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张艺琼，何登发等——台湾中央山脉东部变质作用及热演化：玉里缝合带的俯冲折返作用

已有 1135 次阅读 2023-1-17 17:36 |个人分类:论文推广|系统分类:论文交流

DOI: 10.12017/dzkx.2023.020

台湾中央山脉东部变质作用及热演化：玉里缝合带的俯冲折返作用

张艺琼^1,2　何登发³　Kamil Ustaszewski²　赵　伦¹　计智锋¹　王　震¹

（1. 中国石油勘探开发研究院北京　100083；2. 德国耶拿大学德国耶拿　07749；3. 中国地质大学能源学院北京　100083）

摘　要　中国台湾中央山脉东部出露的玉里变质带作为板块构造的缝合带，拼接了欧亚大陆板块、俯冲的南海板块、未俯冲的弧前基底和菲律宾海板块（吕宋岛弧），是认识台湾造山运动地球动力学重建的关键。玉里变质带出露含蓝片岩相的铁镁质—超铁镁质变质火成岩块体，这些块体在构造上被以绿片岩相为主的多期变形的云母石英片岩所包围。而玉里带东南侧发育了以云母石英片岩、千枚岩为主的初来组地层；初来组地层是否属于玉里带近年来仍然存在争议。为了解决这一问题，本文对台湾玉里带及其周缘地区的构造演化重新研究，针对中央山脉东部玉里带和初来组地层分别采样，利用碳质物质拉曼光谱温度计（RSCM）计算出变质片岩峰值变质温度的均值。结果表明：玉里带的峰值变质温度范围在400°C ~550°C之间，比台湾地区的其它次级构造单元温度高；玉里带内，峰值变质温度高于500°C的地区毗邻玉里带的3个最大的高压变质火成岩块体，说明高压变质块体可能存在与围岩之间的交代变质作用；初来组地层的峰值变质温度约为360°C，与玉里带的温差达100°C以上，说明初来组地层与玉里带是两个不同的次级单元，在中央山脉东南缘二者之间很可能是断层接触，在台湾造山带向东的反冲褶皱逆冲带变形之后，这两个单元可能经历了相同的形变历史。本次更新的峰值变质温度集合了台湾地区的所有已发表的RSCM数据，显示出横跨台湾东部中央山脉热演化的系统性空间展布，重新修正了台湾中央山脉东部地质图。

关键词　中国台湾　玉里带　变质岩地热温度计　RSCM　蓝片岩

中图分类号：P588.3 文献标识码：A

Thermal evolution of the metamorphism in the eastern Taiwan Central Range: Implications for Yuli Belt exhumation

Zhang Yiqiong^1,2　He Dengfa³　Kamil Ustaszewski²　Zhao Lun¹　Ji Zhifeng¹　Wang Zhen¹

（1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing　100083; 2. Friedrich-Schiller University Jena, Jena, Germany　07749; 3. School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing　100083）

Abstract

The Yuli Belt exposed in the eastern part of Taiwan’s Central Range hosts slivers of blueschist-facies meta-igneous rocks that were tectonically emplaced into a mostly greenschist-facies, polyphase deformed metasedimentary succession. Suturing the Eurasian continental plate, the subducted South China Sea plate, the proposed subducted forarc basement, and the Luzon Island arc of the Philippine Sea Plate, the Yuli Belt is a key site for understanding the geodynamic reconstruction of the Taiwan orogeny. In this paper, we reinvestigated the tectonic evolution of the Yuli Belt. The Yuli Belt of the eastern Taiwan Central Range encloses high pressure (HP) mafic–ultramafic blocks and hosts intensely deformed greenschist-facies metasediments. It is still debated if the Chulai Formation to the east is part of the Yuli Belt. To solve this problem, we provide new maximum metamorphic temperature in both units using Raman spectroscopic geo-thermometry in relation to structural deformation. The new peak metamorphic temperatures compiled with published data support systematic spatial variations across the eastern Taiwan Central Range. The Yuli Belt shows peak temperatures of ca. 400°C~550°C higher than those of adjacent units. Temperatures >500°C in the Yuli Belt are close to three HP blocks. The temperature difference between the Yuli Belt and Chulai Formation reaches over 100°C. It is likely that the contact between both units is a fault and that they underwent the same deformation history after its E-vergent backfolding phase. The new peak metamorphic temperatures compiled with published data support systematic spatial variations across the eastern Taiwan Central Range. A revised geological map was generated by the incorporation of new structural data of the metasediments from several river-transects in the eastern Central Range.

Keywords　Taiwan, Yuli Belt, Geothermometer, RSCM, Blueschists

俯冲作用形成的缝合带（Suture Zones）是碰撞造山带运动的典型特征，是板块会聚边界地球动力学重构的重要研究对象。造山带的形成可能是洋盆多期多阶段打开和闭合的结果，如喜马拉雅造山带（O'Brien, 2019）、中亚造山带（Şengör and Natal'in, 1996）、阿尔卑斯造山带（Froitzheim et al., 2003）等。通常，造山带的结构和构造特征是非常复杂的（Krohe, 1996）：初始形成的缝合带和之后的碰撞作用可能会发生块体之间的旋转作用，从而形成大规模的韧性走滑运动，而在这期间高/超高压变质岩经历了俯冲和折返作用，发生了变质相的重新平衡。其中，蓝片岩相或蛇绿岩套是追溯残存的缝合带和重建造山过程中古地理变化的最佳标志（Faryad and Kachlík, 2013）。

玉里变质带作为缝合带是揭示台湾造山作用的关键地区（Yui et al., 2012）。近年来，台湾脊梁山脉构造单元（Backbone Slates）的初来组地层是否属于大南澳混杂岩构造单元（Tananao Complex）的玉里带仍然存在争议。玉里带与初来组板岩（图1）的分界线处显示为强烈的变形，根据两个单元明显的岩性差异和变质程度不同，该分界线被解释为不整合（Stanley et al., 1981；Ho, 1986）。然而，根据玉里带变质沉积岩和初来组北部（早于中新世）的碎屑锆石年龄（11.2±0.2 Ma；Mesalles et al., 2020），一些学者重新定义了寿丰断裂的走向，并将初来组重新解释为玉里带的一部分（Chen et al., 2017, 2019；Conand et al., 2020；Zhang et al., 2020；图1），这与此前的解释方案存在差异。

图1　台湾岛次级构造单元划分图（a）和台湾岛RSCM温度分布图（b）

Fig. 1　Tectonic map of Taiwan Island (a) and map of peak temperatures in eastern Taiwan Island (b) obtained from RSCM,

compiling various sources

碳质物质的拉曼光谱地温计（Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material，以下简称RSCM）作为能够定量表征变质沉积岩峰值温度的方法，目前被普遍应用于阿尔卑斯山脉、青藏高原山脉等地区（Wopenka and Pasteris, 1993；Yui et al., 1996；Beyssac et al., 2002；Lahfid et al., 2010；Henry et al., 2019）研究。Beyssac et al.（2007）利用RSCM方法首次对台湾地区进行了初步研究，研究揭示了台湾的脊梁山脉板岩到大南澳混杂岩的变质地温梯度（图1b）。该研究促进了RSCM作为地温计在台湾地区更广泛地应用（Chim et al.，2018；Chen et al.，2019；Conand et al., 2020）。但是，过去的大多数样品都集中在岛屿的中部，很少有东部的分析数据（图1b）。Kouketsu et al.（2019）在玉里带采集了3个样品，通过RSCM分析得到的温度不仅与变质峰值温度有关，还与变质前的热历史和变质持续增温的时间有关。已发表的初来组的两个RSCM样品位于拉库拉库溪和新武吕溪地区（约370°C；Beyssac et al., 2007；Chim et al., 2018；图1b）。初来组的峰值变质温度远低于邻近的玉里带（玉里带约为450℃~500℃；图1b），显示了这两个单元之间的明显温度差异，这很可能是断层造成的。然而以上这些结果和结论需要用更多的样本进行验证。

本文的研究目的是利用最新的玉里带和初来组样品和RSCM分析数据，结合对台湾玉里带及其邻近单元构造变形的解释，探讨台湾玉里带变质作用的热演化史，同时也探讨新资料对台湾弧陆碰撞模式存在的潜在影响。

1　地质背景

约6~4 Ma以来，欧亚被动大陆边缘与上覆的菲律宾大洋板块的吕宋岛弧发生碰撞，形成台湾中央山脉（Chang and Chi, 1983；Suppe, 1984）。台湾造山带由5个大致南北走向的主要形态构造单元组成（图1a）。花东纵谷断层（F4）的西侧为欧亚板块衍生的次级构造沉积单元，东侧为菲律宾大洋板块的海岸山脉次级构造沉积单元。脊梁山脉次级构造沉积单元由新生代的变质沉积盖层组成，整体不整合地覆盖在中生代变质基底（大南澳混杂岩次级构造沉积单元中的太鲁阁带）之上（图1a）。脊梁山脉出露地层主要为始新世（至中新世）葡萄石—绿纤石相至绿片岩相的碧绿山组千枚岩（对应台湾中部的黑岩山组、大禹岭组地层），脊梁山脉西部发育中新世葡萄石—绿纤石相庐山组板岩，东部在台湾南横断公路以南清水溪一带发育始新世初来组绿片岩相片岩（图2，图3）（Zhou and Lin, 1974；Stanley et al, 1981；Ho, 1986）。

大南澳混杂岩次级构造沉积单元是台湾中央山脉东侧的狭窄条带单元（图1a），具有多期变质和多期变形的特征（Ernst and Jahn，1987）。传统的分类方法将大南澳混杂岩划分为西部的前新生代太鲁阁带和东部的白垩纪—中新世的玉里带（Ho, 1986；Chen et al., 2017），二者被寿丰断裂分隔（F3；Yen, 1963；图1），寿丰断裂可能是一个巨型逆冲断层（Zhang et al.，2020）。太鲁阁带由二叠系九曲大理岩和中生界谷园组绿片岩组成（Liou, 1981；图2）。玉里带中含有岩性不均一的蓝片岩相变质岩块体，这些岩石被称为高压混杂岩或外来块体（Liou et al., 1975），块体周围被强烈变形的低变质绿片岩所包围（图1b）。玉里带中3个较大的高压块体位于万荣、瑞穗和清水溪地区（图1b，图2）（Yen, 1963；Liou et al., 1975）。近年来对其变质岩温度—压力研究和构造分析研究指出（Yang and Wang, 1985；Tsai et al., 2013；Sandmann et al., 2015；Conand et al., 2020），在第一次变形期D1中，外来的高压蓝片岩推覆体（~550°C, 10~12 kbar）沿着逆冲断层覆在低变质绿片岩单元之上（Zhang et al., 2020）。