斯里兰卡地质演化研究的进展与评述：岩石组合、变质演化及其与冈瓦纳大陆的关系*

赵磊 张艳斌 MALAVIARACHCHI Sanjeewa Prabhath Kumara DHARMAPRIYA Prasanna Lakshitha 翟明国

1. 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室，北京 100029 2. 斯里兰卡佩拉德尼亚大学地质系，康堤 20400

新元古代晚期至古生代早期，地球的表生环境、构造体制、生命演化等方面都经历了剧烈变化，如超高压变质岩以及低温高压变质地体的出现、全球性冰川、单细胞生物的快速演化以及多细胞生物的出现、沉积型BIF的再次出现以及大气增氧事件(NOE)等(Liouetal., 2004; Stern, 2008, 1994)。厘清新元古代的全球构造地质过程，是理解上述诸多剧变的原因和内在机制的必要前提(Stern, 2008, 1994)。罗迪尼亚超大陆裂解形成的地质体汇聚并形成冈瓦纳大陆，是该时期全球范围内发生的最重要构造事件。位于东、西冈瓦纳的连接部位，处于东非造山带和Kuunga-Pinjarra造山带的叠加部位的斯里兰卡(图1a, Cawoodetal., 2007; Collins and Pisarevsky, 2005)，是理解冈瓦纳的汇聚过程的关键环节，对于认识新元古-寒武纪时期全球的构造过程，具有十分重要的意义。斯里兰卡大面积分布的麻粒岩和紫苏花岗岩(Kröner, 1991b)，是探索相关地质过程的理想研究对象。

图1 斯里兰卡在冈瓦纳大陆中的位置(a, 据Cawood et al., 2007; Wang et al., 2019修改)和斯里兰卡构造地体划分及其超高温麻粒岩出露点(b, 据Cooray, 1994; Dharmapriya et al., 2017; Kröner and Williams, 1993修改)石墨矿详见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; Kröner and Williams, 1993; Binu-Lal et al., 2003)

根据岩石变质程度和同位素特征，斯里兰卡前寒武纪基底被划分为四个地质体：Wanni、Kadugannawa、Highland和Vijayan杂岩地体(Complex)，经历新元古代-寒武纪麻粒岩相(局部角闪岩相)变质改造是不同地质体的共同特征(图2a)。斯里兰卡变质岩石类型包括变泥砂质岩、石英岩、混合岩化片麻岩、变质基性和超基性岩等，还有少量斜长岩、大理岩和钙硅酸岩。需要指出的是紫苏花岗岩在斯里兰卡分布十分广泛，几乎与其它的所有变质岩密切伴生。在不含紫苏辉石的角闪/黑云片麻岩中，以团块状、补丁状、不规则脉状等形式产出的、具有紫苏花岗岩矿物组合的部分，称为初始紫苏花岗岩(Incipient charnockite)，在斯里兰卡的一些地区也较为常见(Kröneretal., 1991)。位于斯里兰卡中部的Highland地体变质级别最高，超高温麻粒岩集中分布于这一地区(表1)。

前人针对斯里兰卡变质作用的研究，主要围绕Highland地体含假蓝宝石+石英、斜方辉石+夕线石组合的泥质超高温麻粒岩，以及含斜方辉石+石榴石组合的基性麻粒岩展开。然而，不同研究者给出的峰期变质温度、压力差异很大(表1, Sajeev and Osanai, 2004a; Osanaietal., 2006)，关于斯里兰卡变质岩的变质P-T轨迹，也存在多种不同认识(详见后面的论述)。对斯里兰卡地质年代学的认识远未达成一致，主要表现在：1)对斯里兰卡早前寒武纪岩系的时代没有很好的限定；2)对斯里兰卡麻粒岩相变质作用峰期时代的认识不统一，大致分布在610Ma到500Ma之间(表2)。最近本课题组在Highland地体石英岩中获得了ca. 480～450Ma的变质锆石U-Pb年龄(未发表数据)。此外，对于在斯里兰卡大面积分布的紫苏花岗岩的岩石成因及其与高温-超高温变质作用的关系，仍有待于进一步探究。这些因素，极大地制约了对斯里兰卡地质演化历史的准确解析。

前寒武纪地质体的高温-超高温变质作用在大陆地壳形成演化和超大陆重建研究中的意义，是地质学家们长期关注的基础地质问题。斯里兰卡前寒武纪地质体的高级变质作用，为开展相关研究提供了理想的地质样品。在二十世纪八十年代末到九十年代初，斯里兰卡与日本、德国、澳大利亚、印度等开展了广泛的地质合作研究，并有大量的研究成果(Hiroi and Motoyoshi, 1990; Katz, 1987; Kröner, 1991b; Milisendaetal., 1988; Sandifordetal., 1988; 1994年第66期Precambrian Research专辑)。近些年，相关的合作研究仍在持续，并获得了很多新的数据和认识，但是相关问题的争议依然很大。本文对斯里兰卡地质演化的研究进展做简单综合、归纳与评述，并对研究中存在的问题和争议加以强调，以期引起同行的关注并为未来斯里兰卡地质研究提供一些思路和方向。

图2 斯里兰卡主要地质事件的时代简表(a)及其中部地区的地质简图(b,据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 地质概述与变质地质体划分

由于斯里兰卡大面积出露的各类麻粒岩、紫苏花岗岩、初始紫苏花岗岩等与南印度“太古宙”岩石非常相似，早期的很多研究者提出斯里兰卡的高级变质岩系是典型的抬升至地表的早前寒武纪(甚至太古宙)下地壳组合(Kröner, 1991b)。基于这种认识，斯里兰卡的前寒武纪基底被分为三个地质体单元：Highland群、西南群(Southwestern)和Vijayan群，其中Highland群和西南群的岩石组合为一系列麻粒岩相的表壳岩，Vijayan群则主要是由角闪岩相的花岗片麻岩组成，三个地质体单元分别位于斯里兰卡的不同地区(转引自Kröner, 1991b)。关于这些地质单元的形成时代，早期的一些研究者认为Vijayan群的原岩形成于太古宙，是Highland群最古老花岗片麻岩的退变质改造和花岗岩化的产物，是Highland群和西南群变质表壳岩的基底(Katz, 1971)。另外一部分研究者则认为Vijayan群形成时代较为年轻，是通过后期的构造事件拼合到斯里兰卡Highland古大陆边缘的(转引自Kröner, 1991b; Berger, 1973; Berger and Jayasinghe, 1976)。

目前广泛使用的如图1b所示的基底划分方案，将斯里兰卡划分为：Wanni、Kadugannawa、Highland(早期的文献也称为Highland/Southwestern Complex, HSWC)和Vijayan等四个前寒武纪杂岩地体(Complex, 图1b, Cooray, 1994; Hölzletal., 1994; Kröneretal., 1991; Mathavanetal., 1999; Milisendaetal., 1988)。该地体划分方案主要依据不同地区前寒武纪岩石的Nd同位素特征及岩石的变质级别(Berger and Jayasinghe, 1976; Cooray, 1994; Kröneretal., 1987)。Highland杂岩地体岩石变质级别普遍为麻粒岩相，Nd模式年龄为3400～2000Ma；Wanni和Kadugannawa(Arenas)杂岩地体岩石变质级别为角闪-麻粒岩相，岩石Nd模式年龄为2000～1000Ma；Vijayan杂岩岩石的变质级别大多为角闪岩相，Nd模式年龄为1800～1000Ma(Milisendaetal., 1988, 1994; Cooray, 1994; Kröneretal., 1987)。这几个地质体之间，除Highland与Vijayan杂岩地体之间能够在地表看到逆冲的地质记录之外(Vitanage, 1985; Kröner, 1991b)，相关岩石在Highland、Wanni和Kadugannawa杂岩地体的接触带连续分布，并且所有地质体均显示相同的变形特征(Takemuraetal., 2015; Kröneretal., 2013; Kröner and Brown, 2005)。Milisendaetal.(1994)推测斯里兰卡的几个杂岩地体具有不同的前寒武纪地质演化历史，它们在新元古代冈瓦纳大陆汇聚期间碰撞拼贴到一起。

位于斯里兰卡中部的Highland杂岩地体变质级别最高，局部可见超高温麻粒岩。该地体的岩石类型包括：泥-砂质片麻岩、石英岩、钙硅酸盐岩、大理岩以及紫苏花岗岩和变质基性岩等，这些岩石构成了横贯斯里兰卡中部从东北到西南的高山地区(图1b)。Cooray (1994)等认为Highland杂岩的泥质、砂质和钙质变质岩的原岩沉积及相应的基性岩浆活动发生于～2000Ma，最古老的中酸性侵入体(目前多为黑云角闪片麻岩、紫苏花岗片麻岩等)形成于1940～1847Ma(图2a)。Kröneretal.(1991)基于锆石U-Pb年代学结果，提出Highland杂岩地体的变质中酸性侵入岩的原岩时代为ca. 1940～650Ma。很多学者据此认为Highland杂岩地体可能含有古元古代早期甚至太古宙基底，但是锆石U-Pb年代学证据并不充分(见后面的综述)。不同研究者给出的麻粒岩峰期变质作用时代跨度较大，Kröner (1991b)认为区域麻粒岩相变质作用发生于<665～550Ma，不同定年矿物的冷却年龄一直持续至463Ma。基于Hölzletal.(1994)的年代学研究，目前大多研究者认为斯里兰卡变质作用时代≤610Ma。

图2b修改自公开发表的斯里兰卡Kandy幅的地质图，该图覆盖斯里兰卡中部的Highland、Wanni、Kadugannawa和Vijayan杂岩地体的相关地区，是比较有代表性的岩石出露区。从图中可以看出Highland杂岩地体的主体岩石是紫苏花岗岩(Highland杂岩地体)及一系列的角闪-黑云片麻岩(Vijayan和Wanni杂岩地体)。虽然Kröneretal.(1991)提出Highland杂岩地体的变质火成岩(包括变质基性岩、花岗片麻岩、紫苏花岗岩等)和变质沉积岩(石英岩、大理岩、泥砂质麻粒岩、钙硅酸盐岩等)的出露面积可能各占50%，但是由于高级变质、强烈变形以及普遍的混合岩化作用的影响，不同岩石的接触边界比较模糊，很难对Highland甚至斯里兰卡全岛范围内的岩石进行细致的原岩类型划分(Osanaietal., 2000, 2003)。如图2b所示，有相当大区域的条带状片麻岩并未做进一步的分类。这些未区分的条带状片麻岩可能是经历了高级变质作用的泥质、砂质岩石，也可能是混合岩化的花岗岩、花岗闪长岩或紫苏花岗岩等(Osanaietal., 2000, 2003, 2016a)。

Highland杂岩地体的部分变质沉积岩，以条带状、透镜状分布于紫苏花岗岩(或角闪-黑云片麻岩)中(Osanaietal., 2000)。在很多地方，能看到至少两种岩石类型呈现互层状，或某一种岩石呈透镜状出露于另一种岩石当中。例如图3a，该采石场的主体岩石类型是紫苏花岗岩，变质沉积岩(主体为泥质麻粒岩)以大小不等的包体状分布于紫苏花岗岩中。在图3b和3d中，紫苏花岗岩和变质沉积岩互层状产出，推测可能是紫苏花岗片麻岩的原岩顺层侵入沉积岩中，并与其共同经历高级变质和变形。在许多的变质沉积岩出露区都有伴生的紫苏花岗岩(图3、图4)，而岩体型紫苏花岗岩则是单独出露，没有其它伴生岩石(图3c)。Highland杂岩地体很多紫苏花岗岩都显示明显的矿物定向，混合岩化现象也十分常见。基性麻粒岩在一些地区与大理岩、钙硅酸盐岩与泥质麻粒岩等变质沉积岩互层产出(图3d、图4c-e)。部分基性麻粒岩以透镜状出露于紫苏花岗岩中(图4b)，二者呈渐变过度，边界不明显。

图3 斯里兰卡不同地区紫苏花岗岩和变质沉积岩的野外产状特征(a)紫苏花岗岩中的不规则状变质沉积岩；(b)紫苏花岗岩与变质沉积岩呈现“互层状”产出；(c)岩体型紫苏花岗岩，岩石发育明显片麻理；(d)变质沉积岩与紫苏花岗岩的接触边界；(e)变质沉积岩的野外面貌；(f)紫苏花岗岩的面貌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

图4 斯里兰卡变质沉积岩、基性麻粒岩与紫苏花岗岩的野外产状(a)含假蓝宝石(超高温)麻粒岩与大理岩的野外关系；(b)紫苏花岗岩中的透镜状基性麻粒岩；(c)基性麻粒岩、大理岩与泥质麻粒岩的野外关系；(d)大理岩与不同类型麻粒岩的野外关系；(e)泥质麻粒岩与基性麻粒岩呈现“互层状”产出；(f)基性麻粒岩的野外面貌，图中深色的部分为富角闪石的部分. 除图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杂岩地体位于Highland杂岩地体的东南部(图1b)，其岩石组合主要是各类混合岩化的英云闪长质-淡色花岗质岩石，以及少量的石英岩和钙硅酸盐岩。这些花岗岩类显示强烈混合岩化特征以及明显的浅色和暗色条带交错的现象。除此之外，在Vijayan杂岩地体的一些部位，还可以看到紫苏花岗岩、泥质麻粒岩和麻粒岩相的钙硅酸盐岩组合，如图1b所示的Buttala、Kataragama和Kuda Oya等地。Kröneretal.(1991)和Vitanage (1985)等认为这些麻粒岩相岩系是Vijayan杂岩地体与Highland杂岩地体在新元古代拼合期间形成的，均为来源于Highland地体的飞来峰。除此之外，Kröneretal.(1991)发现Vijayan杂岩地体的各类混合岩中均不含有麻粒岩相矿物组合，因而推断其变质级别没有达到麻粒岩相，整体为角闪岩相。但是，Kröneretal.(2013)在Vijayan杂岩地体除上述“飞来峰”之外的地区，发现有麻粒岩和紫苏花岗岩。他们据此修正了之前的说法，认为Vijayan杂岩地体的变质级别也达到了麻粒岩相，并提出早期以变质级别来区分Highland和Vijayan杂岩地体是不恰当的。早期的研究曾提出Vijayan的片麻岩是斯里兰卡的太古宙基底，或者代表混合岩化/花岗岩化的Highland杂岩地体基底岩系，Kröneretal.(1987, 2013)利用锆石原位U-Pb方法，确定Vijayan混合岩化片麻岩的时代≤1100Ma，全岩Sm-Nd同位素结果显示这些片麻岩大多为初始地壳物质，其变质和混合岩化作用的时代为591～456Ma(图2a、表2)。

Wanni杂岩地体位于Highland的西部、西北部(图1b)，早期的研究者认为这里属于西Vijayan群或Highland地体的西部延伸(转引自Kröneretal., 1991)。Milisendaetal.(1988)较早提出这里可能代表一个单独的地质单元，因为其岩石组合、变质级别及其Nd同位素模式年龄(2000～1000Ma)明显区别于上述两个地体。Wanni杂岩地体的岩石类型包括各种花岗片麻岩、紫苏花岗片麻岩以及少量的变质表壳岩(变质火山沉积岩的总称)和构造期后花岗岩(不显示任何变质变形的花岗岩，如Tonigalla花岗岩，Pohl and Emmermann, 1991; Fernando and Iizumi, 2001)等。显示明显变质改造特征的岩石的原岩形成时代≤1100～670Ma，新元古-古生代变质作用时代与Highland杂岩地体基本一致(Milisendaetal., 1988)。数量不多的变质表壳岩(泥砂质片麻岩、石英岩、斜长角闪岩等)以夹层状产出于黑云斜长片麻岩、紫苏花岗岩中。关于Wanni杂岩地体与Highland及Vijayan地体的关系，Kröneretal.(1991)提出了如下的几点认识：虽然在Wanni杂岩地体也可见到角闪岩-麻粒岩的转变和原地的紫苏花岗岩，但是其变质级别整体低于Highland杂岩地体，尤其是变质压力；Wanni杂岩地体与Highland地体没有明显的构造边界；Wanni杂岩地体的花岗片麻岩主要是黑云母花岗片麻岩，不同于在Vijayan地体广泛分布的含角闪石的钙碱性花岗岩。值得一提的是，在Wanni地体Anuradhapura、Vavuniya和东海岸(Trincomalee)一带分布有斯里兰卡出露面积最大的岩体型紫苏花岗岩。

Kadugannawa杂岩地体位于斯里兰卡中部城市Kandy的周边地区，主要由Highland杂岩地体的高级变质岩所围限(图1b)。早期研究者在该地区识别出了一个主要由黑云角闪片麻岩、黑云片麻岩、角闪石岩、变质斜长岩、变质辉石岩与少量长英质、泥质片麻岩和石英岩组成的向斜盆地，称为“Arenas”(图1b, Cooray, 1994)。黑云角闪片麻岩的原岩时代为1006～894Ma，Nd模式年龄为～1400Ma，其中少量的夹层状产出的夕线石榴片麻岩(泥质变质岩)的Nd模式年龄为～1600Ma，变质作用时代为≤610～508Ma，与Highland和Wanni杂岩地体一致。部分研究者认为Kadugannawa杂岩地体的角闪岩相变质代表区域地质事件的进变质阶段，并据此提出该地区代了Highland杂岩地体的浅部地壳层次 (Sandifordetal., 1988; Voll and Kleinschrodt, 1991)。Voll and Kleinschrodt (1991)进一步将整个Kadugannawa杂岩地体的岩石组合解释为经受变质变形改造的层状杂岩侵入体系列。另外一些研究者认为，虽然Kadugannawa杂岩地体很多岩石显示角闪岩相变质特征，仍然有相当一部分岩石保存有麻粒岩相矿物组合(比如Kandy市东部的Mahaweli河沿岸地区)，因此提出Kadugannawa杂岩地体角闪岩相矿物组合为麻粒岩退变质阶段形成，不代表Highland杂岩地体的浅部地壳(Kröneretal., 1991; Schenketal., 1991)。Kröneretal.(1991)对Kadugannawa地体岩石的年代学研究发现，这些岩石并不是同时期形成的(ca. 1006～894Ma)。因而Kröneretal.(1991)不认同上述层状杂岩体的观点，认为这套岩石应该是代表了一套钙碱性的岩浆弧根部组合。Kröner and Brown (2005)和Kröneretal.(2003)认为Kadugannawa的钙碱性岩其实是Wanni杂岩地体的一部分，二者共同代表新元古代的岩浆弧。

从上面的论述可以看出，斯里兰卡几个前寒武纪地质体在岩石组成、时代和变质级别等方面确实存在差异，因而上述的基底划分方案具有合理性，但是存在的问题也很明显：1)在Highland、Wanni和Kadugannawa地体的边界位置，不存在明显的地体界线，相关岩石在地表连续分布，这就造成斯里兰卡地质图存在多种不同版本，每个版本给出的地体边界都不相同；2)一些代表性矿产的分布，似乎也不受“地体边界”的约束。如图1b所示，与高级变质作用相关的石墨矿在斯里兰卡西部的Wanni和Highland地体连续分布；3)早期认为Vijayan地体的麻粒岩和紫苏花岗岩仅出露于几个“飞来峰”，但是近些年在这些“飞来峰”之外的很多地区发现了麻粒岩和紫苏花岗岩。早期以变质级别的差异来区分Highland与Vijayan杂岩地体的做法面临严峻挑战。要解答上述问题，必须对这些地质体的同位素特征、年代格架及冈瓦纳大陆汇聚过程的变质变形响应有完整的把握。

2 麻粒岩相岩石及其变质作用

由于麻粒岩相变质岩在Highland杂岩地体保存完整、出露良好，并且超高温麻粒岩也仅分布于这一地区，因此关于斯里兰卡变质作用的研究大多关注这一地区(表1)。另外三个前寒武纪地质体(Wanni、Vijayan和Kadugannawa)变质程度稍低，并且岩石多为不含石榴石的黑云片麻岩或紫苏花岗片麻岩，其变质作用鲜有研究结果报道。接下来，本文将着重对分布于Highland地体的三种高温-超高温变质岩石类型(泥质麻粒岩、基性麻粒岩和变质钙硅酸盐岩)，及在所有地体均广泛出露的紫苏花岗岩等的相关研究进展进行系统的归纳和评述。

2.1 泥质麻粒岩

根据Kröner (1991b)的描述，以泥质岩为代表的变质沉积岩的出露比例占到Highland杂岩地体所有岩石的～50%。一些研究者认为虽然Highland杂岩中泥质麻粒岩经历了复杂的变质变形过程，但其变质演化各个阶段的矿物组合均得以保存，并由此获得了较为完整的变质演化P-T轨迹(图5b, c, f, i)。例如，Raase and Schenk (1994)认为东Highland杂岩地体的泥质麻粒岩中，经常可以见到发育在粗粒夕线石和板状石英晶体之间的石榴石+碱性长石组成的冠状体(图6a)，代表发生了如下的进变质阶段反应：Bt+Sil+Q+Pl → Grt+Kfs+H2O；在西Highland杂岩的泥质麻粒岩中，常见蚀刻状夕线石集合体的周围，有一圈堇青石，堇青石之外为一圈石榴石(图6b)，表明发生了如下的进变质过程：Bt+Sil+Pl+Q → Grt+Crd+Kf+Mag+Ilm+H2O/L(Raase and Schenk, 1994)。Hiroietal.(1994)认为在部分岩石中见到的蓝晶石+石英、十字石、铁尖晶石+蓝晶石等组合，为变质演化早期阶段矿物组合的“残留体”(图6c)，并据此推断在进变质阶段十字石分解反应较为普遍：St+Q → Ky+Grt+H2O、St → Ky+Hc+Grt+H2O。Raase and Schenk (1994)在一些泥质麻粒岩中，识别出一些赋存于石榴石和夕线石中的铁尖晶石，这些石榴石和夕线石将尖晶石和石英分隔开(图6d)，Raase and Schenk (1994)推测可能发生了如下的反应：Zn-Spl+Q → Grt+Sil。通过这一反应，锌元素富集到尖晶石中，使得尖晶石+石英的组合能够在低温状态下稳定(峰后退变质阶段，Raase and Schenk, 1994)。此外，随着退变质作用的进行，石榴石周围也形成了一系列由于降压而形成的特征反应结构(图6e)。其中，由堇青石等组成的后成合晶最为常见，对应的反应过程可能为：Grt+Kfs+H2O→Bt+Crd/Q等(Raase and Schenk, 1994)。

图5 斯里兰卡Highland杂岩地体麻粒岩以及超高温麻粒岩变质演化P-T轨迹结果汇总(a) P-T轨迹来自Mathavan and Fernando (2001)和Osanai et al. (2006)；(b) P-T轨迹来自Raase and Schenk (1994)；(c) P-T轨迹来自Kriegsman (1996)；(d) P-T轨迹来自Hiroi et al. (1994)和Schumacher et al. (1990)；(e) 1来自Sajeev and Osanai (2004b)，2来自Perera (1984, 1994)；(f) P-T轨迹来自Dharmapriya et al. (2015a)和Takamura et al. (2015)；(g) P-T轨迹来自Dharmapriya et al. (2014)；(h) P-T轨迹来自Dharmapriya et al. (2015b)；(i) P-T轨迹来自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)

图6 斯里兰卡泥质麻粒岩的岩相结构(a)早期石榴石(Grt)、棱柱状夕线石(Sil)和板状石英(Q)边部，在进变质阶段形成的由年轻石榴石、斜长石(Pl)和碱性长石(Kfs)组成环状结构；(b)基质黑云母(Bt)、碱性长石和夕线石边部，发育由石榴石、堇青石(Crd)组成的反应边结构；(c)基质石榴石中的早期阶段十字石(St)包裹体，以及取代十字石的蓝晶石(Ky)+铁尖晶石(Hc)组合；(d)靠近石英的铁尖晶石有一圈由石榴石和夕线石组成的反应边；(e)在富石英基质中的变斑晶石榴石，有一圈由堇青石组成的反应边，其中还存在夕线石残留体和一些不透明矿物(磁铁矿-Mag、钛铁矿-Ilm和铁尖晶石等)；(f)石榴石当中的假蓝宝石(Sap)+蓝晶石+尖晶石+黑云母的矿物组合. 图片均为单偏光照片，图片c和f摘自Hiroi et al. (1994)，其余来源于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)

在上述详细岩相分析的基础上，Hiroietal.(1994)、Ogoetal.(1992)、Raase and Schenk (1994)、Schumacher and Faulhaber (1994)和Schumacheretal.(1990)等讨论了Highland杂岩地体的变质演化历史。依据代表中低压变质条件的Crd+Grt的组合大多分布于Highland杂岩地体西部，而代表稍高压力变质条件的Cpx+Grt+Q的组合大多分布于Highland杂岩地体东部，他们提出斯里兰卡Highland杂岩西部地区记录的峰期变质压力为5～7kbar，而Highland杂岩东部记录的峰期变质压力稍高，为8～10kbar。两个地区的峰期温度大致相当，为～900℃(表1；Raase and Schenk, 1994; Schumacher and Faulhaber, 1994; Kröneretal., 1991)。矿物组合及其相互间反应关系，指示Highland杂岩地体的变质演化P-T轨迹为顺时针样式(图5b；Raase and Schenk, 1994)。在这些早期的研究中，很少有关于斯里兰卡超高温变质作用的讨论，如图5b-d中的峰期变质阶段温度大多<900℃。

假蓝宝石(Sapphirine)是富铝泥质变质岩中的一种变质矿物，假蓝宝石与石英的平衡共生组合，通常指示超高温变质条件(Harley, 1998)。Osanai (1989)较早报道了斯里兰卡Highland杂岩地体存在假蓝宝石，并提出其指示超高温变质作用。然而Hiroietal.(1994)、Kriegsman and Schumacher (1999)等随后的研究发现，泥质麻粒岩中的假蓝宝石并没有与石英平衡共生。Hiroietal.(1994)提出蓝晶石+铁尖晶石+石榴石±假蓝宝石的组合，是泥质麻粒岩在早期进变质阶段十字石高压脱水分解的产物(图6f)，不能指示超高温变质作用。Kriegsman and Schumacher (1999)的研究也强调在Osanai (1989)报道的含假蓝宝石+石英组合的岩石中，没有发现类似的平衡共生组合。通过一系列的岩相分析和温压估算(岩石成因格子)，Kriegsman and Schumacher (1999)给出了峰期温压条件为830℃、9kbar，峰期之后岩石经历了一个近等温降压过程(图5c)，对应的温压条件为810℃、7.5kbar。Kriegsman and Schumacher (1999)认为泥质岩中假蓝宝石的形成，可对应于多个变质演化阶段，不需要超高温变质条件。

Sajeev and Osanai (2004b)对Osanaietal.(2000)报道的Highland杂岩地体泥质麻粒岩进行了细致的岩相学和变质演化研究，再次提出这些岩石属于超高温麻粒岩。根据矿物组合的不同，他们这些超高温麻粒岩分为A、B、C和D四类，其中A类麻粒岩为含石英和夕线石的麻粒岩；B类为不含石英，含有夕线石的麻粒岩；C类为不含石英和夕线石的麻粒岩；D类为不含石榴石、石英和夕线石的麻粒岩(Sajeev and Osanai, 2004b)。不同的岩石类型，具有不同的(近)峰期矿物组合，例如A类麻粒岩超高温变质阶段的矿物组合为石英+夕线石+假蓝宝石+石榴石+紫苏辉石(富Al2O3，含量可达～13%，图7a)；B类麻粒岩(近)峰期矿物组合为夕线石+石榴石+紫苏辉石+钾长石(图7b)；C类麻粒岩(近)峰期矿物组合为石榴石+紫苏辉石+假蓝宝石±黑云母(图7c)；D类麻粒岩(近)峰期矿物组合为紫苏辉石+假蓝宝石±黑云母(图7d)。在峰期之后的变质演化阶段，这些麻粒岩发育一系列由于矿物分解所形成的退变质反应结构(图7、图8)。这些结构中的主要矿物是紫苏辉石，其它矿物包括堇青石、假蓝宝石、夕线石和尖晶石等。具体的变质反应结构包括：紫苏辉石+夕线石+石英的交生结构(图7e)；紫苏辉石+夕线石的交生结构(图7f)；由假蓝宝石+堇青石组成的后成合晶结构(图7g)；由紫苏辉石+堇青石±尖晶石组成的后成合晶结构(图7h)；由堇青石组成的外壳结构(图8a)；由紫苏辉石+假蓝宝石组成的后成合晶结构(图8b)；由紫苏辉石和尖晶石组成的后成合晶结构(图8c)；含黑云母的反应边和交生结构(图8d)；含柱晶石(kornerupine)的组合(图8e)；由紫苏辉石组成的黑云母的反应边结构(图8f)。

图7 斯里兰卡Highland杂岩地体超高温麻粒岩的岩相照片(a) A类含石英(Q)和夕线石(Sil)的麻粒岩，图中石英和假蓝宝石(Sap)直接接触，BSE图像；(b) B类不含石英的泥质麻粒岩的矿物组合；(c) C类不含石英和夕线石的泥质麻粒岩；(d) D类不含石榴石(Grt)、夕线石和石英的麻粒岩；(e)由紫苏辉石(Opx)+夕线石+石英组成的退变质后成合晶；(f)退变质阶段形成的紫苏辉石+夕线石的交生结构；(g)由假蓝宝石+堇青石组成的后成合晶结构；(h)由紫苏辉石+堇青石±尖晶石(Spl)组成的后成合晶结构. (a)为BSE图片，其余为单偏光照片；图片来源于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)

图8 斯里兰卡Highland杂岩地体超高温麻粒岩的特征反应结构(a)由堇青石(Crd)+夕线石(Sil)组成的退变质交生结构；(b)由紫苏辉石(Opx)+假蓝宝石(Sap)组成的后成合晶结构；(c)由紫苏辉石和尖晶石(Spl)组成的后成合晶结构；(d)含黑云母(Bt)的反应边和交生结构；(e)含柱晶石(kornerupine-Krn)的组合；(f)由紫苏辉石组成的黑云母的反应边结构；(g)含大隅石的超高温麻粒岩；(h)含尖晶石+石英组合的超高温麻粒岩.(g)和(h)为BSE图像，来源于Sajeev and Osanai (2004a);其余图片均为单偏光照片，来源于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)

依据峰期阶段的矿物组合，例如石榴石中假蓝宝石+石英的共生组合，以及紫苏辉石变斑晶高铝的核部成分，综合利用岩石成因格子和温压计方法，Sajeev and Osanai (2004b)限定了超高温麻粒岩峰期(超高温)阶段的变质温压条件为1150℃、12kbar。基于上述的一系列退变质反应结构，并通过模拟计算，获得了一条呈阶梯状演化的退变质P-T轨迹(图5e)。在图5e中，A段轨迹，代表发生于超高温阶段的初始近等压降温阶段，形成了石榴石+假蓝宝石+石英的组合；B段轨迹代表超高温阶段的一次近等温降压，形成了各种后成合晶结构；C段轨迹，代表另外一期近等压降温阶段，形成了黑云母和柱晶石等矿物；D段轨迹代表晚期近等温降压，形成了黑云母周围的紫苏辉石边。Sajeev and Osanai (2004b)并没有P-T轨迹的地质意义进行深入讨论，因为缺乏足够的构造变形解析和地质年代学数据。此外，Sajeev and Osanai (2004a)还报道了Highland杂岩地体中含大隅石及尖晶石+石英的组合的超高温麻粒岩(图8g, h)，并据此提出Highland杂岩地体超高温变质岩的分布可能呈带状。

Dharmapriyaetal.(2014)在Colombo东南部的泥质麻粒岩中，识别出了尖晶石+石英的组合，其中尖晶石有四种存在形式：1)微粒尖晶石+石英组合(尖晶石ZnO含量12.67%～12.85%)；2)与骨架状夕线石交生的尖晶石(ZnO含量9.03%～6.27%)；3)夕线石边部的尖晶石后成合晶(ZnO含量4.09%～4.28%)；4)与钛铁矿共生或者孤立的尖晶石颗粒(ZnO含量7.61%～7.97%，Cr2O3含量为5.99%～6.27%)。Dharmapriyaetal.(2014)估算的该含尖晶石的泥质麻粒岩峰期变质温压条件为<900℃、<7.5～8.5kbar，即不属于超高温麻粒岩，其变质演化P-T轨迹为先等压降温，而后等温降压的样式(图5g)。此外，Dharmapriyaetal.(2015a, b, 2017)还利用含假蓝宝石泥质麻粒岩、含石榴石+刚玉组合的泥质麻粒岩及基性麻粒岩的矿物平衡关系，多次对Highland杂岩地体变质演化历史进行了相关研究，并获得了如图5f，图5h和图5i所示的三条总体呈现顺时针样式的变质P-T轨迹。这几条轨迹中，图5i的组成最为完整，囊括了其它几幅图中的演化片段。除上述的研究之外，还有其它的一些关于泥质麻粒岩变质演化的研究结果(图5)。

值得一提的是， Hiroietal.(2014)对这些麻粒岩中的熔体包裹体开展了相关研究，并获取了较为独特的认识。以高级变质岩为代表的下地壳抬升，一般与地体的抬升剥蚀速率或造山带隆升过程密切相关，并且抬升速率主要受控于板块汇聚速率。在此前提下，很多研究者认为高级变质地体出露的下地壳麻粒岩经历的抬升过程是相对缓慢的(Hiroietal., 2014)。Hiroietal.(2014)在斯里兰卡Highland杂岩地体的东部和西部边界地区，识别出发育淬火结构的熔体包裹体。这些发育并保存了很好淬火结构的包裹体的存在，表明这些麻粒岩经历了快速的抬升过程，这明显区别于以往麻粒岩地体慢速抬升的认识。由于这些发育淬火结构的麻粒岩均分布于Highland杂岩的边界部位，Hiroietal.(2014)用俯冲隧道流的快速折返模式来解释这些淬火结构的成因。虽然这一研究能够很好的自证其说，解释一些独特的实例，但快速折返究竟能否代表整个Highland杂岩地体，还存在很大的不确定性。

2.2 紫苏花岗岩

紫苏花岗岩是斯里兰卡的重要基底岩石类型，分布广泛。由于变质变形和混合岩化作用的影响，紫苏花岗岩与其它岩石的接触界线并不明显，因而其在各个地质体的出露比例不得而知(Kröner, 1991b)。但是总体来说，紫苏花岗岩在Highland和Wanni地体的分布比在Vijayan和Kadugannawa地体更加广泛(Kröner, 1991b; Kröneretal., 2013)。关于斯里兰卡紫苏花岗岩的研究结果，大多是基于岩石的全岩地球化学和锆石U-Pb年代学数据，而变质作用的研究很少(表2；Heetal., 2016b; Kröneretal., 2013)。依据锆石的形态和内部结构特征、U-Pb定年结果，研究者认为斯里兰卡大部分紫苏花岗岩经历了麻粒岩相变质改造，因为很多紫苏花岗岩除了显示ca. 750～1950Ma的岩浆锆石年龄之外，还具有明显的500～600Ma的变质年龄(表2)。基于上述的认识，一些研究者提出斯里兰卡紫苏花岗岩的原岩可能是中酸性火山岩或者侵入岩，岩石形成之后在800～850℃、5～9kbar的的变质温压条件下经历透入性变形和矿物相转变，从而变成紫苏花岗岩(Faulhaber and Raith, 1991; Kröneretal., 1991)。但是这种解释的不足之处是比较明显的，首先从野外观测的结果来看，紫苏花岗岩与超高温麻粒岩在很多露头呈互层状产出，二者应该是共同经历了麻粒岩相变质改造，然而前人给出的紫苏花岗岩的变质温度结果，显著低于共生的超高温麻粒岩。其次，在世界上其它地区的一些下地壳剖面，例如华北克拉通的冀东地区(Liuetal., 2020; Yang and Wei, 2017)、胶北地区(Zouetal., 2020a, 2020b; Wangetal., 2020)和怀安地区(Liuetal., 2012; Wuetal., 2018)等，表壳岩为麻粒岩或超高温麻粒岩，与之伴生的紫苏花岗岩似乎多为岩浆成因，而伴生的同期TTG岩石虽然也经历麻粒岩相变质改造，却不含紫苏辉石。究竟是怎样的地质过程，才能使斯里兰卡如此大规模的中酸性岩石“变质”成为紫苏花岗岩，仍然需要进一步的探究。

相对于变质作用，前人更关注斯里兰卡紫苏花岗岩的地球化学特征、岩石紫苏花岗岩化(charnockitization)过程(Heetal., 2016b; Kröneretal., 2013; Newton and Tsunogae, 2014; Yoshida and Santosh, 1994)，以及一些紫苏花岗岩中保留的晚期钾化交代(K-metasomatism)过程(图9, Kröneretal., 2013; Kehelpannala and Ratnayake, 1999)。Kröner (1991b)提出斯里兰卡的紫苏花岗岩大多呈片麻状构造，按照全岩SiO2含量，这些紫苏花岗岩可以是基性、中性或者酸性(SiO2=50%～>70%)，酸性紫苏花岗岩所占的比例最大(～75%)。大部分中性或基性的紫苏花岗岩相对富钠(Na2O=2.5%～4%，K2O=0.6%～3%)，酸性紫苏花岗岩相对富钾(Na2O=2%～3.3%, K2O=3.4%～5.4%, Kröner, 1991b; Santoshetal., 2014)。按照矿物组成，斯里兰卡紫苏花岗岩被分为含石榴石和不含石榴石的两个系列，含石榴石紫苏花岗岩更偏中性、富钠(Kröner, 1991b; Santoshetal., 2014; Braun and Kriegsman, 2003)。Kröner (1991b)的研究认为Highland杂岩地体一部分紫苏花岗岩的原岩属于双峰式火山岩的酸性端元，另外一部分具有碱性岩特征(Na2O含量达6.03%、K2O含量达6.57%、P2O5含量达2.25%)；Kadugannawa和Vijayan的紫苏花岗岩，则具有明显的钙碱性地球化学特征。Santoshetal.(2014)和Heetal.(2016a, b)等的研究，则提出斯里兰卡紫苏花岗片麻岩原岩可能是中酸性的弧火山岩。

图9 斯里兰卡不同地区紫苏花岗岩的岩相结构特征(a、b) Highland杂岩地体花岗变晶结构的紫苏花岗岩，其中(b)为典型的岩体型紫苏花岗岩；(c) Kadugannawa杂岩地体的粗粒紫苏花岗岩，其中含有许多角闪石(Amp)；(d) Wanni杂岩地体的紫苏花岗岩；(e、f) Vijayan杂岩地体紫苏花岗岩，(e)中白色虚线标注交代(钾化交代)的区域以及未交代区域的界线，白线上面为交代形成的微斜长石(Mc)，其中含有石英和斜长石的包裹体；(f)交代程度较弱的岩石岩相结构特征，未交代部分保存原始的斜长石和石英. (a-d)摘于He et al. (2016b)，(e、f)来自于Kröner 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 Kröner et al. (2013)

在斯里兰卡的四个前寒武纪地质体及南印度，保留了特征的紫苏花岗岩化过程的地质证据，如发育不成熟的/初始紫苏花岗岩等(arrested charnockite/incipient charnockite, Newton and Tsunogae, 2014; Yoshida and Santosh, 1994; Raith and Srikantappa, 1993; Ravindrakumar, 2004)。紫苏花岗岩化过程形成的初始紫苏花岗岩(Incipient charnockite)是指在角闪岩相矿物组成的片麻岩中，以斑块状、片状或者脉状形式出露的颜色较深的并且含有紫苏辉石等无水组合的岩石。Pichamuthu (1953)在印度南部Karnataka的一个采石场发现有厘米尺度的角闪岩相-麻粒岩相转变的现象，依据变形特征提出这些斑块状、脉状紫苏花岗岩的形成时代晚于区域麻粒岩相变质作用，被认为是最早的关于初始紫苏花岗岩的描述。在此之后，许多研究者对初始紫苏花岗岩开展了相关的研究，提供了详细的野外产状、岩相结构、化学组成、包裹体组成和矿物转变等方面的证据，并且大多赞同初始紫苏花岗岩形成于峰期麻粒岩相阶段之后，认为初始紫苏花岗岩是由构造控制的、“隧道”流体导致的伴随有元素迁移和矿物转变的变质反应过程(Ravindrakumar, 2004)。很多研究者根据流体包裹体的证据，提出富CO2的流体沿着构造变形产生的断裂或剪切带的渗透，促进了初始紫苏花岗岩的形成(Yoshida and Santosh, 1994; Raith and Srikantappa, 1993; Ravindrakumar, 2004)。前人通过对印度南部Kottavattam地区紫苏花岗岩化过程的研究实例，提出这一过程发生的温度压力条件大致为650～700℃、5～6kbar，在该过程中岩石的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)。如果仅考虑局部的矿物反应结构，这个温压结果是相对合理的，但是如果综合考虑变质反应速率、区域超高温变质作用等因素，该变质温压条件明显偏低。

Newton and Tsunogae (2014)的研究认为紫苏花岗岩化过程中形成紫苏辉石的反应，主要是角闪石的分解(与黑云母反应)，该过程伴随岩石中FeO、MgO、TiO2、CaO和H2O的丢失，SiO2的含量基本保持恒定。Newton and Tsunogae (2014)认为虽然在印度南部Karnataka的初始紫苏花岗岩中发现有全岩K2O升高的现象，但是其它很多地区发生的紫苏花岗岩化并不会明显改变全岩K2O的含量。关于紫苏花岗岩化过程中的流体活动有过很多研究，但是迄今为止对流体来源及其组成等的认识并不十分清楚。流体C同位素特征表明，这些流体可能是非幔源岩浆或者原始地幔来源的，相关的超临界流体的研究结果还提出流体可能源于变质沉积岩(Newton and Tsunogae, 2014)。

除上述的峰期麻粒岩相之后的“紫苏花岗岩化”过程，Kröneretal.(2013)认为Vijayan杂岩地体的正片麻岩(包括紫苏花岗片麻岩)，在变质作用演化的更晚期阶段，发生了钾化交代过程(图9e, f)。Vijayan杂岩地体的片麻岩大多显示中元古晚期(1.1～1.0Ga)的原岩时代，具有钙碱性的弧岩浆地球化学特征。遭受晚期钾化交代的岩石中存在大量未变形的富微斜长石斑块或岩脉，在镜下表现为原始的斜长石、石英被后期微斜长石取代(图9f, Kröneretal., 2013)。经历钾化交代的岩石，其全岩成分通常会有较大的改变。Kröneretal.(2013)认为如果综合考虑并扣除钾化交代的影响，Vijayan杂岩地体的主体岩石应该是闪长质和英云闪长质的，代表格林威尔期的弧岩浆带。类似的钾化交代过程，在斯里兰卡其它地质体中也有相关报道(Kehelpannala and Ratnayake, 1999)。

2.3 基性麻粒岩

前文提到，在斯里兰卡几个前寒武纪地体中，均分布有变质基性岩。由于变质变形的影响，这些基性岩以透镜状、互层状产出于各类片麻岩中。Schumacheretal.(1990)提出，Wanni地体的基性岩大多是不发育斜方辉石的斜长角闪岩，对应角闪岩相的变质温压条件，Vijayan杂岩地体的变质基性岩也是如此。Pohl and Emmermann (1991)在系统野外地质调查的基础上，认为Highland地体的变质基性岩(即基性麻粒岩)约占全部变质火成岩(包含除了变质沉积岩之外的所有岩石)的三分之一，代表双峰式火山岩的基性端元。这些基性麻粒岩以极端富铁(Fe2O3T可达24%)、钛(TiO2可达3.25%)、MnO、P2O5、Sr和Nb为特征(Pohl and Emmermann, 1991)。Schumacheretal.(1990)、Santoshetal.(2014)和Takamuraetal.(2015)认为Highland杂岩地体的变质基性岩有富铁和富镁两种类型。其中一部分变质基性岩显示火山弧地球化学特征，一部分显示N-MORB和洋岛碱性玄武岩特征(Santoshetal., 2014)。

关于基性变质岩的变质作用，Schumacheretal.(1990)的观测发现，Highland杂岩地体含角闪石-石榴石-斜方辉石-单斜辉石-石英组合的基性麻粒岩在其南部-东部地区比较普遍，在北部和西部地区则相对稀少，因而提出Highland杂岩地体的变质级别(变质压力)从西北向东南升高。这一观测结果，与前文描述的泥质岩的观测结果相吻合(Raase and Schenk, 1994; Schumacher and Faulhaber, 1994; Schenketal., 1991)。早期研究提出的Wanni和Highland地体分别代表掀斜抬升的中部和下部地壳的认识，也主要依据这一观测结果(Kröner, 1991b)。Schumacheretal.(1990)依据Highland杂岩地体基性麻粒岩的矿物反应结构，如大颗粒的斜方辉石变斑晶有单斜辉石出溶，大颗粒的斜方辉石和斜长石变斑晶的边部，还发育有石榴石+单斜辉石、石榴石+石英的反应边结构等，结合变质温压计算，获得了一条近等压降温的变质P-T演化轨迹(图5d)及～900℃、8～9kbar的峰期变质温压条件，进而提出基性麻粒岩在中下地壳经历了持续的缓慢抬升，P-T轨迹显示为缓慢降温降压过程(Schumacheretal., 1990)。

图10 斯里兰卡基性麻粒岩岩相照片和特征反应结构Highland地体基性麻粒岩中的一系列退变质阶段形成的后成合晶结构. 单偏光照片来源于Osanai et al. (2016a). Qz-石英；Opx-斜方辉石；Cpx-单斜辉石；Scp-方柱石；Po-磁黄铁矿；Kfs-钾长石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)在研究斯里兰卡Highland杂岩几种超高温麻粒岩(含有假蓝宝石+石英组合的泥质麻粒岩、含刚玉+石榴石+石英的长英质麻粒岩)的基础上，着重对含石榴石+单斜辉石+石英的基性麻粒岩的压力峰期变质条件进行了深入研究。在野外，基性麻粒岩以透镜状或互层状产出于超高温泥质麻粒岩中(图4e)。基性麻粒岩保留了降压阶段的矿物反应结构，如石榴石周围的一系列后成合晶结构(图10a-d)。基于退变质反应结构，Osanaietal.(2006)获得的基性麻粒岩的高压阶段温压条件(0段)为950～1050℃、16～17kbar。密切伴生的泥质麻粒岩记录了超高温变质峰期阶段的温压条件为>1100℃、～12kbar。结合两种麻粒岩的野外产状，并综合考虑其变质演化P-T轨迹，Osanaietal.(2006)获得了如图5a所示的顺时针演化的P-T轨迹。这一研究结果，是目前斯里兰卡变质作用研究中所获取的最高变质压力。Osanaietal.(2006)还提出只有呈布丁状、透镜状的“残存体”变质基性岩中，能够保留高压阶段的矿物组合。然而，Takamuraetal.(2015)认为Osanaietal.(2006)给出的高达17kbar的变质压力结果不可靠。Takamuraetal.(2015)对Highland杂岩地体发育相同退变质反应结构的两种基性麻粒岩开展研究，两种岩石均以透镜状分布于康堤西南部的石英岩-杂砂质片麻岩中，其矿物组合分别为：石榴石+单斜辉石+斜方辉石+钛铁矿+角闪石+斜长石+石英；石榴石+斜长石+单斜辉石+斜方辉石+韭闪石+石英+金红石+钛铁矿。两种变质基性岩对应的原岩分别是铁质和镁质辉长岩，分别显示弧岩浆和N-MORB地球化学特征(Santoshetal., 2014)。相平衡模拟结果显示，两种发育“白眼圈”结构的麻粒岩峰期变质温压条件分别为900～950℃/10.5～11kbar和800～830℃/8.5～9kbar，并且均记录了顺时针演化的变质P-T轨迹(图5f)。两种基性麻粒岩的峰期变质压力均为10kbar左右，远低于Osanaietal.(2006) 给出的17kbar的压力条件。

2.4 变质钙硅酸盐岩

钙硅酸盐岩在斯里兰卡变质结晶基底岩系中所占的比例不高(低于大理岩，Kröner, 1991b)，但是由于其与大理岩、泥质麻粒岩等密切伴生，并且相对于大理岩，钙硅酸盐岩具有更加复杂的矿物组成，因而能够记录一些地质演化的信息。此外，钙硅酸盐岩对于探究斯里兰卡乃至全球范围内碳酸盐岩在高级变质作用过程中的物理化学变化、地球碳循环、石墨矿的形成和分布等一系列问题中，具有不可或缺的重要意义(Hoffbauer and Spiering, 1994; Mathavan and Fernando, 2001)。Hoffbauer and Spiering (1994)在系统归纳斯里兰卡不同地区钙硅酸盐岩类型的基础上，较早提出了沉积碳酸盐岩与无机成因石墨矿的关系并梳理了碳的来源。他们提出斯里兰卡的钙硅酸盐岩主要分为含以下三种矿物组合的岩石类型：

1)方解石+白云石+金云母±镁橄榄石±透辉石±尖晶石±角闪石±石墨±磁黄铁矿；2)透辉石+方柱石+榍石+方解石±钾长石±斜长石±石英±金云母±石墨±磁黄铁矿；3)硅灰石+透辉石+方柱石+榍石±方解石±钾长石±斜长石±石英±石墨±磁黄铁矿。

在Highland杂岩的北部地区，钙硅酸盐岩主要表现为含有第一组矿物组合(图11a, b)。在Highland杂岩地体的南部地区，其北部和与Vijayan杂岩交界的地区主要为含第一组矿物组合的钙硅酸盐岩，在其中部和西南部主要为含第二组矿物组合的钙硅酸盐岩，含第三组矿物组合的钙硅酸盐岩主要分布于南部地区的南部(Hoffbauer and Spiering, 1994)。Hoffbauer and Spiering (1994)提出这些麻粒岩相钙硅酸盐岩矿物组合的变化主要受控于全岩成分的变化，并认为斯里兰卡从北到南钙硅酸盐岩由主要为白云质，转化为钙质，进而转变到更富硅。

图11 斯里兰卡钙硅酸盐岩的岩相结构特征(a、b) Highland杂岩地体钙硅酸盐岩，含石墨；(c)方解石与方柱石(箭头)以及方柱石与方柱石(右上角)之间的石榴石冠状后成合晶，方柱石与硅灰石之间，为由石榴石和石英组成的冠状后成合晶(三角形)；(d)方柱石和硅灰石之间的由石榴石(箭头)+石英+方解石(三角形)组成的冠状后成合晶，在基质中的石榴石颗粒较大，方柱石中也有细粒石榴石；(e)方柱石的分解结构，箭头所指的为石榴石+石英的冠状后成合晶，三角形所指的为蠕虫状方解石+斜长石的冠状后成合晶；(f)硅灰石的分解结构，箭头所指的为方解石+石英的后成合晶；(g)基质石榴石与方解石之间的冠状方柱石后成合晶；(h)石榴石中含晚期硅灰石包裹体，含石英包裹体. (a-g)均为单偏光照片，(h)为正交偏光. (a、b)摘自Hoffbauer and Spiering (1994)，(c-h)摘自Mathavan and Fernando (2001). Gr-石墨；Py-黄铁矿；D-透辉石；Sp-榍石；C-方解石；MG-基质石榴石；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)对斯里兰卡钙硅酸盐岩的研究更倾向于对变质作用过程的刻画。位于Vijayan杂岩地体Buttala山被认为是来源于Highland杂岩地体的飞来峰(图1)，这里分布的麻粒岩相岩石与Vijayan杂岩地体的角闪岩相变质级别十分不协调。根据Mathavan and Fernando (2001)的描述，Buttala山的钙硅酸盐岩主要有两种不同的峰期矿物组合(图11c-f)：1)钙铝榴石+硅灰石+方柱石+单斜辉石±榍石；2)钙铝榴石+硅灰石+方柱石+单斜辉石+方解石+石英±榍石。石英和方解石在第一种类型的组合中缺失，但在一些硅灰石和方柱石中，可以见到一些石英包裹体。这些特征矿物组合指示峰期变质温压条件为900～875℃、9kbar，并且流体组分中贫CO2(0.1

图12 斯里兰卡变质作用(a)和岩浆作用(b)年代学统计结果数据见表2Fig.12 A summarization of the geochronological results of metamorphism (a) and magmatism (b) in Sri Lanka

3 基底及变质作用年代学

前人对斯里兰卡基底岩系和高级变质作用年代学开展了大量研究，所用的方法有早期的全岩、单矿物Sm-Nd和Rb-Sr等时线、模式年龄、以及颗粒锆石蒸发法、颗粒金红石蒸发法等，还有近几十年的SHRIMP锆石U-Pb定年、独居石电子探针定年、LAICPMS锆石U-Pb定年等技术手段，并有一大批数据发表(表2与图12, Bauretal., 1991; Burtonetal., 1990; Dharmapriyaetal., 2015b, 2016, 2017; Hölzletal., 1994; Kröneretal., 1987; Kröner and Williams, 1993; Malaviarachchi and Takasu, 2011; Milisendaetal., 1988; Sajeevetal., 2003, 2007, 2010; Takamuraetal., 2015, 2016)。斯里兰卡早期的地质年代学结果，以全岩、单矿物Sm-Nd和Rb-Sr等时线年龄、模式年龄及矿物K-Ar年龄等为主，其中全岩 Sm-Nd模式年龄方法应用比较广泛，在20世纪80～90年代就已经完成了全斯里兰卡范围的Sm-Nd同位素填图工作(Hofmann, 1991; Milisendaetal., 1994)。根据近些年的原位锆石U-Pb定年研究结果，本文将依次对斯里兰卡早前寒武纪基底岩系(ca. 2.0～1.8Ga)、中新元古代岩石(1.1～0.67Ga)及新元古代-早古生代变质和岩浆作用(ca. 610～510Ma)等的年代学结果进行论述。

图13 斯里兰卡Highland杂岩地体古元古代年龄结果(a)为Baur et al. (1991)的热电离质谱和SHRIMP锆石U-Pb结果；(b)为Kröner and Williams (1993)的SHRIMP锆石U-Pb年代学结果，(c、d)为Hölzl et al. (1994)的锆石热电离质谱分析结果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 Kröner and Williams (1993); (c, d) TIMS zircon dating results from Hölzl et al. (1994)

3.1 早前寒武纪基底

早期研究从Highland杂岩地体岩石中获取了～3000Ma、～2000Ma的Rb-Sr等时线年龄，被解释为代表斯里兰卡早前寒武纪构造热事件时代(Katz, 1971)。在此基础上，Katz (1971)提出Vijayan岩浆岩地体(注意前文论述，该定义与现今Vijayan杂岩地体含义不同，而是指代斯里兰卡基底片麻岩)是斯里兰卡最古老的太古宙基底。然而，之后更进一步的全岩Rb-Sr和Sm-Nd及锆石U-Pb年龄结果，指示斯里兰卡早前寒武纪岩系仅分布于Highland地体以及几个位于Vijayan地体的“飞来峰”(图1和表2)。Milisendaetal.(1994)等对采自于Highland杂岩地体不同地区的24件样品(包括石榴角闪片麻岩、石榴夕线堇青石片麻岩、石榴黑云片麻岩、石榴黑云片麻岩、紫苏花岗岩、含石榴石花岗岩、石榴石片麻岩等)开展了全岩Sm-Nd同位素测试，获得最年轻的模式年龄为2.0Ga(石榴黑云片麻岩)，最古老年龄为3.4Ga(紫苏花岗岩)。这一结果与Milisendaetal.(1988)的Nd同位素结果比较吻合。这些模式年龄结果，是很多研究者认为Highland杂岩地体有古元古代甚至太古宙基底的主要依据之一。

Bauretal.(1991)较早报道了斯里兰卡Highland杂岩地体正片麻岩的古元古代锆石U-Pb年代学结果：Highland杂岩地体Digana附近的石榴角闪片麻岩给出1942Ma的SHRIMP锆石U-Pb上交点年龄以及547Ma的下交点年龄(图13a)。Digana附近大面积出露“互层状”的紫苏花岗岩和泥质麻粒岩，Bauretal.(1991)认为该石榴角闪片麻岩为石榴紫苏花岗岩的退变质产物。Kröner and Williams (1993)综合使用锆石热电离质谱和SHRIMP方法，对图1中Vijayan地体的Kataragama“飞来峰”与泥质麻粒岩互层的紫苏花岗岩进行了年代学测试，获得了1880Ma的上交点年龄和531Ma的下交点年龄(图13b)。Hölzletal.(1994)用热电离质谱的方法，对一件Highland地体不含石榴石的闪长质片麻岩、一件Highland与Vijayan地体边界附近的石榴石紫苏花岗岩、一件Vijayan地体Kataragama“飞来峰”的石榴紫苏花岗岩分别进行了锆石U-Pb年代学测试，3件样品给出的上交点年龄为1872～1847Ma，下交点年龄为611～555Ma(图13c, d)。上述的上交点和下交点年龄分别被解释为片麻岩的原岩(岩浆活动)时代和变质时代。这些关于早前寒武纪岩系的定年结果误差都比较大、分析点数少，但是这些研究结果对于我们认识斯里兰卡基底性质是十分重要的。在此之后，关于斯里兰卡的定年工作大多关注高级变质岩的变质作用时代，更为精确的正片麻岩的“原岩”时代罕有研究结果报道。

结合副片麻岩(主要是变质泥质砂质岩石)中获取的早前寒武纪的碎屑锆石年龄结果(表2, Hölzletal., 1994)，并考虑到古元古代的“正片麻岩”与副片麻岩的“侵入”接触关系(Kröner, 1991b)，一些研究者认为Highland杂岩地体的变质沉积岩的原岩沉积时代为～2.0Ga(Kröneretal., 1987, 1994b)。然而，近些年关于斯里兰卡Highland杂岩地体变质沉积岩的年代学研究，除了获得早前寒武纪的碎屑锆石时代，还发现了许多中新元古代的碎屑锆石年龄(1200～722Ma, 表2, Dharmapriyaetal., 2015b, 2016; Takamuraetal., 2016)。这些结果表明Highland杂岩地体中至少有一部分变质沉积岩的原岩时代不是古元古代，而是新元古代。除了Highland杂岩地体，斯里兰卡其它几个前寒武纪地质体的一些岩石虽然具有古元古的Nd模式年龄(～2.0Ga, Milisendaetal., 1994)，其锆石U-Pb年龄都≤1.1Ga(表2)。

3.2 中新元古代岩石(1.1～0.67Ga)

斯里兰卡该时期的岩石主要是一系列的正片麻岩，在四个前寒武纪地质体广泛分布。早期的锆石U-Pb年代学结果表明Highland杂岩地体高级变质作用之前的最晚岩浆时代为670Ma(表2, Bauretal., 1991)。虽然针对Highland杂岩地体有很多研究结果，但是仍然不能确定从古元古代岩浆岩，到670Ma的新元古代岩浆活动期间，岩浆事件究竟是连续还是有间断(Kröneretal., 1987, 1994b; Bauretal., 1991)。前人报道的Highland杂岩地体其它新元古代岩石，分布在Highland与Vijayan杂岩地体的边界部位(966～617Ma, 表2, Heetal., 2016b)。

中-新元古代岩石是斯里兰卡除Highland之外的前寒武纪地质体的最主要组成部分(表2, Kröneretal., 1994a; Hölzletal., 1994)。Hölzletal.(1994)和Kröneretal.(1994a)获得的Wanni杂岩地体的正片麻岩(紫苏花岗质-紫苏花岗闪长质-紫苏花岗二长质片麻岩)的岩浆结晶时代为ca. 1100～790Ga，Kröneretal.(1994a)从Wanni杂岩地体与紫苏花岗岩密切伴生的含石榴石变质沉积岩中，获得了1329Ma的碎屑锆石年龄。Hölzletal.(1994)从Wanni杂岩地体含夕线石的变质沉积岩中识别出1077±328Ma和793±4Ma碎屑锆石年龄，前人据此认为Wanni杂岩地体变质沉积岩的主要物源区形成时代，与该地体的中-新元古代岩浆活动时代基本一致。Hölzletal.(1994)和Kröneretal.(1994a, 2003)在系统定年的基础上提出，Kadugannawa杂岩地体的正片麻岩岩浆活动时代为1006～881Ma。Hölzletal.(1994)报道的Vijayan杂岩地体正片麻岩(角闪石眼球状片麻岩、混合岩化长英质片麻岩和含角闪石富集钾长石的片麻岩)的岩浆活动时代为1016～1033Ma。近几年，Kröneretal.(2013)、Santoshetal.(2014)和Heetal.(2016a, b)又再次分别报道了正片麻岩的SHRIMP和LA-ICPMS锆石U-Pb年龄：Vijayan杂岩地体岩浆活动(紫苏花岗片麻岩、花岗闪长片麻岩、条带状片麻岩、闪长质片麻岩等的原岩)时代为～1100Ma-894Ma(SHRIMP锆石U-Pb年龄，Kröneretal., 2013)； Kadugannawa和Wanni杂岩地体的岩浆活动(花岗片麻岩、花岗闪长片麻岩等的原岩)时代分别为980～916Ma(Kadugannawa, Santoshetal., 2014; Heetal., 2016a)以及1000～750Ma(Wanni, Santoshetal., 2014; Heetal., 2016a)。这些新元古代的岩石均记录了新元古代晚期-古生代的变质作用。

3.3 新元古代-早古生代变质和岩浆作用(ca. 610～510Ma)

Kröneretal.(1987)和Sajeev and Osanai (2003)等曾提出斯里兰卡Highland杂岩地体存在中元古代变质作用(1100Ma和1500Ma)，但是之后的原位锆石U-Pb年代学研究始终无法重复上述结果。在新元古代-早古生代这段时期，斯里兰卡经历了普遍的角闪岩相-麻粒岩相甚至超高温麻粒岩相变质作用，并伴随有广泛的地壳重熔再造。Kröneretal.(1994b)认为斯里兰卡区域性高级变质和构造事件从620Ma已经开始并持续至550Ma。由于变质作用普遍性，很多研究没有对不同地质体的变质作用时代进行细致区分。比如Hölzletal.(1994)认为将Highland杂岩地体正片麻岩的不一致曲线下交点年龄——611Ma，解释为代表了斯里兰卡区域高级变质作用的时代。之后的研究大多仅关注Highland杂岩地体的麻粒岩相岩石，尤其是其超高温麻粒岩(表2)。Sajeevetal.(2010)通过SHRIMP锆石U-Pb定年，将Highland杂岩的超高温变质作用的峰期变质时代置于570Ma，并认为～550Ma的锆石增生边代表峰期之后近等温降压阶段的年龄。Takamuraetal.(2015)通过对Highland杂岩地体基性麻粒岩的锆石U-Pb定年，提出区域麻粒岩相进变质和退变质阶段发生的时代分别为574Ma和534Ma。Dharmapriyaetal.(2017)则坚持认为斯里兰卡超高温变质作用峰期及峰期之后的冷却时代分别为542±2Ma和514±3Ma。从这些变质年代学的研究结果来看，不同学者对斯里兰卡构造热事件的起始、峰期和峰后阶段时代的认识，都存在较大差异。

图14 斯里兰卡与其它冈瓦纳地质体亲缘性关系的不同模式图(a,据Kröner et al., 2012；b,据Kitano et al., 2018)；c,据Osanai et al., 2016b；d,据Takamura et al., 2015)图(c)中：TB-Trivandrum Block; MB-Madurai Block; WC-Wanni Complex地体; HC-Highland Complex地体; VC-Vijayan Complex地体; OG-Ongul Group; SG-Skallen Group；图(d)中：LH-Lützow-HolmFig.14 Different models of the tectonic affinities of Sri Lanka with other continental fragments of Gondwana (a, after Kröner 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

伴随该期高级变质作用，斯里兰卡发生了广泛的陆壳重熔再造，形成了规模不同的花岗岩侵入体、伟晶岩脉。Bauretal.(1991)对分布于Highland和Wanni地体不显示变质变形特征的花岗岩开展了年代学研究：Highland地体南部Tangalla花岗闪长岩侵入年龄为550Ma，Mahaweli花岗岩的锆石U-Pb年龄为540Ma，Wanni杂岩地体Tonigala和Galgamuwa花岗岩年龄为556Ma和552Ma。Kröneretal.(1994a)和Dharmapriyaetal.(2016)等的研究认为Highland杂岩地体和Wanni杂岩地体未变质变形花岗岩(或脉体)的锆石U-Pb年龄为ca. 558～534Ma。Heetal.(2016a, b)的研究结果显示：在Highland和Kadugannawa杂岩地体存在565～576Ma的紫苏花岗岩和变质基性岩，其中部分岩石显示525～505Ma的变质叠加；Highland与Vijayan地体边界存在617Ma的基性岩浆活动，并在580～550Ma经历麻粒岩相变质叠加。除此之外，Heetal.(2016b)认为在Highland与Vijayan两个地体边界还存在485Ma的超基性杂岩。从年龄结果来看，构造期后岩浆岩的形成时代比上述很多研究者给出的变质作用峰期时代还要古老。如果以这些花岗岩来约束斯里兰卡造山作用及相关高级变质作用的结束时代，那么前文高温-超高温变质峰期的时代都要重新考虑。

本文将前人对斯里兰卡变质作用年代学的研究结果总结于图12，从图中可以看出，前人给出的高级变质作用的时代主要分布于新元古代(～650Ma)到古生代早期(～450Ma)，大部分年龄结果在590～510Ma之间。一些研究者提出斯里兰卡该期的变质作用显示较长的时代跨度(Osanaietal., 2016b)，从～620Ma到～450Ma持续将近200Myr。这些持久性的变质作用究竟代表一次持久性的造山运动还是两期(或更多期，比如东非造山带和Kuunga造山带的叠加)造山事件的叠加效应，亦或是代表大陆地壳生长与演化过程中下地壳的普遍特征，是未来开展斯里兰卡高温-超高温变质地体地质年代学研究中需要注意的问题。

4 与冈瓦纳大陆其它块体的关系及构造演化模型

4.1 斯里兰卡与冈瓦纳其它块体的亲缘性关系

东非造山带(ca. 650～620Ma)和Kuunga造山带(ca. 600～500Ma)是冈瓦纳大陆块体汇聚过程中形成的两条主要造山带(图1, Fritzetal., 2013; Satish-Kumaretal., 2013)，二者在斯里兰卡所在的区域十字交叉。斯里兰卡与东非、马达加斯加、南印度以及东南极共同构成了联结东、西冈瓦纳的关键纽带。但是这些地体之间究竟存在怎样的亲缘性关系，目前还存在多种不同认识(图14)。Kröneretal.(2003)认为Wanni杂岩地体ca. 1100～750Ma的岩浆活动及Kadugannawa杂岩地体保存的一些ca. 1000～900Ma构造变形，代表Grenville造山运动在斯里兰卡的响应；Wanni和Vijayan这两个地体的中-新元古代早期岩浆活动代表在罗迪尼亚汇聚时期形成的岩浆弧。由于东非和印度南部的很多地区不发育Grenville期岩浆和构造变形，因此斯里兰卡与这些地区不具有亲缘性(Kröneretal., 2003)。Kröneretal.(2012)从印度南部麻粒岩地体中获得了古元古代和太古宙的锆石U-Pb及Lu-Hf模式年龄结果，认为在该地区的新元古代麻粒岩“海”中，隐藏有更古老的陆壳物质，并由此提出印度南部的Trivandrum和Madurai地块与斯里兰卡的Highland和Wanni杂岩地体有成因联系(图14a)。Kröneretal.(2015)和Liuetal.(2016)在对印度南部Trivandrum和Nagercoil地体岩浆和变质作用的研究中，再次强调了这两个地体与斯里兰卡Highland杂岩地体的亲缘性。对于斯里兰卡Vijayan杂岩地体的构造属性，Kröneretal.(2013)强调其1100～1000Ma的岩浆活动是非常独特的，与南印度、南极和马达加斯加等不发育Grenville期岩浆和变质作用的地质体不具有亲缘性。

前面提到在地表看不到Wanni和Highland杂岩地体的明确边界，但Nd同位素填图结果似乎表明二者是不同的地质体。Kitanoetal.(2018)在强调斯里兰卡Wanni和Highland杂岩地体的时代差异的基础上(Highland杂岩地体的碎屑锆石年龄在3500～1500Ma，原岩时代在2000～1800Ma之间，明显区别于以1100～700Ma岩石为主体的Wanni杂岩地体)，尝试进一步勾画二者的边界，并提出Highland杂岩地体的碎屑锆石年龄与印度南部的Trivandrum和Nagercoil地体的岩石相似，而Wanni杂岩地体的相关年龄结果则与印度南部的Achankovil剪切带和南Madurai杂岩地体的岩石相似。据此，Kitanoetal.(2018)认为斯里兰卡Highland与Wanni杂岩地体分别与印度南部的上述地体具有亲缘性关系(图14b)。

基于斯里兰卡(四个前寒武纪地质体)、印度南部Madurai和Trivandrum地体、马达加斯加南部Androyan群以及东南极Lützow-Holm杂岩等所展示的相似的泛非期变质特征，Osanaietal.(2016a, b)认为这些冈瓦纳大陆的“碎块”共同属于一个在冈瓦纳大陆聚合过程中形成的、经历了埃迪卡拉-寒武纪变质作用的独特造山带(图14c)。通过区分这些不同地质体泛非期变质作用的细微差别，他们提出斯里兰卡Highland杂岩地体与印度南部Madurai+Trivandrum以及南极的Skallen群具有亲缘性。Takamuraetal.(2018)在对比南极Lützow-Holm杂岩与斯里兰卡相关岩石中碎屑锆石年龄的基础上，提出斯里兰卡Highland杂岩地体和南极Lützow-Holm地区的变质沉积岩共同组成新元古代的缝合带，Lützow-Holm北部地区和Vijayan杂岩地体则是～1.0Ga的一个岩浆弧残留(图14d)。除此之外，Braun and Kriegsman (2003)、Dissanayake and Chandrajith (1999)和Ngetal.(2017)等也提出过斯里兰卡与其它地体间的对比和冈瓦纳大陆的重建方案，这些不同模型为全面理解斯里兰卡的构造演化历史及其在冈瓦纳大陆重建中的作用提供了相关依据。但是这些不同的模型均存在一个明显的缺陷，就是都没有理顺东非造山带和Kuunga造山带在斯里兰卡等相关地区的叠加关系。此外，不同研究者对斯里兰卡地质演化历史的理解和认识，也存在很大差异。

4.2 斯里兰卡构造演化模型

前人对斯里兰卡构造演化过程，提出了多种不同模型，大致包括弧-陆(或微陆块)碰撞拼贴模型、洋壳双向俯冲模型以及多地体(包括岩浆弧和微陆块)碰撞拼贴模型(图15、图16)。

图15 关于斯里兰卡构造演化的模型卡通图(a,据Kröner et al., 1994b；b,据Takamura et al., 2018；c,据Santosh et al., 2014)Fig.15 Previously published models of tectonic evolution of Sri Lanka (a, after Kröner et al., 1994b; b, after Takamura et al., 2018; c, after Santosh et al., 2014)

图16 斯里兰卡多地体增生构造演化模式图(据Kehelpaanala, 2004)Fig.16 Multiple terrane accretion model of Sri Lanka (after Kehelpaanala, 2004)

东西冈瓦纳大陆碰撞形成了横跨南北的大型造山带——东非造山带(莫桑比克造山带，ca. 650～620Ma)，Kröner (1991a)和Kröneretal.(1994b)等认同斯里兰卡是该造山带的重要组成部分(图1)，并提出Highland和Vijayan杂岩地体的边界可能代表缝合线(图15a)。Kröneretal.(1994b)在综合地质年代学、构造变形和变质作用等多种研究结果的基础上，建立了Highland杂岩地体与Vijiayan杂岩地体的弧-陆碰撞演化模型(图15a)。Kröneretal.(1994b) 提出Highland杂岩中～7km厚的沉积序列中包含正片麻岩和副片麻岩，并普遍经历了麻粒岩相变质作用和退变质改造；沉积序列的形成时代在～2.0Ga，其形成环境从最初的伸展盆地到前渊，之后演化为一个褶皱冲断带，在此期间经历了强烈的压扁作用；在550～620Ma的弧-陆碰撞阶段，这些杂岩在构造运动中从古老陆壳基底上拆离并被转移到下部地壳。其中的花岗岩侵入体形成于～1950Ma到～670Ma的不同演化阶段，由于非同轴韧性变形，最初的侵入接触关系已经被重置或部分改造。Kröneretal.(1994b)认为Highland杂岩的演化历史可能与世界上其它前寒武纪麻粒岩地体的演化历史类似(如加拿大的格林威尔省)，都是通过地质体的碰撞作用形成的。在构造演化过程中，表壳岩系从它们的太古宙和古元古代基底上拆离，并经历一定距离的逆冲推覆(Kröneretal., 1994b)。这一构造模型提出的时间较早，其重要的前提是Highland杂岩地体的变质沉积岩为古元古代，而近些年的研究似乎表明Highland地体的许多变质表壳岩可能形成于新元古代。关于Highland的东西部边界为何存在巨大差异及Vijayan地体为何保留了一系列“飞来峰”的问题，这个模型没有给出合理的解释。此外，研究者们也逐渐意识到冈瓦纳大陆的拼贴过程，并不是简单的两个已固结的东、西大陆块体的碰撞拼贴，而是多地体的碰撞拼贴，而且从东非造山带北部的Arabian-Nubian地盾到其南部的南极Dronning Maud Land，构造热事件的时代差异十分明显(Fritzetal., 2013; Satish-Kumaretal., 2013; Meert, 2003)。

Takamuraetal.(2018)提出的构造演化模型与Kröneretal.(1994b)类似(图15b)。Takamuraetal.(2018)从南极东部Lützow-Holm地区的变质沉积岩中，获得碎屑锆石的两个年龄峰值，分别为1.1～0.63Ga和2.8～2.4Ga。基于这一年龄结果，Takamuraetal.(2018)认为Lützow-Holm的变质沉积岩与Highland杂岩地体具有一致的源区组成和高度的亲缘性。Lützow-Holm地区北部的岩浆活动则与Vijayan地体类似，代表同一个新元古代岩浆弧。在此基础上，他们提出了图15b所示的关于斯里兰卡与南极Lützow-Holm地体的构造演化模型：Highland与Lützow-Holm的变质沉积岩共同属于一个新元古代-寒武纪缝合带，Lützow-Holm北部和Vijayan地体则是该缝合带连接到古老微陆块上的一个～1.0Ga的弧地体。该构造演化模型，也没有区分东非造山带和Kuunga造山带在斯里兰卡的叠加效应。

Santoshetal.(2014)基于对Highland、Kadugannawa和Wanni的一系列岩石的变质作用、锆石U-Pb-Hf和地球化学组成的研究，提出了Highland洋盆双向俯冲的构造演化模型， 认为Highland杂岩地体代表东、西冈瓦纳的缝合带(图15c)。Kadugannawa地体的花岗闪长岩和闪长岩、Wanni地体的闪长岩、Highland地体的石榴石紫苏花岗岩以及Kadugannawa和Highland地体的基性麻粒岩和富镁辉长岩都显示弧岩浆地球化学特征，可能代表新元古代早期弧岩浆活动。Highland地体含石榴石变质辉长岩显示N-MORB特征，Kadugannawa地体的石榴石角闪岩显示大洋岛弧碱性玄武岩特征，代表俯冲-碰撞过程中残留大洋岩石圈。锆石Lu-Hf同位素特征显示，除了Kadugannawa杂岩地体980～916Ma的闪长岩和花岗闪长岩具有正的εHf(t)之外，Wanni和Highland的岩石均具有负的εHf(t)，对应的大陆地壳模式年龄(相当于两阶段模式年龄)分布于1.5～2.8Ga之间。不同岩石均给出多期次的新元古代-寒武纪变质年龄：～580Ma、～550Ma、～540Ma、～520Ma和～510Ma。由此Santoshetal.(2014)提出：Wanni和Vijayan在新元古代时期都是大陆弧，Highland当时则是俯冲消减的洋盆；持续的俯冲消减之后，Wanni和Vijayan这两个地块在新元古代晚期-寒武纪碰撞拼贴(图15c)。Heetal.(2016a)通过研究分布于Highland和Vijayan地体交界地区的岩石，也支持上述观点。从966～924Ma的变质中酸性岩石到722～617Ma的变质基性岩再到485Ma的基性超基性岩，Heetal.(2016a)认为该地区记录从俯冲、大陆弧形成到最后碰撞的地质过程。这一模型能够很好的解释一些地质现象，比如Wanni和Vijayan的弧岩浆活动、泛非期变质事件等。但是该模型并不能很好的解释为何作为洋盆的Highland杂岩地体存在大面积古老结晶基底岩系、Wanni和Highland的模糊地体边界等问题。

与 Kröneretal.(2003)的观点类似，Kehelpaanala (2004)也认为斯里兰卡与印度南部地体不具有亲缘性，并构建了斯里兰卡多地体增生的构造演化模型(图16)。Kehelpaanala (2004) 提出Wanni、Highland和Vijayan等三个地质体是通过两次不同的碰撞增生事件拼贴到一起的。其中Wanni杂岩地体是安第斯型岩浆弧的弧根带，Vijayan则属于岛弧。Highland微陆块向Wanni的俯冲-碰撞代表第一次碰撞事件。之后，洋壳向Wanni+Highland地体的持续俯冲造成了Vijayan杂岩地体与Wanni+Highland地体碰撞。Wanni和Highland杂岩地体的麻粒岩相变质作用对应于第一期碰撞事件，Vijayan地体的高级变质作用对应于第二次碰撞事件。这一模型能够解释为何斯里兰卡存在新元古代-寒武纪持久性的变质作用、Highland地体大量的古元古代基底岩石、Vijayan地体的飞来峰等问题，也能解释为何斯里兰卡变质作用的演化轨迹都呈顺时针演化样式(Touretetal., 2019)。但是其缺点在于Wanni和Highland的边界不是典型的俯冲-碰撞造山带，不存在新元古代俯冲和碰撞相关的增生杂岩，也没有构造变形的证据。此外，斯里兰卡Wanni和Highland、Highland与Vijayan之间岩石变质作用的时代似乎并不显示先后顺序的特征。

5 讨论与问题

斯里兰卡保存了从古元古代Columbia/Nuna超大陆到冈瓦纳大陆演化的一系列地质记录，其显著特征是中元古代晚期-新元古代陆壳增生以及新元古代-古生代持久性的高温-超高温变质作用。斯里兰卡在冈瓦纳大陆重建方案中位于连接东、西冈瓦纳的核心部位，处于东非造山带和Kuunga造山带的十字交叉位置。因此其地质记录能够为揭示冈瓦纳大陆的汇聚过程提供直接证据，是梳理超大陆演化的关键地区之一。此外，这些经历多期构造叠加的地壳岩石也是研究大陆地壳形成演化的理想对象。前人对斯里兰卡的岩石组成、岩浆和变质作用、构造演化历史等开展了大量的研究工作，并取得了很多重要进展。然而，存在的问题和争议也很明显。

(1)关于斯里兰卡基底构造划分。虽然目前的研究大多引用斯里兰卡基底划分的四分法方案，但是一些地质现象、新的研究结果等是这一方案无法解释的。首先，这一模式无法解释为何斯里兰卡有的地质体之间不存在明显的地体边界，如Highland和Wanni杂岩地体。其次，在Wanni和Highland杂岩地体连续分布的与新元古代晚期-古生代早期变质作用密切相关的石墨矿(图1)似乎表明该地区属于经历了相同的地质演化过程的同一个地质体。再者，从前文的综述可知，早期划分斯里兰卡前寒武纪地质体的一个基本认识是中新元古代Wanni和Vijayan杂岩地体被古元古代Highland杂岩地体所分割。然而，近些年的研究发现原先被认为形成于古元古代甚至太古宙的Highland杂岩地体岩石，可能与Wanni和Vijayan杂岩地体岩石同时形成，这就给原来的认识提出了挑战。除了年代学方面的进展，在原来认为变质级别较低的地体(如Vijayan杂岩地体)中识别出麻粒岩、紫苏花岗岩，表明这些地质体的变质级别也与Highland杂岩地体具有很高的相似性。因此，斯里兰卡前寒武纪地质体的划分，需要重新修正。

(2)关于斯里兰卡高温-超高温变质作用。对斯里兰卡高级变质岩的变质作用温压条件、变质期次划分和变质演化过程的认识，不同研究者之间有很大的差异。例如对蓝晶石+尖晶石+石榴石+假蓝宝石这一组合，一些研究者认为代表进变质阶段十字石在高压阶段脱水的产物(Hiroietal., 1994; Raase and Schenk, 1994)；还有一些研究者则认为这一组合形成于超高温变质峰期阶段(Osanaietal., 2006; Sajeev and Osanai, 2004a, b)。此外，从图5可以看出，不同研究者给出的斯里兰卡超高温麻粒岩的变质演化P-T轨迹、变质演化阶段的划分具有很明显的差异。还有，在斯里兰卡高级变质岩的各个变质阶段的温压条件估算方面，不同研究者给出的结果差异也比较大：从930℃变化到1150℃。因此，斯里兰卡高级变质作用也需要进一步研究。

(3)关于紫苏花岗岩的岩石成因和地质意义。在斯里兰卡广泛分布的紫苏花岗岩几乎与所有其它类型的麻粒岩密切伴生。在壳内分异、壳幔相互作用和物质能量循环等一系列下地壳地质过程中，紫苏花岗岩均扮演着重要的角色。然而针对斯里兰卡紫苏花岗岩的岩浆和变质作用、成因机制及其与超高温变质作用的关系等方面目前还没有系统的研究。究竟多大比例的紫苏花岗岩是先存岩石变质形成的？多大比例来源于超高温变质作用过程中的陆壳重熔？斯里兰卡大面积紫苏花岗岩究竟是超高温变质作用的结果，还是诱发超高温变质作用的原因？上述这些问题均有待于进一步的研究。

(4)关于斯里兰卡的地质年代学格架。首先，其早前寒武纪岩系的年代学结果仍然需要进一步确认。很多研究者认为Highland杂岩地体能够与印度南部以及东南极的Lützow-Holm等地体相对比。这两个地区均存在早前寒武纪(古元古代和太古宙晚期)基底岩系，然而斯里兰卡Highland杂岩地体的早前寒武纪(特别是太古宙)岩石是否存在及其规模目前并不清楚。其次，斯里兰卡Wanni、Kadugannawa和Vijayan杂岩地体片麻岩的中元古代原岩时代也需要进一步验证。因为按照Kröneretal.(2015)等的理解，该时代的岩浆活动仅在斯里兰卡存在，相邻的印度、东非等均缺失，细致的年代学工作有助于理解这一特殊地质记录的地质含义。第三，在斯里兰卡很多地区分布有变质基性岩(角闪岩和基性麻粒岩)，其原岩时代至今尚无可靠的研究结果。第四，对于斯里兰卡高级变质作用年代学过程的争议也比较大。获得的斯里兰卡高温-超高温变质作用时代从≥620Ma延续到450Ma，总体持续时间将近200Myr，对其具体地质意义仍有待于更为深入研究和讨论。

(5)斯里兰卡新元古代-古生代构造热事件的背景、动力学机制及其在冈瓦纳大陆重建中的意义。关于斯里兰卡该期构造热事件的背景和动力学机制，前人提供了一系列地质模型进行解释，如弧-陆碰撞拼贴、双向俯冲以及多地体增生等。但是这些模型似乎都存在无法解答的问题。例如很多研究者认为Wanni和Vijayan杂岩地体代表中元古代晚期-新元古代早期岩浆弧，其岩浆活动事件对应于罗迪尼亚超大陆汇聚过程，并将其新元古代晚期-古生代变质解释为对应于冈瓦纳大陆的汇聚。然而，迄今为止没有在斯里兰卡发现对应于罗迪尼亚超大陆裂解过程的响应。如果没有裂解，很难理解为何斯里兰卡又卷入到冈瓦纳大陆的聚合事件。此外，几乎所有的研究均将斯里兰卡超高温变质作用解释为对应于冈瓦纳大陆汇聚所造成的陆壳增厚过程(Clarketal., 2011, 2015)。但是世界上很多超高温变质地体形成于造山带的热松弛阶段或壳幔相互作用最强烈的地区，即对应于伸展的构造背景(Ciperetal., 2020)。如何综合考虑这些问题对于深化认识斯里兰卡区域地质演化、冈瓦纳大陆甚至罗迪尼亚超大陆的演化过程都具有十分重要的意义。

(6)斯里兰卡基性麻粒岩、大陆下地壳热状态与壳幔相互作用。作为大陆最下部地壳的代表性岩石，麻粒岩和超高温麻粒岩是壳幔相互作用的产物。前面提到斯里兰卡超高温变质作用区别于全球其它超高温变质地体的一个显著特征是缺少同期的幔源岩浆活动。很多学者据此提出斯里兰卡超高温变质作用的热能供给主要是陆壳放射性元素的衰变生热和长期的热累积。这种模式能够解释一些地质现象，比如超高温变质作用发生的时代滞后于造山作用达～50Myr。但是也有一些学者提出与超高温麻粒岩密切伴生的紫苏花岗岩本身的放射性元素含量不高，热能累积的效应不能很好的解释大规模超高温变质作用。基于该质疑，我们发现与斯里兰卡超高温麻粒岩密切伴生的基性麻粒岩在以往的研究中没有获得足够的重视。这些基性麻粒岩的原岩能否代表提供超高温变质所需热源的幔源基性岩浆活动？尚有待于进一步的研究。此外，紫苏花岗岩作为斯里兰卡大陆下地壳岩石的典型代表，在岩浆和变质作用过程中均表现出很高的活动性，因此其在壳幔相互作用、热能传导等方面的作用也不容忽视。

(7)斯里兰卡多期岩浆和变质作用对大陆地壳生长与演化的启示。目前关于斯里兰卡地质演化的众多构造模型均认为斯里兰卡是由众多地质体碰撞拼贴形成的，即斯里兰卡的形成经历了增生造山过程。众所周知，增生造山是大陆地壳生长的重要方式之一，并且增生的弧地体具有大陆地壳的平均成分。然而从增生的弧地体演化为稳定的大陆地壳，还需要经历一系列复杂的地质过程。以多期高级变质作用和岩浆活动为特征的斯里兰卡地质演化历史能够为解析大陆地壳生长和稳定化过程提供必要的线索，需要细致的研究工作进行揭示。

致谢成文过程中，与李献华研究员、郭敬辉研究员、焦淑娟博士、王禹权博士等进行了有益的讨论，研究生张儒诚帮忙绘制了部分图件；审稿人王伟和卢俊生等提出了系统而全面的审稿意见，对本文内容有很大提升；在此一并致谢。