柴达木地块寒武纪变质作用——来自相平衡模拟和独居石U-Pb年代学的约束*

滕霞 张建新 毛小红 路增龙 周桂生 武亚威 郭祺

祁连-阿尔金-昆仑早古生代造山系出露在青藏高原东北缘(图1)，包夹了数个前寒武纪大陆块体(柴达木地块、祁连地块、欧龙布鲁克地块、中阿尔金地块)。这些微陆块由前寒武纪变质基底和新元古代-古生代以来的沉积盖层组成，保留了新元古代大陆裂解的地质记录(Luetal., 2008; Songetal., 2010; 张建新等, 2011, 2021; Tungetal., 2013; Xuetal., 2016; Tengetal., 2022)。由于缺乏与冈瓦纳大陆拼合相关的泛非事件记录的报道，这些前寒武纪微陆块长期以来被认为是在罗迪尼亚超大陆解体时期从大陆边缘分离出来的微陆块，在冈瓦纳大陆聚合时期仍分散于原特提斯洋内(Lietal., 2018; Zhaoetal., 2018及相关文献)。但是，我们最近在柴达木地块西段原定为金水口群的变质基底中，识别出了一套(超)高温变质岩石组合(图1)，其中的Mg-Al麻粒岩、基性麻粒岩、长英质片麻岩以及变泥质岩均记录了540～500Ma的麻粒岩相变质作用(Tengetal., 2020)。这一变质事件能与冈瓦纳大陆的晚泛非期高温-超高温变质事件对应(Clarketal., 2015; 滕霞和张建新, 2020及相关文献)，很可能是柴达木地块在罗迪尼亚超大陆解体后仍与东冈瓦纳的陆块相连的地质证据，因而对认识柴达木地块及其周缘的古生代造山带的构造演化历史有重要意义。

图1 柴达木地块所在位置及其西缘的地质简图

柴西缘(超)高温变质岩单元主要由变泥质岩和长英质片麻岩组成，夹基性麻粒岩、钙硅酸盐岩及少量Mg-Al麻粒岩。目前对该套岩石组合的变质演化历史的了解主要来自对Mg-Al麻粒岩和基性麻粒岩的研究(Tengetal., 2020)。变泥质岩作为区域主要岩石类型，其变质演化可能更能反映区域变质作用特征，但目前未有报道。我们此次主要对柴西缘变泥质岩进行相平衡模拟和独居石U-Pb测年，用以限定变泥质岩的变质演化历史；与已获得的Mg-Al麻粒岩和基性麻粒岩的P-T轨迹进行对比，讨论其异同点；对比和结合锆石U-Pb年龄资料，讨论柴西缘寒武纪变质作用的热特征及其可能指示的构造环境。

1 柴达木地块地质概况

柴达木地块位于青藏高原东北缘，该处地壳厚度约为45km，大面积地被4～5km厚的新生界沉积物覆盖，形成了青藏高原内部最大的山间盆地(图1a)。柴达木沉积盆地整体为一新生代复式向斜，受控于阿尔金走滑断裂(西北界)和祁连山-南山逆冲带(东北界)(Yinetal., 2008)。钻孔资料指示，柴达木盆地沉积物之下分布了大量的古生代花岗岩，并在盆地边缘出露地表(Chengetal., 2017及相关文献)，侵入柴达木地块的前寒武基底(1.1～0.9Ga，Heetal., 2018; Tengetal., 2022 及相关文献)和下述的早古生代构造单元中。

柴北缘俯冲碰撞杂岩带以出露超高压变质岩为特征。超高压变质作用发生460～423Ma(Songetal., 2014; Zhangetal., 2017及相关文献)，形成的(含柯石英)榴辉岩、榴辉岩相(含柯石英)泥质片麻岩以及石榴橄榄岩呈块状、透镜状产出于长英质片麻岩中，构成一条长达400km的高压-超高压变质带。该带出露的早古生代花岗岩体按其结晶年龄大致分为三期：活动陆缘期(470～465Ma)、同碰撞-俯冲折返期(446～397Ma)以及造山后期(383～372Ma)(Yuetal., 2012; Wuetal., 2014及相关文献)。柴北缘还出露滩间山群浅变质火山岩，形成时代集中在515～460Ma(袁桂邦等, 2002; 史仁灯等, 2004)，可能形成于碰撞造山前的洋壳俯冲阶段(张建新等, 2021)。

柴南缘与北昆仑地块相连，它们与南昆仑地块以昆中断裂带为界。在北昆仑地块东段出露金水口群高角闪岩-麻粒岩相的花岗质片麻岩、表壳岩和少量变基性岩，夹蛇绿混杂岩和榴辉岩相变质岩。西段出露的祁漫塔格群低级变质的火山-沉积岩与柴北缘的滩间山群相当。与俯冲相关的榴辉岩形成于430～420Ma(Mengetal., 2013; 祁生胜等, 2014; 祁晓鹏等, 2016; Songetal., 2018)。侵入该地块的碰撞后花岗岩和基性-超基性杂岩体形成于424～394Ma(谌宏伟等, 2006; 王冠等, 2014; Pengetal., 2016; Chenetal., 2020)，与牦牛山组流纹岩喷发时代相当(423～400Ma, 陆露等, 2010)。牦牛山组底部发育陆相红色磨拉石，指示广泛岩浆作用之前有区域抬升活动(Songetal., 2018)。

柴西缘以出露寒武纪高温-超高温变质岩为特征。高温-超高温变质岩分布在茫崖附近，包括变泥质岩、长英质片麻岩、基性麻粒岩、钙硅酸盐岩、含橄榄石大理岩及少量Mg-Al麻粒岩。Mg-Al麻粒岩和基性麻粒岩呈层状或透镜状夹于片麻岩中，根据相平衡模拟计算结果，两者均记录了顺时针P-T变质作用轨迹，其中Mg-Al麻粒岩(石榴石+富铝斜方辉石+石英±蓝晶石/夕线石±假蓝宝石)主要记录了>915℃和>0.9GPa的温度峰期条件；基性麻粒岩(石榴石+单斜辉石±斜长石±角闪石)则记录了1.45GPa左右的压力峰期条件和950℃左右的温度峰期条件(Tengetal., 2020)。花岗质片麻岩的岩浆锆石U-Pb年龄集中在1.1Ga左右，变泥质岩的碎屑锆石年龄为1.6～1.1Ga；它们和基性麻粒岩以及Mg-Al麻粒岩的变质和重熔锆石U-Pb年龄集中在540～500Ma，被解释成温度峰期后的退变质及熔体结晶年龄(Tengetal., 2020)。除上述高级变质岩外，研究区内还出露一套低级变质的酸性火山-次火山岩，形成时代为800～750Ma(Tengetal., 2022)，它们与高级变质单元的接触关系被新生代沉积所覆盖。这些前寒武纪变质杂岩被两期古生代花岗岩侵入(约450Ma和410～400Ma，未发表数据)，并与侏罗系呈断层接触(图1c)。

2 样品描述

本文研究的三个变泥质岩样品(AQ18-14-3.5、AQ18-18-9.1、AQ19-5-6.1)均采自柴西缘高级变质单元中(图1c)。样品AQ18-14-3.5(采样位置：E90°56′07.19″、N38°38′12.04″)为石榴黑云片麻岩，由石榴子石(15%～20%)、黑云母(20%～30%)、夕线石(5%～8%)、长石(10%～15%)、石英(25%～30%)及晚期退变质阶段形成的白云母(2%～5%)组成，副矿物有钛铁矿、锆石、独居石；其变质锆石U-Pb年龄为518±10Ma(MSWD=3.0)(Tengetal., 2020)。样品AQ18-18-9.1(采样位置：E90°46′17.42″、N38°37′00.34″)是具块状构造的石榴石英岩，由石榴子石(40%～65%)、石英(15%～25%)、黑云母(5%～15%)、夕线石(5%～10%)、堇青石(5%～10%)、铝直闪石(5%～10%)、斜方辉石(约5%)、斜长石(3%～5%)以及少量金红石、钛铁矿、锆石、独居石、磷灰石组成；其变质锆石U-Pb年龄为534±3Ma(MSWD=1.3)(Tengetal., 2020)。样品AQ19-5-6.1(采样位置：E90°45′10.26″、N38°36′10.57″)是混合岩化堇青石榴黑云片麻岩，由石榴子石(25%～30%)、黑云母(15%～20%)、夕线石(5%～8%)、堇青石(约10%)、石英(15%～20%)、斜长石(10%～15%)、钾长石(8%～12%)以及少量钛铁矿、锆石、独居石、磷灰石组成(图2b)。

在样品AQ19-5-6.1的露头上，清晰可见浅色体(约10%)平行于由黑云母和夕线石组成的片麻理分布(图2a)，其经历的部分熔融作用可能发生在峰期变质条件下。下文将详细描述该样品的岩相学和矿物化学特征，对其进行变质作用相平衡模拟，以此样品为代表，限定区域变泥质岩的变质演化历史。该样品的全岩化学分析在国家测试中心(北京)的X射线荧光光谱仪(PW4400)上完成。测试方法依据分别为：Al2O3、CaO、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、Fe2O3T以及TiO2按GB/T 14506.28—2010标准；FeO按GB/T 14506.14—2010标准；LOI按LY/T 1253—1999标准，分析精度为5%。主要矿物的化学分析在中国地质科学院地质研究所的电子探针(JXA-8100)上完成。电子探针定量分析使用15kV的加速电压，20nA的电流，以及3～5μm的束斑；仪器分析误差<2%。所测元素的标样均为天然矿物，使用ZAF法进行矫正。样品AQ19-5-6.1的全岩化学和部分电子探针分析结果见表1。文中用到的矿物及其端元名称缩写包括：铁铝榴石(Alm)、钙长石(An)、钙铝榴石(Grs)、黑云母(Bt)、堇青石(Crd)、石榴子石(Grt)、钛铁矿(Ilm)、钾长石(Kfs)、斜长石(Pl)、镁铝榴石(Prp)、石英(Qz)、夕线石(Sil)、锰铝榴石(Sps)。

样品AQ19-5-6.1主要由暗色体(Bt-Sil-Crd-Grt)和浅色体(Kfs-Pl-Qz-Grt)两部分构成(图2a)。石榴子石(0.5～1.2mm)中的矿物包裹体主要为石英和黑云母，暗色体中的石榴子石往往被堇青石冠状体包围(图2b)，浅色体中的石榴子石则出现在斜长石、石英及少量黑云母中(图2d)。石榴子石的化学成分为Alm75-77Prp16-17Grs3-4Sps3-4，其中，钙铝榴石含量[XGrs=Ca/(Mg+Fe2++Ca+Mn)]从核到边减少(从0.045到0.028)；XMg[=Mg/(Mg+Fe2+)]在核部为0.18～0.19，在边部<0.1mm的范围内降到0.14(图3)。夕线石分为三期：早期夕线石(Sil1)呈毛发状集合体，被堇青石包围(图2b, c)；第二期夕线石(Sil2)呈长条状分布在石榴子石边部；晚期夕线石(Sil3)与黑云母交生(图2c)。黑云母可分为两期：早期黑云母(Bt1)作为包裹体出现在石榴子石、钾长石中；晚期黑云母(Bt3)呈不规则片状，围绕石榴子石(+斜长石)生长(图2d)或与夕线石(Sil3)、石英交生(图2c)。石榴子石边部的黑云母含1.9%～3.4%的TiO2，其XMg值为0.49；与夕线石和石英共生的黑云母有4.0%～4.3%的TiO2，其XMg值为0.42～0.44。石英包裹体出现在石榴子石和堇青石中。在基质中，石英或与石榴子石之间被堇青石分隔(图2b)，或在石榴子石周围与钾长石、斜长石以及少量黑云母交生(图2d)，或包裹堇青石生长于夕线石-黑云母富集部位中。钾长石与斜长石不规则交生或作为斜长石的包裹体/出溶体出现(图2d)。上述不同结构位置的斜长石成分变化不大[XAn=Ca/(Ca+Na+K)=0.28～0.32]。堇青石冠状体包围、分隔石榴子石与其它矿物(黑云母、石英、夕线石)，其内部可见夕线石和黑云母包裹体(图2b, c)。堇青石的XMg值为0.57～0.61。

图2 柴西缘变泥质岩(AQ19-5-6.1)的岩相学特征

图3 变泥质岩(样品AQ19-5-6.1)的石榴子石化学成分剖面

根据上述的岩相学和矿物化学特征，将样品AQ19-5-6.1的矿物组合划分成三期：第一期为石榴子石核部+黑云母/石英包裹体+夕线石，形成于进变质阶段；第二期矿物组合(温度峰期组合)是石榴子石边部+堇青石冠状体+钾长石(条纹长石)+夕线石±黑云母，反应结构记录了石榴子石和夕线石分解形成堇青石；第三期以黑云母+夕线石+石英交生为代表，为固相线组合。

3 变质相平衡模拟

本文选择在MnNCKFMASHTO(MnO-Na2O-CaO-K2O-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-O2)化学体系下对混合岩化堇青石榴黑云片麻岩样品AQ19-5-6.1进行相平衡模拟。视剖面图的计算使用GeoPS 3.0.1程序(Xiang and Connolly, 2022)以及配套的热力学数据库ds62(Holland and Powell, 2011)。计算中涉及以下固溶体模型：斜长石和钾长石(Holland and Powell, 2003)、石榴子石、黑云母、堇青石、斜方辉石、尖晶石、钛铁矿以及硅酸盐熔体(Whiteetal., 2014a, b)。涉及的纯端元相有金红石、夕线石、蓝晶石。计算所用的理想体系(MnNCKFMASHTO)全岩成分(摩尔百分比)由实测的全岩化学成分换算获得。其中，P2O5和相应的CaO按照磷灰石[(CaO)10(P2O5)3H2O]的化学成分扣除；O2[=0.5×Fe2O3]是依据实测的全铁和Fe2+含量计算获得(0.05)；H2O(1.77)是根据温度-成分(T-XH2O)视剖面图和样品中的黑云母含量(Korhonenetal., 2011)确定。P-T视剖面图的计算范围为0.4～1.0GPa和650～950℃，结果见图4。

图4 变泥质岩(样品AQ19-5-6.1)的P-T视剖面图(a)和熔体含量(vol%)、石榴子石中的钙铝榴石含量(XGrs)及斜长石中的钙长石含量(XAn)等值线(b)

图4a为样品AQ19-5-6.1的P-T视剖面图。在计算压力范围内(0.4～1.0GPa)，该全岩成分的固相线温度为780～810℃。样品记录的峰期组合(石榴子石+夕线石+黑云母+堇青石+钾长石+斜长石+石英+熔体)出现在固相线右侧的三角形小区域(图4a中的亮黄色区域)，对应P-T条件为0.56～0.66GPa和795～835℃。在此P-T视剖面图上，模拟计算熔体含量、石榴子石中的钙铝榴石含量(XGrs)以及斜长石中的钙长石含量(XAn)，得到图4b。浅色体体积在变泥质岩中约占10%(图2a)，该值在峰期组合的稳定域中对应0.64GPa和825℃(图4b)，指示温度峰期的P-T条件。堇青石中的毛发状夕线石指示进变质过程发生在夕线石稳定域，石榴子石核部成分(XGrs=0.046)与斜长石成分(XAn=0.28)相交于0.89GPa和800℃左右，对应压力峰期条件。石榴子石中的钙铝榴石(XGrs)含量由核到边从0.045降到0.028，对应从0.89GPa 到<0.6GPa的减压过程(图4b)。峰期后的退变质过程形成晚期黑云母+夕线石交生，对应降温冷却过程。

4 独居石U-Pb定年

分选、制靶完成后，独居石U-Pb同位素定年在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。用于分析测试的LA-ICP-MS仪器由激光剥蚀系统(GeoLas HD)和等离子体质谱仪(Agilent 7900)两部分组成。分析的激光频率和束斑直径分别为2Hz和16μm。每次测试采集20～30s空白信号和50s样品信号，每隔5个样品点分析2个独居石标样44069(Aleinikoffetal., 2006)、3个独居石标样TRE(Tomascaketal., 1996)、以及1个NIST610。数据处理中分别采用44069和NIST610作为外部标样进行同位素和微量元素分馏校正。使用软件ICPMSDATACAL 10.8(Liuetal., 2010)对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)。使用Isoplot 4.15(Ludwig, 2012)绘制独居石样品的U-Pb年龄谐和图和计算加权平均年龄(图5)。用于监测的独居石标样TRE的U-Pb谐和年龄为273.25±0.29Ma(1σ，MSWD=0.46)。独居石年代学数据结果及稀土元素含量见我刊官网电子版附表1。

图5 变泥质岩LA-ICPMS独居石U-Pb年龄谐和图(a、c、e)和球粒陨石标准化稀土元素配分图(b、d、f，标准化值据Sun and McDonough, 1989)

从三个变泥质岩样品(AQ18-14-3.5、AQ18-18-9.1、AQ19-5-6.1)中分离出的独居石特征相似，多呈浑圆状，颗粒直径为50～150μm，其中的矿物包裹体有石英、斜长石、黑云母和锆石。在背散射电子(BSE)成像下，绝大多数独居石不显示环带(图5b, f)，少数独居石呈现不规则环带(图5d)。具有不规则环带的独居石主要分布在中AQ18-18-9.1，成像特征一般表现为核部暗、边部亮。

4.1 AQ18-14-3.5

样品AQ18-14-3.5中的42颗独居石的Th/U比值为3～19，206Pb/238U年龄在517～499Ma之间，其加权平均年龄为508±1.6Ma(MSWD=2.0)(图5a)。独居石的球粒陨石标准化稀土元素分布曲线显示不同幅度的右倾特征((Yb/Dy)N=0.01～0.05)和负Eu异常(Eu/Eu*=0.14～0.70)，但与U-Pb年龄之间不显示相关性(图5b)。

4.2 AQ18-18-9.1

样品AQ18-18-9.1中的47颗独居石的Th/U比值为2～23，206Pb/238U年龄在515～496Ma之间，其加权平均年龄为506±1Ma(MSWD=1.7)(图5c)。独居石的球粒陨石标准化稀土元素分布曲线显示不同幅度的右倾特征((Yb/Dy)N=0.01～0.06)和微弱Eu异常或无异常(Eu/Eu*=0.77～1.27)，但与U-Pb年龄之间不显示相关性(图5d)。

4.3 AQ19-5-6.1

样品AQ19-5-6.1中的47颗独居石的Th/U比值为4～22，206Pb/238U年龄在512～498Ma之间，其加权平均年龄为506±1Ma(MSWD=1.3)(图5e)。独居石的球粒陨石标准化稀土元素分布曲线显示不同幅度的右倾特征((Yb/Dy)N=0.01～0.14)和负Eu异常(Eu/Eu*=0.08～0.57)，与U-Pb年龄之间不显示相关性(图5f)。

5 讨论

5.1 柴西缘泥质岩变质作用的P-T演化

结合岩相学分析和变质相平衡模拟，变泥质岩样品AQ19-5-6.1的第一期矿物组合(石榴子石核部+黑云母/石英包裹体+夕线石+斜长石)形成于0.89GPa和800℃左右，记录压力峰期的变质条件；第二期矿物组合(石榴子石边部+堇青石+黑云母+钾长石+夕线石+斜长石+石英)+10vol%熔体形成于0.64GPa和825℃，记录温度峰期的变质条件；最后，第三期矿物组合(夕线石+黑云母+石英交生)记录0.58GPa和800℃左右的固相线条件(图4b)。固相线条件以下，元素迁移受限，变质反应主要发生相邻矿物的边部；将这种相邻的石榴子石-黑云母-斜长石的化学成分带入石榴子石-黑云母温度计(Holdaway, 2000)和石榴子石-黑云母-斜长石-石英(GBPQ)压力计(Wuetal., 2004)计算，获得702±50℃和3.7±0.5GPa的晚期退变质条件。综上所述，柴西缘变泥质岩经历以顺时针的P-T轨迹为特征的变质作用过程(图6a)。

图6 柴西缘变泥质岩的P-T-t轨迹(a)以及变质岩的独居石和锆石年龄数据分布图(b)

5.2 独居石年龄的解释

Pb在独居石中的封闭温度高(据Cherniaketal., 2004，在10℃/Myr的冷却速率条件下，半径10μm的独居石对Pb扩散的封闭温度约为950℃)，获得的U-Pb年龄通常能反映独居石的形成年龄(Harley and Nandakumar, 2014; Johnsonetal., 2015及相关文献)。本文三个变泥质岩样品的独居石206Pb/238U加权平均年龄分别为508±2Ma(MSWD=2.0)、506±1Ma(MSWD=1.7)、506±1Ma(MSWD=1.3)(图5)，指示不同类型泥质岩中的独居石形成时代一致。三个样品中的131颗独居石的206Pb/238U年龄在517～496Ma范围内，年龄数据呈单峰分布(图6b)，且与独居石Th含量、Th/U比值以及REE曲线特征无相关性(图5)，指示独居石可能形成于同一阶段，化学差异可能主要受局部成分控制。相平衡模拟结果显示，在T>800℃的条件下，熔体中的轻稀土元素不饱和，变泥质岩中原有的独居石倾向于全部分解进入熔体；反之，独居石容易在退变冷却、熔体结晶时生长，并在固相线附近条件大量形成(Kelseyetal., 2008)。柴西缘变泥质岩经历了0.64GPa和825℃左右的温度峰期变质作用，在该麻粒岩相条件下进变质阶段形成的或者继承独居石难以保留；因此，保留的独居石被认为主要形成于退变冷却阶段，其年龄记录变质岩中的残留熔体结晶年龄。变泥质岩样品AQ18-14-5.3和AQ19-5-6.1中的独居石具有显著Eu负异常，指示结晶出独居石的熔体与斜长石共存，与AQ19-5-6.1的P-T视剖面图一致。而样品AQ18-18-9.1中的独居石无明显Eu异常，指示该样品贫Ca、很少斜长石的特征源自原岩，而并非熔体丢失的结果。

5.3 与前人工作的对比

将本文获得的P-T条件和独居石U-Pb年龄与Tengetal. (2020)给出的变质条件和锆石年龄进行对比，不难发现差异。首先，虽然本文变泥质岩与之前报道的Mg-Al麻粒岩、基性麻粒岩均指示顺时针的P-T变质轨迹(图6a)，但是，本文根据泥质岩片麻岩获得的温度峰期变质条件(0.64GPa和825℃)明显低于Mg-Al麻粒岩(>915℃和>0.9GPa)和基性麻粒岩(950℃)(Tengetal., 2020)。考虑到柴西缘Mg-Al麻粒岩的典型超高温变质矿物(假蓝宝石、富铝的斜方辉石)只作为复杂包裹体出现石榴子石中，一种可能便是该岩石经历了多期变质事件，而记录的峰期变质条件可能发生在不相关的早期变质事件中。但是Mg-Al麻粒岩的锆石特征单一，U-Pb年龄集中在530Ma(Tengetal., 2020)，而且目前也未在其它岩石类型中找到早期变质作用的证据，这种假设暂时可以被排除。第二种可能是本文的变泥质岩和已报道的Mg-Al麻粒岩在峰期变质作用时位于地壳的不同层次(0.64GPa vs. 0.9GPa，深度大致相当于24km vs. 33km)，即Mg-Al麻粒岩是由于埋藏更深而经历了更高的变质温度。两者的峰期T/P反映相似的瞬时地热梯度(1000～1300℃/GPa)，指示它们形成在同一构造热背景下，支持了第二种假设。这种假设同样适用于解释与基性麻粒岩的变质条件差异。本文相平衡模拟所用样品采自距Mg-Al麻粒岩(AQ17-40-6.3)北西西方向约15km处的露头(图1b)，如果上述假设成立，柴西缘出露的高级变质岩可能代表一段下地壳剖面，在变泥质岩和Mg-Al麻粒岩之间的变质记录应该存在规律性地变化，这可以通过进一步的研究工作求证。

除P-T条件外，本文的独居石U-Pb年龄与之前报道的锆石U-Pb年龄亦有不同(图1c)。锆石年龄不仅老于独居石年龄，而且变化范围更大(图6b)。Pb在独居石和锆石的扩散速率同样慢(Cherniak and Watson, 2001; Cherniaketal., 2004)，因此不存在封闭温度的差异，获得的U-Pb年龄可以代表矿物的形成年龄。我们在变泥质岩的独居石中发现了锆石包裹体，指示锆石生长要早于独居石，这与测年结果一致。相平衡模拟结果显示，熔体含量和使熔体达到饱和的Zr和LREE含量随温度升高而升高；因而锆石和独居石倾向于在进变质升温过程分解、在退变质降温过程生长(Kelseyetal., 2008)。同时，对泥质岩和杂砂岩的模拟结果预测，锆石完全溶解的温度比独居石的高100℃以上(Kelseyetal., 2008)。如果变质岩经历的峰期条件高于锆石完全溶解的温度(800～900℃，取决于全岩Zr含量)，锆石和独居石都不稳定，但在退变质阶段的降温冷却过程中，Zr会比LREE先达到饱和，锆石先于独居石开始生长。这或许能解释为什么锆石年龄会老于独居石年龄。此外，锆石更高的溶解温度意味着峰期变质前形成的锆石更可能被保留下来，Tengetal. (2020)中的泥质岩样品有部分锆石还保留有继承核，指示它们在峰期变质条件并未完全被消耗，因此其U-Pb年龄(534～518Ma)记录了更漫长的变质过程。独居石在峰期变质不稳定，主要形成于冷却过程的固相线条件附近(800℃左右)，其年龄分布集中(517～496Ma)，加权平均年龄508～506Ma指示残留熔体结晶年龄(图6a)。

5.4 柴西缘区域变质作用特征及其构造意义

柴西缘出露的高级变质岩单元以变泥质岩、长英质片麻岩为主，夹基性麻粒岩和少量Mg-Al麻粒岩。其中，变泥质岩保留1.6～1.1Ga的碎屑锆石年龄，长英质片麻岩的岩浆锆石年龄为1.1Ga左右(Tengetal., 2020)，指示该套岩石组合的原岩可能形成于中元古代晚期。变泥质岩、长英质片麻岩、(退变)基性麻粒岩以及Mg-Al麻粒岩中的变质锆石年龄为540～502Ma，记录峰期后的退变质年龄(Tengetal., 2020)；变泥质岩的独居石年龄为508～506Ma，记录变质岩中残留熔体结晶年龄。由此推断，柴西缘在寒武纪经历了一期漫长的变质事件，高温变质条件(>800℃)至少持续了30Myr。变质事件的峰期条件为0.64GPa 和825℃(变泥质岩，西段)或>0.9GPa和>915℃(Mg-Al麻粒岩，东段)，T/P为1000～1300℃/GPa，属于高T/P型(>775℃/GPa)变质作用(Brown and Johnson, 2018, 2019)。一般认为，高T/P型变质作用主要发生在弧-弧后伸展环境、大型造山带核部或造山后的伸展背景(Harley, 2016及相关文献)。弧-弧后环境下的高T/P型变质作用热源主要来自地幔和幔源岩浆，进变质无显著升压、变质过程作用持续时间短(Kempetal., 2007; Baldwin and Brown, 2008)。大型造山带内的高T/P型变质岩往往记录顺时针的P-T轨迹，变质发生时经历了显著的埋深-折返过程，一般存在热松弛阶段，变质过程持续时间长(>30Myr)，其热源一般解释为地壳放射热或造山后伸展背景下的幔源岩浆(Clarketal., 2015; Harley, 2016; Wangetal., 2021)。柴西缘基性麻粒岩记录的压力峰期(1.4GPa左右)指示当时的地壳厚度超过50km，可能与早期挤压背景下的碰撞造山地壳加厚有关，麻粒岩形成于加厚的下地壳；结合其顺时针P-T轨迹和漫长的变质过程，本文认为该期变质事件更有可能发生在大型造山带的加厚地壳内部。

此前，柴达木地块有与罗迪尼亚超大陆聚合-裂解有关的岩浆活动记录(Songetal., 2010; Heetal., 2018; Tengetal., 2022)，没有与冈瓦纳大陆拼合有关的泛非事件报道，被认为是在罗迪尼亚超大陆解体时期分离出来，在早古生代原特提斯洋闭合之前一直孤立在冈瓦纳大陆之外的原特提斯洋内(Zhaoetal., 2018及相关文献)。然而，这个模型无法解释本文报道的柴西缘高T/P型变质作用。该期麻粒岩相变质时间发生在500Ma之前，早于柴北缘和北昆仑的早古生代高压-超高压变质作用(460～420Ma, Zhangetal., 2017; Songetal., 2018 及相关文献)，显然与原特提斯洋的闭合及之后的陆陆碰撞无关。实际上，同时期的高T/P型变质作用恰恰是泛非造山事件晚期的主要特征(Fitzsimons, 2016; Touretetal., 2016)，形成的高温-超高温变质岩记录顺时针P-T轨迹和580～510Ma的变质年龄，出露于马达加斯加、斯里兰卡、印度南部以及东南极(Fraseretal., 2000; Clarketal., 2015; Hortonetal., 2016及相关文献)。因此，柴达木经历的高T/P型变质作用很可能是与冈瓦纳大陆最终拼合有关的泛非晚期造山事件的体现；这意味着，在罗迪尼亚超大陆裂解后，柴达木地块可能仍与冈瓦纳大陆的其它陆块相连。

6 结论

本文通过对柴达木西缘出露的变泥质岩样品进行相平衡模拟和独居石U-Pb年代学研究，获得以下结论：

(1)柴西缘变泥质岩经历了顺时针的变质P-T演化：其中，进变质的压力峰期条件为0.89GPa和800℃左右；温度峰期变质条件约为0.64GPa和825℃；固相线条件为0.58GPa和800℃；晚期退变质条件为0.37±0.05GPa和702±50℃。

(2)三个变泥质岩样品AQ18-14-3.5、AQ18-18-9.1以及AQ19-5-6.1的独居石年龄分布集中(496～517Ma)，加权平均年龄分别为508±2Ma(MSWD=2.0)、506±1Ma(MSWD=1.7)、506±1Ma(MSWD=1.3)，解释为独居石的形成年龄，指示峰期变质后降温冷却过程中残留熔体结晶的年龄。

(3)柴西缘变质岩记录了峰期T/P为1000～1300℃/GPa，对应高T/P型变质作用，结合其顺时针P-T变质轨迹和变质作用持续时间(>30Myr)，推测该期寒武纪变质作用发生在碰撞造山带内，很可能是与冈瓦纳大陆最终拼合有关的泛非晚期造山事件的记录。

致谢感谢中国地质科学院地质研究所的任留东研究员和北京大学地球与空间科学学院的董杰博士提出的建设性修改意见。