扬子北缘晚太古代至古元古代基底性质及其地质意义

发布时间：2020-06-10 19:37

【摘要】：晚太古代至古元古代时期(2.8-1.6 Ga)是大陆地壳发生成分的显著变化和克拉通形成与演化的关键时期,其中古元古代时期也是全球Columbia超大陆聚合的重要阶段。华北板块、塔里木板块和华南板块是构成中国版图的三大前寒武地块,其中华南板块分为扬子板块和华夏板块,由于扬子板块的太古宙至古元古代岩石出露面积较少且零星分布,扬子板块古元古代之前的地质演化历史还未能得到系统的研究。本论文以扬子板块北缘的钟祥、鱼洞子和桐柏地区的晚太古代至古元古代岩石为研究对象,进行了系统岩石学、全岩地球化学、锆石/斜锆石U-Pb年代学和Hf-O同位素研究,获得的主要认识如下:(1)钟祥地区胡集岩体的岩浆锆石U-Pb定年得到的加权平均年龄为2656±6 Ma,代表岩浆侵入年龄。胡集花岗岩具有高的(K_2O+Na_2O)/CaO、FeOt/MgO比值和Zr、Nb、Ce、Ga和Y含量,表现为典型的A型花岗岩的特征。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图上,该岩石具有明显的Eu、Sr和Ba的负异常,说明了源区有斜长石的残留或者经历了斜长石的结晶分异。通过全岩锆饱和温度计计算的初始岩浆温度在887-910oC之间。岩浆锆石具有负的ε_(Hf)(t)值和约3.2 Ga的两阶段模式年龄,其δ~(18)O值介于4.94-5.72‰之间,加权平均值为5.26±0.14‰,说明岩浆源区没有明显的表壳物质的加入。因此,推测胡集岩体形成于TTG质地壳在高温低压条件下的部分熔融作用。钟祥地区2.65 Ga A型花岗岩的形成说明了扬子板块东北部的岩石圈在晚太古代的热稳定性,稳定克拉通的性质。(2)钟祥地区华山观杂岩体由边缘相的二长花岗岩和中央相的钾长花岗岩组成。锆石U-Pb定年的结果显示二长花岗岩和钾长花岗岩的侵位年龄分别为1816±50 Ma和1843±9 Ma。二者具有相似的锆石Hf同位素组成,ε_(Hf)(t)值在-20.2至-15.8之间,相对应的两阶段模式年龄为3.6-3.5 Ga,锆石δ~(18)O值的加权平均值为6.80±0.09‰,以上特征说明该杂岩体形成于古老的太古宙岩石的重熔。全岩地球化学组成上,二长花岗岩和钾长花岗岩都具有A型花岗岩的特征,且二长花岗岩在全岩成分上具有更低的FeOt和MgO含量和更加分异的微量元素组成,说明二长花岗岩可能是钾长花岗岩成分的岩浆通过结晶分异作用形成的。华山观杂岩体的形成记录了扬子板块北缘在1.85 Ga完成了挤压到拉伸的构造体制的转变,可能是由扬子板块北缘约2.0 Ga的造山带的垮塌所引起。(3)鱼洞子地区的花岗质片麻岩具有相对较高的Na_2O/K_2O和Sr/Y比值,较为分异的稀土配分模式,为典型的TTG质岩浆特征。其中的锆石具有岩浆成因的核部和变质成因的边部,四个样品中锆石核部定年结果在2660-2632 Ma之间,加权平均值为2650±21 Ma,代表了TTG质岩浆的侵入年龄。岩浆锆石的加权平均ε_(Hf)(t)值在-0.6到0.5之间,对应的两阶段模式年龄为3.2-3.1 Ga,说明TTG质岩浆形成于加厚的中太古代基性地壳的部分熔融作用。锆石变质边部的年龄约为2.5 Ga,具有较高的Th/U比值和与核部一致的Hf同位素组成,说明了其形成于固态重结晶过程。鱼洞子杂岩体中的钾长花岗岩的锆石U-Pb年代学表明其形成于2477±18 Ma,代表了地壳深熔作用的时代。鱼洞子地区2.65 Ga的TTG质岩浆事件和2.48 Ga的壳内重熔事件说明了鱼洞子岩群与扬子板块东部的古太古代陆核有不同的地壳演化历史,扬子板块东部的古老陆核可能经历了后期的侧向增生。(4)桐柏地区南部的斜长角闪岩中岩浆锆石的SIMS定年结果为1869±30Ma,代表了其原岩的侵位时代,围岩大理岩中锆石和斜锆石的SIMS定年结果分别为1840±13Ma和1848±3 Ma,二者整体较低的微量元素含量、未分异的稀土元素组成和相对一致的Hf同位素组成说明其形成于接触变质过程中。大理岩中的锆石具有较高的氧同位素组成,δ~(18)O的加权平均值为20.37±0.13‰,反映了在高氧同位素组成的大理岩中可以通过接触变质作用生成高氧同位素的锆石,这一过程可能包括了碎屑锆石的溶解反应和斜锆石-锆石的转化反应。这些数据表明桐柏地区部分变沉积岩的沉积时代早于1.85 Ga,并在约1.85 Ga时被基性岩浆侵入,与崆岭地区的地质记录相对应。(5)总结和对比扬子板块各个基底岩石的岩浆事件时代和性质,我们认为崆岭地区为扬子板块最早期的陆核,经历了3.6 Ga的地壳生长和3.44-3.20 Ga的地壳内部演化阶段;钟祥地区可能在2.7-2.6 Ga之前与崆岭陆核拼合形成扬子板块早期的初始克拉通,这一过程也伴随着大陆地壳岩石成分由钠质的TTG岩石至钾质的花岗质岩石的转变。以鱼洞子杂岩、陡岭杂岩和越南北部基底为代表的扬子板块西南缘的地壳生长和演化历史与扬子东北部的早期克拉通存在较大差异,它们可能在古元古代的造山事件中最后拼合成为现今的扬子板块。通过对基底岩石和古元古代造山带性质的对比,扬子板块在Columbia超大陆中可能处于Sibera大陆和Laurentia大陆之间;扬子板块在1.85 Ga发生造山带山根垮塌所引起的双峰式岩浆事件,代表着扬子板块在这一时期完成了整体的克拉通化过程。
【图文】：

大陆地壳,基性,图表示,分异

宙构造模式：（a）上地幔和地壳的“stagnant lid”部分；（b）基性成大陆地壳，其中左图表示密度较大的地壳部分下沉至上盘下部形成表示地壳的分异通过在板内环境下加厚下地壳的广泛部分熔融、对流回收至地幔来完成；（c）一旦大陆地壳核部和岩石圈地幔形成，在克开始出现拉张和基性地壳的增生，大陆边缘开始出现俯冲；（d）漂移热的造山带引发下广泛的壳内熔融和降低下地壳的流动性。（引自 MLaurent, 2018）Proposed tectonic scenario. (a) A “stagnant lid” portion of Earth u (b) Portions of the mafic proto-crust start differentiating into conteft, this occurs when the dense base of the crust “peels off” the topubduction-like system; on the right, crustal differentiation happens environment, with pervasive melting of the base of the mafic pilen and recycling of the restitic lower crust in the mantle. (c) Once cd lithosphere mantle are formed, extension and mafic crust accretiones between cratons, and subduction is localized on the edge of co

MgO含量,大陆地壳,相对质量,演化关系

而大陆地壳的岩石类型在 3.0-2.5 Ga 时期内，从之前以 TTG 质岩石为主体转变为多种类型岩石的“喷发式”出现。Condie et al. (2008) 对大陆地壳 TTG 质岩石和钙碱性岩石之间比例的统计，也得到了类似的结论，约 2.5 Ga 前后大陆地壳岩石的成分比例发生了重大转变：太古宙时期大陆地壳的岩石类型以 TTG质岩石组合为主，，而晚太古代的大陆地壳中钙碱性岩石的比例显著增加。另外，Tang et al.(2016) 发现岩浆岩中 Ni/Co、Cr/Zn 比值与镁值有十分良好的相关性，细粒沉积物（冰碛岩、黄土）的 Ni/Co、Cr/Zn 比值可以反映大陆地壳岩石平均镁值，而在地质历史时期内大陆地壳岩石的镁值在 3.0 Ga 发生转折，反映了基性地壳组分与酸性地壳组分比例的重大变化（图 1.2）。（2）碎屑锆石的记录：对全球碎屑锆石 U-Pb-Lu-Hf-O 同位素的统计显示（图 1.3），3.0 Ga 之前大陆地壳的净增长速率较快（平均 2.9-3.4 km3/yr）；3.0Ga 之后大陆地壳的净增长速率明显降低（平均 0.6-0.9 km3/yr）（Dhuime et al.,2011, 2017）。这种两阶段的大陆地壳生长模式与全岩 Nd 同位素的统计规律一致，说明了地壳的生长和地壳再循环的方式在约 3.0 Ga 发生了显著的改变。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P56

【参考文献】