-Hudson（～18.3亿年前）等散布在世界各地，与喜马拉雅的榴辉岩经历的 P-T 轨迹、折返速率、叠加变质条件等相似，代表了一次全球性事件（Nuna超大陆聚合），与喜马拉雅型的成熟大陆俯冲/碰撞过程并无差异。也就是说，古元古代时期的构造体制可能与现代板块构造体制并无差异（图1）。在晚太古宙时期（～25亿年前），碰撞构造过程可能已在地球部分地区启动（阴山地块和印度南部保存的含蓝晶石高压泥质麻粒岩，图1），只不过由于成熟碰撞造山叠加的高温/超高温变质作用，使这个时期的榴辉岩不易保存下来。

　　相关研究成果以First evidence of eclogites overprinted by ultrahigh temperature metamorphism in Everest East, Himalaya: Implications for collisional tectonics on early Earth为题，发表在Earth and Planetary Science Letters上。研究工作得到国家自然科学基金基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”、国家自然科学基金面上项目、第二次青藏高原综合科学考察研究的支持。