注：本文为国家自然科学基金项目(编号40372046)和国土资源大调查项目(编号1212010511505)资助的成果。收稿日期:2005212205；改回日期:2006201210。责任编辑：郝梓国。作者简介：李淼，女,1973年生。中国地质科学院地质力学研究所在读博士生，从事地球化学和岩石学的研究工作。通讯地址:100081，北京民族学院南路;Em ail :li m iao 331@s ohu .com 。
东南极泛非普里兹带：碰撞造山带还是
板内造山带
李淼，刘晓春
中国地质科学院地质力学研究所，北京,100081
内容提要：东南极普里兹带是近几年在南极大陆上识别出的一条重要的泛非期构造带，因其成因涉及到冈瓦纳超大陆在寒武纪时的形成与演化问题，因此一直是国际地学界关注的焦点。但到目前为止，对于该造山带的构造属性还存在着不同的认识，有些人认为它是板内造山带，而另一些人认为它是两个大陆板块之间的碰撞带。其基本特征是：普里兹带两侧为前泛非期不同性质的岩石圈单元，整个区域经历了早期中—下地壳挤压逆冲和晚期中—上地壳伸展垮塌的构造演化历史，区域麻粒岩相变质作用表现为近等热减压的顺时针p 2t 轨迹。此外，东南极克拉通与冈瓦纳其他块体在500M a 前的古地磁极移曲线并不
一致。所以，尽管目前尚未发现蛇绿岩套、岛弧增生杂岩或高压变质岩等直接指相标志，但这些特征均反映了普里兹带是板间碰撞拼合的缝合带，而不是板内造山带，东南极地盾本身则是由不同块体在泛非期拼合而成的。
关键词：东南极；普里兹带；泛非期；大陆碰撞
东南极地盾作为东冈瓦纳大陆的核心，曾被认为是由太古宙陆核在中—新元古代格林维尔期(约1000M a )聚合焊接而成，并通过环东南极格林维尔造山带与东冈瓦纳大陆的其他块体发生碰撞拼合，而早古生代的泛非运动仅表现为局部岩浆活动及浅变质作用(Sheraton et al .,1984;Gre w et al .,1986;B lack et al .,1987;St üw e et al .,1989;T ingey ,1991;M oores ,1991;F itzsi m ons et al .,1991;K inny et al .,1993)。相应地，普里兹湾(P rydz Bay )地区也被认为是格林维尔造山带的一部分。20
世纪90年代初，中国地质学家对位于东南极普里兹湾海岸带中部的拉斯曼丘陵(L ar m ann H ills )进行了地质研究，证明该区主期麻粒岩相变质作用发生在早古生代早期(泛非期)，并首次提出普里兹湾及其东南部属于泛非期构造活动带而不是前人所认为的格林维尔构造带，且泛非事件是导致冈瓦纳最终拼合的重要构造运动(Zhao et al .,1992,1995)，这在地学界产生了极大的反响。这一时期，在东南极其
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他地区，包括毛德皇后地(D ronn ing M aud L and )、吕措—霍尔姆湾(L utzow 2Hol m Bay )和登曼冰川
(D enm an Glacier )等地也发现一系列泛非构造热事件(B lack et al .,1992;Sh iraish i et al .,1992;Jacobs
et al
.,1998)，所以国际上将东南极研究的焦点逐渐集中到泛非构造热事件的性质和构造含义上。
目前国际地学界多数认为东南极泛非普里兹带是冈瓦纳超大陆上继莫桑比克缝合带之后的又一条重要构造带，但是对于该构造带的性质还存在不同的认识，有人认为它是板内造山带(W ils on et al .,1997;Yosh ida et al .,2003)，而有人认为它是两个板块之间的碰撞造山带(F itzisi m on s ,2000a ;Boger et al
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.,2001；刘小汉,2002;Zhao et al .,2003)。显然，对普里兹带性质的确认有助于进一步认识冈瓦纳超大陆在寒武纪时的形成和演化问题。如果普里兹带泛非构造作用涉及到洋盆的闭合和陆块间大规模的推覆剪切构造作用，那么传统上作为东冈瓦纳一部分的东南极地盾于格林维尔期沿环东南极造山带与东冈瓦纳的其他块体拼合的观点就应摒弃，取而代之的是东南极地盾本身就不是单一的陆块，而是由具
有不同地质演化历史的前寒武纪块体在泛非期拼合起来的；但如果普里兹带仅仅是板内改造的结果，其科学意义则远没有想象的那样大。本文拟分析近年来关于东南极普里兹湾—格罗夫山地区的研究成果，进而讨论这一关键科学问题。
1 板内造山带与碰撞造山带
板块构造理论认为，碰撞造山带是岩石圈板块
第52卷 第3期2006年5月 地 质 论 评 GEOLO G I CAL R EV IE W V ol .52 N o .3
M ay 2006
汇聚作用的产物。两个大陆板块之间的大洋逐渐闭合并消失，最终导致陆2陆碰撞形成碰撞造山带。而一个大陆板块常包括许多相对独立的小块体，它们之间通常有拉薄的过渡性地壳作为边界，由于岩石圈拆离引起陆内俯冲或板块汇聚作用产生的远程效应使这些小块体沿边界发生碰撞就形成板内造山带。
图1 东南极普里兹带区域地质简图
F ig .1 R egi onal geol ogical sketch m ap of the P rydz belt in the east A ntarctica
板内造山带有着与碰撞造山带不同的区域大地构造位置、造山带构造格局、构造变形、变质特征以及岩浆活动与沉积作用。板内造山带通常形成于相对稳定的大陆板块内部，造山带内各构造单元呈面状分布，造山带的两侧是具有相同岩石圈结构与演化历史的同一岩石圈板块。碰撞造山带则是不同板块边界之间的断层或剪切带，造山带中各构造单元和构造变形形迹大体都与造山带平行，呈带状分布，造山带的两侧是具有不同演化历史和岩石圈结构的构造单元。板内造山带构造变形一般具有厚皮构造特征，主要以脆性断裂变形为主，缺少强烈的区域变质作用和韧性变形，也没有碰撞造山带特有的高压低温和高温低压双变质带以及构造演化的极性特征，比如前陆磨拉石盆地的沉积、岩浆侵入和火山活
动的岩石成分变化和时空分布等(张长厚,1999)。
碰撞造山带构造变形常具有薄皮构造特征，发育有韧性剪切带，在构造演化上具有明显的极性特征，碰撞造山带还常与蛇绿岩残片和大陆边缘到滨海的表壳岩相联系，其中表壳岩在碰撞挤压构造体制作用下发生强烈变形，形成与俯冲带有关的岛弧增生火山岩和高压低温变质岩。此外，碰撞造山带变质作用的p 2t 2t 轨迹总体上为顺时针方向，表现为碰撞过程中由于地壳加厚压力升高直到最大值，接着由于重力均衡作用地壳抬升并遭受快速剥蚀，压力逐步下降而温度逐步达到最高(即达到变质峰期)，随后是近等温减压的轨迹特征。
考察一个造山带是大陆碰撞带还是板内造山带，关键是要在空间上确定其所处的大地构造位置，在时间上搞清其形成演化历史和主造山期，尤其是造山期间所处的大地构造部位及属性。
2 区域地质背景
东南极普里兹湾—查尔斯王子山地区发育着具有不同前格林维尔期和前泛非期地质演化历史的几个地质单元，由东北向西南依次为太古宙西福尔丘
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92地 质 论 评2006年
陵(V estfo ld H ills)地块、太古宙—元古宙赖于尔群岛(R auer Islands)拼合杂岩、普里兹湾—埃默里冰架东缘(eastern Am ery Ice Shelf)—格罗夫山(Grove M ountains)地区的中元古代—古生代变质杂岩、北查尔斯王子山(northern P rince Charles M oun tains)的中—新元古宙地体和南查尔斯王子山(s outhern P rince CharlesM ountains)的太古宙地体(图1)。泛非普里兹带的出露范围主要包括普里兹湾、埃默里冰架东缘、格罗夫山和南查尔斯王子山的莫森陡崖(M a w s on E scarpm ent)。
西福尔丘陵是普里兹湾地区出露最大的连续地块，该区在太古宙末(2500M a)经历了麻粒岩相高级变质作用并快速形成稳定块体(B lack et al., 1991)，其后在早—中元古代经历了挤压与拉张交替进行的
地质演化历史，形成大量脆性2韧性剪切变形，并伴随有多期基性岩墙群的侵入(L anyon et al.,1993;Seitz,1994;D irk s et al.,1994)。该地区还发现有泛非期600～500M a的R b2Sr云母年龄(Collers on et al.,1986)。
赖于尔群岛主要由1000M a花岗质正片麻岩和具中太古代成分的复合正片麻岩组成(K inny et al.,1993;H arley et al.,1998)，其东北部出露以层状杂岩为代表的太古宙复合片麻岩，并被后期已经强烈变形的大量镁铁质岩墙切穿，西部和南部出露中元古代花岗质正片麻岩和新元古代变沉积岩及正片麻岩(H arley et al.,1995;H arley et al.,1998)。赖于尔群岛在泛非期发生了区域性高级变质作用(Si m s et al.,1994;H arley et al.,1998)。
普里兹湾沿岸—埃默里冰架东缘出露镁铁—长英质复合正片麻岩和混合岩化副片麻岩，正片麻岩被认为是基底岩系并与赖于尔群岛东南的正片麻岩相对应，混合岩化副片麻岩则代表基底岩系之上的沉积盖层(Zhao et al.,2003)。其中拉斯曼丘陵高级变质副片麻岩中散布有基性、超基性岩透镜体，并产出特殊的高铝、铁、镁片麻岩，即蓝色片麻岩(Stüw e et al.,1989)或堇青石2尖晶石片麻岩(D irk s et al., 1993)。普里兹湾高级变质岩局部被泛非期同期和后期构造花岗岩侵入，如兰丁花岗岩、进步花岗岩和阿曼达花岗岩(T ingey,1991;Zhao et al.,1992; Zhao et al.,2003)。
格罗夫山位于普里兹湾以南约400Km，其主体为遭受过泛非期麻粒岩相变质作用的正片麻岩，包含少
量副变质沉积岩、钙质硅酸岩和镁铁质麻粒岩。该区发育大量的泛非期紫苏花岗岩和大致顺片麻理侵入的粗粒花岗岩，并有后期细粒花岗岩脉的侵入(刘小汉,2002;L iu et al.,2002)。
北查尔斯王子山主要出露中—新元古代变质杂岩，包括长英质正片麻岩、泥质—半泥质片麻岩、镁铁质麻粒岩和紫苏花岗岩(F itzsi m on s et al., 1992)。该地区在格林维尔期发生中压麻粒岩相变质作用(Boger et al.,2000;Cars on et al.,2000)，此外还受到早古生代(泛非期)构造作用的影响(T ingey,1991;M anton et al.,1992;H en n et al.,1997;Boger et al.,2002)。南查尔斯王子山主要出露太古宙变质杂岩，北部的莫森陡崖明显受到泛非期变质作用的改造，时代为550～490M a (Boger et al.,2001)。celtics
3 普里兹带的基本特征
东南极泛非普里兹带主要包括赖于尔群岛、普里兹湾沿岸、埃默里冰架东缘以及格罗夫山，向西南可能延伸到南查尔斯王子山的莫森陡崖，向东北可能延伸到登曼冰川和澳大利亚的勒文杂岩(L eeuw in Comp lex;Cars on et al.,1996;F itzisi m ons, 2000b)。对该地区的研究主要集中在地质年代学、构造和变质作用的特征方面。
3.1 赖于尔群岛
对不起刚才我是不是听错
赖于尔群岛东南部主要出露太古宙复合正片麻岩，西部为中元古代花岗质正片麻岩和新元古代变沉积岩及正片麻岩(K inny et al.,1993;H arley et al.,1998)。赖于尔群岛在中—新元古代格林维尔期(约1000M a)曾被认为发生达麻粒岩相的变质作用，后期有大量西—西南向面状伟晶岩侵入，沿伟晶岩的边部分布有近水平拉伸线理和右旋剪切的糜棱岩(K inny et al.,1993;Si m s et al.,1994)。然而，通过SHR I M P U2Pb分析获得的伟晶岩、细晶岩脉、英云闪长质片麻岩和铁质闪长岩的年龄分别为500±12M a、548±26M a、528±12M a和511±10M a (表1)，说明泛非事件对赖于尔群岛的影响巨大。最近对副片麻岩中独居石的原位化学定年也获得511 M a的精确数据(Kely et al.,2003)，进一步证明该区在泛非期经历了高级变质作用。赖于尔群岛泛非期区域上的变质条件在东南为0.7～0.85GPa、840±40℃，西北为0.5～0.77GPa、840±40℃，随后发生近等温减压为0.2～0.4GPa(H arley, 1987;1988;1991)。
3.2 普里兹湾—埃默里冰架东缘地区
普里兹湾到埃默里冰架东缘地区主要由中—新
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第3期 李淼等：东南极泛非普里兹带：碰撞造山带还是板内造山带
表1 东南极普里兹带泛非期同位素年代学一览表
销售工作总结报告Table1 Isotop i c da t a of the Pan-Afr i can Prydz belt i n the ea st An t arcti ca
地点
赖于尔群岛
Rauer Islands
布拉特滨海陡崖
B rattstrand B luffs
拉斯曼丘陵
L ar m ann H ills
兰丁陡崖
L anding B luff
格罗夫山
Grove M ountains
莫森陡崖
M a w s on E scarpm ent
方法
年龄值
U2Pb锆石
500±12M a①
(伟晶岩)
548±26M a①
(细晶岩脉)
528±12M a②
(英云闪长质片麻岩)
511±10M a②
(伟晶质铁闪长岩)
U2Pb锆石死机英文
535±13M a③
536±35M a③
U2Pb独居石:
528±4M a③
527±11M a③
518±3M a③
512±13M a③
(淡色片麻岩)
U2Pb锆石
547±9M a④
(进步花岗岩)
516.2±6.8M a⑤
(进步花岗岩)
514.3±6.7M a⑤
(进步花岗岩)
556±7M a⑤
(早期部分熔融体)
Rb2Sr全岩
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493±17M a⑥
(兰丁花岗岩)
U2Pb锆石
500±4M a⑥
(兰丁花岗岩)
U2Pb锆石
529±14M a⑦
(花岗质片麻岩)
534±5M a⑦
makino
(二长花岗岩)
501±7M a⑦
(花岗闪长岩脉)
U2Pb锆石
510M a⑧
(淡色片麻岩)
490M a⑧
drawable
(花岗质片麻岩)
550M a⑧
(片麻状花岗岩)
①Kinny et al.(1993);②H arley et al.(1998);③F itzsi m ons et al.(1997);④Zhao et al.(1992);⑤Cars on et al.(1996);⑥T ingey (1991);.⑦Zhao et al.(2000);⑧Boger et al.(2001)。
元古代片麻岩组成。正片麻岩作为基底受到1000 M a的岩浆侵入及可能的变质作用的影响。基底之上为副片麻岩盖层系列，由基底岩石剥蚀沉积形成。对普里兹湾沿岸包括姐妹岛(Sostrene Island)、伯
灵恩群岛(Bo lingen Islands)、布拉特滨海陡崖(B rattstrand B luffs)和拉斯曼丘陵的变质岩进行的石榴子石Sm2N d全岩同位素定年结果表明，影响该地区的主要变质期为515～490M a的泛非期，但存在990M a的早期变质事件残留(H en n et al., 1995)。利用单颗粒锆石逐级蒸发的方法获得拉斯曼丘陵进步花岗岩的侵位年龄为547±9M a，早期部分熔融体为556±7M a(Zhao et al.,1992)。由SHR I M P U2Pb分析对进步花岗岩的进一步检验结果分别为516.2±6.8M a和514.3±6.7M a(Car2 s on et al.,1996)。兰丁花岗岩具有493±17M a的R b2Sr全岩年龄和500±4M a的SHR I M P锆石U2 Pb年龄(T ingey et al.,1991;K inny et al.,1993)。在布拉特滨海陡崖的淡色片麻岩获得了535±13 M a和536±35M a的SHR I M P锆石U2Pb年龄(F itzsi m ons et al.,1997)(表1)。这些数据说明普里兹湾地区在泛非期遭受了强烈的构造—热事件的影响。
拉斯曼丘陵与伯灵恩群岛主要受到两期(D2和D3)变形作用的改造，其东北部的布拉特滨海陡崖则以D3变形为主(D irk s et al.,1995a)。拉斯曼丘陵早期D2变形形成于挤压构造期，显示出非共轴变形且不均匀分布在强、弱变形带中。强、弱变形带均以片麻岩面理中向东倾伏的矿物拉伸线理为特征。强变形带的动力学指向为南东东—北西西转换挤压方向。在整体挤压构造体制下发生广泛的混合岩化和部分同构造花岗岩及伟晶岩的侵入。局部发育大量D3强变形带叠加于D2变形中，具有西南倾向的矿物拉伸线理，显示伸展的运动学特征。随后的D4变形表现为角闪岩相右旋拉伸糜棱岩带，糜棱岩带中发育面状伟晶岩，代表了D3拉伸变形活动的减弱(Cars on et al.,1995;1996;1997)。类似的具有剪切边缘的
伟晶岩在伯灵恩群岛、布拉特滨海陡崖和赖于尔群岛均有报道(D irk s et al.,1995a;F itzsi2 mons et al.,1991;Si m s et al.,1994)。含石榴子石-斜方辉石的英云闪长质片麻岩显示早期D2变形，变质峰期温压条件为0.7GPa、780℃，随后减压冷却到0.45GPa、700℃(Stüw e et al.,1989)。早古生代D3变形的峰期变质条件为0.45GPa、750℃，随后发生近等温减压冷却到0.3GPa。伯灵恩群岛和布拉特滨海陡崖也都有与拉斯曼丘陵相似的温压演化轨迹(T host et al.,1994;D irk s et al.,1995b;
F itzsi m on s,1996)(图2)。
普里兹湾地区变质岩总体上具有早期的中下地壳挤压变形结构和随后的中上地壳拉伸变形结构以及相应的减压冷却结构，区域麻粒岩均表现为近等热减压的顺时针p2t演化轨迹，可看作是在总的东西向挤压构造体制下地壳增厚，后期南北向上地壳伸展垮塌的剥蚀模式(Cars on et al.,1995;D irk s et al.,1995a;F itzsi m ons,1997)。
3.3 格罗夫山
对格罗夫山代表性的花岗质片麻岩、二长花岗岩和花岗闪长岩进行的锆石U2Pb同位素测年，结果显示麻粒岩相峰期变质年龄集中在529±14M a，花岗岩的侵位年龄为534±5M a，花岗闪长岩脉的年龄为501±7M a(表1)，显然格罗夫山麻粒岩相
892地 质 论 评2006年
图2 普里兹湾泛非期麻粒岩相变质作用的p 2t 轨迹
F ig .2p 2t path of the Pan 2A frican granulite facies
m etamorph is m in P rydz Bay
(after St üw e et al .,1989;F itzsi m ons et al .,1991,1996;Thost et al .1994;D irks et al .,1995;Cars on
et al
.,1997)变质峰期是在泛非期。格罗夫山整体显示出较平缓的区域性片麻理，仅局部地段见有强烈韧性变形带。麻粒岩和片麻岩中的片麻理普遍清晰可见，但花岗岩体中的片麻岩相对比较微弱(刘小汉等,2002)。其变质岩的代表性矿物组合以及变质反应结构多为单一的区域性麻粒岩相变质作用，含石榴子石片麻岩中的石榴子石2斜方辉石2斜长石2石英压力计反映变质压力为0.61～0.67GPa ，而由出溶辉石的复原技术获得的变质峰期温度为850℃(L iu et al .,2003)。然而，在镁铁质麻粒岩中也发现有早期相对高压阶段的残留，其变质条件约为0.93GPa 、>800℃(俞良军等,2002)。由此可以推导出麻粒岩的近等温降压p 2t 演化轨迹，该轨迹与碰撞导致的地壳构造增厚以及随后的抬升剥蚀和构造减薄相一致。显然，格罗夫山与普里兹湾沿岸非常相似，显示他们具有相同的泛非期地质演化历史。3.4 南查尔斯王子山
南查尔斯王子山泛非期活动带主要发育于莫森陡崖，其南北两侧地体的SHR I M P 锆石U 2Pb 分析结果表明，南部的鲁克(R uker )地体保留了太古宙中期的构造演化历史，具有3160～2650M a 的锆石年龄，而北部的兰伯特(L a m bert )地体形成于550～490M a 的泛非期(寒武纪)并含有太古宙晚期至中元古代的碎屑锆石(分别为2800、2200、2120、1800
和1600M a )，显然二者碎屑锆石的年龄完全不同(Boger et al .,2001)。说明北部的兰伯特地体并没有接受南部的鲁克地体的沉积，也没有接受赖于尔群岛和西福尔丘陵等东南极地盾太古宙地块的沉积，而是属于泛非期陆壳增生期间产生的“新生”地壳(刘小汉等,2002)。该区变质作用仅达到高角闪岩相，峰期变质条件为0.6～0.7GPa 、650～700℃，并随后经历了约0.3GPa 的近等温减压(Boger et al
.,2005)。从拉斯曼丘陵的花岗岩及赖于尔群岛南部的布拉特滨海陡崖中部分熔融的淡色花岗岩中获得泛非期锆石SHR I M P 年龄，进一步说明普里兹湾地区泛非期高级变质作用的普遍存在。整个普里兹带泛非构造作用以强烈的热演化(850℃,25km )、深融作用、广泛的韧性变形和地壳的垂向增生以及变质峰
期之后近10km 的剥蚀为特征，区域麻粒岩近等温减压的p 2t 轨迹和减压的深融作用可与碰撞后的伸展和垮塌相联系(Cars on et al .,1995;1997;D irk s
et al .,1995;F itzisi m ons ,1997;2000b )。区域早期挤压逆冲和晚期减压伸展构造的确定支持了泛非期
碰撞造山过程汇聚板块边缘的特征。在泛非期还发育大量同期和后期构造花岗岩及伟晶岩，正是碰撞造山后期岩浆演化的产物。
4 讨论
从已有的地质年代学资料和接触关系看，泛非
期普里兹带分隔了前泛非期具有不同演化历史的构造单元：将西福尔丘陵、赖于尔群岛的太古代陆块以及南查尔斯王子山太古宙地块(3160～2650M a )与北查尔斯王子山中—新元古代构造带(990～900M a )分开。通过对赖于尔群岛东南部太古宙复合正片麻岩的锆石SHR I M P U 2Pb 定年，并未发现格林维尔期构造热事件叠加的年代学信息，但西部花岗质正片麻岩和东南部复合正片麻岩均遭受了泛非期麻粒岩相变质作用和强烈变形作用，说明赖于尔群岛这两部分块体至少在格林维尔期还保持相对独立，有可能是到泛非期才发生碰撞拼合在一起的(Zhao et al .,2003)。
接受的英文现已查明东南极600～500M a 泛非高级构造作用分为4部分，即：毛德皇后地、吕措—霍尔姆湾、普里兹湾和登曼冰川，这几个高级构造带将东南极毛德(M aud )、雷纳(R ayner )和威尔克斯(W ilkes )3个不同的中—新元古代地壳省连接起来(F itzsi 2mons ,2000a ,b )。这些被后来的泛非事件分离开的
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92第3期 李淼等：东南极泛非普里兹带：碰撞造山带还是板内造山带
