劉曉春 趙越

?

中國東南極地質(zhì)考察20年進展與展望

劉曉春 趙越

(中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所, 北京 100081)

在1998—2017年期間, 我國組織了14次東南極地質(zhì)考察, 將考察的范圍從中山站所在的拉斯曼丘陵向外擴展了約400 km, 主要包括格羅夫山、埃默里冰架東緣-西南普里茲灣、北查爾斯王子山、布朗山、賴于爾群島和西福爾丘陵等露巖區(qū)。通過大、中比例尺的地質(zhì)編圖和多學科綜合研究, 取得如下重要進展: (1)確定格羅夫山冰下高地為泛非期(~570—500 Ma)單相變質(zhì)地體, 發(fā)現(xiàn)鎂鐵質(zhì)和泥質(zhì)高壓麻粒巖并刻畫了泛非期造山的精細過程, 為普里茲造山帶的碰撞造山成因以及岡瓦納超大陸的多陸塊匯聚模型提供了巖石學支撐; (2)論證在印度克拉通與東南極陸塊之間存在一個延長 > 2 000 km的中元古代長壽命大陸島弧, 島弧巖漿作用從~1 500 Ma一直持續(xù)到~1 000 Ma, 提出雷納造山帶格林維爾期(~1 000—900 Ma)的構造演化可能經(jīng)歷了從弧陸碰撞到陸陸碰撞的過程; (3)在賴于爾群島超高溫變泥質(zhì)巖中識別出早期藍晶石的殘留, 確定了超高溫變質(zhì)作用順時針演化的精細-軌跡; (4)在西福爾丘陵西南部基性巖墻群中發(fā)現(xiàn)了格林維爾期(~960—940 Ma)不均勻麻粒巖化, 變質(zhì)條件達820—870℃、0.84—0.97 GPa, 認為西福爾陸塊也卷入到印度克拉通與東南極陸塊的碰撞造山過程; (5)在西福爾丘陵東南部淺變質(zhì)冰川漂礫和松散砂中獲得~3.5—3.3 Ga的古老鋯石U-Pb年齡, 推測在西福爾丘陵東南方向存在一個從前未知的古太古代冰下陸塊。建議今后在東南極面向印度洋構造域的地質(zhì)考察要進一步擴展到南查爾斯王子山、內(nèi)皮爾雜巖和登曼冰川, 研究工作的重點仍聚焦在南極大陸如何響應地質(zhì)歷史時期里超級大陸的聚散過程這一關鍵科學問題上, 并可在以下幾個方面展開: (1)太古宙古老地殼及陸核的識別與全球?qū)Ρ? (2)格林維爾期造山記錄與羅迪尼亞超大陸匯聚; (3)泛非期造山記錄與岡瓦納超大陸匯聚; (4)顯生宙岡瓦納超大陸裂解及陸塊分離。通過這些考察和研究工作, 可以促使我國對南極地質(zhì)科學的研究達到國際先進水平。

東南極 泛非期 普里茲造山帶 格林維爾期 雷納造山帶 超大陸演化

0 引言

中國對東南極的地質(zhì)考察始于1989年中山站建立之時。在此之后的近10年時間里, 由于后勤保障能力的限制, 我們的地質(zhì)考察工作主要集中在中山站的所在地拉斯曼丘陵(Larsemann Hills), 并借助于澳大利亞的直升飛機短暫考察過距中山站不遠的姐妹島(S?strene Island)、賴于爾群島(Rauer Group)和西福爾丘陵(Vestfold Hills)。盡管如此, 我國地質(zhì)學家通過對拉斯曼丘陵高級變質(zhì)地體的構造地質(zhì)學、巖石學、礦物學和同位素年代學研究, 取得了重要的研究進展和成果, 主要包括: 提出了拉斯曼丘陵及鄰區(qū)500 Ma泛非事件的重要性及其地質(zhì)意義[1-5]; 首次報道了硅硼鎂鋁礦, 并確定了硅硼鎂鋁礦-柱晶石-電氣石硼硅酸鹽礦物組合[6]; 識別出特殊的變質(zhì)礦物如假藍寶石及早期中壓麻粒巖相殘余[7-8]; 鑒別出早期1 000 Ma中壓麻粒巖相構造變質(zhì)事件, 并認為其與羅迪尼亞超大陸聚合有關[9]。這些發(fā)現(xiàn)和新認識奠定了我國科學家在東南極地質(zhì)調(diào)查和研究中的基礎和國際地位。

從1998年中國第15次南極科學考察開始, 在雪地車和雪地摩托的支援下, 我國首次實施了遠距中山站科考基地約400 km的南極內(nèi)陸格羅夫山(Grove Mountains)地質(zhì)考察, 并在此后又連續(xù)組織了6次格羅夫山多學科綜合考察, 使格羅夫山地區(qū)成為我國科學家獨自考察與研究的地區(qū), 獲得一批地質(zhì)與古環(huán)境重要研究成果[5,10-11]。自從2004年中國第21次南極科學考察開始使用國內(nèi)直升飛機以來, 地質(zhì)學家們對埃默里冰架東緣(Eastern Amery Ice Shelf)至普里茲灣(Prydz Bay)沿岸的廣大地區(qū)開展了全面而系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查和大、中比例尺編圖, 在中、新元古代造山作用方面取得了重要進展[5,12]。2014年, 通過與澳大利亞南極局的合作, 借助于澳大利亞固定翼和直升飛機的支援, 我國學者又考察了更遙遠的北查爾斯王子山(Northern Prince Charles Mountains)和布朗山(Mount Brown), 并獲得了初步研究成果[13-14], 擴大了中國南極科學考察與研究的國際影響。此外, 在澳大利亞凱西站停留期間, 我國地質(zhì)學家在溫德米爾群島(Windmill Islands)也進行了考察、取樣和初步研究[15]。

雖然隨著國內(nèi)后勤保障能力的增強以及國際合作的開展, 我國在東南極的地質(zhì)考察范圍不斷擴大, 但總體上未離開面向印度洋區(qū)域的麥克羅伯遜地(MacRobertson Land)和伊麗莎白公主地(Princess Elizabeth Land), 圍繞中山站的半徑距離基本上未超過400 km。然而, 這一地區(qū)是東南極地盾基巖出露面積最大且連續(xù)性最好的地區(qū)之一, 不同時代的地質(zhì)體也非常復雜, 保存了從古太古代到中生代的地質(zhì)演化信息, 從而為我們探索南極大陸, 乃至整個岡瓦納古陸的形成與演化過程提供了契機。該區(qū)存在的關鍵科學問題聚焦在幾個離散的古老陸塊的性質(zhì)及其所反映的地球早期演化歷史, 以及格林維爾期(~1000—900 Ma)和泛非期(~570—500 Ma)構造熱事件的識別及其對羅迪尼亞和岡瓦納超大陸聚散事件的響應。所以, 我們的研究工作也主要針對這些關鍵科學問題展開。本文系統(tǒng)總結了20年來我國在格羅夫山、北查爾斯王子山-普里茲灣-布朗山、賴于爾群島、西福爾丘陵以及冰下地質(zhì)領域取得的重要研究進展, 并對未來的研究工作進行了展望。有關特殊礦物如氟磷鎂石的研究成果[16-17]以及地球物理學方面的內(nèi)容[18-19]未列入其中。

1 區(qū)域大地構造背景

在區(qū)域大地構造上, 一般將東南極地盾劃分為面向非洲、印度洋和澳大利亞等三個構造域(圖1a), 它們分別具有非洲、印度和澳大利亞陸塊的構造屬性[20-23]。面向印度洋構造域的分布范圍從西部恩德比地(Enderby Land)的阿拉舍耶夫灣(Alasheyev Bight)向東一直延伸到瑪麗王后地(Queen Mary Land)的登曼冰川(Denman Glacier), 其基巖露頭主要集中出露于這個構造域的西部, 即內(nèi)皮爾山(Napier Mountains)、查爾斯王子山和普里茲灣, 向東除內(nèi)陸布朗山和沿威廉二世地(Wilhelm II Land)海岸出露的幾個小露頭外, 幾乎全部被冰雪覆蓋。內(nèi)皮爾山-查爾斯王子山-普里茲灣地區(qū)主要由五個太古宙/古元古代克拉通陸塊、一個中元古代費舍爾地體(Fisher Terrane)和一個中-新元古代雷納雜巖(Rayner Complex)組成(圖1b)。五個太古宙/古元古代克拉通陸塊包括內(nèi)皮爾山的內(nèi)皮爾雜巖(Napier Complex)、南查爾斯王子山的魯克地體(Ruker Terrane)、莫森陡崖(Mawson Escarpment)北部的蘭伯特地體(Lambert Terrane)以及普里茲灣的賴于爾群島和西福爾陸塊, 每一個克拉通陸塊都具有不同的地殼演化歷史, 因而不太可能代表一個單一古老克拉通的不同殘片[22-23]。費舍爾地體出露于北查爾斯王子山的南部, 其鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)火山和侵入作用發(fā)生在中元古代晚期, 而角閃巖相變質(zhì)作用發(fā)生在格林維爾期[24-27]。從恩德比地向東一直延伸到伊麗莎白公主地的雷納雜巖主要由中元古代鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)火成巖及同時代或稍微年輕的沉積巖組成, 其在格林維爾期經(jīng)歷了區(qū)域麻粒巖相變質(zhì)作用和紫蘇花崗質(zhì)-花崗質(zhì)巖漿的大規(guī)模侵入[25, 28-29]。在蘭伯特冰川和埃默里冰架的東部, 雷納雜巖被泛非期高級構造熱事件強烈改造[2,30-31]。不僅如此, 這一事件也影響到蘭伯特地體和魯克地體, 但那里的變質(zhì)級別僅達到綠片巖-角閃巖相[32-33]。實際上, 在面向印度洋構造域中出露的絕大部分地質(zhì)體都曾不同程度地遭受到泛非期構造熱事件的疊加, 而多期變質(zhì)事件的疊加使得每期變質(zhì)事件的時代和-演化都難以確定。所以, 在這一區(qū)域, 甄別格林維爾期和泛非期變質(zhì)事件的性質(zhì)并揭示其構造意義一直是地質(zhì)學家們研究的焦點問題。

圖1 南極大陸面向印度洋區(qū)域在~500 Ma岡瓦納超大陸重建中的位置a)及其地質(zhì)簡圖b)(據(jù)Mikhalsky等[26], Fitzsimons[21], Liu等[14]和Hokada等[34]修改)

Fig. 1. a) Location of the region in the reconstruction of Gondwana at ~500 Ma; b) Geological sketch map of the Indian Ocean sector of Antarctica (modified after Mikhalsky et al[26], Fitzsimons[21], Liu et al[14]and Hokada et al[34])

2 重要研究進展

2.1 格羅夫山冰下高地泛非期高壓麻粒巖的發(fā)現(xiàn)及單相變質(zhì)地體的確定

格羅夫山位于我國中山站以南約400 km, 是我國地質(zhì)學家獨自系統(tǒng)考察和研究的地區(qū)。該區(qū)主要由64座大小不等的冰原島峰組成, 露巖區(qū)面積約3 200 km2?；鶐r露頭主要組成巖石為高級變質(zhì)巖、紫蘇花崗巖和花崗巖, 其中高級變質(zhì)巖主要為含斜方輝石的長英質(zhì)正片麻巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖, 還有少量的含石榴子石副片麻巖和鈣硅酸鹽巖[35-36]。同位素年代學研究表明, 長英質(zhì)正片麻巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖的原巖形成于920—910 Ma, 而副片麻巖中碎屑鋯石的U-Pb上交點年齡為2 050 Ma, 因此推測其沉積時代可能在中元古代之前[37]。這些巖石只經(jīng)歷了泛非期麻粒巖相變質(zhì)作用, 變質(zhì)時代為550—530 Ma[37-38], 峰期變質(zhì)條件達850℃、0.61—0.67 GPa[39]。紫蘇花崗巖和花崗巖的侵位時間介于550—500 Ma[38,40], 它們均具有A型花崗巖的地球化學特點, 是在同造山-后造山演化階段由巖石圈拆沉和軟流圈上涌引發(fā)的長期富集地幔底侵物質(zhì)的部分熔融而形成的, 這些花崗質(zhì)巖石的侵位也造成了麻粒巖地體近等壓降溫的-演化軌跡[40]。有關格羅夫山基巖地質(zhì)部分已有更詳細的介紹[10], 這里不再贅述。

格羅夫山地區(qū)存在多條冰磧碎石帶, 其內(nèi)冰磧石也多種多樣, 包括變質(zhì)巖類、侵入巖類和稀少的火山巖、沉積巖, 其中絕大部分與基巖露頭的巖性相似, 屬于近原地堆積[41]。野外工作的主要目的是收集不同于基巖的樣品, 發(fā)現(xiàn)了一定數(shù)量的鎂鐵質(zhì)和泥質(zhì)高壓麻粒巖、石榴二輝麻粒巖以及各種含石榴子石副片麻巖等特征巖石, 這為格羅夫山冰下高地的地質(zhì)演化提供了重要信息。鎂鐵質(zhì)高壓麻粒巖冰川漂礫首先發(fā)現(xiàn)于蓋爾陡崖(Gale Escarpment)冰磧碎石帶的南部[42], 而后在中部、北部以及梅森群峰(Mason Peaks)冰磧碎石帶中都有發(fā)現(xiàn)[43], 并且也識別出泥質(zhì)高壓麻粒巖樣品[44], 說明高壓麻粒巖的分布具有普遍性。在鎂鐵質(zhì)高壓麻粒巖的變質(zhì)鋯石中獲得的主期變質(zhì)年齡約為555—545 Ma, 個別樣品還產(chǎn)生一組較老的~570 Ma的變質(zhì)年齡, 鋯石微量元素分析均顯示為重稀土虧損特征, 所以推測這兩組年齡可能分別代表了變質(zhì)作用過程中的進變質(zhì)和峰期變質(zhì)階段[43,45]。變質(zhì)相平衡計算獲得峰期變質(zhì)條件為770—840℃、1.18—1.40 GPa, 隨后經(jīng)歷了約0.6 GPa的近等溫減壓過程[45], 與泥質(zhì)高壓麻粒巖中獲得的峰期變質(zhì)條件(820—830℃、1.16—1.36 GPa)及順時針-演化軌跡[44]基本吻合(圖2)。

同時, 對10件變質(zhì)沉積巖冰磧石開展了碎屑鋯石的U-Pb定年和Hf同位素分析。結果表明, 巖漿成因鋯石核部的U-Pb年齡譜峰主要有6組, 分別為3.4—3.2 Ga、2.8 Ga、2.6—2.3 Ga、2.2—1.8 Ga、1.8—1.5 Ga和1.5—0.95 Ga, 其初始Hf分別為–4.1—+5.5、–12.5—+4.9、–12.6—+3.3、–13.0—+4.7、–14.2—+11.0和–20.5—+10.0, 對應的Hf模式年齡分別為3.7—3.2 Ga、3.4—3.1 Ga、3.2—2.6 Ga、2.9—2.1 Ga、2.7—1.7 Ga和2.4—1.2 Ga, 其中8件樣品的最大沉積年齡介于1 090—940 Ma,另2件樣品的最大沉積年齡為新太古代, 分別小于2 830 Ma和2 580 Ma[46]。所有這些碎屑鋯石的年齡譜峰和Hf同位素成分均可以在其以西和以北的查爾斯王子山-普里茲灣-東高止(Eastern Ghats)區(qū)域找到其源區(qū), 表明兩者具有密切的成因聯(lián)系, 但其物源來自于東南極地盾內(nèi)部, 即甘布爾采夫冰下山脈(Gamburtsev Subglacial Mountains)和東方冰下高地(Vostok Subglacial Highlands)的可能性也并不能排除。這些變質(zhì)沉積巖中的碎屑鋯石, 以及一個形成于1 060 Ma的長英質(zhì)正片麻巖中的巖漿鋯石都沒有記錄格林維爾期變質(zhì)事件, 其變質(zhì)邊部的年齡集中在~560—530 Ma[43,46], 與地表出露的基巖的變質(zhì)時代基本一致。

圖2 格羅夫山地區(qū)基巖及鎂鐵質(zhì)和泥質(zhì)高壓麻粒巖的P-T演化軌跡. a)基巖的P-T軌跡(據(jù)Liu等[40]); b)鎂鐵質(zhì)高壓麻粒巖的P-T軌跡(據(jù)Liu等[45]); c)泥質(zhì)高壓麻粒巖的P-T軌跡(據(jù)Chen等[44]). And–紅柱石, Ky–藍晶石, Sil–夕線石

Fig.2.-paths of bedrocks and glacial moraines of mafic and pelitic high-pressure granulites from the Grove Mountains. a)-path of bedrocks (after Liu et al[40]); b)-path of mafic high-pressure granulites (after Liu et al[45]); c)-path of pelitic high-pressure granulites (after Chen et al[44]). And–andalusite, Ky–kyanite, Sil–sillimanite

根據(jù)格羅夫山地區(qū)冰下地形地貌、冰流方向以及冰磧碎石帶的成分分析, 冰磧石應主要來自于一個面積約200×300 km2的格羅夫山冰下高地[45]。這說明, 整個格羅夫山冰下高地可能與基巖露頭一樣, 它們沒有受到格林維爾期構造熱事件的影響, 而是只經(jīng)歷了泛非期的單相變質(zhì)構造旋回。雖然格羅夫山地區(qū)長英質(zhì)正片麻巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖的原巖年齡(~920—910 Ma)年輕于在北查爾斯王子山-普里茲灣地區(qū)出露的雷納雜巖(見下節(jié)), 但變質(zhì)沉積巖的物源分析表明二者具有密切的成因聯(lián)系, 所以格羅夫山冰下高地可能是普里茲造山帶中一個特殊的年輕地質(zhì)體, 也是一個最典型的泛非期變質(zhì)地體。在該地體中, 至少有部分巖石在泛非期造山作用過程中被埋藏約達40—50 km的下地殼深度, 而后又經(jīng)歷了約20 km地殼厚度的伸展垮塌和剝蝕。所以, 格羅夫山冰下高地泛非期變質(zhì)旋回的高壓-條件及其近等溫減壓繼之以等壓降溫的演化軌跡以及強烈的同造山-后造山巖漿作用均指示普里茲造山帶具有碰撞造山成因的特征, 這些特征無法用板內(nèi)改造的模型來解釋。因此, 新的研究資料支持將普里茲造山帶厘定為東岡瓦納陸塊內(nèi)部的一條板塊縫合線, 其位置可能在格羅夫山東南側冰蓋之下。這一認識支持了岡瓦納超大陸重建的多陸塊匯聚模型(圖3)。

圖3 岡瓦納超大陸重建模型示意圖(據(jù)Fitzsimons[47], Zhao等[48]和Liu et al等[49]修改)

Fig.3. Simplified map showing reconstruction model of Gondwana (modified after Fitzsimons[47], Zhao et al[48]and Liu et al[49])

2.2 雷納雜巖格林維爾和泛非兩期變質(zhì)事件的甄別及印度-南極陸塊的增生-碰撞過程

基于對北查爾斯王子山格林維爾期雷納雜巖的變質(zhì)巖石學和同位素年代學研究, 多數(shù)學者認為雷納造山帶代表印度與東南極陸塊之間的一個碰撞造山帶[50-51]。然而, 人們對大陸碰撞之前的構造環(huán)境以及大洋俯沖-增生的時代和過程還知之甚少。為此, 我國學者對取自于埃默里冰架東緣-西南普里茲灣、布朗山和北查爾斯王子山地區(qū)的鎂鐵質(zhì)麻粒巖和長英質(zhì)正片麻巖開展了系統(tǒng)的同位素年代學和地球化學研究。對取自埃默里冰架東緣-西南普里茲灣地區(qū)14件鎂鐵質(zhì)麻粒巖和長英質(zhì)正片麻巖中的鋯石SHRIMP U-Pb定年結果表明, 其原巖年齡范圍在1 380—1 020 Ma(圖4a), 表明該區(qū)巖漿作用的周期長達360 Ma[12,52-53]。區(qū)域上, 1 210—1 120 Ma的主體巖漿幕主要發(fā)育在普里茲灣沿岸、麥卡斯克爾丘陵(McKaskle Hills)及其相鄰區(qū)域, 1 380—1 330 Ma 的較老巖漿幕只見于蒙羅克爾山(Munro Kerr Mountains)和曼寧冰原島峰群(Manning Nunataks), 而1 080—1 020 Ma的年輕巖漿幕雖然覆蓋了整個雷納雜巖, 但集中出現(xiàn)在賴因博爾特丘陵(Reinbolt Hills)和曼寧冰原島峰群。布朗山地區(qū)基底巖石的形成年齡較老, 4件樣品給出的年齡范圍為1 490—1 400 Ma[13]。北查爾斯王子山比弗湖地區(qū)(Beaver Lake)長英質(zhì)正片麻巖的原巖年齡則比較年輕, 為1 170—1 070 Ma[14]。然而, 前人也曾提到在北查爾斯王子山南部和莫森海岸(Mawson Coast)可能存在與埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)類似的較老巖石(非正式報道數(shù)據(jù), 分別為1 324±13 Ma[54]和1 254±31 Ma[55])。由此推測, 雷納雜巖在中元古代時期的鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)巖漿作用可能從~1 500 Ma一直持續(xù)到~1 000 Ma, 這一推斷與北查爾斯王子山地區(qū)副片麻巖中碎屑成因的巖漿鋯石的年齡記錄[14]相吻合。

對取自于埃默里冰架東緣-西南普里茲灣地區(qū)60件鎂鐵質(zhì)麻粒巖和長英質(zhì)片麻巖進行了地球化學研究[12]。結果表明, 北部的姐妹島和蒙羅克爾山鎂鐵質(zhì)麻粒巖的原巖成分類似于富Nb的島弧玄武巖, 而南部的麥卡斯克爾-米斯蒂凱利丘陵(Mistichelli Hills)、賴因博爾特丘陵和曼寧冰原島峰群的鎂鐵質(zhì)麻粒巖則顯示典型的島弧玄武巖的特征。Nd同位素地球化學給出前者的初始Nd比值(eNd(T))范圍為+4.1至-0.4, 后者多數(shù)為-3.2至-4.7。所有地區(qū)的長英質(zhì)正片麻巖均具有火山弧花崗巖的特點, 其中五分之一的樣品屬于高Sr/Y花崗巖類型。長英質(zhì)正片麻巖的eNd(T)值為-2.4至-7.6, Nd虧損地幔模式年齡(TDM)為2.2—1.9 Ga, 說明古元古代是地殼形成的重要一幕。高Sr/Y正片麻巖具有較高的K2O/Na2O比值(均>1)、正的Eu異常、明顯的重稀土(HREE)虧損以及負的eNd(T)值, 表明其起源于大陸島弧下地殼含石榴子石富K鎂鐵質(zhì)源區(qū)的部分熔融。同樣, 對取自于布朗山地區(qū)14件和北查爾斯王子山地區(qū)10件鎂鐵質(zhì)麻粒巖和長英質(zhì)片麻巖的地球化學分析也得出了其形成于大陸島弧環(huán)境的結果[13-14], 其初始eNd值分別介于+2.8至–6.6和+1.2至–3.7之間, 對應的Nd模式年齡分別為2.4—1.7 Ga和2.0—1.7 Ga。如果沿東南極恩德比地、麥克羅伯遜地、伊麗莎白公主地和威廉二世地出露的雷納雜巖全部形成于大陸島弧環(huán)境, 那么存在于印度克拉通和東南極陸塊之間的雷納大陸島弧的長度將超過2 000 km。同位素年代學研究已表明雷納大陸島弧的長期巖漿增生持續(xù)了約500 Ma, 所以它應該是地球上一條最大的長壽命大陸島弧之一。

早期對雷納雜巖變質(zhì)時代的限定多來自于北查爾斯王子山地區(qū)同構造侵位的紫蘇花崗巖、花崗巖、深熔淡色巖和偉晶巖的鋯石U-Pb定年, 其時代主要介于1 000—900 Ma[25,28-29,56-57]。所以, 一般認為格林維爾期變質(zhì)事件形成于一個長期的(protracted)變質(zhì)幕。然而, 如果仔細分析這些年齡數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)在1 000—980 Ma和945—900 Ma存在一個明顯的間斷。我國學者通過對埃默里冰架東緣-普里茲灣地區(qū)大量長英質(zhì)正片麻巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖中的鋯石SHRIMP U-Pb定年, 不僅獲得了約1 060—970 Ma的早期變質(zhì)年齡數(shù)據(jù), 同時也識別出晚期930—900 Ma的變質(zhì)鋯石生長(圖4b)[12,53,58]。與此相比, 在北查爾斯王子山和布朗山地區(qū)則只存在一期變質(zhì)鋯石生長, 時代分別為945—915 Ma和920—900 Ma[13-14]。結合卷入到造山帶中的太古宙基底陸塊(內(nèi)皮爾雜巖)的變質(zhì)時代也僅為940—900 Ma[59], 所以推測雷納造山帶中的格林維爾期變質(zhì)作用有可能是幕式的。實際上, 最近對北查爾斯王子山地區(qū)變泥質(zhì)巖的原位獨居石U-Pb定年也發(fā)現(xiàn)其有兩幕生長, 時代分別為~1 020 Ma和~940—900 Ma[60]。前人研究表明, 北查爾斯王子山地區(qū)的雷納雜巖普遍經(jīng)歷了中低壓麻粒巖相變質(zhì)作用和近等壓冷卻過程[61-69], 我國學者在經(jīng)歷泛非期變質(zhì)強烈疊加的拉斯曼丘陵以及遙遠的東部布朗山地區(qū)也同樣獲得了這種反時針的-演化軌跡[13,70], 這與被改造的內(nèi)皮爾基底雜巖的順時針-演化[59,71-72]明顯不同。結合印度東高止構造帶(Eastern Ghats Belt)1.33 Ga蛇綠混雜巖的發(fā)現(xiàn)[73]以及在雷納大陸島弧南側費舍爾大洋島弧和年輕(<1 080 Ma)的克萊門斯(Clemence)島弧的存在, 我們提出了印度克拉通與東南極陸塊的兩階段碰撞模型, 即先期幾個島弧與東南極陸塊(蘭伯特地體或包含蘭伯特地體的魯克克拉通)發(fā)生碰撞, 而后隨著大洋的關閉, 印度克拉通與東南極新增生大陸邊緣最終發(fā)生碰撞(圖5)[12,49]。

如前所述, 在普里茲灣地區(qū)出露的雷納雜巖被泛非期高級構造熱事件強烈地改造, 所以, 普里茲造山帶也被認為是一個典型的多期變質(zhì)疊加造山帶。石榴子石-全巖Sm-Nd同位素定年以及深熔淡色巖和同構造花崗巖的鋯石U-Pb定年限定泛非期變質(zhì)作用的發(fā)生時代在~530—500 Ma[2,30,31,74], 變質(zhì)條件僅達中低壓麻粒巖相(760—860℃、0.6—0.7 GPa), 并具有順時針演化的-軌跡[75-77]。我們使用SHRIMP鋯石U-Pb定年方法對埃默里冰架東緣-西南普里茲灣地區(qū)不同類型的變質(zhì)巖石進行了檢驗, 證明除蒙羅克爾山和萊茵博爾特丘陵外, 其他地區(qū)絕大部分巖石都遭受到~535—510 Ma的高級變質(zhì)重結晶(圖4c)[12,52-53]。而且, 通過出溶礦物成分復原和Fe-Mg交換反演等新技術手段論證泛非期的峰期變質(zhì)條件曾高達880—950℃、0.90—0.95 GPa, 并在后期經(jīng)歷了0.2—0.4 GPa的減壓過程[52], 從而為普里茲造山帶可能的碰撞造山成因提供了進一步的巖石學支撐。過去認為,泛非期變質(zhì)事件在北查爾斯王子山地區(qū)并不重要, 除少數(shù)花崗巖和偉晶巖侵入外, 多數(shù)變質(zhì)巖樣品沒有泛非期鋯石生長[25,78]。然而, 最新的研究在幾處變泥質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)了礦物反應結構(石榴子石+夕線石=堇青石+尖晶石), 其內(nèi)獨居石生長于泛非期, 變質(zhì)條件達800—870℃、0.55—0.65 GPa[79]。我們僅在取自于北查爾斯王子山埃爾瑟平臺(Else Platform)的變泥質(zhì)巖中識別出2個泛非期鋯石生長邊[14], 而布朗山則完全沒有泛非期鋯石生長[13]。如此看來, 盡管雷納雜巖的泛非期變質(zhì)疊加有可能是區(qū)域性的, 但疊加改造的記錄僅保留在局部巖石中, 其機制值得進一步深入研究。此外, 出露于詹寧斯岬的紫蘇花崗巖和普里茲灣沿岸的花崗巖的侵位年齡集中在~ 500 Ma[53,80], 反映了泛非期造山事件晚-后造山巖漿作用。

圖4 埃默里冰架東緣-西南普里茲灣地區(qū)地質(zhì)簡圖及使用SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法獲得的年齡數(shù)據(jù). a)原巖年齡; b)格林維爾期變質(zhì)和紫蘇花崗巖侵位年齡; c)泛非期變質(zhì)和紫蘇花崗巖-花崗巖侵位年齡. 數(shù)據(jù)來自李淼等[80], Liu等[12,52-53]和Wang等[58]

Fig. 4. Geological sketch map of the eastern Amery Ice Shelf and southwestern Prydz Bay. Ages obtained with SHRIMP U-Pb zircon dating are indicated. a) Protolith ages; b) ages of Grenvillian metamorphism and charnockite intrusion; c) ages of Pan-African metamorphism and charnockite and granite intrusion. Isotopic data are from Li et al[80], Liu et al[12,52-53]and Wang et al[58]

圖5 印度克拉通與東南極(蘭伯特地體或魯克克拉通)之間構造演化卡通圖(據(jù)自Liu等[12]修改)

Fig. 5. Schematic cartoon showing the tectonic evolution between the Indian craton and East Antarctica (the Lambert Terrane or the Ruker craton) (modified after Liu et al[12])

2.3 賴于爾群島超高溫變質(zhì)作用P-T-t軌跡的精確刻畫

位于普里茲灣的賴于爾群島是一個被泛非期構造熱事件強烈改造的復合高級變質(zhì)地體, 因靠近澳大利亞戴維斯站而被詳細的調(diào)查和研究。復合高級變質(zhì)地體主要包含太古宙英云閃長質(zhì)正片麻巖和中元古代鎂鐵質(zhì)-長英質(zhì)侵入體, 間夾少量表殼副片麻巖。前人在賴于爾群島識別出了超高溫(~1 050℃)變質(zhì)巖石[81-83], 但對其--歷史和構造熱演化的解釋存在很大的爭議, 這一超高溫變質(zhì)事件到底發(fā)生在太古宙、格林維爾期還是泛非期？不同的學者提出了不同的看法。另外, 從峰期的超高溫變質(zhì)作用到峰后變質(zhì)演化的時間關系也有爭議, 已提出近等溫減壓和減壓冷卻兩種不同的-軌跡。超高溫變質(zhì)巖石--歷史的不確定性已影響到賴于爾群島乃至普里茲灣地區(qū)構造模式的建立。我國地質(zhì)學家仝來喜于1999—2000年南極夏季隨澳大利亞南極考察隊對賴于爾群島中超高溫變質(zhì)巖的產(chǎn)地馬瑟半島(Mather Peninsula)進行了詳細的調(diào)查, 并通過對富Mg-Al副片麻巖的變質(zhì)巖石學研究進一步證明至少馬瑟半島中的部分巖石經(jīng)歷了超高溫變質(zhì)作用[84]。

根據(jù)石榴子石中早期藍晶石包裹體的發(fā)現(xiàn)、變質(zhì)反應結構和多種方法的-計算, 確定賴于爾群島馬瑟半島的富Mg-Al副片麻巖經(jīng)歷了三個階段的變質(zhì)演化(圖6): (1)起始的峰期前變質(zhì)條件為850℃、1.0—1.1 GPa, 而后的前進加熱使藍晶石轉(zhuǎn)變?yōu)橄€石, 并發(fā)生部分熔融形成粗粒的含石榴子石-斜方輝石的淡色體, 峰期變質(zhì)條件達960—970℃、1.2 GPa; (2)峰期后巖石近等溫減壓至1 000℃、1.0 GPa, 在石榴子石顆粒的邊緣生成斜方輝石+假藍寶石冠狀體, 并形成以假藍寶石/斜方輝石-鉀長石為主或含假藍寶石+斜方輝石+堇青石的淡色體; (3)隨后巖石減壓冷卻至800℃、0.7 GPa, 形成假藍寶石+堇青石、斜方輝石+堇青石和黑云母+堇青石后成合晶。這一-軌跡表明馬瑟半島和菲拉島(Filla Island)經(jīng)歷了相似的變質(zhì)演化歷史, 其早期-演化穿過了藍晶石的穩(wěn)定區(qū)域。推測峰期超高溫變質(zhì)事件可能與格林維爾期的碰撞和島弧增生作用有關, 而減壓冷卻退變質(zhì)作用是泛非期構造熱事件疊加的結果[84]。但如前所述, 關于超高溫變質(zhì)時代尚存爭論, 格林維爾期的推斷主要基于在這一地區(qū)的變泥質(zhì)巖中存在~1 030—820 Ma的鋯石或獨居石U(+Th)-Pb年齡[85-87], 但由結構控制的原位獨居石化學定年結果似乎支持超高溫變質(zhì)事件發(fā)生在泛非期(> 590—580 Ma)[34,86,88]。

圖6 賴于爾群島馬瑟半島超高溫變質(zhì)作用的P-T軌跡. a)據(jù)Harley和Fitzsimons[81]; b)據(jù)Harley[82]; c)據(jù)Kelsey等[83]; d)據(jù)Tong和Wilson[84]. Ky–藍晶石, Sil–夕線石

Fig. 6. The-paths of ultrahigh-temperature metamor-phism in the Mather Peninsula, Rauer Group. a) After Harley and Fitzsimons[81]; b) after Harley[82]; c) after Kelsey et al[83]; d) after Tong and Wilson[84].Ky– kyanite, Sil–sillimanite

2.4 西福爾丘陵基性巖墻群麻粒巖化的發(fā)現(xiàn)及對雷納造山帶構造演化的制約

西福爾丘陵是澳大利亞戴維斯站所在地, 因而澳大利亞地質(zhì)學家在此開展了大量地質(zhì)調(diào)查和研究工作, 并出版了西福爾丘陵北部1∶3萬地質(zhì)圖。已有研究表明, 西福爾丘陵副片麻巖原始沉積物的沉積時代介于2 575—2 520 Ma, 在2 520— 2 450 Ma經(jīng)歷了兩期巖漿侵位和兩幕(或延時的一幕)高級變質(zhì)變形作用[89]。而后在古-中元古代(2 470—1 240 Ma)有大量的基性巖墻群侵入[90-92], 其中位于西福爾丘陵西南部的巖脈邊緣發(fā)生了變形, 并局部含有石榴子石, 一般認為這是晚期角閃巖相變質(zhì)疊加的結果[93]。在中國第6次南極考察過程中我國學者首次對西福爾丘陵西南端穆勒半島(Mule Peninsula)的變質(zhì)基性巖脈進行了考察, 隨后的研究工作獲得一條礦物-全巖Sm-Nd等時線, 時代約為650 Ma(趙越,未刊資料)。在中國第21次南極考察過程中, 我們又對這一地區(qū)兩條代表性變質(zhì)巖脈進行了調(diào)查和取樣。室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)這些巖脈并非象前人所認為的那樣只經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用, 而是普遍達到了麻粒巖相。為了解其與普里茲造山帶中麻粒巖相變質(zhì)作用的關系, 我們在中國第24次南極考察時, 對該半島又進行了詳細的調(diào)查, 填制了基性巖墻群的分布圖, 而后開展了同位素年代學和變質(zhì)巖石學研究[13]。

西福爾丘陵西南部主要存在兩組輝綠巖脈: 一組稀疏, 呈NW-SE向; 另一組密集, 近于N-S向(圖7a), 少數(shù)呈NNE-SSW向, 它們切割NW- SE向巖脈及所有圍巖的片麻理。多數(shù)巖脈具有塊狀構造, 少數(shù)顯示有弱變形。麻粒巖化以斑點狀或裂隙狀含石榴子石礦物組合(含石榴子石域)產(chǎn)于無石榴子石基質(zhì)(無石榴子石域)中為特征(圖7b)。無石榴子石域一般保存原始的輝綠結構, 主要由板狀斜長石、粒間單斜輝石和Fe-Ti氧化物構成(圖7c), 而含石榴子石域的礦物共生組合為石榴子石+單斜輝石+斜方輝石+角閃石+黑云母+斜長石+鉀長石+石英+Fe-Ti氧化物(圖7d)?；瘜W成分和結構關系表明, 在含石榴子石域的中心部位, 這些變質(zhì)礦物已達到局部平衡。通過相平衡模擬計算, 估算出麻粒巖相變質(zhì)作用的峰期-條件為820—870℃、0.84—0.97 GPa, 與肯普地內(nèi)皮爾雜巖東南邊緣的變質(zhì)條件基本相當[59]。鋯石SHRIMP U-Pb定年揭示NW-SE向和近N-S向基性巖脈的侵位時代分別為1 764±25 Ma和1 232±12 Ma, 而變質(zhì)作用時代集中在 957±7 Ma至938±9 Ma之間, 變質(zhì)鋯石域麻粒巖相礦物包裹體的產(chǎn)出支持麻粒巖化發(fā)生在格林維爾期。因此, 我們推測, 與太古宙內(nèi)皮爾雜巖的東南邊緣相似, 西福爾丘陵的西南邊緣在印度克拉通與東南極(蘭伯特地體或包含蘭伯特地體的魯克克拉通)碰撞的晚期階段也被埋藏到雷納造山帶之下約30—35 km的深度。

圖7 西福爾丘陵東南部麻粒巖化基性巖脈的野外產(chǎn)狀及顯微結構特征. a)近N-S向基性巖脈遠景; b)麻粒巖化基性巖脈顯示的斑點狀構造; c)無石榴子石域顯示的原始輝綠結構; d)含石榴子石域的礦物共生結構. Bt-黑云母, Cpx-單斜輝石, Grt-石榴子石, Hbl-普通角閃石, Ilm-鈦鐵礦, Mag-磁鐵礦, Opx-斜方輝石, Pl-斜長石, Qtz-石英

Fig. 7. Field occurrences and microtextures of granulitized mafic dykes from the southeastern Vestfold Hills. a) Occurrence of N-S-trending mafic dykes; b) granulitized mafic dykes showing a spotted texture; c) ophitic texture in garnet-absent domains; d) paragenesis of garnet-bearing domains. Bt–biotite, Cpx–clinopyroxene, Grt–garnet, Hbl–hornblende, Ilm–ilmenite, Mag–magnetite, Opx–orthopyroxene, Pl–plagioclase, Qtz–quartz

另外, 我們對2條變質(zhì)基性巖脈和2個鎂鐵質(zhì)麻粒巖(圍巖)樣品進行了40Ar/39Ar和Sm-Nd同位素定年。結果表明, 所有巖石的40Ar/39Ar年齡沒有明顯的區(qū)別, 其中4個黑云母年齡比較集中, 介于520±3 Ma和509±3 Ma, 而2個角閃石年齡并不一致, 分別為526±4 Ma和578±6 Ma, 其中較老的40Ar/39Ar年齡可能是Ar同位素的重設不徹底所致。在上述4種巖石中獲得的礦物-全巖Sm-Nd等時線年齡結果也比較集中, 介于670±7 Ma和589±22 Ma之間。這組數(shù)據(jù)顯然年輕于鋯石U-Pb年齡, 而老于角閃石和黑云母的40Ar/39Ar年齡。一般認為, 角閃石和黑云母的40Ar/39Ar年齡代表巖石被抬升到中上地殼時的冷卻時代。實際上, 在西福爾丘陵變質(zhì)基性巖脈中獲得的526—509 Ma的40Ar/39Ar年齡與普里茲造山帶中其它地質(zhì)體如賴于爾群島[94]、南查爾斯王子山[33]和格羅夫山[42]的冷卻時代基本一致, 表明西福爾丘陵也遭受到泛非期構造熱事件的影響。而礦物-全巖Sm-Nd等時線年齡可能是格林維爾期或新太古代末-古元古代初形成的礦物在泛非期同位素體系部分重設的結果, 因而這種等時線年齡可能不具有地質(zhì)意義。

東南極西福爾丘陵是一個獨特的太古宙/古元古代克拉通陸塊, 其位于賴于爾群東北僅15 km, 但兩者的早期地殼演化歷史卻完全不同。該陸塊的最重要特征之一是在元古宙發(fā)育一系列基性巖墻群, 并在西南部這些基性巖脈遭受到變質(zhì)作用的影響。然而, 對這套基性巖墻群系統(tǒng)的同位素年代學測定工作以前并未開展, 相應的變質(zhì)巖石學和地球化學研究資料也比較缺乏。我們這項研究一方面表明, 西福爾丘陵在格林維爾期也經(jīng)歷了麻粒巖相變質(zhì)作用, 說明其也卷入到了格林維爾期雷納造山作用過程。進而推測, 普里茲灣-北查爾斯王子山地區(qū)的主要太古宙基底陸塊(包括蘭伯特地體、內(nèi)皮爾雜巖、賴于爾群和西福爾陸塊)可能是在格林維爾期造山作用過程中匯聚在一起的。另一方面, 與其他古老陸塊一樣, 西福爾丘陵也遭受到泛非期構造熱事件的改造, 說明西福爾丘陵也是普里茲造山帶中的一個地質(zhì)體, 其在泛非期造山作用過程中并不能“獨善其身”。這一結論對揭示普里茲造山帶的延展方向具有重要意義。

2.5 西福爾丘陵東南部冰磧物初步研究及古太古代冰下陸塊的推斷

南極大陸面積1 400萬km2, 目前對南極地質(zhì)演化的認識僅來自于不足2%(一說0.3%)的裸露基巖的地質(zhì)研究, 這遠不足以了解南極大陸構造格架和地質(zhì)演化的歷史。南極大陸冰蓋大規(guī)模的冰川運動, 導致了一種特殊的地質(zhì)作用過程, 即冰川對南極大陸基巖所實施的強烈的刨蝕, 以及隨之進行的冰磧物的長距離搬運作用。這一過程造成大量的冰下基巖以冰磧物的形式搬運并堆積到冰川的前緣, 從而形成壯觀的冰磧物堆積堤。分析這些冰磧物中的礫石成分和可能的來源, 可以幫助我們對冰磧物的源區(qū)成分及其成因進行有效地示蹤, 這是一個直接獲取南極大陸冰下地質(zhì)信息的有效途徑。基于這一思路, 我國學者對東南極西福爾丘陵東南側堆積的大量冰磧物開展了研究。東南極西福爾丘陵東南側分布著長約20 km的帶狀冰磧物, 這些冰磧物成分復雜, 其中含有少量與該地區(qū)高級片麻巖的基巖顯著不同的沉積巖和變質(zhì)沉積巖礫石。根據(jù)冰川流動方向可以推測它們來自西福爾丘陵東南側冰蓋之下的古老巖層。考察隊員在野外對礫石的成分進行了統(tǒng)計, 按照其所占總數(shù)的百分比編制出不同觀測點礫石成分含量的變化圖[95]。

在室內(nèi)初步工作中, 對冰磧物中具有代表性的沉積巖和淺變質(zhì)片巖礫石進行了鋯石LA-ICP- MS U-Pb年齡測試, 其中淺變質(zhì)片巖礫石中鋯石的U-Pb上交點年齡主要集中在~3.5—3.3 Ga, 下交點年齡或為~950 Ma, 或為~500 Ma, 而沉積巖礫石中碎屑鋯石U-Pb年齡主要集中在~2.5 Ga[95-96]。為了獲得西福爾丘陵附近是否存在最古老或最年輕的地質(zhì)體, 研究者也對冰磧物中松散砂進行了取樣和碎屑鋯石U-Pb年齡分析, 其鋯石Pb-Pb/ U-Pb表面年齡峰值主要集中在~3.5—3.3 Ga、~2.5—2.4 Ga、~1 000—800 Ma和~600—500 Ma, 說明來自西福爾丘陵東南側冰蓋之下的松散砂代表更廣泛的物源區(qū)信息。沉積巖礫石中的碎屑鋯石年齡非常單一, 且與西福爾丘陵的主體時代完全一致, 說明后者為其提供了主要物源, 而且沉積區(qū)可能與物源區(qū)很近, 另外也說明西福爾陸塊的范圍可能遠比目前所出露的廣闊。松散沙中~1 000—800 Ma和~600—500 Ma兩組碎屑鋯石的出現(xiàn)說明類似于北查爾斯王子山-普里茲灣地區(qū)出露的雷納雜巖可能在冰下延伸到了西福爾丘陵的東南部, 這可能支持西福爾陸塊來自于印度克拉通的假設。從冰磧物淺變質(zhì)片巖和松散砂樣品中獲得了大量的~3.5—3.3 Ga的原生鋯石年齡, 推測在西福爾丘陵東南側冰蓋之下可能存在一個獨特的古太古代陸塊(圖8), 這對南極大陸早期演化歷史的追溯具有重要的意義。

3 研究展望

中國開展極地科學考察已30多年, 近20年來的地質(zhì)考察范圍雖然已從我國站區(qū)附近向外擴展了約400 km, 但相對于1 400萬km2的南極大陸來講, 考察地域仍非常狹窄, 嚴重地制約了我們對南極大陸地質(zhì)演化的整體認識。所以, 擴大考察區(qū)域, 特別是將考察范圍擴展到面向非洲、澳大利亞和太平洋等構造域, 并開展南極大陸與相鄰岡瓦納陸塊(澳大利亞、印度、非洲和南美洲)的地質(zhì)對比研究, 應是我國地質(zhì)學家的未來任務。就南極大陸面向印度洋構造域而言, 我們迫切需要開展南查爾斯王子山、內(nèi)皮爾雜巖和登曼冰川(Denman Glacier)以及具有緊密成因聯(lián)系的印度東高止構造帶和澳大利亞西澳構造帶的地質(zhì)考察, 并將研究工作的重點聚焦在南極大陸如何響應地質(zhì)歷史時期里超級大陸的聚散過程這一關鍵科學問題上。近期工作可在以下幾個方面展開。

圖8 東南極西福爾丘陵東南側推測的古太古代陸塊位置圖

Fig. 8. A conjectural Paleoarchean continental block under the ice sheet to the southeast of the Vestfold Hills

1. 太古宙古老地殼及陸核的識別與全球?qū)Ρ?/p>

早期大陸地殼的形成與演化是地球科學研究中最重要的科學問題之一。南極大陸是地球上最古老的陸塊之一, 已發(fā)現(xiàn)的最老巖石年齡達3.93 Ga, 出露于靠近非洲的毛德王后地(Dronning Maud Land)。其他太古宙陸塊主要集中出露于面向印度洋區(qū)域的內(nèi)皮爾山(內(nèi)皮爾雜巖)、南查爾斯王子山(魯克地體和蘭伯特地體)、賴于爾群島、西福爾丘陵及其東南側的冰下陸塊。初步研究表明, 這些古老陸塊具有不同的地質(zhì)演化歷史, 不能構成一個原始的統(tǒng)一克拉通, 其構造屬性尚不清晰或存在爭議。進一步的研究工作主要包括: (1)西福爾丘陵東南側古太古代冰下陸塊的物質(zhì)組成、時代和地球化學特征; (2)賴于爾群島古-中太古代TTG片麻巖的時代、地球化學特征和巖石成因; (3)南查爾斯王子山中太古代魯克地體片麻巖的形成時代、地球化學屬性以及BIF鐵礦的成因; (4)西福爾丘陵新太古-古元古代正片麻巖的時代、地球化學特征及其與華北克拉通的可能聯(lián)系。通過這些研究, 探索南極大陸早期陸殼物質(zhì)的形成和演化以及不同古老基底的構造屬性及全球?qū)Ρ取?/p>

2. 格林維爾期造山記錄與羅迪尼亞超大陸匯聚

東南極地盾曾遭受到格林維爾和泛非兩期高級變質(zhì)事件的廣泛影響, 而且, 幾乎所有的格林維爾期構造帶都至少局部受到了泛非期構造作用的改造, 而幾乎所有的泛非期構造帶也都具有格林維爾期構造作用的殘留[97]。這種多期高級變質(zhì)事件的疊加嚴重影響了每期變質(zhì)事件性質(zhì)和時代的確定, 從而造成了對羅迪尼亞和岡瓦納超大陸的重建模式的爭論。所以, 在遭受到泛非期高級變質(zhì)事件廣泛影響的地區(qū)甄別格林維爾期變質(zhì)先驅(qū)是一個重要的研究課題。進一步研究工作包括: (1)哪些太古宙古陸塊遭受到了格林維爾期變質(zhì)事件的疊加？是否所有古陸塊均卷入到了格林維爾期雷納造山旋回？(2)作為雷納造山帶主體的雷納雜巖的原巖時代及不同時代巖石的空間分布特征及其形成的構造環(huán)境; (3)印度東高止構造帶和澳大利亞西澳構造帶中格林維爾期構造事件的時代、性質(zhì)及其與雷納造山帶的構造關系。據(jù)此探索印度與東南極陸塊之間的增生與碰撞是否與羅迪尼亞超大陸的匯聚有關？印度-南極陸塊是羅迪尼亞超大陸的一個組成部分還是游離于羅迪尼亞超大陸之外？

3. 泛非期造山記錄與岡瓦納超大陸匯聚

泛非期構造熱事件不僅疊加在格林維爾期造山帶之上, 而且還影響到了東南極地盾中絕大多數(shù)的地質(zhì)體。并且, 疊加在不同地體之上的變質(zhì)級別可能是不同的, 既有正常的中低壓變質(zhì)相系—綠片巖相、低角閃巖相、高角閃巖相和麻粒巖相, 也有高壓麻粒巖相和超高溫(>1 000°C)變質(zhì)相。這些不同級別的變質(zhì)相能否連接成變質(zhì)相帶？其產(chǎn)生的構造背景是什么？對普里茲造山帶的性質(zhì)提供了怎樣的制約？這顯然是一個重要的研究課題。進一步研究工作包括: (1)賴于爾群島以及可能的拉斯曼丘陵超高溫變質(zhì)巖的分布范圍、變質(zhì)時代、變質(zhì)演化及其產(chǎn)生的地球動力學背景; (2)雷納雜巖及不同太古宙古陸塊泛非期變質(zhì)疊加的影響范圍、變質(zhì)相展布樣式、變質(zhì)演化及變質(zhì)疊加機理; (3)格羅夫山冰下高地的性質(zhì)、高壓麻粒巖相變質(zhì)作用的廣泛或局限性以及泛非期單相或多期變質(zhì)的進一步查證; (4)印度東高止構造帶和澳大利亞西澳構造帶中泛非期構造事件的時代、性質(zhì)及其與普里茲造山帶的構造關系。據(jù)此進一步探索爭議頗大的普里茲造山帶的性質(zhì)、延展方向及其在岡瓦納超大陸重建中的意義。

4. 顯生宙岡瓦納超大陸裂解及陸塊分離

東南極蘭伯特裂谷是地球上最大的陸內(nèi)裂谷之一, 其形成與岡瓦納超大陸的裂解密切相關, 因而具有重要的研究價值。已有研究表明, 岡瓦納(潘基亞)超大陸的裂解始于晚古生代, 至中生代中期開始各陸塊陸續(xù)分離, 但裂解是否與超級地幔柱事件有關？裂解的過程是否具有階段性？這些問題都值得進一步探索。研究內(nèi)容包括: (1)北查爾斯王子山二疊-三疊紀埃默里群含煤沉積巖系(包括在埃默里冰架以東獲得的碎屑巖冰磧漂礫樣品)的分布范圍、沉積層序及巖相古地理、物源與環(huán)境分析以及與蘭伯特裂谷發(fā)育的關系, 估算煤炭資源的總量; (2)查爾斯王子山地區(qū)基性、堿性和金伯利巖巖脈、巖株的分布、侵位時代、地球化學特征、形成的構造環(huán)境及其反映的蘭伯特裂谷的發(fā)育過程和機制; (3)與蘭伯特裂谷形成和演化有關的伸展變形的構造地質(zhì)學研究; (4)在格羅夫山和查爾斯王子山之間布設低溫寬頻地震臺站并進行天然地震觀測, 獲取橫跨蘭伯特冰川高精度的地殼和巖石圈三維結構, 為蘭伯特裂谷的成因提供地球物理制約。最后, 結合與印度的地質(zhì)對比, 探索蘭伯特裂谷的成因及陸塊離散過程。

通過這些考察和研究工作, 一方面可以提高我國南極地質(zhì)科學研究的水平, 在國際上產(chǎn)生重要的影響; 另一方面增強我國在國際極地事務中的話語權和影響力, 為我國在未來和平利用南極創(chuàng)造有利的條件, 造福于子孫后代。

致謝 野外調(diào)查工作得到國家海洋局極地考察辦公室、中國極地研究中心以及中國第15、21、22、24、30、31次南極考察隊的大力支持, 在此表示感謝！

1 ZHAO Y, SONG B, WANG Y, et al. Geochronological study of the metamorphic and igneous rocks of the Larsemann Hills, East Antarctica[J]. Proceedings of the 6th ISAES (Abstract), Institute for Polar Research, Tokyo, Japan, 1991: 662—663.

2 ZHAO Y, SONG B, WANG Y B, et al. Geochronology of the late granite in the Larsemann Hills, East Antarctica[M]//Yoshida Y, Kaminuma K, Shiraishi K. Recent Progress in Antarctic Earth Science. Terra Scientific Publishing Company, Tokyo, 1992: 155—161.

3 ZHAO Y, LIU X, SONG B, et al. Constraints on the stratigraphic age of metasedimentary rocks from the Larsemann Hills, East Antarctica: possible implications for Neoproterozoic tectonics[J]. Precambrian Research, 1995, 75(3-4): 175—188.

4 趙越, 宋彪, 張宗清, 等. 東南極拉斯曼丘陵及其鄰區(qū)的泛非熱事件[J]. 中國科學(B輯), 1993, 23(9): 1001—1008.

5 CHEN L Q, LIU X H, BIAN L G, et al. Overview of China’s Antarctic research progress 1984–2016[J]. Adv Polar Sci, 2017, 28(3): 151–160, doi: 10.13679/j.advps.2017.3.00151.

6 任留東, 劉小漢. 硅硼鎂鋁礦-柱晶石-電氣石組合在南極的發(fā)現(xiàn)[J]. 南極研究, 1994, 6(1): 1—7.

7 仝來喜, 劉小漢, 徐平, 等. 東南極拉斯曼丘陵含假藍寶石紫蘇輝石石英巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義[J]. 科學通報, 1996, 41(13): 1205—1208.

8 仝來喜, 劉小漢, 張連生, 等. 東南極拉斯曼丘陵麻粒巖相巖石中早期殘留礦物組合的特征及其變質(zhì)作用條件[J]. 巖石學報, 1997, 13(2): 2—13.

9 劉小漢. 東南極拉斯曼丘陵構造—變質(zhì)事件[R]//中國南極考察科學研究成果與進展. 北京: 海洋出版社, 1998: 176—184.

10 劉曉春, 趙越, 胡健民, 等. 東南極格羅夫山:普里茲造山帶中一個典型的泛非期變質(zhì)地體[J]. 極地研究, 2013, 25(1): 7—24.

11 LIU X H, HUANG F X, KONG P, et al. History of ice sheet elevation in East Antarctica: Paleoclimatic implications[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2010, 290(3): 281—288.

12 LIU X, JAHN B, ZHAO Y, et al. Geochemistry and geochronology of Mesoproterozoic basement rocks from the Eastern Amery Ice Shelf and southwestern Prydz Bay, East Antarctica: Implications for a long-lived magmatic accretion in a continental arc[J]. American Journal of Science, 2014, 314(2): 508—547.

13 LIU X, WANG W ( Z ), ZHAO Y, et al. Early Mesoproterozoic arc magmatism followed by early Neoproterozoic granulite facies metamorphism with a near-isobaric cooling path at Mount Brown, Princess Elizabeth Land, East Antarctica[J]. Precambrian Research, 2016, 284: 30—48.

14 LIU X, ZHAO Y, CHEN H, et al. New zircon U-Pb and Hf-Nd isotopic constraints on the timing of magmatism, sedimentation and metamorphism in the northern Prince Charles Mountains, East Antarctica[J]. Precambrian Research, 2017, 299: 15—33.

15 ZHANG S H, ZHAO Y, LIU X C, et al. U–Pb geochronology and geochemistry of the bedrocks and moraine sediments from the Windmill Islands: implications for Proterozoic evolution of East Antarctica[J]. Precambrian Research, 2012, 206: 52—71.

16 REN L D, GREW E S, XIONG M, et al. Wagnerite-Ma5bc, a new polytype of Mg2 (PO4) (F, OH), from granulite-facies paragneiss, Larsemann Hills, Prydz Bay, East Antarctica[J]. Canadian Mineralogist, 2003, 41: 393—411.

17 REN L, GREW E S, XIONG M, et al. Petrological implication of wagnerite- Ma5bc in the quartzofeldspathic gneiss, Larsemann Hills, East Antarctica[J]. Progress in Natural Science, 2005, 15(6): 523—529.

18 AN M, WIENS D A, ZHAO Y, et al. S -velocity model and inferred Moho topography beneath the Antarctic Plate from Rayleigh waves[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2015, 120(1): 359—383.

19 AN M, WIENS D A, ZHAO Y, et al. Temperature, lithosphere-asthenosphere boundary, and heat flux beneath the Antarctic Plate inferred from seismic velocities[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2015, 120(12): 8720—8742.

20 DALZIEL I W D. Pacific margins of Laurentia and East Antarctica-Australia as a conjugate rift pair: Evidence and implications for an Eocambrian supercontinent[J]. Geology, 1991, 19(6): 598—601.

21 FITZSIMONS I C W. Proterozoic basement provinces of southern and southwestern Australia, and their correlation with Antarctica[M]//Yoshida M, Windley B, Dasgupta S. Proterozoic East Gondwana: Supercontinent Assembly and Breakup. Geological Society, London, Special Publication, 2003, 206: 93—130.

22 HARLEY S L. Archaean-Cambrian crustal development of East Antarctica: metamorphic characteristics and tectonic implications[M]//Yoshida M, Windley B, Dasgupta S. Proterozoic East Gondwana: Supercontinent Assembly and Breakup. Geological Society of London, Special Publications, 2003, 206: 203—230.

23 BOGER S D. Antarctica - Before and after Gondwana[J]. Gondwana Research, 2011, 19(2): 335—371.

24 BELIATSKY B V, LAIBA A A, MIKHALSKY E V. U-Pb zircon age of the metavolcanic rocks of Fisher Massif (Prince Charles Mountains, East Antarctica)[J]. Antarctic Science, 1994, 6(3): 355—358.

25 KINNY P D, BLACK L P, SHERATON J W. Zircon U-Pb ages and geochemistry of igneous and metamorphic rocks in the northern Prince Charles Mountains, Antarctica[J]. AGSO Journal of Australian Geology and Geophysics, 1997, 16(5): 637—654.

26 MIKHALSKY E V, LAIBA A A, BELIATSKY B V, et al. Geology, age and origin of the Mount Willing area (Prince Charles Mountains, East Antarctica)[J]. Antarctic Science, 2004, 11(3): 338—352.

27 MIKHALSKY E V, SHERATON J W, LAIBA A A, et al. Geology of the Prince Charles Mountains, Antarctica[M]. AGSO-Geoscience Australia Bulletin 247, Canberra, 2001, 1—210.

28 BOGER S D, CARSON C J, WILSON C J L, et al. Neoproterozoic deformation in the Radok Lake region of the northern Prince Charles Mountains, east Antarctica; evidence for a single protracted orogenic event[J]. Precambrian Research, 2000, 104(1-2): 1—24.

29 CARSON C J, BOGER S D, FANNING C M, et al. SHRIMP U-Pb geochronology from Mount Kirkby, northern Prince Charles Mountains, East Antarctica[J]. Antarctic Science, 2000, 12(4): 429—442.

30 HENSEN B J, ZHOU B. A Pan-African granulite facies metamorphic episode in Prydz Bay, Antarctica: Evidence from Sm-Nd garnet dating[J]. Australian Journal of Earth Sciences, 1995, 42(3): 249—258.

31 FITZSIMONS I C W, KINNY P D, HARLEY S L. Two stages of zircon and monazite growth in anatectic leucogneiss: SHRIMP constraints on the duration and intensity of Pan-African metamorphism in Prydz Bay, East Antarctica[J]. Terra Nova, 1997, 9: 47—51.

32 BOGER S D, WILSON C J L. Early Cambrian crustal shortening and a clockwise P-T-t path from the southern Prince Charles Mountains, East Antarctica: implications for the formation of Gondwana[J]. Journal of Metamorphic Geology, 2005, 23(7): 603—623.

33 PHILLIPS G, WILSON C J L, PHILLIPS D, et al. Thermochronological (40Ar/39Ar) evidence of Early Palaeozoic basin inversion within the southern Prince Charles Mountains, East Antarctica: implications for East Gondwana[J]. Journal of the Geological Society, 2007, 164(4): 771—784.

34 HOKADA T, HARLEY S L, DUNKLEY D J, et al. Peak and post-peak development of UHT metamorphism at Mather Peninsula, Rauer Islands: Zircon and monazite U-Th-Pb and REE chemistry constraints[J]. Journal of Mineralogical and Petrological Sciences, 2016, 111(2): 89—103.

35 劉小漢, 趙越, 劉曉春, 等.東南極格羅夫山地質(zhì)特征—岡瓦納最終縫合帶的新證據(jù)[J].中國科學, 2002, 32(6): 457—468.

36 LIU X C, ZHAO Y, LIU X H. Geological aspects of the Grove Mountains, East Antarctica[M]//GAMBLE J A, SKINNER D N B, HENRYS S. Antarctica at the Close of a Millennium. Royal Society of New Zealand Bulletin, 2002, 35: 161—166.

37 LIU X C, JAHN B M, ZHAO Y, et al. Geochemistry and geochronology of high-grade rocks from the Grove Mountains, East Antarctica: Evidence for an Early Neoproterozoic basement metamorphosed during a single Late Neoproterozoic/Cambrian tectonic cycle[J]. Precambrian Research, 2007, 158(1): 93—118.

38 ZHAO Y, LIU X C, FANNING C M, et al. The Grove Mountains, a segment of a Pan-African orogenic belt in East Antarctica. Abstract Volume of 31th International Geological Congress, Rio de Janeiro, Brazil, 2000.

39 LIU X C, ZHAO Z R, ZHAO Y, et al. Pyroxene exsolution in mafic granulites from the Grove Mountains, East Antarctica: constraints on the Pan-African metamorphic conditions[J]. European Journal of Mineralogy, 2003, 15(1): 55—65.

40 LIU X C, JAHN B M, Zhao Y, et al. Late Pan-African granitoids from the Grove Mountains, East Antarctica: age, origin and tectonic implications[J]. Precambrian Research, 2006, 145(1): 131—154.

41 HU J M, REN M H, ZHAO Y, et al. Source region analyses of the morainal detritus from the Grove Mountains: evidence from the subglacial geology of the Ediacaran-Cambrian Prydz Belt of East Antarctica[J]. Gondwana Research, 2016, 35: 164—179.

42 胡健民, 劉曉春, 趙越, 等.南極普里茲帶性質(zhì)及構造變形過程[J]. 地球?qū)W報, 2008, 29(3): 343—354.

43 王偉, 劉曉春, 趙越, 等.東南極格羅夫山地區(qū)冰磧石碎石帶中高壓麻粒巖和正片麻巖的鋯石年代學研究及其構造意義[J]. 極地研究, 2016, 28(2): 159—180.

44 CHEN L Y, WANG W, LIU X C, et al. Metamorphism and zircon U-Pb dating of high-pressure pelitic granulites from glacial moraines in the Grove Mountains, east Antarctica. Advances in Polar Science, 2018, in press.

45 LIU X C, HU J M, ZHAO Y, et al. Late Neoproterozoic/Cambrian high-pressure mafic granulites from the Grove Mountains, East Antarctica: P-T-t path, collisional orogeny and implications for assembly of East Gondwana[J]. Precambrian Research, 2009, 174(1): 181—199.

46 WANG W, LIU X C, ZHAO Y, et al. U-Pb zircon ages and Hf isotopic compositions of metasedimentary rocks from the Grove Subglacial Highlands, East Antarctica: constraints on the provenance of protoliths and timing of sedimentation and metamorphism[J]. Precambrian Research, 2016, 275: 135—150.

47 FITZSIMONS I C W. A review of tectonic events in the East Antarctic Shield and their implications for Gondwana and earlier supercontinents[J]. Journal of African Earth Sciences, 2000, 31(1): 3—23.

48 ZHAO Y, LIU X H, LIU X C, et al. Pan-African events in Prydz Bay, East Antarctica and its inference on East Gondwana tectonics[M]// Yoshida M, Windley B, Dasgupta S. Proterozoic East Gondwana: Supercontinent Assembly and Breakup. Geological Society of London, Special Publications, 2003, 206: 231—245.

49 LIU X C, ZHAO Y, HU J M. The c. 1000-900 Ma and c. 550-500 Ma tectonothermal events in the Prince Charles Mountains-Prydz Bay region, East Antarctica, and their relations to supercontinent evolution[M]//Harley S L, Fitzsimons I C W, Zhao Y. Antarctica and Supercontinent Evolution. Geological Society, London, Special Publications, 2013, 383(1): 95—112.

50 KELLY N M, CLARKE G L, FANNING C M. A two-stage evolution of the Neoproterozoic Rayner Structural Episode: new U-Pb sensitive high resolution ion microprobe constraints from the Oygarden Group, Kemp Land, East Antarctica[J]. Precambrian Research, 2002, 116(3): 307—330.

51 HALPIN J A, CLARKE G L, WHITE R W, et al. Contrasting P-T-t Paths for Neoproterozoic metamorphism in MacRobertson and Kemp Lands, East Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 2007, 25(6): 683—701.

52 LIU X C, ZHAO Y, ZHAO G, et al. Petrology and geochronology of granulites from the McKaskle Hills, eastern Amery Ice Shelf, Antarctica, and implications for the evolution of the Prydz Belt[J]. Journal of Petrology, 2007, 48(8): 1443—1470.

53 LIU X C, ZHAO Y, SONG B, et al. SHRIMP U-Pb zircon geochronology of high-grade rocks and charnockites from the eastern Amery Ice Shelf and southwestern Prydz Bay, East Antarctica: constraints on Late Mesoproterozoic to Cambrian tectonothermal events related to supercontinent assembly[J]. Gondwana Research, 2009, 16: 342—361.

54 TINGEY R J. The regional geology of Archaean and Proterozoic rocks in Antarctica[M]// Tingey R J. The Geology of Antarctica. Oxford: Oxford University Press, 1991: 1—73.

55 MIKHALSKY E V, SHERATON J W, KUDRIAVTSEV I V, et al. The Mesoproterozoic Rayner Province in the Lambert Glacier area: its age, origin, isotopic structure and implications for Australia–Antarctica correlations[J]. Geological Society London Special Publication, 2013, 383(1): 35—57.

56 YOUNG D N, BLACK L P. U-Pb zircon dating of Proterozoic igneous charnockites from the Mawson Coast, East Antarctica[J]. Antarctic Science, 1991, 3(2): 205—216.

57 DUNKLEY D J, CLARKE G L, WHITE R W. Structural and metamorphic evolution of the mid-late Proterozoic Rayner Complex, Cape Bruce, East Antarctica[M]// GAMBLE J A, SKINNER D N B, HENRYS S. Antarctica at the Close of a Millennium. Royal Society of New Zealand Bulletin, 2002, 35: 31—42.

58 WANG Y B, LIU D Y, CHUNG S L, et al. SHRIMP zircon age constraints from the Larsemann Hills region, Prydz Bay, for a late Mesoproterozoic to early Neoproterozoic tectono-thermal event in East Antarctica[J]. American Journal of Science, 2008, 308(4): 573—617.

59 HALPIN J A, WHITE R W, CLARKE G L, et al. The Proterozoic P-T-t evolution of the Kemp Land coast, East Antarctica: constraints from Si-saturated and Si-undersaturated metapelites[J]. Journal of Petrology, 2007, 48(7): 1321—1349.

60 MORRISSEY L J, HAND M, KELSEY D E. Multi-stage metamorphism in the Rayner-Eastern Ghats Terrane: P-T-t constraints from the northern Prince Charles Mountains, east Antarctica[J]. Precambrian Research, 2015, 267: 137—163.

61 CLARKE G L, POWELL R, GUIRAUD M. Low-pressure granulite facies metapelitic assemblages and corona textures from Mac. Robertson Land, East Antarctica: the importance of Fe2O3and TiO2in accounting for spinel-bearing assemblages[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1989, 7(3): 323—335.

62 FITZSIMONS I C W, HARLEY S L. Mineral reaction textures in high grade gneisses, evidence for contrasting pressure-temperature paths in the Proterozoic complex of east Antarctica[M]// YOSHIDA Y, KAMINUMA K, SHIRAISHI K. Recent Progress in Antarctic Earth Science. Tokyo: Terra Scientific Publishing Company, 1992: 103—111.

63 FITZSIMONS I C W, HARLEY S L. Garnet coronas in scapolite-wollastonite calc-silicates from East Antarctica: the application and limitation of activity corrected grids[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1994, 12(6): 761—777.

64 THOST D E, HENSEN B J. Gneisses of the Porthos and Athos Ranges, northern Prince Charles Mountains, East Antarctica: constraints on the prograde and retrograde P–T path[M]// YOSHIDA Y, KAMINUMA K, SHIRAISHI K. Recent Progress in Antarctic Earth Science. Tokyo:Terra Scientific Publishing Company , 1992: 93—102.

65 HAND M, SCRIMGEOUR I, POWELL R, et al. Metapelitic granulites from Jetty Peninsula, east Antarctica: formation during a single event or by polymetamorphism?[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1994, 12(4): 557—573.

66 NICHOLS G T. The role of mylonites in the uplift of an oblique lower crustal section, East Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1995, 13(2): 223—228.

67 SCRIMGEOUR I, HAND M. A metamorphic perspective on the Pan African overprint in the Amery area of Mac. Robertson Land, East Antarctica[J]. Antarctic Science, 1997, 9(3): 313—335.

68 STEPHENSON N C N, COOK N D J. Metamorphic evolution of calc-silicate granulites near Battye Glacier, northern Prince Charles Mountains, east Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1997, 15(3): 361—378.

69 BOGER S D, WHITE R W. The metamorphic evolution of metapelitic granulites from Radok Lake, northern Prince Charles Mountains, east Antarctica; evidence for an anticlockwise P-T path[J]. Journal of Metamorphic Geology, 2003, 21(3): 285—298.

70 TONG L X, LIU X H, WANG Y B et al. Metamorphic P-T paths of metapelitic granulites from the Larsemann Hills, East Antarctica[J]. Lithos, 2014, 192: 102—115.

71 ELLIS D J. The Napier and Rayner Complexes of Enderby Land, Antarctica-contrasting styles of metamorphism and tectonism[M]// OLIVER R L, JAMES P R, JAGO J B. Antarctic Earth Science. Canberra: Australian Academy of Science, 1983: 20—24.

72 KELLY N M, HARLEY S L. Orthopyroxene–corundum in Mg–Al-rich granulites from the Oygarden Islands, East Antarctica[J]. Journal of Petrology, 2004, 45(7): 1481—1512.

73 DHARMA RAO C V, SANTOSH M, WU Y B. Mesoproterozoic ophiolitic mélange from the SE periphery of the Indian plate: U-Pb zircon ages and tectonic implications[J]. Gondwana Research, 2011, 19(2): 384—401.

74 CARSON C J, FANNING C M, WILSON C J LTiming of the Progress Granite, Larsemann Hills: Additional evidence for Early Palaeozoic orogenesis within the East Antarctica Shield and implications for Gondwana assembly[J]. Australian Journal of Earth Sciences, 1996, 43(5): 539—553.

75 MOTOYOSHI Y, THOST D E, HENSEN B J. Reaction textures in calc-silicate granulites from the Bolingen Islands, Prydz Bay, East Antarctica: implications for the retrograde P-T path[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1991, 9(3): 293—300.

76 FITZSIMONS I C W. Metapelitic migmatites from Brattstrand Bluffs, East Antarctica-metamorphism, melting and exhumation of the mid crust[J]. Journal of Petrology, 1996, 37: 395—414.

77 CARSON C J, POWELL P, WILSON C J L, et al. Partial melting during tectonic exhumation of a granulite terrane: an example from the Larsemann Hills, East Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1997, 15(1): 105—126.

78 MANTON W I, GREW E S, GHOFMANN J, et al. Granitic rocks of the Jetty Peninsula, Amery Ice Shielf area, East Antarctica[M] // YOSHIDA Y, KAMINUMA K, SHIRAISHI K. Recent Progress in Antarctic Earth Science. Tokyo: Terra Scientific Publishing Company, 1992: 179—189.

79 MORRISSEY L J, HAND M, KELSEY D E, et al. Cambrian high-temperature reworking of the Rayner–Eastern Ghats Terrane: constraints from the northern Prince Charles Mountains region, East Antarctica[J]. Journal of Petrology, 2016, 57(1): 53—92.

80 李淼, 劉曉春, 趙越.東南極普里茲灣地區(qū)花崗巖類的鋯石U-Pb年齡、地球化學特征及其構造意義[J]. 巖石學報, 2007, 23(5): 1055—1066.

81 HARLEY S L, FITZSIMONS I C W. Pressure-temperature evolution of metapelitic granulites in a polymetamorphic terrane: the Rauer Group, East Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1991, 9(3): 231—243.

82 HARLEY S L. Ultrahigh temperature granulite metamorphism (1 050oC, 12kbar) and decompression in garnet (Mg70)-orthopyroxene- sillimanite gneisses from the Rauer Group, East Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 1998, 16: 541—562.

83 KELSEY D E, WHITE R W, POWELL R, et al. New constraints on metamorphism in the Rauer Group, Prydz Bay, east Antarctica[J]. Journal of Metamorphic Geology, 2003, 21(8): 739—759.

84 TONG L, WILSON C J L. Tectonothermal evolution of the ultrahigh temperature metapelites in the Rauer Group, east Antarctica[J]. Precambrian Research, 2006, 149(1): 1—20.

85 KINNY P D. Monazite U-Pb ages from east Antarctic granulites: comparisons with zircon U-Pb and garnet Sm-Nd ages[M]. Geological Society of Australia, Abstracts, 1998, 49: 250.

86 KELSEY D E, HAND M, CLARK C, et al. On the application ofmonazite chemical geochronology to constraininghistories in high-temperature (>850°C) polymetamorphic granulites from Prydz Bay, East Antarctica[J]. Journal of the Geological Society, 2007, 164(3): 667—683.

87 WANG Y B, TONG L X, LIU D Y. Zircon U-Pb ages from an ultra-high temperature metapelite, Rauer Group, east Antarctica: implications for overprints by Grenvillian and Pan-African events[M]// COOPER A K, RAYMOND C R, et al. A Keystone in a Changing World-Online Proceedings of the 10th ISAES. USGS Open-File Report 2007-1047, Short Research Paper 023, 2007: 4p.

88 KELSEY D E, POWELL R, WILSON C J L, et al. (Th + U)-Pb monazite ages from Al-Mg-rich metapelites, Rauer Group, East Antarctica[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2003, 146(3): 326—340.

89 CLARK C, KINNY P D, HERLEY S L. Sedimentary provenance and age of metamorphism of the Vestfold Hills, East Antarctica: evidence for a piece of Chinese Antarctica?[J]. Precambrian Research, 2012, 196: 23—45.

90 COLLERSON K D, SHERATON J W. Age and geochemical characteristics of a mafic dyke swarm in the Archaean Vestfold Block, Antarctica: inferences about Proterozoic dyke emplacement in Gondwana[J]. Journal of Petrology, 1986, 27(4): 853—886.

91 LANYON R, BLACK L P, SEITZ H M. U-Pb zircon dating of mafic dykes and its application to the Proterozoic geological history of the Vestfold Hills, East Antarctica[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1993, 115(2): 184—203.

92 BLACK L P, KINNY P D, SHERATON J W. The difficulties of dating mafic dykes: an Antarctic example[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1991, 109(2): 183—194.

93 KUEHNER S M, GREEN D H. Uplift history of the East Antarctic Shield: constraints imposed by high-pressure experimental studies of Proterozoic mafic dykes[M]// THOMSON M R A, CRAME J A, THOMSON J W. Geological Evolution of Antarctica. Cambridge: Cambridge University Press, 1991: 1—6.

94 WILSON C J L, QUINN C, TONG L X, et al. Early Palaeozoic intracratonic shears and post-tectonic cooling in the Rauer Group, Prydz Bay, East Antarctica constrained by40Ar/39Ar thermochronology[J]. Antarctic Science, 2007, 19(3): 339—353.

95 劉健, 趙越, 劉曉春, 等.來自東南極西福爾丘陵附近冰磧物中沉積巖礫石的碎屑鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡及其意義[J]. 地質(zhì)學報, 2011, 85(10): 1585—1612.

96 ZHAO Y, ZHANG S H, LIU X C, et al. Sub-glacial geology of Antarctica: a preliminary investigation and results in the Grove Mountains and the Vestfold Hills, East Antarctica and its tectonic implication[M]// COOPER A K, RAYMOND C R, et al. A Keystone in a Changing World. Online Proceedings of the 10th ISAES. USGS Open-File Report 2007-1047, Extended Abstract 196, 2007: 4p.

97 HARLEY S L, FITZSIMONS I C W, ZHAO Y. Antarctica and supercontinent evolution: historical perspectives, recent advances and unresolved issues[M]//Harley S L, Fitzsimons I C W, Zhao Y. Antarctica and Supercontinent Evolution. Geological Society of London Special Publications, 2013, 383: 1—34.

GEOLOGICAL SURVEYS IN EAST ANTARCTICA BY CHINESE EXPEDITIONS OVER THE LAST 20 YEARS: PROGRESS AND PROSPECTS

Liu Xiaochun, Zhao Yue

(Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China)

Fourteen geological surveys in East Antarctica from 1998 to 2017 were organized by the Chinese National Antarctic Research Expedition. The semicircular survey region has a radius of about 400 km from the Chinese Zhongshan Station in the Larsemann Hills. Main bedrock exposures in this area include the Grove Mountains, eastern Amery Ice Shelf-southwestern Prydz Bay, northern Prince Charles Mountains, Mount Brown, Rauer Group, and Vestfold Hills. Based on large- and medium-scale geological mapping and comprehensive multidisciplinary studies, the following has been achieved. (1) The Grove Subglacial Highlands has proven to be metamorphic terrain that experienced only a single Pan-African (~570–500 Ma) tectonometamorphic cycle. High-pressure mafic and pelitic granulites have been discovered from glacial moraines, and the Pan-African orogenic process has been accurately depicted. New data suggest that the Prydz Belt is a collisional zone, supporting a tectonic model that the Gondwana supercontinent was assembled from several continental blocks during Pan-African times. (2) A long-lived Mesoproterozoic continental arc exceeding >2 000 km occurs between the Indian and East Antarctic cratons. Arc magmatism lasted from ~1 500 Ma to ~ 1 000 Ma. It is proposed that the tectonic evolution of the Rayner orogen may involve an arc-continent collision followed by continent-continent collision during the Grenvillian (~1 000– 900 Ma) time. (3) Early kyanite relics have been identified from ultrahigh-temperature metapelites in the Rauer Group, and a precise clockwise-path of the ultrahigh-temperature metamorphism has been deduced. (4) Grenvillian (~960–940 Ma) heterogeneous granulitization with-conditions of 820–870°C and 0.84–0.97 GPa has been recognized in mafic dyke swarms from the southwestern Vestfold Block, suggesting that this block may have involved the Rayner orogeny during collision between the Indian and East Antarctic cratons. (5) U-Pb zircon ages of ~3.5–3.3 Ga have been obtained from weakly metamorphosed glacial boulders and loose sands from moraines around the southeastern margin of Vestfold Hills, on which basis it has been inferred that a possible Paleoarchean continental block exists beneath the ice sheet to the southeast of Vestfold Hills. It is suggested that future geological field investigations in the Indian Ocean sector of Antarctica should extend to the southern Prince Charles Mountains, the Napier Complex, and the Denman Glacier. Research should focus on the response of the Antarctic continent to the assembly and breakup of supercontinents in the geological history of the Earth. It can be carried out in the following aspects: (1) recognition of the Archean continental nuclei and their global correlations, (2) record of the Grenvillian orogeny and assembly of the Rodinia supercontinent, (3) record of the Pan-African orogeny and assembly of the Gondwana Supercontinent, and (4) breakup and dispersion of the supercontinent during the Phanerozoic. Such research will advance China’s research on Antarctic geology to appropriate international standards.

East Antarctica, Pan-African, Prydz Belt, Grenvillian, Rayner orogen, supercontinent evolution

2017年11月收到來稿, 2018年1月收到修改稿

國家自然科學基金項目(41530209)、國家財政專項(CHINARE2016-02-05)、中國地質(zhì)調(diào)查局中國地質(zhì)科學院基本科研業(yè)務費項目(JYYWF201819)和國土資源大調(diào)查項目(12120113019000)資助

劉曉春, 男, 1962年生。研究員, 主要從事巖石學研究。E-mail: liuxchqw@cags.ac.cn

10. 13679/j. jdyj. 20170047