斯里蘭卡地質演化研究的進展與評述：巖石組合、變質演化及其與岡瓦納大陸的關系*

趙磊 張艷斌 MALAVIARACHCHI Sanjeewa Prabhath Kumara DHARMAPRIYA Prasanna Lakshitha 翟明國

1. 中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室，北京 100029 2. 斯里蘭卡佩拉德尼亞大學地質系，康堤 20400

新元古代晚期至古生代早期，地球的表生環境、構造體制、生命演化等方面都經歷了劇烈變化，如超高壓變質巖以及低溫高壓變質地體的出現、全球性冰川、單細胞生物的快速演化以及多細胞生物的出現、沉積型BIF的再次出現以及大氣增氧事件(NOE)等(Liouetal., 2004; Stern, 2008, 1994)。厘清新元古代的全球構造地質過程，是理解上述諸多劇變的原因和內在機制的必要前提(Stern, 2008, 1994)。羅迪尼亞超大陸裂解形成的地質體匯聚并形成岡瓦納大陸，是該時期全球范圍內發生的最重要構造事件。位于東、西岡瓦納的連接部位，處于東非造山帶和Kuunga-Pinjarra造山帶的疊加部位的斯里蘭卡(圖1a, Cawoodetal., 2007; Collins and Pisarevsky, 2005)，是理解岡瓦納的匯聚過程的關鍵環節，對于認識新元古-寒武紀時期全球的構造過程，具有十分重要的意義。斯里蘭卡大面積分布的麻粒巖和紫蘇花崗巖(Kr?ner, 1991b)，是探索相關地質過程的理想研究對象。

圖1 斯里蘭卡在岡瓦納大陸中的位置(a, 據Cawood et al., 2007; Wang et al., 2019修改)和斯里蘭卡構造地體劃分及其超高溫麻粒巖出露點(b, 據Cooray, 1994; Dharmapriya et al., 2017; Kr?ner and Williams, 1993修改)石墨礦詳見Binu-Lal et al. (2003)Fig.1 Location of Sri Lanka in the reconstruction of Gondwana (a, modified after Cawood et al., 2007; Wang et al., 2019) and the tectonic framework of Sri Lanka in which locations of ultrahigh temperature (UHT) granulites and graphite mines are also shown (b, modified after Cooray, 1994; Dharmapriya et al., 2017; Kr?ner and Williams, 1993; Binu-Lal et al., 2003)

根據巖石變質程度和同位素特征，斯里蘭卡前寒武紀基底被劃分為四個地質體：Wanni、Kadugannawa、Highland和Vijayan雜巖地體(Complex)，經歷新元古代-寒武紀麻粒巖相(局部角閃巖相)變質改造是不同地質體的共同特征(圖2a)。斯里蘭卡變質巖石類型包括變泥砂質巖、石英巖、混合巖化片麻巖、變質基性和超基性巖等，還有少量斜長巖、大理巖和鈣硅酸巖。需要指出的是紫蘇花崗巖在斯里蘭卡分布十分廣泛，幾乎與其它的所有變質巖密切伴生。在不含紫蘇輝石的角閃/黑云片麻巖中，以團塊狀、補丁狀、不規則脈狀等形式產出的、具有紫蘇花崗巖礦物組合的部分，稱為初始紫蘇花崗巖(Incipient charnockite)，在斯里蘭卡的一些地區也較為常見(Kr?neretal., 1991)。位于斯里蘭卡中部的Highland地體變質級別最高，超高溫麻粒巖集中分布于這一地區(表1)。

前人針對斯里蘭卡變質作用的研究，主要圍繞Highland地體含假藍寶石+石英、斜方輝石+夕線石組合的泥質超高溫麻粒巖，以及含斜方輝石+石榴石組合的基性麻粒巖展開。然而，不同研究者給出的峰期變質溫度、壓力差異很大(表1, Sajeev and Osanai, 2004a; Osanaietal., 2006)，關于斯里蘭卡變質巖的變質P-T軌跡，也存在多種不同認識(詳見后面的論述)。對斯里蘭卡地質年代學的認識遠未達成一致，主要表現在：1)對斯里蘭卡早前寒武紀巖系的時代沒有很好的限定；2)對斯里蘭卡麻粒巖相變質作用峰期時代的認識不統一，大致分布在610Ma到500Ma之間(表2)。最近本課題組在Highland地體石英巖中獲得了ca. 480～450Ma的變質鋯石U-Pb年齡(未發表數據)。此外，對于在斯里蘭卡大面積分布的紫蘇花崗巖的巖石成因及其與高溫-超高溫變質作用的關系，仍有待于進一步探究。這些因素，極大地制約了對斯里蘭卡地質演化歷史的準確解析。

前寒武紀地質體的高溫-超高溫變質作用在大陸地殼形成演化和超大陸重建研究中的意義，是地質學家們長期關注的基礎地質問題。斯里蘭卡前寒武紀地質體的高級變質作用，為開展相關研究提供了理想的地質樣品。在二十世紀八十年代末到九十年代初，斯里蘭卡與日本、德國、澳大利亞、印度等開展了廣泛的地質合作研究，并有大量的研究成果(Hiroi and Motoyoshi, 1990; Katz, 1987; Kr?ner, 1991b; Milisendaetal., 1988; Sandifordetal., 1988; 1994年第66期Precambrian Research專輯)。近些年，相關的合作研究仍在持續，并獲得了很多新的數據和認識，但是相關問題的爭議依然很大。本文對斯里蘭卡地質演化的研究進展做簡單綜合、歸納與評述，并對研究中存在的問題和爭議加以強調，以期引起同行的關注并為未來斯里蘭卡地質研究提供一些思路和方向。

圖2 斯里蘭卡主要地質事件的時代簡表(a)及其中部地區的地質簡圖(b,據Osanai et al., 2016a修改)Fig.2 Geochronological framework of major geological events in Sri Lanka (a) and simplified geological map of the middle part of Sri Lanka (b, modified after Osanai et al., 2006a)

1 地質概述與變質地質體劃分

由于斯里蘭卡大面積出露的各類麻粒巖、紫蘇花崗巖、初始紫蘇花崗巖等與南印度“太古宙”巖石非常相似，早期的很多研究者提出斯里蘭卡的高級變質巖系是典型的抬升至地表的早前寒武紀(甚至太古宙)下地殼組合(Kr?ner, 1991b)。基于這種認識，斯里蘭卡的前寒武紀基底被分為三個地質體單元：Highland群、西南群(Southwestern)和Vijayan群，其中Highland群和西南群的巖石組合為一系列麻粒巖相的表殼巖，Vijayan群則主要是由角閃巖相的花崗片麻巖組成，三個地質體單元分別位于斯里蘭卡的不同地區(轉引自Kr?ner, 1991b)。關于這些地質單元的形成時代，早期的一些研究者認為Vijayan群的原巖形成于太古宙，是Highland群最古老花崗片麻巖的退變質改造和花崗巖化的產物，是Highland群和西南群變質表殼巖的基底(Katz, 1971)。另外一部分研究者則認為Vijayan群形成時代較為年輕，是通過后期的構造事件拼合到斯里蘭卡Highland古大陸邊緣的(轉引自Kr?ner, 1991b; Berger, 1973; Berger and Jayasinghe, 1976)。

目前廣泛使用的如圖1b所示的基底劃分方案，將斯里蘭卡劃分為：Wanni、Kadugannawa、Highland(早期的文獻也稱為Highland/Southwestern Complex, HSWC)和Vijayan等四個前寒武紀雜巖地體(Complex, 圖1b, Cooray, 1994; H?lzletal., 1994; Kr?neretal., 1991; Mathavanetal., 1999; Milisendaetal., 1988)。該地體劃分方案主要依據不同地區前寒武紀巖石的Nd同位素特征及巖石的變質級別(Berger and Jayasinghe, 1976; Cooray, 1994; Kr?neretal., 1987)。Highland雜巖地體巖石變質級別普遍為麻粒巖相，Nd模式年齡為3400～2000Ma；Wanni和Kadugannawa(Arenas)雜巖地體巖石變質級別為角閃-麻粒巖相，巖石Nd模式年齡為2000～1000Ma；Vijayan雜巖巖石的變質級別大多為角閃巖相，Nd模式年齡為1800～1000Ma(Milisendaetal., 1988, 1994; Cooray, 1994; Kr?neretal., 1987)。這幾個地質體之間，除Highland與Vijayan雜巖地體之間能夠在地表看到逆沖的地質記錄之外(Vitanage, 1985; Kr?ner, 1991b)，相關巖石在Highland、Wanni和Kadugannawa雜巖地體的接觸帶連續分布，并且所有地質體均顯示相同的變形特征(Takemuraetal., 2015; Kr?neretal., 2013; Kr?ner and Brown, 2005)。Milisendaetal.(1994)推測斯里蘭卡的幾個雜巖地體具有不同的前寒武紀地質演化歷史，它們在新元古代岡瓦納大陸匯聚期間碰撞拼貼到一起。

位于斯里蘭卡中部的Highland雜巖地體變質級別最高，局部可見超高溫麻粒巖。該地體的巖石類型包括：泥-砂質片麻巖、石英巖、鈣硅酸鹽巖、大理巖以及紫蘇花崗巖和變質基性巖等，這些巖石構成了橫貫斯里蘭卡中部從東北到西南的高山地區(圖1b)。Cooray (1994)等認為Highland雜巖的泥質、砂質和鈣質變質巖的原巖沉積及相應的基性巖漿活動發生于～2000Ma，最古老的中酸性侵入體(目前多為黑云角閃片麻巖、紫蘇花崗片麻巖等)形成于1940～1847Ma(圖2a)。Kr?neretal.(1991)基于鋯石U-Pb年代學結果，提出Highland雜巖地體的變質中酸性侵入巖的原巖時代為ca. 1940～650Ma。很多學者據此認為Highland雜巖地體可能含有古元古代早期甚至太古宙基底，但是鋯石U-Pb年代學證據并不充分(見后面的綜述)。不同研究者給出的麻粒巖峰期變質作用時代跨度較大，Kr?ner (1991b)認為區域麻粒巖相變質作用發生于<665～550Ma，不同定年礦物的冷卻年齡一直持續至463Ma。基于H?lzletal.(1994)的年代學研究，目前大多研究者認為斯里蘭卡變質作用時代≤610Ma。

圖2b修改自公開發表的斯里蘭卡Kandy幅的地質圖，該圖覆蓋斯里蘭卡中部的Highland、Wanni、Kadugannawa和Vijayan雜巖地體的相關地區，是比較有代表性的巖石出露區。從圖中可以看出Highland雜巖地體的主體巖石是紫蘇花崗巖(Highland雜巖地體)及一系列的角閃-黑云片麻巖(Vijayan和Wanni雜巖地體)。雖然Kr?neretal.(1991)提出Highland雜巖地體的變質火成巖(包括變質基性巖、花崗片麻巖、紫蘇花崗巖等)和變質沉積巖(石英巖、大理巖、泥砂質麻粒巖、鈣硅酸鹽巖等)的出露面積可能各占50%，但是由于高級變質、強烈變形以及普遍的混合巖化作用的影響，不同巖石的接觸邊界比較模糊，很難對Highland甚至斯里蘭卡全島范圍內的巖石進行細致的原巖類型劃分(Osanaietal., 2000, 2003)。如圖2b所示，有相當大區域的條帶狀片麻巖并未做進一步的分類。這些未區分的條帶狀片麻巖可能是經歷了高級變質作用的泥質、砂質巖石，也可能是混合巖化的花崗巖、花崗閃長巖或紫蘇花崗巖等(Osanaietal., 2000, 2003, 2016a)。

Highland雜巖地體的部分變質沉積巖，以條帶狀、透鏡狀分布于紫蘇花崗巖(或角閃-黑云片麻巖)中(Osanaietal., 2000)。在很多地方，能看到至少兩種巖石類型呈現互層狀，或某一種巖石呈透鏡狀出露于另一種巖石當中。例如圖3a，該采石場的主體巖石類型是紫蘇花崗巖，變質沉積巖(主體為泥質麻粒巖)以大小不等的包體狀分布于紫蘇花崗巖中。在圖3b和3d中，紫蘇花崗巖和變質沉積巖互層狀產出，推測可能是紫蘇花崗片麻巖的原巖順層侵入沉積巖中，并與其共同經歷高級變質和變形。在許多的變質沉積巖出露區都有伴生的紫蘇花崗巖(圖3、圖4)，而巖體型紫蘇花崗巖則是單獨出露，沒有其它伴生巖石(圖3c)。Highland雜巖地體很多紫蘇花崗巖都顯示明顯的礦物定向，混合巖化現象也十分常見。基性麻粒巖在一些地區與大理巖、鈣硅酸鹽巖與泥質麻粒巖等變質沉積巖互層產出(圖3d、圖4c-e)。部分基性麻粒巖以透鏡狀出露于紫蘇花崗巖中(圖4b)，二者呈漸變過度，邊界不明顯。

圖3 斯里蘭卡不同地區紫蘇花崗巖和變質沉積巖的野外產狀特征(a)紫蘇花崗巖中的不規則狀變質沉積巖；(b)紫蘇花崗巖與變質沉積巖呈現“互層狀”產出；(c)巖體型紫蘇花崗巖，巖石發育明顯片麻理；(d)變質沉積巖與紫蘇花崗巖的接觸邊界；(e)變質沉積巖的野外面貌；(f)紫蘇花崗巖的面貌Fig.3 Field photographs of charnockite and metasedimentary rocks occurring in Sri Lanka(a) metasedimentary rock occurring within charnockite; (b) interlayered charnockite and metasedimentary rocks; (c) plutonic charnockite showing clear gneissic structure; (d) contact between charnockite and metasedimentary rock; (e) the appearance of metasedimentary rock; (f) the appearance of garnet-bearing charnockite, showing clear deformation features

圖4 斯里蘭卡變質沉積巖、基性麻粒巖與紫蘇花崗巖的野外產狀(a)含假藍寶石(超高溫)麻粒巖與大理巖的野外關系；(b)紫蘇花崗巖中的透鏡狀基性麻粒巖；(c)基性麻粒巖、大理巖與泥質麻粒巖的野外關系；(d)大理巖與不同類型麻粒巖的野外關系；(e)泥質麻粒巖與基性麻粒巖呈現“互層狀”產出；(f)基性麻粒巖的野外面貌，圖中深色的部分為富角閃石的部分. 除圖b其他摘自Osanai et al. (2016a)Fig.4 Field photographs of metasedimentary rocks, mafic granulite and charnockite occurring in Sri Lanka(a) sapphirine-bearing pelitic granulites occurring within marble; (b) mafic granulite occurring as lenses within charnockite; (c) field occurrences of pelitic granulite (UHT), marble and mafic granulite; (d) interlayered mafic granulite, marble and pelitic granulite; (e) intercalated pelitic (UHT) granulite and mafic granulite; (f) the appearance of mafic granulite in which the dark layers are amphibole-enriched. Pictures from Osanai et al. (2016a) except Fig.4b

Vijayan雜巖地體位于Highland雜巖地體的東南部(圖1b)，其巖石組合主要是各類混合巖化的英云閃長質-淡色花崗質巖石，以及少量的石英巖和鈣硅酸鹽巖。這些花崗巖類顯示強烈混合巖化特征以及明顯的淺色和暗色條帶交錯的現象。除此之外，在Vijayan雜巖地體的一些部位，還可以看到紫蘇花崗巖、泥質麻粒巖和麻粒巖相的鈣硅酸鹽巖組合，如圖1b所示的Buttala、Kataragama和Kuda Oya等地。Kr?neretal.(1991)和Vitanage (1985)等認為這些麻粒巖相巖系是Vijayan雜巖地體與Highland雜巖地體在新元古代拼合期間形成的，均為來源于Highland地體的飛來峰。除此之外，Kr?neretal.(1991)發現Vijayan雜巖地體的各類混合巖中均不含有麻粒巖相礦物組合，因而推斷其變質級別沒有達到麻粒巖相，整體為角閃巖相。但是，Kr?neretal.(2013)在Vijayan雜巖地體除上述“飛來峰”之外的地區，發現有麻粒巖和紫蘇花崗巖。他們據此修正了之前的說法，認為Vijayan雜巖地體的變質級別也達到了麻粒巖相，并提出早期以變質級別來區分Highland和Vijayan雜巖地體是不恰當的。早期的研究曾提出Vijayan的片麻巖是斯里蘭卡的太古宙基底，或者代表混合巖化/花崗巖化的Highland雜巖地體基底巖系，Kr?neretal.(1987, 2013)利用鋯石原位U-Pb方法，確定Vijayan混合巖化片麻巖的時代≤1100Ma，全巖Sm-Nd同位素結果顯示這些片麻巖大多為初始地殼物質，其變質和混合巖化作用的時代為591～456Ma(圖2a、表2)。

Wanni雜巖地體位于Highland的西部、西北部(圖1b)，早期的研究者認為這里屬于西Vijayan群或Highland地體的西部延伸(轉引自Kr?neretal., 1991)。Milisendaetal.(1988)較早提出這里可能代表一個單獨的地質單元，因為其巖石組合、變質級別及其Nd同位素模式年齡(2000～1000Ma)明顯區別于上述兩個地體。Wanni雜巖地體的巖石類型包括各種花崗片麻巖、紫蘇花崗片麻巖以及少量的變質表殼巖(變質火山沉積巖的總稱)和構造期后花崗巖(不顯示任何變質變形的花崗巖，如Tonigalla花崗巖，Pohl and Emmermann, 1991; Fernando and Iizumi, 2001)等。顯示明顯變質改造特征的巖石的原巖形成時代≤1100～670Ma，新元古-古生代變質作用時代與Highland雜巖地體基本一致(Milisendaetal., 1988)。數量不多的變質表殼巖(泥砂質片麻巖、石英巖、斜長角閃巖等)以夾層狀產出于黑云斜長片麻巖、紫蘇花崗巖中。關于Wanni雜巖地體與Highland及Vijayan地體的關系，Kr?neretal.(1991)提出了如下的幾點認識：雖然在Wanni雜巖地體也可見到角閃巖-麻粒巖的轉變和原地的紫蘇花崗巖，但是其變質級別整體低于Highland雜巖地體，尤其是變質壓力；Wanni雜巖地體與Highland地體沒有明顯的構造邊界；Wanni雜巖地體的花崗片麻巖主要是黑云母花崗片麻巖，不同于在Vijayan地體廣泛分布的含角閃石的鈣堿性花崗巖。值得一提的是，在Wanni地體Anuradhapura、Vavuniya和東海岸(Trincomalee)一帶分布有斯里蘭卡出露面積最大的巖體型紫蘇花崗巖。

Kadugannawa雜巖地體位于斯里蘭卡中部城市Kandy的周邊地區，主要由Highland雜巖地體的高級變質巖所圍限(圖1b)。早期研究者在該地區識別出了一個主要由黑云角閃片麻巖、黑云片麻巖、角閃石巖、變質斜長巖、變質輝石巖與少量長英質、泥質片麻巖和石英巖組成的向斜盆地，稱為“Arenas”(圖1b, Cooray, 1994)。黑云角閃片麻巖的原巖時代為1006～894Ma，Nd模式年齡為～1400Ma，其中少量的夾層狀產出的夕線石榴片麻巖(泥質變質巖)的Nd模式年齡為～1600Ma，變質作用時代為≤610～508Ma，與Highland和Wanni雜巖地體一致。部分研究者認為Kadugannawa雜巖地體的角閃巖相變質代表區域地質事件的進變質階段，并據此提出該地區代了Highland雜巖地體的淺部地殼層次 (Sandifordetal., 1988; Voll and Kleinschrodt, 1991)。Voll and Kleinschrodt (1991)進一步將整個Kadugannawa雜巖地體的巖石組合解釋為經受變質變形改造的層狀雜巖侵入體系列。另外一些研究者認為，雖然Kadugannawa雜巖地體很多巖石顯示角閃巖相變質特征，仍然有相當一部分巖石保存有麻粒巖相礦物組合(比如Kandy市東部的Mahaweli河沿岸地區)，因此提出Kadugannawa雜巖地體角閃巖相礦物組合為麻粒巖退變質階段形成，不代表Highland雜巖地體的淺部地殼(Kr?neretal., 1991; Schenketal., 1991)。Kr?neretal.(1991)對Kadugannawa地體巖石的年代學研究發現，這些巖石并不是同時期形成的(ca. 1006～894Ma)。因而Kr?neretal.(1991)不認同上述層狀雜巖體的觀點，認為這套巖石應該是代表了一套鈣堿性的巖漿弧根部組合。Kr?ner and Brown (2005)和Kr?neretal.(2003)認為Kadugannawa的鈣堿性巖其實是Wanni雜巖地體的一部分，二者共同代表新元古代的巖漿弧。

從上面的論述可以看出，斯里蘭卡幾個前寒武紀地質體在巖石組成、時代和變質級別等方面確實存在差異，因而上述的基底劃分方案具有合理性，但是存在的問題也很明顯：1)在Highland、Wanni和Kadugannawa地體的邊界位置，不存在明顯的地體界線，相關巖石在地表連續分布，這就造成斯里蘭卡地質圖存在多種不同版本，每個版本給出的地體邊界都不相同；2)一些代表性礦產的分布，似乎也不受“地體邊界”的約束。如圖1b所示，與高級變質作用相關的石墨礦在斯里蘭卡西部的Wanni和Highland地體連續分布；3)早期認為Vijayan地體的麻粒巖和紫蘇花崗巖僅出露于幾個“飛來峰”，但是近些年在這些“飛來峰”之外的很多地區發現了麻粒巖和紫蘇花崗巖。早期以變質級別的差異來區分Highland與Vijayan雜巖地體的做法面臨嚴峻挑戰。要解答上述問題，必須對這些地質體的同位素特征、年代格架及岡瓦納大陸匯聚過程的變質變形響應有完整的把握。

2 麻粒巖相巖石及其變質作用

由于麻粒巖相變質巖在Highland雜巖地體保存完整、出露良好，并且超高溫麻粒巖也僅分布于這一地區，因此關于斯里蘭卡變質作用的研究大多關注這一地區(表1)。另外三個前寒武紀地質體(Wanni、Vijayan和Kadugannawa)變質程度稍低，并且巖石多為不含石榴石的黑云片麻巖或紫蘇花崗片麻巖，其變質作用鮮有研究結果報道。接下來，本文將著重對分布于Highland地體的三種高溫-超高溫變質巖石類型(泥質麻粒巖、基性麻粒巖和變質鈣硅酸鹽巖)，及在所有地體均廣泛出露的紫蘇花崗巖等的相關研究進展進行系統的歸納和評述。

2.1 泥質麻粒巖

根據Kr?ner (1991b)的描述，以泥質巖為代表的變質沉積巖的出露比例占到Highland雜巖地體所有巖石的～50%。一些研究者認為雖然Highland雜巖中泥質麻粒巖經歷了復雜的變質變形過程，但其變質演化各個階段的礦物組合均得以保存，并由此獲得了較為完整的變質演化P-T軌跡(圖5b, c, f, i)。例如，Raase and Schenk (1994)認為東Highland雜巖地體的泥質麻粒巖中，經常可以見到發育在粗粒夕線石和板狀石英晶體之間的石榴石+堿性長石組成的冠狀體(圖6a)，代表發生了如下的進變質階段反應：Bt+Sil+Q+Pl → Grt+Kfs+H2O；在西Highland雜巖的泥質麻粒巖中，常見蝕刻狀夕線石集合體的周圍，有一圈堇青石，堇青石之外為一圈石榴石(圖6b)，表明發生了如下的進變質過程：Bt+Sil+Pl+Q → Grt+Crd+Kf+Mag+Ilm+H2O/L(Raase and Schenk, 1994)。Hiroietal.(1994)認為在部分巖石中見到的藍晶石+石英、十字石、鐵尖晶石+藍晶石等組合，為變質演化早期階段礦物組合的“殘留體”(圖6c)，并據此推斷在進變質階段十字石分解反應較為普遍：St+Q → Ky+Grt+H2O、St → Ky+Hc+Grt+H2O。Raase and Schenk (1994)在一些泥質麻粒巖中，識別出一些賦存于石榴石和夕線石中的鐵尖晶石，這些石榴石和夕線石將尖晶石和石英分隔開(圖6d)，Raase and Schenk (1994)推測可能發生了如下的反應：Zn-Spl+Q → Grt+Sil。通過這一反應，鋅元素富集到尖晶石中，使得尖晶石+石英的組合能夠在低溫狀態下穩定(峰后退變質階段，Raase and Schenk, 1994)。此外，隨著退變質作用的進行，石榴石周圍也形成了一系列由于降壓而形成的特征反應結構(圖6e)。其中，由堇青石等組成的后成合晶最為常見，對應的反應過程可能為：Grt+Kfs+H2O→Bt+Crd/Q等(Raase and Schenk, 1994)。

圖5 斯里蘭卡Highland雜巖地體麻粒巖以及超高溫麻粒巖變質演化P-T軌跡結果匯總(a) P-T軌跡來自Mathavan and Fernando (2001)和Osanai et al. (2006)；(b) P-T軌跡來自Raase and Schenk (1994)；(c) P-T軌跡來自Kriegsman (1996)；(d) P-T軌跡來自Hiroi et al. (1994)和Schumacher et al. (1990)；(e) 1來自Sajeev and Osanai (2004b)，2來自Perera (1984, 1994)；(f) P-T軌跡來自Dharmapriya et al. (2015a)和Takamura et al. (2015)；(g) P-T軌跡來自Dharmapriya et al. (2014)；(h) P-T軌跡來自Dharmapriya et al. (2015b)；(i) P-T軌跡來自Dharmapriya et al. (2017)Fig.5 A summarization of the previously published P-T paths for granulites and UHT granulites in Highland Complex of Sri Lanka(a) from Mathavan and Fernando (2001) and Osanai et al. (2006); (b) from Raase and Schenk (1994); (c) from Kriegsman (1996); (d) from Hiroi et al. (1994) and Schumacher et al. (1990); (e) 1 from Sajeev and Osanai (2004b), and 2 from Perera (1984, 1994); (f) from Dharmapriya et al. (2015a) and Takamura et al. (2015); (g) from Dharmapriya et al. (2014); (h) from Dharmapriya et al. (2015b); (i) from Dharmapriya et al. (2017)

圖6 斯里蘭卡泥質麻粒巖的巖相結構(a)早期石榴石(Grt)、棱柱狀夕線石(Sil)和板狀石英(Q)邊部，在進變質階段形成的由年輕石榴石、斜長石(Pl)和堿性長石(Kfs)組成環狀結構；(b)基質黑云母(Bt)、堿性長石和夕線石邊部，發育由石榴石、堇青石(Crd)組成的反應邊結構；(c)基質石榴石中的早期階段十字石(St)包裹體，以及取代十字石的藍晶石(Ky)+鐵尖晶石(Hc)組合；(d)靠近石英的鐵尖晶石有一圈由石榴石和夕線石組成的反應邊；(e)在富石英基質中的變斑晶石榴石，有一圈由堇青石組成的反應邊，其中還存在夕線石殘留體和一些不透明礦物(磁鐵礦-Mag、鈦鐵礦-Ilm和鐵尖晶石等)；(f)石榴石當中的假藍寶石(Sap)+藍晶石+尖晶石+黑云母的礦物組合. 圖片均為單偏光照片，圖片c和f摘自Hiroi et al. (1994)，其余來源于Raase and Schenk (1994) Fig.6 Photomicrographs of pelitic granulites from Highland Complex of Sri Lanka(a) Grt, prismatic Sil and banded Q formed in earlier metamorphic stages circled by younger Grt, Pl and Kfs which are formed during prograde metamorphic stage; (b) matrix minerals of Bt, alkali feldspar and Sil circled by later Grt and Crd; (c) early metamorphic stage St included in matrix Grt, and St replacing Ky and Hc; (d) Hc close to Q developing Grt+Sil rim; (e) big Grt grains in Q-rich matrix developing corona formed by Crd, Sil and some opaque minerals like Mag and Ilm; (f) Sap, Ky, Spl and Bt included in Grt. All pictures under plane-polarized light, Fig.6c and Fig.6f from Hiroi et al. (1994), the others from Raase and Schenk (1994)

在上述詳細巖相分析的基礎上，Hiroietal.(1994)、Ogoetal.(1992)、Raase and Schenk (1994)、Schumacher and Faulhaber (1994)和Schumacheretal.(1990)等討論了Highland雜巖地體的變質演化歷史。依據代表中低壓變質條件的Crd+Grt的組合大多分布于Highland雜巖地體西部，而代表稍高壓力變質條件的Cpx+Grt+Q的組合大多分布于Highland雜巖地體東部，他們提出斯里蘭卡Highland雜巖西部地區記錄的峰期變質壓力為5～7kbar，而Highland雜巖東部記錄的峰期變質壓力稍高，為8～10kbar。兩個地區的峰期溫度大致相當，為～900℃(表1；Raase and Schenk, 1994; Schumacher and Faulhaber, 1994; Kr?neretal., 1991)。礦物組合及其相互間反應關系，指示Highland雜巖地體的變質演化P-T軌跡為順時針樣式(圖5b；Raase and Schenk, 1994)。在這些早期的研究中，很少有關于斯里蘭卡超高溫變質作用的討論，如圖5b-d中的峰期變質階段溫度大多<900℃。

假藍寶石(Sapphirine)是富鋁泥質變質巖中的一種變質礦物，假藍寶石與石英的平衡共生組合，通常指示超高溫變質條件(Harley, 1998)。Osanai (1989)較早報道了斯里蘭卡Highland雜巖地體存在假藍寶石，并提出其指示超高溫變質作用。然而Hiroietal.(1994)、Kriegsman and Schumacher (1999)等隨后的研究發現，泥質麻粒巖中的假藍寶石并沒有與石英平衡共生。Hiroietal.(1994)提出藍晶石+鐵尖晶石+石榴石±假藍寶石的組合，是泥質麻粒巖在早期進變質階段十字石高壓脫水分解的產物(圖6f)，不能指示超高溫變質作用。Kriegsman and Schumacher (1999)的研究也強調在Osanai (1989)報道的含假藍寶石+石英組合的巖石中，沒有發現類似的平衡共生組合。通過一系列的巖相分析和溫壓估算(巖石成因格子)，Kriegsman and Schumacher (1999)給出了峰期溫壓條件為830℃、9kbar，峰期之后巖石經歷了一個近等溫降壓過程(圖5c)，對應的溫壓條件為810℃、7.5kbar。Kriegsman and Schumacher (1999)認為泥質巖中假藍寶石的形成，可對應于多個變質演化階段，不需要超高溫變質條件。

Sajeev and Osanai (2004b)對Osanaietal.(2000)報道的Highland雜巖地體泥質麻粒巖進行了細致的巖相學和變質演化研究，再次提出這些巖石屬于超高溫麻粒巖。根據礦物組合的不同，他們這些超高溫麻粒巖分為A、B、C和D四類，其中A類麻粒巖為含石英和夕線石的麻粒巖；B類為不含石英，含有夕線石的麻粒巖；C類為不含石英和夕線石的麻粒巖；D類為不含石榴石、石英和夕線石的麻粒巖(Sajeev and Osanai, 2004b)。不同的巖石類型，具有不同的(近)峰期礦物組合，例如A類麻粒巖超高溫變質階段的礦物組合為石英+夕線石+假藍寶石+石榴石+紫蘇輝石(富Al2O3，含量可達～13%，圖7a)；B類麻粒巖(近)峰期礦物組合為夕線石+石榴石+紫蘇輝石+鉀長石(圖7b)；C類麻粒巖(近)峰期礦物組合為石榴石+紫蘇輝石+假藍寶石±黑云母(圖7c)；D類麻粒巖(近)峰期礦物組合為紫蘇輝石+假藍寶石±黑云母(圖7d)。在峰期之后的變質演化階段，這些麻粒巖發育一系列由于礦物分解所形成的退變質反應結構(圖7、圖8)。這些結構中的主要礦物是紫蘇輝石，其它礦物包括堇青石、假藍寶石、夕線石和尖晶石等。具體的變質反應結構包括：紫蘇輝石+夕線石+石英的交生結構(圖7e)；紫蘇輝石+夕線石的交生結構(圖7f)；由假藍寶石+堇青石組成的后成合晶結構(圖7g)；由紫蘇輝石+堇青石±尖晶石組成的后成合晶結構(圖7h)；由堇青石組成的外殼結構(圖8a)；由紫蘇輝石+假藍寶石組成的后成合晶結構(圖8b)；由紫蘇輝石和尖晶石組成的后成合晶結構(圖8c)；含黑云母的反應邊和交生結構(圖8d)；含柱晶石(kornerupine)的組合(圖8e)；由紫蘇輝石組成的黑云母的反應邊結構(圖8f)。

圖7 斯里蘭卡Highland雜巖地體超高溫麻粒巖的巖相照片(a) A類含石英(Q)和夕線石(Sil)的麻粒巖，圖中石英和假藍寶石(Sap)直接接觸，BSE圖像；(b) B類不含石英的泥質麻粒巖的礦物組合；(c) C類不含石英和夕線石的泥質麻粒巖；(d) D類不含石榴石(Grt)、夕線石和石英的麻粒巖；(e)由紫蘇輝石(Opx)+夕線石+石英組成的退變質后成合晶；(f)退變質階段形成的紫蘇輝石+夕線石的交生結構；(g)由假藍寶石+堇青石組成的后成合晶結構；(h)由紫蘇輝石+堇青石±尖晶石(Spl)組成的后成合晶結構. (a)為BSE圖片，其余為單偏光照片；圖片來源于Sajeev and Osanai (2004b)Fig.7 Photomicrographs of UHT granulites in Highland Complex of Sri Lanka(a) Type A granulite with Q and Sil, in which Q and Sap are in direct contact with each other. BSE image; (b) Type B granulite without Q; (c) Type C pelitic granulite without Q and Sil; (d) Type D granulite which is Grt-absent, Sil and Q bearing; (e) symplectite composed of Opx+Sil+Q; (f) intergrowth of Opx+Sil formed during retrograde metamorphic stage; (g) symplectite composed of Sap+Crd; (h) symplectite composed of Opx+Crd+Spl. All pictures under plane-polarized light except Fig.7a. All pictures from Sajeev and Osanai (2004b)

圖8 斯里蘭卡Highland雜巖地體超高溫麻粒巖的特征反應結構(a)由堇青石(Crd)+夕線石(Sil)組成的退變質交生結構；(b)由紫蘇輝石(Opx)+假藍寶石(Sap)組成的后成合晶結構；(c)由紫蘇輝石和尖晶石(Spl)組成的后成合晶結構；(d)含黑云母(Bt)的反應邊和交生結構；(e)含柱晶石(kornerupine-Krn)的組合；(f)由紫蘇輝石組成的黑云母的反應邊結構；(g)含大隅石的超高溫麻粒巖；(h)含尖晶石+石英組合的超高溫麻粒巖.(g)和(h)為BSE圖像，來源于Sajeev and Osanai (2004a);其余圖片均為單偏光照片，來源于Sajeev and Osanai (2004b)Fig.8 Representative reaction textures in UHT granulites of the Highland Complex, Sri Lanka(a) intergrowth of Crd+Sil formed during retrograde metamorphic stage; (b) symplectite composed of Opx+Sap; (c) symplectite composed of Opx+Spl; (d) Bt-bearing reaction textures formed during retrograde metamorphic stage; (e) Krn-bearing assemblages; (f) Opx-bearing reaction textures around Bt grains; (g) Os-bearing UHT granulite; (h) the diagnostic UHT assemblage of Spl+Qz in UHT granulite. (a)-(f) are in plane-polarized light and from Sajeev and Osanai (2004b). (g, h) are BSE images from Sajeev and Osanai (2004a)

依據峰期階段的礦物組合，例如石榴石中假藍寶石+石英的共生組合，以及紫蘇輝石變斑晶高鋁的核部成分，綜合利用巖石成因格子和溫壓計方法，Sajeev and Osanai (2004b)限定了超高溫麻粒巖峰期(超高溫)階段的變質溫壓條件為1150℃、12kbar。基于上述的一系列退變質反應結構，并通過模擬計算，獲得了一條呈階梯狀演化的退變質P-T軌跡(圖5e)。在圖5e中，A段軌跡，代表發生于超高溫階段的初始近等壓降溫階段，形成了石榴石+假藍寶石+石英的組合；B段軌跡代表超高溫階段的一次近等溫降壓，形成了各種后成合晶結構；C段軌跡，代表另外一期近等壓降溫階段，形成了黑云母和柱晶石等礦物；D段軌跡代表晚期近等溫降壓，形成了黑云母周圍的紫蘇輝石邊。Sajeev and Osanai (2004b)并沒有P-T軌跡的地質意義進行深入討論，因為缺乏足夠的構造變形解析和地質年代學數據。此外，Sajeev and Osanai (2004a)還報道了Highland雜巖地體中含大隅石及尖晶石+石英的組合的超高溫麻粒巖(圖8g, h)，并據此提出Highland雜巖地體超高溫變質巖的分布可能呈帶狀。

Dharmapriyaetal.(2014)在Colombo東南部的泥質麻粒巖中，識別出了尖晶石+石英的組合，其中尖晶石有四種存在形式：1)微粒尖晶石+石英組合(尖晶石ZnO含量12.67%～12.85%)；2)與骨架狀夕線石交生的尖晶石(ZnO含量9.03%～6.27%)；3)夕線石邊部的尖晶石后成合晶(ZnO含量4.09%～4.28%)；4)與鈦鐵礦共生或者孤立的尖晶石顆粒(ZnO含量7.61%～7.97%，Cr2O3含量為5.99%～6.27%)。Dharmapriyaetal.(2014)估算的該含尖晶石的泥質麻粒巖峰期變質溫壓條件為<900℃、<7.5～8.5kbar，即不屬于超高溫麻粒巖，其變質演化P-T軌跡為先等壓降溫，而后等溫降壓的樣式(圖5g)。此外，Dharmapriyaetal.(2015a, b, 2017)還利用含假藍寶石泥質麻粒巖、含石榴石+剛玉組合的泥質麻粒巖及基性麻粒巖的礦物平衡關系，多次對Highland雜巖地體變質演化歷史進行了相關研究，并獲得了如圖5f，圖5h和圖5i所示的三條總體呈現順時針樣式的變質P-T軌跡。這幾條軌跡中，圖5i的組成最為完整，囊括了其它幾幅圖中的演化片段。除上述的研究之外，還有其它的一些關于泥質麻粒巖變質演化的研究結果(圖5)。

值得一提的是， Hiroietal.(2014)對這些麻粒巖中的熔體包裹體開展了相關研究，并獲取了較為獨特的認識。以高級變質巖為代表的下地殼抬升，一般與地體的抬升剝蝕速率或造山帶隆升過程密切相關，并且抬升速率主要受控于板塊匯聚速率。在此前提下，很多研究者認為高級變質地體出露的下地殼麻粒巖經歷的抬升過程是相對緩慢的(Hiroietal., 2014)。Hiroietal.(2014)在斯里蘭卡Highland雜巖地體的東部和西部邊界地區，識別出發育淬火結構的熔體包裹體。這些發育并保存了很好淬火結構的包裹體的存在，表明這些麻粒巖經歷了快速的抬升過程，這明顯區別于以往麻粒巖地體慢速抬升的認識。由于這些發育淬火結構的麻粒巖均分布于Highland雜巖的邊界部位，Hiroietal.(2014)用俯沖隧道流的快速折返模式來解釋這些淬火結構的成因。雖然這一研究能夠很好的自證其說，解釋一些獨特的實例，但快速折返究竟能否代表整個Highland雜巖地體，還存在很大的不確定性。

2.2 紫蘇花崗巖

紫蘇花崗巖是斯里蘭卡的重要基底巖石類型，分布廣泛。由于變質變形和混合巖化作用的影響，紫蘇花崗巖與其它巖石的接觸界線并不明顯，因而其在各個地質體的出露比例不得而知(Kr?ner, 1991b)。但是總體來說，紫蘇花崗巖在Highland和Wanni地體的分布比在Vijayan和Kadugannawa地體更加廣泛(Kr?ner, 1991b; Kr?neretal., 2013)。關于斯里蘭卡紫蘇花崗巖的研究結果，大多是基于巖石的全巖地球化學和鋯石U-Pb年代學數據，而變質作用的研究很少(表2；Heetal., 2016b; Kr?neretal., 2013)。依據鋯石的形態和內部結構特征、U-Pb定年結果，研究者認為斯里蘭卡大部分紫蘇花崗巖經歷了麻粒巖相變質改造，因為很多紫蘇花崗巖除了顯示ca. 750～1950Ma的巖漿鋯石年齡之外，還具有明顯的500～600Ma的變質年齡(表2)。基于上述的認識，一些研究者提出斯里蘭卡紫蘇花崗巖的原巖可能是中酸性火山巖或者侵入巖，巖石形成之后在800～850℃、5～9kbar的的變質溫壓條件下經歷透入性變形和礦物相轉變，從而變成紫蘇花崗巖(Faulhaber and Raith, 1991; Kr?neretal., 1991)。但是這種解釋的不足之處是比較明顯的，首先從野外觀測的結果來看，紫蘇花崗巖與超高溫麻粒巖在很多露頭呈互層狀產出，二者應該是共同經歷了麻粒巖相變質改造，然而前人給出的紫蘇花崗巖的變質溫度結果，顯著低于共生的超高溫麻粒巖。其次，在世界上其它地區的一些下地殼剖面，例如華北克拉通的冀東地區(Liuetal., 2020; Yang and Wei, 2017)、膠北地區(Zouetal., 2020a, 2020b; Wangetal., 2020)和懷安地區(Liuetal., 2012; Wuetal., 2018)等，表殼巖為麻粒巖或超高溫麻粒巖，與之伴生的紫蘇花崗巖似乎多為巖漿成因，而伴生的同期TTG巖石雖然也經歷麻粒巖相變質改造，卻不含紫蘇輝石。究竟是怎樣的地質過程，才能使斯里蘭卡如此大規模的中酸性巖石“變質”成為紫蘇花崗巖，仍然需要進一步的探究。

相對于變質作用，前人更關注斯里蘭卡紫蘇花崗巖的地球化學特征、巖石紫蘇花崗巖化(charnockitization)過程(Heetal., 2016b; Kr?neretal., 2013; Newton and Tsunogae, 2014; Yoshida and Santosh, 1994)，以及一些紫蘇花崗巖中保留的晚期鉀化交代(K-metasomatism)過程(圖9, Kr?neretal., 2013; Kehelpannala and Ratnayake, 1999)。Kr?ner (1991b)提出斯里蘭卡的紫蘇花崗巖大多呈片麻狀構造，按照全巖SiO2含量，這些紫蘇花崗巖可以是基性、中性或者酸性(SiO2=50%～>70%)，酸性紫蘇花崗巖所占的比例最大(～75%)。大部分中性或基性的紫蘇花崗巖相對富鈉(Na2O=2.5%～4%，K2O=0.6%～3%)，酸性紫蘇花崗巖相對富鉀(Na2O=2%～3.3%, K2O=3.4%～5.4%, Kr?ner, 1991b; Santoshetal., 2014)。按照礦物組成，斯里蘭卡紫蘇花崗巖被分為含石榴石和不含石榴石的兩個系列，含石榴石紫蘇花崗巖更偏中性、富鈉(Kr?ner, 1991b; Santoshetal., 2014; Braun and Kriegsman, 2003)。Kr?ner (1991b)的研究認為Highland雜巖地體一部分紫蘇花崗巖的原巖屬于雙峰式火山巖的酸性端元，另外一部分具有堿性巖特征(Na2O含量達6.03%、K2O含量達6.57%、P2O5含量達2.25%)；Kadugannawa和Vijayan的紫蘇花崗巖，則具有明顯的鈣堿性地球化學特征。Santoshetal.(2014)和Heetal.(2016a, b)等的研究，則提出斯里蘭卡紫蘇花崗片麻巖原巖可能是中酸性的弧火山巖。

圖9 斯里蘭卡不同地區紫蘇花崗巖的巖相結構特征(a、b) Highland雜巖地體花崗變晶結構的紫蘇花崗巖，其中(b)為典型的巖體型紫蘇花崗巖；(c) Kadugannawa雜巖地體的粗粒紫蘇花崗巖，其中含有許多角閃石(Amp)；(d) Wanni雜巖地體的紫蘇花崗巖；(e、f) Vijayan雜巖地體紫蘇花崗巖，(e)中白色虛線標注交代(鉀化交代)的區域以及未交代區域的界線，白線上面為交代形成的微斜長石(Mc)，其中含有石英和斜長石的包裹體；(f)交代程度較弱的巖石巖相結構特征，未交代部分保存原始的斜長石和石英. (a-d)摘于He et al. (2016b)，(e、f)來自于Kr?ner et al. (2013) Fig.9 Photomicrographs of charnockite from different terranes of Sri Lanka(a, b) granoblastic charnockite from Highland Complex, (b) typical plutonic charnockite; (c) coarse-grained charnockite which contains a lot of amphibole (Amp), Kadugannawa Complex; (d) charnockite from Wanni Complex; (e, f) charnockite from Vijayan Complex. In Fig.9e: Dotted white line marks the boundary between potassic-metasomatized regions and original charnockite regions; Metasomatic microcline occur in the upper part; (f) weakly metasomatized charnockite in which primary Pl and Q are preserved. (a-d) from He et al. (2016b), (e, f) from Kr?ner et al. (2013)

在斯里蘭卡的四個前寒武紀地質體及南印度，保留了特征的紫蘇花崗巖化過程的地質證據，如發育不成熟的/初始紫蘇花崗巖等(arrested charnockite/incipient charnockite, Newton and Tsunogae, 2014; Yoshida and Santosh, 1994; Raith and Srikantappa, 1993; Ravindrakumar, 2004)。紫蘇花崗巖化過程形成的初始紫蘇花崗巖(Incipient charnockite)是指在角閃巖相礦物組成的片麻巖中，以斑塊狀、片狀或者脈狀形式出露的顏色較深的并且含有紫蘇輝石等無水組合的巖石。Pichamuthu (1953)在印度南部Karnataka的一個采石場發現有厘米尺度的角閃巖相-麻粒巖相轉變的現象，依據變形特征提出這些斑塊狀、脈狀紫蘇花崗巖的形成時代晚于區域麻粒巖相變質作用，被認為是最早的關于初始紫蘇花崗巖的描述。在此之后，許多研究者對初始紫蘇花崗巖開展了相關的研究，提供了詳細的野外產狀、巖相結構、化學組成、包裹體組成和礦物轉變等方面的證據，并且大多贊同初始紫蘇花崗巖形成于峰期麻粒巖相階段之后，認為初始紫蘇花崗巖是由構造控制的、“隧道”流體導致的伴隨有元素遷移和礦物轉變的變質反應過程(Ravindrakumar, 2004)。很多研究者根據流體包裹體的證據，提出富CO2的流體沿著構造變形產生的斷裂或剪切帶的滲透，促進了初始紫蘇花崗巖的形成(Yoshida and Santosh, 1994; Raith and Srikantappa, 1993; Ravindrakumar, 2004)。前人通過對印度南部Kottavattam地區紫蘇花崗巖化過程的研究實例，提出這一過程發生的溫度壓力條件大致為650～700℃、5～6kbar，在該過程中巖石的K、Na、Sr、Ba、Zn等含量升高，Mg、Fe、Ti、V、Y、Zr和HREE等含量降低(Raith and Srikantappa, 1993)。如果僅考慮局部的礦物反應結構，這個溫壓結果是相對合理的，但是如果綜合考慮變質反應速率、區域超高溫變質作用等因素，該變質溫壓條件明顯偏低。

Newton and Tsunogae (2014)的研究認為紫蘇花崗巖化過程中形成紫蘇輝石的反應，主要是角閃石的分解(與黑云母反應)，該過程伴隨巖石中FeO、MgO、TiO2、CaO和H2O的丟失，SiO2的含量基本保持恒定。Newton and Tsunogae (2014)認為雖然在印度南部Karnataka的初始紫蘇花崗巖中發現有全巖K2O升高的現象，但是其它很多地區發生的紫蘇花崗巖化并不會明顯改變全巖K2O的含量。關于紫蘇花崗巖化過程中的流體活動有過很多研究，但是迄今為止對流體來源及其組成等的認識并不十分清楚。流體C同位素特征表明，這些流體可能是非幔源巖漿或者原始地幔來源的，相關的超臨界流體的研究結果還提出流體可能源于變質沉積巖(Newton and Tsunogae, 2014)。

除上述的峰期麻粒巖相之后的“紫蘇花崗巖化”過程，Kr?neretal.(2013)認為Vijayan雜巖地體的正片麻巖(包括紫蘇花崗片麻巖)，在變質作用演化的更晚期階段，發生了鉀化交代過程(圖9e, f)。Vijayan雜巖地體的片麻巖大多顯示中元古晚期(1.1～1.0Ga)的原巖時代，具有鈣堿性的弧巖漿地球化學特征。遭受晚期鉀化交代的巖石中存在大量未變形的富微斜長石斑塊或巖脈，在鏡下表現為原始的斜長石、石英被后期微斜長石取代(圖9f, Kr?neretal., 2013)。經歷鉀化交代的巖石，其全巖成分通常會有較大的改變。Kr?neretal.(2013)認為如果綜合考慮并扣除鉀化交代的影響，Vijayan雜巖地體的主體巖石應該是閃長質和英云閃長質的，代表格林威爾期的弧巖漿帶。類似的鉀化交代過程，在斯里蘭卡其它地質體中也有相關報道(Kehelpannala and Ratnayake, 1999)。

2.3 基性麻粒巖

前文提到，在斯里蘭卡幾個前寒武紀地體中，均分布有變質基性巖。由于變質變形的影響，這些基性巖以透鏡狀、互層狀產出于各類片麻巖中。Schumacheretal.(1990)提出，Wanni地體的基性巖大多是不發育斜方輝石的斜長角閃巖，對應角閃巖相的變質溫壓條件，Vijayan雜巖地體的變質基性巖也是如此。Pohl and Emmermann (1991)在系統野外地質調查的基礎上，認為Highland地體的變質基性巖(即基性麻粒巖)約占全部變質火成巖(包含除了變質沉積巖之外的所有巖石)的三分之一，代表雙峰式火山巖的基性端元。這些基性麻粒巖以極端富鐵(Fe2O3T可達24%)、鈦(TiO2可達3.25%)、MnO、P2O5、Sr和Nb為特征(Pohl and Emmermann, 1991)。Schumacheretal.(1990)、Santoshetal.(2014)和Takamuraetal.(2015)認為Highland雜巖地體的變質基性巖有富鐵和富鎂兩種類型。其中一部分變質基性巖顯示火山弧地球化學特征，一部分顯示N-MORB和洋島堿性玄武巖特征(Santoshetal., 2014)。

關于基性變質巖的變質作用，Schumacheretal.(1990)的觀測發現，Highland雜巖地體含角閃石-石榴石-斜方輝石-單斜輝石-石英組合的基性麻粒巖在其南部-東部地區比較普遍，在北部和西部地區則相對稀少，因而提出Highland雜巖地體的變質級別(變質壓力)從西北向東南升高。這一觀測結果，與前文描述的泥質巖的觀測結果相吻合(Raase and Schenk, 1994; Schumacher and Faulhaber, 1994; Schenketal., 1991)。早期研究提出的Wanni和Highland地體分別代表掀斜抬升的中部和下部地殼的認識，也主要依據這一觀測結果(Kr?ner, 1991b)。Schumacheretal.(1990)依據Highland雜巖地體基性麻粒巖的礦物反應結構，如大顆粒的斜方輝石變斑晶有單斜輝石出溶，大顆粒的斜方輝石和斜長石變斑晶的邊部，還發育有石榴石+單斜輝石、石榴石+石英的反應邊結構等，結合變質溫壓計算，獲得了一條近等壓降溫的變質P-T演化軌跡(圖5d)及～900℃、8～9kbar的峰期變質溫壓條件，進而提出基性麻粒巖在中下地殼經歷了持續的緩慢抬升，P-T軌跡顯示為緩慢降溫降壓過程(Schumacheretal., 1990)。

圖10 斯里蘭卡基性麻粒巖巖相照片和特征反應結構Highland地體基性麻粒巖中的一系列退變質階段形成的后成合晶結構. 單偏光照片來源于Osanai et al. (2016a). Qz-石英；Opx-斜方輝石；Cpx-單斜輝石；Scp-方柱石；Po-磁黃鐵礦；Kfs-鉀長石Fig.10 Photomicrographs of mafic granulites from Highland Complex of Sri LankaMineral assemblages and reaction textures of mafic granulites in Highland Complex of Sri Lanka. Photomicrographs in plane-polarized light from Osanai et al. (2016a). Qz-quartz; Opx-orthopyroxene; Cpx-clinopyroxene; Scp-scapolite; Po-pyrrhotite; Kfs-K-feldspar

Osanaietal.(2006)在研究斯里蘭卡Highland雜巖幾種超高溫麻粒巖(含有假藍寶石+石英組合的泥質麻粒巖、含剛玉+石榴石+石英的長英質麻粒巖)的基礎上，著重對含石榴石+單斜輝石+石英的基性麻粒巖的壓力峰期變質條件進行了深入研究。在野外，基性麻粒巖以透鏡狀或互層狀產出于超高溫泥質麻粒巖中(圖4e)。基性麻粒巖保留了降壓階段的礦物反應結構，如石榴石周圍的一系列后成合晶結構(圖10a-d)。基于退變質反應結構，Osanaietal.(2006)獲得的基性麻粒巖的高壓階段溫壓條件(0段)為950～1050℃、16～17kbar。密切伴生的泥質麻粒巖記錄了超高溫變質峰期階段的溫壓條件為>1100℃、～12kbar。結合兩種麻粒巖的野外產狀，并綜合考慮其變質演化P-T軌跡，Osanaietal.(2006)獲得了如圖5a所示的順時針演化的P-T軌跡。這一研究結果，是目前斯里蘭卡變質作用研究中所獲取的最高變質壓力。Osanaietal.(2006)還提出只有呈布丁狀、透鏡狀的“殘存體”變質基性巖中，能夠保留高壓階段的礦物組合。然而，Takamuraetal.(2015)認為Osanaietal.(2006)給出的高達17kbar的變質壓力結果不可靠。Takamuraetal.(2015)對Highland雜巖地體發育相同退變質反應結構的兩種基性麻粒巖開展研究，兩種巖石均以透鏡狀分布于康堤西南部的石英巖-雜砂質片麻巖中，其礦物組合分別為：石榴石+單斜輝石+斜方輝石+鈦鐵礦+角閃石+斜長石+石英；石榴石+斜長石+單斜輝石+斜方輝石+韭閃石+石英+金紅石+鈦鐵礦。兩種變質基性巖對應的原巖分別是鐵質和鎂質輝長巖，分別顯示弧巖漿和N-MORB地球化學特征(Santoshetal., 2014)。相平衡模擬結果顯示，兩種發育“白眼圈”結構的麻粒巖峰期變質溫壓條件分別為900～950℃/10.5～11kbar和800～830℃/8.5～9kbar，并且均記錄了順時針演化的變質P-T軌跡(圖5f)。兩種基性麻粒巖的峰期變質壓力均為10kbar左右，遠低于Osanaietal.(2006) 給出的17kbar的壓力條件。

2.4 變質鈣硅酸鹽巖

鈣硅酸鹽巖在斯里蘭卡變質結晶基底巖系中所占的比例不高(低于大理巖，Kr?ner, 1991b)，但是由于其與大理巖、泥質麻粒巖等密切伴生，并且相對于大理巖，鈣硅酸鹽巖具有更加復雜的礦物組成，因而能夠記錄一些地質演化的信息。此外，鈣硅酸鹽巖對于探究斯里蘭卡乃至全球范圍內碳酸鹽巖在高級變質作用過程中的物理化學變化、地球碳循環、石墨礦的形成和分布等一系列問題中，具有不可或缺的重要意義(Hoffbauer and Spiering, 1994; Mathavan and Fernando, 2001)。Hoffbauer and Spiering (1994)在系統歸納斯里蘭卡不同地區鈣硅酸鹽巖類型的基礎上，較早提出了沉積碳酸鹽巖與無機成因石墨礦的關系并梳理了碳的來源。他們提出斯里蘭卡的鈣硅酸鹽巖主要分為含以下三種礦物組合的巖石類型：

1)方解石+白云石+金云母±鎂橄欖石±透輝石±尖晶石±角閃石±石墨±磁黃鐵礦；2)透輝石+方柱石+榍石+方解石±鉀長石±斜長石±石英±金云母±石墨±磁黃鐵礦；3)硅灰石+透輝石+方柱石+榍石±方解石±鉀長石±斜長石±石英±石墨±磁黃鐵礦。

在Highland雜巖的北部地區，鈣硅酸鹽巖主要表現為含有第一組礦物組合(圖11a, b)。在Highland雜巖地體的南部地區，其北部和與Vijayan雜巖交界的地區主要為含第一組礦物組合的鈣硅酸鹽巖，在其中部和西南部主要為含第二組礦物組合的鈣硅酸鹽巖，含第三組礦物組合的鈣硅酸鹽巖主要分布于南部地區的南部(Hoffbauer and Spiering, 1994)。Hoffbauer and Spiering (1994)提出這些麻粒巖相鈣硅酸鹽巖礦物組合的變化主要受控于全巖成分的變化，并認為斯里蘭卡從北到南鈣硅酸鹽巖由主要為白云質，轉化為鈣質，進而轉變到更富硅。

圖11 斯里蘭卡鈣硅酸鹽巖的巖相結構特征(a、b) Highland雜巖地體鈣硅酸鹽巖，含石墨；(c)方解石與方柱石(箭頭)以及方柱石與方柱石(右上角)之間的石榴石冠狀后成合晶，方柱石與硅灰石之間，為由石榴石和石英組成的冠狀后成合晶(三角形)；(d)方柱石和硅灰石之間的由石榴石(箭頭)+石英+方解石(三角形)組成的冠狀后成合晶，在基質中的石榴石顆粒較大，方柱石中也有細粒石榴石；(e)方柱石的分解結構，箭頭所指的為石榴石+石英的冠狀后成合晶，三角形所指的為蠕蟲狀方解石+斜長石的冠狀后成合晶；(f)硅灰石的分解結構，箭頭所指的為方解石+石英的后成合晶；(g)基質石榴石與方解石之間的冠狀方柱石后成合晶；(h)石榴石中含晚期硅灰石包裹體，含石英包裹體. (a-g)均為單偏光照片，(h)為正交偏光. (a、b)摘自Hoffbauer and Spiering (1994)，(c-h)摘自Mathavan and Fernando (2001). Gr-石墨；Py-黃鐵礦；D-透輝石；Sp-榍石；C-方解石；MG-基質石榴石；W-硅灰石；S-方柱石；SW-晚期硅灰石Fig.11 Photomicrographs of calc-silicates from Sri Lanka(a, b) Gr-bearing calc-silicates from Highland Complex of Sri Lanka; (c) symplectitic corona composed of Grt occurring between S grains (arrows), and symplectitic corona composed of Grt and Q occurring between S and W grains (triangle); (d) symplectitic corona composed of Grt (arrow)+Q+C (triangle) between S and W grains. Grt grains in the matrix are coarse-grained. Some Grt inclusions in S are fine-grained; (e) the decompositions of S. Symplectitic coronas composed of Grt+Q (arrow), and C+Pl (triangle); (f) the decomposition of W. Symplectitic corona composed of C+Q (arrow); (g) symplectitic corona composed of S occurring between matrix garnet and calcite grains; (h) Late SW inclusions within coarse-grained garnet. (a-g) plane-polarized light, h cross-polarized light. a and b from Hoffbauer and Spiering (1994), c-h from Mathavan and Fernando (2001). Gr-graphite; Py-pyrite; D-diopsite; Sp-sphene; C-calcite; MG-matrix garnet; W-wollastonite; S-scapolite；SW-secondary wollastonite

Mathavan and Fernando (2001)對斯里蘭卡鈣硅酸鹽巖的研究更傾向于對變質作用過程的刻畫。位于Vijayan雜巖地體Buttala山被認為是來源于Highland雜巖地體的飛來峰(圖1)，這里分布的麻粒巖相巖石與Vijayan雜巖地體的角閃巖相變質級別十分不協調。根據Mathavan and Fernando (2001)的描述，Buttala山的鈣硅酸鹽巖主要有兩種不同的峰期礦物組合(圖11c-f)：1)鈣鋁榴石+硅灰石+方柱石+單斜輝石±榍石；2)鈣鋁榴石+硅灰石+方柱石+單斜輝石+方解石+石英±榍石。石英和方解石在第一種類型的組合中缺失，但在一些硅灰石和方柱石中，可以見到一些石英包裹體。這些特征礦物組合指示峰期變質溫壓條件為900～875℃、9kbar，并且流體組分中貧CO2(0.1

圖12 斯里蘭卡變質作用(a)和巖漿作用(b)年代學統計結果數據見表2Fig.12 A summarization of the geochronological results of metamorphism (a) and magmatism (b) in Sri Lanka

3 基底及變質作用年代學

前人對斯里蘭卡基底巖系和高級變質作用年代學開展了大量研究，所用的方法有早期的全巖、單礦物Sm-Nd和Rb-Sr等時線、模式年齡、以及顆粒鋯石蒸發法、顆粒金紅石蒸發法等，還有近幾十年的SHRIMP鋯石U-Pb定年、獨居石電子探針定年、LAICPMS鋯石U-Pb定年等技術手段，并有一大批數據發表(表2與圖12, Bauretal., 1991; Burtonetal., 1990; Dharmapriyaetal., 2015b, 2016, 2017; H?lzletal., 1994; Kr?neretal., 1987; Kr?ner and Williams, 1993; Malaviarachchi and Takasu, 2011; Milisendaetal., 1988; Sajeevetal., 2003, 2007, 2010; Takamuraetal., 2015, 2016)。斯里蘭卡早期的地質年代學結果，以全巖、單礦物Sm-Nd和Rb-Sr等時線年齡、模式年齡及礦物K-Ar年齡等為主，其中全巖 Sm-Nd模式年齡方法應用比較廣泛，在20世紀80～90年代就已經完成了全斯里蘭卡范圍的Sm-Nd同位素填圖工作(Hofmann, 1991; Milisendaetal., 1994)。根據近些年的原位鋯石U-Pb定年研究結果，本文將依次對斯里蘭卡早前寒武紀基底巖系(ca. 2.0～1.8Ga)、中新元古代巖石(1.1～0.67Ga)及新元古代-早古生代變質和巖漿作用(ca. 610～510Ma)等的年代學結果進行論述。

圖13 斯里蘭卡Highland雜巖地體古元古代年齡結果(a)為Baur et al. (1991)的熱電離質譜和SHRIMP鋯石U-Pb結果；(b)為Kr?ner and Williams (1993)的SHRIMP鋯石U-Pb年代學結果，(c、d)為H?lzl et al. (1994)的鋯石熱電離質譜分析結果Fig.13 Previously published Paleoproterozoic age results of rocks from Highland Complex, Sri Lanka(a) TIMS and SHRIMP zircon dating results from Baur et al. (1991); (b) SHRIMP zircon dating results from Kr?ner and Williams (1993); (c, d) TIMS zircon dating results from H?lzl et al. (1994)

3.1 早前寒武紀基底

早期研究從Highland雜巖地體巖石中獲取了～3000Ma、～2000Ma的Rb-Sr等時線年齡，被解釋為代表斯里蘭卡早前寒武紀構造熱事件時代(Katz, 1971)。在此基礎上，Katz (1971)提出Vijayan巖漿巖地體(注意前文論述，該定義與現今Vijayan雜巖地體含義不同，而是指代斯里蘭卡基底片麻巖)是斯里蘭卡最古老的太古宙基底。然而，之后更進一步的全巖Rb-Sr和Sm-Nd及鋯石U-Pb年齡結果，指示斯里蘭卡早前寒武紀巖系僅分布于Highland地體以及幾個位于Vijayan地體的“飛來峰”(圖1和表2)。Milisendaetal.(1994)等對采自于Highland雜巖地體不同地區的24件樣品(包括石榴角閃片麻巖、石榴夕線堇青石片麻巖、石榴黑云片麻巖、石榴黑云片麻巖、紫蘇花崗巖、含石榴石花崗巖、石榴石片麻巖等)開展了全巖Sm-Nd同位素測試，獲得最年輕的模式年齡為2.0Ga(石榴黑云片麻巖)，最古老年齡為3.4Ga(紫蘇花崗巖)。這一結果與Milisendaetal.(1988)的Nd同位素結果比較吻合。這些模式年齡結果，是很多研究者認為Highland雜巖地體有古元古代甚至太古宙基底的主要依據之一。

Bauretal.(1991)較早報道了斯里蘭卡Highland雜巖地體正片麻巖的古元古代鋯石U-Pb年代學結果：Highland雜巖地體Digana附近的石榴角閃片麻巖給出1942Ma的SHRIMP鋯石U-Pb上交點年齡以及547Ma的下交點年齡(圖13a)。Digana附近大面積出露“互層狀”的紫蘇花崗巖和泥質麻粒巖，Bauretal.(1991)認為該石榴角閃片麻巖為石榴紫蘇花崗巖的退變質產物。Kr?ner and Williams (1993)綜合使用鋯石熱電離質譜和SHRIMP方法，對圖1中Vijayan地體的Kataragama“飛來峰”與泥質麻粒巖互層的紫蘇花崗巖進行了年代學測試，獲得了1880Ma的上交點年齡和531Ma的下交點年齡(圖13b)。H?lzletal.(1994)用熱電離質譜的方法，對一件Highland地體不含石榴石的閃長質片麻巖、一件Highland與Vijayan地體邊界附近的石榴石紫蘇花崗巖、一件Vijayan地體Kataragama“飛來峰”的石榴紫蘇花崗巖分別進行了鋯石U-Pb年代學測試，3件樣品給出的上交點年齡為1872～1847Ma，下交點年齡為611～555Ma(圖13c, d)。上述的上交點和下交點年齡分別被解釋為片麻巖的原巖(巖漿活動)時代和變質時代。這些關于早前寒武紀巖系的定年結果誤差都比較大、分析點數少，但是這些研究結果對于我們認識斯里蘭卡基底性質是十分重要的。在此之后，關于斯里蘭卡的定年工作大多關注高級變質巖的變質作用時代，更為精確的正片麻巖的“原巖”時代罕有研究結果報道。

結合副片麻巖(主要是變質泥質砂質巖石)中獲取的早前寒武紀的碎屑鋯石年齡結果(表2, H?lzletal., 1994)，并考慮到古元古代的“正片麻巖”與副片麻巖的“侵入”接觸關系(Kr?ner, 1991b)，一些研究者認為Highland雜巖地體的變質沉積巖的原巖沉積時代為～2.0Ga(Kr?neretal., 1987, 1994b)。然而，近些年關于斯里蘭卡Highland雜巖地體變質沉積巖的年代學研究，除了獲得早前寒武紀的碎屑鋯石時代，還發現了許多中新元古代的碎屑鋯石年齡(1200～722Ma, 表2, Dharmapriyaetal., 2015b, 2016; Takamuraetal., 2016)。這些結果表明Highland雜巖地體中至少有一部分變質沉積巖的原巖時代不是古元古代，而是新元古代。除了Highland雜巖地體，斯里蘭卡其它幾個前寒武紀地質體的一些巖石雖然具有古元古的Nd模式年齡(～2.0Ga, Milisendaetal., 1994)，其鋯石U-Pb年齡都≤1.1Ga(表2)。

3.2 中新元古代巖石(1.1～0.67Ga)

斯里蘭卡該時期的巖石主要是一系列的正片麻巖，在四個前寒武紀地質體廣泛分布。早期的鋯石U-Pb年代學結果表明Highland雜巖地體高級變質作用之前的最晚巖漿時代為670Ma(表2, Bauretal., 1991)。雖然針對Highland雜巖地體有很多研究結果，但是仍然不能確定從古元古代巖漿巖，到670Ma的新元古代巖漿活動期間，巖漿事件究竟是連續還是有間斷(Kr?neretal., 1987, 1994b; Bauretal., 1991)。前人報道的Highland雜巖地體其它新元古代巖石，分布在Highland與Vijayan雜巖地體的邊界部位(966～617Ma, 表2, Heetal., 2016b)。

中-新元古代巖石是斯里蘭卡除Highland之外的前寒武紀地質體的最主要組成部分(表2, Kr?neretal., 1994a; H?lzletal., 1994)。H?lzletal.(1994)和Kr?neretal.(1994a)獲得的Wanni雜巖地體的正片麻巖(紫蘇花崗質-紫蘇花崗閃長質-紫蘇花崗二長質片麻巖)的巖漿結晶時代為ca. 1100～790Ga，Kr?neretal.(1994a)從Wanni雜巖地體與紫蘇花崗巖密切伴生的含石榴石變質沉積巖中，獲得了1329Ma的碎屑鋯石年齡。H?lzletal.(1994)從Wanni雜巖地體含夕線石的變質沉積巖中識別出1077±328Ma和793±4Ma碎屑鋯石年齡，前人據此認為Wanni雜巖地體變質沉積巖的主要物源區形成時代，與該地體的中-新元古代巖漿活動時代基本一致。H?lzletal.(1994)和Kr?neretal.(1994a, 2003)在系統定年的基礎上提出，Kadugannawa雜巖地體的正片麻巖巖漿活動時代為1006～881Ma。H?lzletal.(1994)報道的Vijayan雜巖地體正片麻巖(角閃石眼球狀片麻巖、混合巖化長英質片麻巖和含角閃石富集鉀長石的片麻巖)的巖漿活動時代為1016～1033Ma。近幾年，Kr?neretal.(2013)、Santoshetal.(2014)和Heetal.(2016a, b)又再次分別報道了正片麻巖的SHRIMP和LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡：Vijayan雜巖地體巖漿活動(紫蘇花崗片麻巖、花崗閃長片麻巖、條帶狀片麻巖、閃長質片麻巖等的原巖)時代為～1100Ma-894Ma(SHRIMP鋯石U-Pb年齡，Kr?neretal., 2013)； Kadugannawa和Wanni雜巖地體的巖漿活動(花崗片麻巖、花崗閃長片麻巖等的原巖)時代分別為980～916Ma(Kadugannawa, Santoshetal., 2014; Heetal., 2016a)以及1000～750Ma(Wanni, Santoshetal., 2014; Heetal., 2016a)。這些新元古代的巖石均記錄了新元古代晚期-古生代的變質作用。

3.3 新元古代-早古生代變質和巖漿作用(ca. 610～510Ma)

Kr?neretal.(1987)和Sajeev and Osanai (2003)等曾提出斯里蘭卡Highland雜巖地體存在中元古代變質作用(1100Ma和1500Ma)，但是之后的原位鋯石U-Pb年代學研究始終無法重復上述結果。在新元古代-早古生代這段時期，斯里蘭卡經歷了普遍的角閃巖相-麻粒巖相甚至超高溫麻粒巖相變質作用，并伴隨有廣泛的地殼重熔再造。Kr?neretal.(1994b)認為斯里蘭卡區域性高級變質和構造事件從620Ma已經開始并持續至550Ma。由于變質作用普遍性，很多研究沒有對不同地質體的變質作用時代進行細致區分。比如H?lzletal.(1994)認為將Highland雜巖地體正片麻巖的不一致曲線下交點年齡——611Ma，解釋為代表了斯里蘭卡區域高級變質作用的時代。之后的研究大多僅關注Highland雜巖地體的麻粒巖相巖石，尤其是其超高溫麻粒巖(表2)。Sajeevetal.(2010)通過SHRIMP鋯石U-Pb定年，將Highland雜巖的超高溫變質作用的峰期變質時代置于570Ma，并認為～550Ma的鋯石增生邊代表峰期之后近等溫降壓階段的年齡。Takamuraetal.(2015)通過對Highland雜巖地體基性麻粒巖的鋯石U-Pb定年，提出區域麻粒巖相進變質和退變質階段發生的時代分別為574Ma和534Ma。Dharmapriyaetal.(2017)則堅持認為斯里蘭卡超高溫變質作用峰期及峰期之后的冷卻時代分別為542±2Ma和514±3Ma。從這些變質年代學的研究結果來看，不同學者對斯里蘭卡構造熱事件的起始、峰期和峰后階段時代的認識，都存在較大差異。

圖14 斯里蘭卡與其它岡瓦納地質體親緣性關系的不同模式圖(a,據Kr?ner et al., 2012；b,據Kitano et al., 2018)；c,據Osanai et al., 2016b；d,據Takamura et al., 2015)圖(c)中：TB-Trivandrum Block; MB-Madurai Block; WC-Wanni Complex地體; HC-Highland Complex地體; VC-Vijayan Complex地體; OG-Ongul Group; SG-Skallen Group；圖(d)中：LH-Lützow-HolmFig.14 Different models of the tectonic affinities of Sri Lanka with other continental fragments of Gondwana (a, after Kr?ner et al., 2012; b, after Kitano et al., 2018; c, after Osanai et al., 2016b; d, after Takamura et al., 2015)In Fig.14c: TB, MB, WC, HC, VC, OG and SG represent Trivandrum Block, Madurai Block, Wanni Complex, Highland Complex, Vijayan Complex, Ongul Group, and Skallen Group, respectively. In Fig.14d: LH stands for Lützow-Holm

伴隨該期高級變質作用，斯里蘭卡發生了廣泛的陸殼重熔再造，形成了規模不同的花崗巖侵入體、偉晶巖脈。Bauretal.(1991)對分布于Highland和Wanni地體不顯示變質變形特征的花崗巖開展了年代學研究：Highland地體南部Tangalla花崗閃長巖侵入年齡為550Ma，Mahaweli花崗巖的鋯石U-Pb年齡為540Ma，Wanni雜巖地體Tonigala和Galgamuwa花崗巖年齡為556Ma和552Ma。Kr?neretal.(1994a)和Dharmapriyaetal.(2016)等的研究認為Highland雜巖地體和Wanni雜巖地體未變質變形花崗巖(或脈體)的鋯石U-Pb年齡為ca. 558～534Ma。Heetal.(2016a, b)的研究結果顯示：在Highland和Kadugannawa雜巖地體存在565～576Ma的紫蘇花崗巖和變質基性巖，其中部分巖石顯示525～505Ma的變質疊加；Highland與Vijayan地體邊界存在617Ma的基性巖漿活動，并在580～550Ma經歷麻粒巖相變質疊加。除此之外，Heetal.(2016b)認為在Highland與Vijayan兩個地體邊界還存在485Ma的超基性雜巖。從年齡結果來看，構造期后巖漿巖的形成時代比上述很多研究者給出的變質作用峰期時代還要古老。如果以這些花崗巖來約束斯里蘭卡造山作用及相關高級變質作用的結束時代，那么前文高溫-超高溫變質峰期的時代都要重新考慮。

本文將前人對斯里蘭卡變質作用年代學的研究結果總結于圖12，從圖中可以看出，前人給出的高級變質作用的時代主要分布于新元古代(～650Ma)到古生代早期(～450Ma)，大部分年齡結果在590～510Ma之間。一些研究者提出斯里蘭卡該期的變質作用顯示較長的時代跨度(Osanaietal., 2016b)，從～620Ma到～450Ma持續將近200Myr。這些持久性的變質作用究竟代表一次持久性的造山運動還是兩期(或更多期，比如東非造山帶和Kuunga造山帶的疊加)造山事件的疊加效應，亦或是代表大陸地殼生長與演化過程中下地殼的普遍特征，是未來開展斯里蘭卡高溫-超高溫變質地體地質年代學研究中需要注意的問題。

4 與岡瓦納大陸其它塊體的關系及構造演化模型

4.1 斯里蘭卡與岡瓦納其它塊體的親緣性關系

東非造山帶(ca. 650～620Ma)和Kuunga造山帶(ca. 600～500Ma)是岡瓦納大陸塊體匯聚過程中形成的兩條主要造山帶(圖1, Fritzetal., 2013; Satish-Kumaretal., 2013)，二者在斯里蘭卡所在的區域十字交叉。斯里蘭卡與東非、馬達加斯加、南印度以及東南極共同構成了聯結東、西岡瓦納的關鍵紐帶。但是這些地體之間究竟存在怎樣的親緣性關系，目前還存在多種不同認識(圖14)。Kr?neretal.(2003)認為Wanni雜巖地體ca. 1100～750Ma的巖漿活動及Kadugannawa雜巖地體保存的一些ca. 1000～900Ma構造變形，代表Grenville造山運動在斯里蘭卡的響應；Wanni和Vijayan這兩個地體的中-新元古代早期巖漿活動代表在羅迪尼亞匯聚時期形成的巖漿弧。由于東非和印度南部的很多地區不發育Grenville期巖漿和構造變形，因此斯里蘭卡與這些地區不具有親緣性(Kr?neretal., 2003)。Kr?neretal.(2012)從印度南部麻粒巖地體中獲得了古元古代和太古宙的鋯石U-Pb及Lu-Hf模式年齡結果，認為在該地區的新元古代麻粒巖“海”中，隱藏有更古老的陸殼物質，并由此提出印度南部的Trivandrum和Madurai地塊與斯里蘭卡的Highland和Wanni雜巖地體有成因聯系(圖14a)。Kr?neretal.(2015)和Liuetal.(2016)在對印度南部Trivandrum和Nagercoil地體巖漿和變質作用的研究中，再次強調了這兩個地體與斯里蘭卡Highland雜巖地體的親緣性。對于斯里蘭卡Vijayan雜巖地體的構造屬性，Kr?neretal.(2013)強調其1100～1000Ma的巖漿活動是非常獨特的，與南印度、南極和馬達加斯加等不發育Grenville期巖漿和變質作用的地質體不具有親緣性。

前面提到在地表看不到Wanni和Highland雜巖地體的明確邊界，但Nd同位素填圖結果似乎表明二者是不同的地質體。Kitanoetal.(2018)在強調斯里蘭卡Wanni和Highland雜巖地體的時代差異的基礎上(Highland雜巖地體的碎屑鋯石年齡在3500～1500Ma，原巖時代在2000～1800Ma之間，明顯區別于以1100～700Ma巖石為主體的Wanni雜巖地體)，嘗試進一步勾畫二者的邊界，并提出Highland雜巖地體的碎屑鋯石年齡與印度南部的Trivandrum和Nagercoil地體的巖石相似，而Wanni雜巖地體的相關年齡結果則與印度南部的Achankovil剪切帶和南Madurai雜巖地體的巖石相似。據此，Kitanoetal.(2018)認為斯里蘭卡Highland與Wanni雜巖地體分別與印度南部的上述地體具有親緣性關系(圖14b)。

基于斯里蘭卡(四個前寒武紀地質體)、印度南部Madurai和Trivandrum地體、馬達加斯加南部Androyan群以及東南極Lützow-Holm雜巖等所展示的相似的泛非期變質特征，Osanaietal.(2016a, b)認為這些岡瓦納大陸的“碎塊”共同屬于一個在岡瓦納大陸聚合過程中形成的、經歷了埃迪卡拉-寒武紀變質作用的獨特造山帶(圖14c)。通過區分這些不同地質體泛非期變質作用的細微差別，他們提出斯里蘭卡Highland雜巖地體與印度南部Madurai+Trivandrum以及南極的Skallen群具有親緣性。Takamuraetal.(2018)在對比南極Lützow-Holm雜巖與斯里蘭卡相關巖石中碎屑鋯石年齡的基礎上，提出斯里蘭卡Highland雜巖地體和南極Lützow-Holm地區的變質沉積巖共同組成新元古代的縫合帶，Lützow-Holm北部地區和Vijayan雜巖地體則是～1.0Ga的一個巖漿弧殘留(圖14d)。除此之外，Braun and Kriegsman (2003)、Dissanayake and Chandrajith (1999)和Ngetal.(2017)等也提出過斯里蘭卡與其它地體間的對比和岡瓦納大陸的重建方案，這些不同模型為全面理解斯里蘭卡的構造演化歷史及其在岡瓦納大陸重建中的作用提供了相關依據。但是這些不同的模型均存在一個明顯的缺陷，就是都沒有理順東非造山帶和Kuunga造山帶在斯里蘭卡等相關地區的疊加關系。此外，不同研究者對斯里蘭卡地質演化歷史的理解和認識，也存在很大差異。

4.2 斯里蘭卡構造演化模型

前人對斯里蘭卡構造演化過程，提出了多種不同模型，大致包括弧-陸(或微陸塊)碰撞拼貼模型、洋殼雙向俯沖模型以及多地體(包括巖漿弧和微陸塊)碰撞拼貼模型(圖15、圖16)。

圖15 關于斯里蘭卡構造演化的模型卡通圖(a,據Kr?ner et al., 1994b；b,據Takamura et al., 2018；c,據Santosh et al., 2014)Fig.15 Previously published models of tectonic evolution of Sri Lanka (a, after Kr?ner et al., 1994b; b, after Takamura et al., 2018; c, after Santosh et al., 2014)

圖16 斯里蘭卡多地體增生構造演化模式圖(據Kehelpaanala, 2004)Fig.16 Multiple terrane accretion model of Sri Lanka (after Kehelpaanala, 2004)

東西岡瓦納大陸碰撞形成了橫跨南北的大型造山帶——東非造山帶(莫桑比克造山帶，ca. 650～620Ma)，Kr?ner (1991a)和Kr?neretal.(1994b)等認同斯里蘭卡是該造山帶的重要組成部分(圖1)，并提出Highland和Vijayan雜巖地體的邊界可能代表縫合線(圖15a)。Kr?neretal.(1994b)在綜合地質年代學、構造變形和變質作用等多種研究結果的基礎上，建立了Highland雜巖地體與Vijiayan雜巖地體的弧-陸碰撞演化模型(圖15a)。Kr?neretal.(1994b) 提出Highland雜巖中～7km厚的沉積序列中包含正片麻巖和副片麻巖，并普遍經歷了麻粒巖相變質作用和退變質改造；沉積序列的形成時代在～2.0Ga，其形成環境從最初的伸展盆地到前淵，之后演化為一個褶皺沖斷帶，在此期間經歷了強烈的壓扁作用；在550～620Ma的弧-陸碰撞階段，這些雜巖在構造運動中從古老陸殼基底上拆離并被轉移到下部地殼。其中的花崗巖侵入體形成于～1950Ma到～670Ma的不同演化階段，由于非同軸韌性變形，最初的侵入接觸關系已經被重置或部分改造。Kr?neretal.(1994b)認為Highland雜巖的演化歷史可能與世界上其它前寒武紀麻粒巖地體的演化歷史類似(如加拿大的格林威爾省)，都是通過地質體的碰撞作用形成的。在構造演化過程中，表殼巖系從它們的太古宙和古元古代基底上拆離，并經歷一定距離的逆沖推覆(Kr?neretal., 1994b)。這一構造模型提出的時間較早，其重要的前提是Highland雜巖地體的變質沉積巖為古元古代，而近些年的研究似乎表明Highland地體的許多變質表殼巖可能形成于新元古代。關于Highland的東西部邊界為何存在巨大差異及Vijayan地體為何保留了一系列“飛來峰”的問題，這個模型沒有給出合理的解釋。此外，研究者們也逐漸意識到岡瓦納大陸的拼貼過程，并不是簡單的兩個已固結的東、西大陸塊體的碰撞拼貼，而是多地體的碰撞拼貼，而且從東非造山帶北部的Arabian-Nubian地盾到其南部的南極Dronning Maud Land，構造熱事件的時代差異十分明顯(Fritzetal., 2013; Satish-Kumaretal., 2013; Meert, 2003)。

Takamuraetal.(2018)提出的構造演化模型與Kr?neretal.(1994b)類似(圖15b)。Takamuraetal.(2018)從南極東部Lützow-Holm地區的變質沉積巖中，獲得碎屑鋯石的兩個年齡峰值，分別為1.1～0.63Ga和2.8～2.4Ga。基于這一年齡結果，Takamuraetal.(2018)認為Lützow-Holm的變質沉積巖與Highland雜巖地體具有一致的源區組成和高度的親緣性。Lützow-Holm地區北部的巖漿活動則與Vijayan地體類似，代表同一個新元古代巖漿弧。在此基礎上，他們提出了圖15b所示的關于斯里蘭卡與南極Lützow-Holm地體的構造演化模型：Highland與Lützow-Holm的變質沉積巖共同屬于一個新元古代-寒武紀縫合帶，Lützow-Holm北部和Vijayan地體則是該縫合帶連接到古老微陸塊上的一個～1.0Ga的弧地體。該構造演化模型，也沒有區分東非造山帶和Kuunga造山帶在斯里蘭卡的疊加效應。

Santoshetal.(2014)基于對Highland、Kadugannawa和Wanni的一系列巖石的變質作用、鋯石U-Pb-Hf和地球化學組成的研究，提出了Highland洋盆雙向俯沖的構造演化模型， 認為Highland雜巖地體代表東、西岡瓦納的縫合帶(圖15c)。Kadugannawa地體的花崗閃長巖和閃長巖、Wanni地體的閃長巖、Highland地體的石榴石紫蘇花崗巖以及Kadugannawa和Highland地體的基性麻粒巖和富鎂輝長巖都顯示弧巖漿地球化學特征，可能代表新元古代早期弧巖漿活動。Highland地體含石榴石變質輝長巖顯示N-MORB特征，Kadugannawa地體的石榴石角閃巖顯示大洋島弧堿性玄武巖特征，代表俯沖-碰撞過程中殘留大洋巖石圈。鋯石Lu-Hf同位素特征顯示，除了Kadugannawa雜巖地體980～916Ma的閃長巖和花崗閃長巖具有正的εHf(t)之外，Wanni和Highland的巖石均具有負的εHf(t)，對應的大陸地殼模式年齡(相當于兩階段模式年齡)分布于1.5～2.8Ga之間。不同巖石均給出多期次的新元古代-寒武紀變質年齡：～580Ma、～550Ma、～540Ma、～520Ma和～510Ma。由此Santoshetal.(2014)提出：Wanni和Vijayan在新元古代時期都是大陸弧，Highland當時則是俯沖消減的洋盆；持續的俯沖消減之后，Wanni和Vijayan這兩個地塊在新元古代晚期-寒武紀碰撞拼貼(圖15c)。Heetal.(2016a)通過研究分布于Highland和Vijayan地體交界地區的巖石，也支持上述觀點。從966～924Ma的變質中酸性巖石到722～617Ma的變質基性巖再到485Ma的基性超基性巖，Heetal.(2016a)認為該地區記錄從俯沖、大陸弧形成到最后碰撞的地質過程。這一模型能夠很好的解釋一些地質現象，比如Wanni和Vijayan的弧巖漿活動、泛非期變質事件等。但是該模型并不能很好的解釋為何作為洋盆的Highland雜巖地體存在大面積古老結晶基底巖系、Wanni和Highland的模糊地體邊界等問題。

與 Kr?neretal.(2003)的觀點類似，Kehelpaanala (2004)也認為斯里蘭卡與印度南部地體不具有親緣性，并構建了斯里蘭卡多地體增生的構造演化模型(圖16)。Kehelpaanala (2004) 提出Wanni、Highland和Vijayan等三個地質體是通過兩次不同的碰撞增生事件拼貼到一起的。其中Wanni雜巖地體是安第斯型巖漿弧的弧根帶，Vijayan則屬于島弧。Highland微陸塊向Wanni的俯沖-碰撞代表第一次碰撞事件。之后，洋殼向Wanni+Highland地體的持續俯沖造成了Vijayan雜巖地體與Wanni+Highland地體碰撞。Wanni和Highland雜巖地體的麻粒巖相變質作用對應于第一期碰撞事件，Vijayan地體的高級變質作用對應于第二次碰撞事件。這一模型能夠解釋為何斯里蘭卡存在新元古代-寒武紀持久性的變質作用、Highland地體大量的古元古代基底巖石、Vijayan地體的飛來峰等問題，也能解釋為何斯里蘭卡變質作用的演化軌跡都呈順時針演化樣式(Touretetal., 2019)。但是其缺點在于Wanni和Highland的邊界不是典型的俯沖-碰撞造山帶，不存在新元古代俯沖和碰撞相關的增生雜巖，也沒有構造變形的證據。此外，斯里蘭卡Wanni和Highland、Highland與Vijayan之間巖石變質作用的時代似乎并不顯示先后順序的特征。

5 討論與問題

斯里蘭卡保存了從古元古代Columbia/Nuna超大陸到岡瓦納大陸演化的一系列地質記錄，其顯著特征是中元古代晚期-新元古代陸殼增生以及新元古代-古生代持久性的高溫-超高溫變質作用。斯里蘭卡在岡瓦納大陸重建方案中位于連接東、西岡瓦納的核心部位，處于東非造山帶和Kuunga造山帶的十字交叉位置。因此其地質記錄能夠為揭示岡瓦納大陸的匯聚過程提供直接證據，是梳理超大陸演化的關鍵地區之一。此外，這些經歷多期構造疊加的地殼巖石也是研究大陸地殼形成演化的理想對象。前人對斯里蘭卡的巖石組成、巖漿和變質作用、構造演化歷史等開展了大量的研究工作，并取得了很多重要進展。然而，存在的問題和爭議也很明顯。

(1)關于斯里蘭卡基底構造劃分。雖然目前的研究大多引用斯里蘭卡基底劃分的四分法方案，但是一些地質現象、新的研究結果等是這一方案無法解釋的。首先，這一模式無法解釋為何斯里蘭卡有的地質體之間不存在明顯的地體邊界，如Highland和Wanni雜巖地體。其次，在Wanni和Highland雜巖地體連續分布的與新元古代晚期-古生代早期變質作用密切相關的石墨礦(圖1)似乎表明該地區屬于經歷了相同的地質演化過程的同一個地質體。再者，從前文的綜述可知，早期劃分斯里蘭卡前寒武紀地質體的一個基本認識是中新元古代Wanni和Vijayan雜巖地體被古元古代Highland雜巖地體所分割。然而，近些年的研究發現原先被認為形成于古元古代甚至太古宙的Highland雜巖地體巖石，可能與Wanni和Vijayan雜巖地體巖石同時形成，這就給原來的認識提出了挑戰。除了年代學方面的進展，在原來認為變質級別較低的地體(如Vijayan雜巖地體)中識別出麻粒巖、紫蘇花崗巖，表明這些地質體的變質級別也與Highland雜巖地體具有很高的相似性。因此，斯里蘭卡前寒武紀地質體的劃分，需要重新修正。

(2)關于斯里蘭卡高溫-超高溫變質作用。對斯里蘭卡高級變質巖的變質作用溫壓條件、變質期次劃分和變質演化過程的認識，不同研究者之間有很大的差異。例如對藍晶石+尖晶石+石榴石+假藍寶石這一組合，一些研究者認為代表進變質階段十字石在高壓階段脫水的產物(Hiroietal., 1994; Raase and Schenk, 1994)；還有一些研究者則認為這一組合形成于超高溫變質峰期階段(Osanaietal., 2006; Sajeev and Osanai, 2004a, b)。此外，從圖5可以看出，不同研究者給出的斯里蘭卡超高溫麻粒巖的變質演化P-T軌跡、變質演化階段的劃分具有很明顯的差異。還有，在斯里蘭卡高級變質巖的各個變質階段的溫壓條件估算方面，不同研究者給出的結果差異也比較大：從930℃變化到1150℃。因此，斯里蘭卡高級變質作用也需要進一步研究。

(3)關于紫蘇花崗巖的巖石成因和地質意義。在斯里蘭卡廣泛分布的紫蘇花崗巖幾乎與所有其它類型的麻粒巖密切伴生。在殼內分異、殼幔相互作用和物質能量循環等一系列下地殼地質過程中，紫蘇花崗巖均扮演著重要的角色。然而針對斯里蘭卡紫蘇花崗巖的巖漿和變質作用、成因機制及其與超高溫變質作用的關系等方面目前還沒有系統的研究。究竟多大比例的紫蘇花崗巖是先存巖石變質形成的？多大比例來源于超高溫變質作用過程中的陸殼重熔？斯里蘭卡大面積紫蘇花崗巖究竟是超高溫變質作用的結果，還是誘發超高溫變質作用的原因？上述這些問題均有待于進一步的研究。

(4)關于斯里蘭卡的地質年代學格架。首先，其早前寒武紀巖系的年代學結果仍然需要進一步確認。很多研究者認為Highland雜巖地體能夠與印度南部以及東南極的Lützow-Holm等地體相對比。這兩個地區均存在早前寒武紀(古元古代和太古宙晚期)基底巖系，然而斯里蘭卡Highland雜巖地體的早前寒武紀(特別是太古宙)巖石是否存在及其規模目前并不清楚。其次，斯里蘭卡Wanni、Kadugannawa和Vijayan雜巖地體片麻巖的中元古代原巖時代也需要進一步驗證。因為按照Kr?neretal.(2015)等的理解，該時代的巖漿活動僅在斯里蘭卡存在，相鄰的印度、東非等均缺失，細致的年代學工作有助于理解這一特殊地質記錄的地質含義。第三，在斯里蘭卡很多地區分布有變質基性巖(角閃巖和基性麻粒巖)，其原巖時代至今尚無可靠的研究結果。第四，對于斯里蘭卡高級變質作用年代學過程的爭議也比較大。獲得的斯里蘭卡高溫-超高溫變質作用時代從≥620Ma延續到450Ma，總體持續時間將近200Myr，對其具體地質意義仍有待于更為深入研究和討論。

(5)斯里蘭卡新元古代-古生代構造熱事件的背景、動力學機制及其在岡瓦納大陸重建中的意義。關于斯里蘭卡該期構造熱事件的背景和動力學機制，前人提供了一系列地質模型進行解釋，如弧-陸碰撞拼貼、雙向俯沖以及多地體增生等。但是這些模型似乎都存在無法解答的問題。例如很多研究者認為Wanni和Vijayan雜巖地體代表中元古代晚期-新元古代早期巖漿弧，其巖漿活動事件對應于羅迪尼亞超大陸匯聚過程，并將其新元古代晚期-古生代變質解釋為對應于岡瓦納大陸的匯聚。然而，迄今為止沒有在斯里蘭卡發現對應于羅迪尼亞超大陸裂解過程的響應。如果沒有裂解，很難理解為何斯里蘭卡又卷入到岡瓦納大陸的聚合事件。此外，幾乎所有的研究均將斯里蘭卡超高溫變質作用解釋為對應于岡瓦納大陸匯聚所造成的陸殼增厚過程(Clarketal., 2011, 2015)。但是世界上很多超高溫變質地體形成于造山帶的熱松弛階段或殼幔相互作用最強烈的地區，即對應于伸展的構造背景(Ciperetal., 2020)。如何綜合考慮這些問題對于深化認識斯里蘭卡區域地質演化、岡瓦納大陸甚至羅迪尼亞超大陸的演化過程都具有十分重要的意義。

(6)斯里蘭卡基性麻粒巖、大陸下地殼熱狀態與殼幔相互作用。作為大陸最下部地殼的代表性巖石，麻粒巖和超高溫麻粒巖是殼幔相互作用的產物。前面提到斯里蘭卡超高溫變質作用區別于全球其它超高溫變質地體的一個顯著特征是缺少同期的幔源巖漿活動。很多學者據此提出斯里蘭卡超高溫變質作用的熱能供給主要是陸殼放射性元素的衰變生熱和長期的熱累積。這種模式能夠解釋一些地質現象，比如超高溫變質作用發生的時代滯后于造山作用達～50Myr。但是也有一些學者提出與超高溫麻粒巖密切伴生的紫蘇花崗巖本身的放射性元素含量不高，熱能累積的效應不能很好的解釋大規模超高溫變質作用。基于該質疑，我們發現與斯里蘭卡超高溫麻粒巖密切伴生的基性麻粒巖在以往的研究中沒有獲得足夠的重視。這些基性麻粒巖的原巖能否代表提供超高溫變質所需熱源的幔源基性巖漿活動？尚有待于進一步的研究。此外，紫蘇花崗巖作為斯里蘭卡大陸下地殼巖石的典型代表，在巖漿和變質作用過程中均表現出很高的活動性，因此其在殼幔相互作用、熱能傳導等方面的作用也不容忽視。

(7)斯里蘭卡多期巖漿和變質作用對大陸地殼生長與演化的啟示。目前關于斯里蘭卡地質演化的眾多構造模型均認為斯里蘭卡是由眾多地質體碰撞拼貼形成的，即斯里蘭卡的形成經歷了增生造山過程。眾所周知，增生造山是大陸地殼生長的重要方式之一，并且增生的弧地體具有大陸地殼的平均成分。然而從增生的弧地體演化為穩定的大陸地殼，還需要經歷一系列復雜的地質過程。以多期高級變質作用和巖漿活動為特征的斯里蘭卡地質演化歷史能夠為解析大陸地殼生長和穩定化過程提供必要的線索，需要細致的研究工作進行揭示。

致謝成文過程中，與李獻華研究員、郭敬輝研究員、焦淑娟博士、王禹權博士等進行了有益的討論，研究生張儒誠幫忙繪制了部分圖件；審稿人王偉和盧俊生等提出了系統而全面的審稿意見，對本文內容有很大提升；在此一并致謝。