北秦岭陆壳深俯冲—折返作用及对早古生代构造演化过程的限定

发布时间：2020-10-29 14:19

　　 造山带中的高压-超高压变质岩石记录了地壳物质从俯冲到折返的动力学全过程。造山带的形成一般都经历长期而复杂的演化历史,包括早期大洋的俯冲、闭合,陆壳深俯冲,弧陆碰撞或陆陆碰撞,隆升造山过程中伴随的侵蚀和沉积作用以及造山带垮塌等一系列过程。高压-超高压岩石经历深俯冲至地幔和随后折返至地表的过程,可以被记录在它们的P-T-t演化轨迹之中。因此,从变质岩石中解析出其所记录的P-T-t轨迹是了解造山带演化过程的重要依据。此外,与俯冲板片折返过程相伴的熔流体活动以及与造山带隆升相关的沉积响应也对造山带的演化过程提供了重要约束。秦岭造山带是扬子板块和华北板块之间的复合造山带,是我国中央造山系的重要组成部分。随着北秦岭地区高压-超高压变质作用及相关研究的深入,不断发现研究区内的秦岭杂岩中自北向南断续出露一系列陆壳深俯冲成因的高压-超高压岩石。本文通过对北秦岭不同地区出露的高压-超高压岩石进行了精细的变质作用和变质年代学的研究,对其折返过程中的相关熔流体活动进行了初步探讨,同时对北秦岭造山带隆升相关的沉积响应进行碎屑物源的分析,为探讨北秦岭陆壳深俯冲动力学机制以及对北秦岭早古生代构造演化过程的几个重要时间节点进行限定。结合本文及前人的研究资料,构建了北秦岭早古生代新的构造演化模式。本文获得的主要成果如下:1.对北秦岭官坡、松树沟、寨根和清油河四个地区的榴辉岩或退变榴辉岩及其围岩进行了详细的岩相学观察,利用相平衡模拟与传统温压计相结合的方法,获得变质演化期次,结合矿物包裹体、微量元素及年代学研究,构建了它们的顺时针P-T-t演化轨迹,进一步确认这些岩石经历过陆壳深俯冲。(1)首次在寨根地区退变榴辉岩的石榴子石中发现残留的绿辉石包裹体,指示其早期经历了榴辉岩相变质,相平衡模拟计算限定峰期变质条件约为1.67 GPa,679～765 ℃C;锆石U-Pb定年表明峰期榴辉岩相变质时代为501～497 Ma,两期退变质时代分别为474～447 Ma和425 Ma,得到一条先升温降压后降温降压的顺时针P-T-t轨迹。(2)官坡地区榴辉岩的峰期矿物组合为Grt+Omp+Ph+Rt+Ky±Coe,峰期变质条件约为3.0 GPa,725 ℃,位于石英-柯石英转变线之上,峰期变质年龄为487±9 Ma;榴辉岩中的石英脉获得获得榴辉岩直接围岩多硅白云母片岩的峰期变质条件为3.3～3.6 GPa,690～760℃。该片岩的独居石中的包裹体有较低Si值的多硅白云母、金红石、石英和锆石,其SIMS U-Pb年龄为480 Ma,与榴辉岩中480Ma石英脉的形成时代一致,代表了折返初期的退变质时代和熔流体活动记录。构建了这两种岩石降温降压的顺时针p-T-t轨迹。(3)详细的岩相学特征显示松树沟榴辉岩经历了多期变质作用,相平衡模拟和温压计计算获得其在经历峰期超高压变质(3.1 GPa,740～770℃)之后遭受早期麻粒岩相叠加和晚期角闪岩相的退变质改造,对应的峰期榴辉岩相变质时代为490Ma,麻粒岩相-角闪岩相退变质时代为470～455 Ma;松树沟长英质片麻经历了超高压变质作用(10GPa,1000℃)后降温降压至高压麻粒岩相,锆石定年获得近峰期超高压变质时代为487～495 Ma,独居石定年获得480 Ma的麻粒岩相退变质时代。(4)综合清油河地区前人的研究结果以及本次研究中残留多硅白云母的确认,共同表明清油河榴闪岩应该是榴辉岩折返过程中发生退变质的产物,其峰期变质矿物组合为Grt+Omp+Phe+Qz。锆石定年获得其原岩形成时代为783～818 Ma,峰期榴辉岩相变质时代为485～490 Ma,角闪岩相退变质时代为460～416 Ma。(5)北秦岭的高压-超高压岩石都经历了顺时针的P-T-t轨迹演化,且具有一致的峰期变质时代,表明这些岩石都经历了同一构造旋回,两期退变质时代分别对应了超高压岩石早期快速折返至中部地壳层位和后期略缓慢的抬升过程。(6)结合野外地质特征及大量区域地质背景,本文认为北秦岭高压-超高压岩石是～490Ma时商丹洋拖曳南秦岭的部分新元古代陆壳物质发生了深俯冲作用的产物,以此限定拖曳陆壳深俯冲的商丹洋在此时已主体关闭。2.对秦岭杂岩中不同类型的浅色脉体和浅色花岗岩小岩体进行详细的野外观察、岩相学、年代学以及地球化学研究,进一步限定了它们的形成时代及其形成机制,初步建立了区内深熔脉体与深俯冲陆壳折返过程之间的联系。在秦岭杂岩核部混合岩化发育的三个地区识别出了三期深熔脉体和浅色花岗岩小岩体,分别对应于深俯冲板片不同的折返阶段:(1)第一期脉体呈不规则脉状、网脉状产出于清油河及寨根地区的副片麻中,形成时代为482～485Ma,与北秦岭深俯冲板片的初期折返时代一致。它们显示富SiO2,富K2O,低钙,弱过铝质-强过铝质的特点,且贫Fe2O3T,MgO和Ti,富集Rb和Ba。LREE含量明显比母体片麻岩低,与大多数地壳物质重熔形成的花岗质熔体特征一致。这一期浅色脉体的形成可能是深俯冲板片初始折返长英质(含泥质)陆壳物质中含水矿物(白云母)脱水引发部分熔融的产物。(2)第二期为产出于退变榴辉岩中的脉体及侵入到片麻岩中的小岩体,形成时代为～450Ma。其中退变榴辉岩中的脉体具有显著高Si02,K20和Na2O和低MgO,高Sr/Y和La/YbN比值的高硅埃达克质岩石特征。大部分εHf(t)值为高正值(3.4～10.4),少量为负值(-8.5～-12.0)。这些Hf同位素特征与区内的榴辉岩的εHf(t)值(6.0～13.1)一致,指示这期熔体可能是来自于俯冲陆壳折返过程中榴辉岩的部分熔融,具有少量围岩部分熔融的贡献。(3)第三期形成时代为420Ma,一部分伟晶脉体和花岗岩体显示高硅,低钾、富钠,轻稀土轻微富集,轻重稀土分馏较弱,Eu负异常明显的英云闪长岩和奥长花岗岩的特征;另一部分淡色花岗岩体显示具有明显高硅、高碱和贫Ti02,MgO和FeOT,具高钾钙碱性过铝质岩类的特点。这些脉体和小花岗岩体是碰撞造山后加厚地壳拉张减薄过程中,不同深度源区物质发生部分熔融的产物。3.综合利用碎屑锆石的CL图像、微量元素、U-Pb年代学和Lu-Hf同位素,对南秦岭中泥盆世刘岭群中的碎屑锆石进行沉积物源分析,对北秦岭造山带隆升时限提供限定本文四件刘岭群样品的碎屑锆石年龄分布较为相似,具有三个主要的年龄集中区 500-400 Ma,850-700 Ma 和 1000-900 Ma,和三个次要年龄集中区 1.7-1.4Ga、2.0Ga和2.5-2.4Ga,其主要物源区为北侧的秦岭杂岩中的早古生代花岗岩和高压/超高压变质岩石、早新元古代的花岗岩和正片麻岩,以及南侧的南秦岭和扬子北缘中的中新元古代岩浆岩和陡岭杂岩中的副片麻岩,显示具有双源性。构成刘岭盆地中泥盆统砂岩的主要物源为北秦岭早古生代的三期岩浆岩和少量高压/超高压岩石,说明中泥盆世前北秦岭早古生代造山作用已经结束,已处于构造隆升后的剥蚀阶段,进而表明南秦岭刘岭群形成于造山后的伸展盆地。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P534.4;P542
【部分图文】：

和上覆不整合的中元古代的熊耳群火山岩，古元古－新元古代（官道口群、栾川群、??高山河群等）和震旦系一中生代沉积盖层组成（Ｇａｏ?ｅｔ?ａｌ．，１９９６；?Ｚｈｕ?ｅｔ?ａｌ．，２０１１；??Ｄｏｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，２０１１ａ；张国伟等，２００１）（图２－２）。熊耳群主体是一套低级变质的火山??岩系，夹少量陆源碎屑岩和火山碎屑岩，火山岩系主要由安山岩等中性－中基性??火山岩和少量英安岩组成，大量年代学研宄认为熊耳群的形成时代主体为??１．８０－１．７５Ｇａ?（赵太平等，２００４，?２００１：?Ｈｅ?ｅｔ?ａｌ”?２００９；?Ｃｕｉ?ｅｔ?ａｌ”?２０１１；?Ｐｅｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，??２００５），另外熊耳群中还有少量￣１．４５?Ｇａ和？１．６５?Ｇａ年龄获得（Ｈｅ?ｅｔ?ａｌ．，?２００９）说??明熊耳群火山岩可能足多次岩浆事件的产物（Ｚｈａｏ?ｅｔａｌ．，２００９）。此外，沿洛南－－??栾川－方城等地发育？条东两向古元古带晚期的碱性岩－碱性花岗岩带

２．２．１宽坪杂岩??宽坪岩群位于北秦岭构造带最北部，以朱阳关－夏馆断裂与南边的二郎坪杂??岩呈构造接触（图２－２）（张国伟等，２００１），由经历了绿片岩相－低角闪岩相变质的变??质火山岩、陆源碎屑岩和大理岩组成（肖思云等，１９８８；林德超等，１９９０；张寿广??等，１９９１；刘国惠等，１９９３），主要出露于陕西户县涝峪、周至黑河、眉县斜欲??１４??

２．３南秦岭构造带??南秦岭构造带指的是商丹缝合带与勉略－巴山弧形断裂带之间的秦岭南部地??区（图２－ｌｂ）。其在构造属性上被认为与扬子板块具有明显的亲缘性（Ｍｅｎｇ?ａｎｄ??Ｚｈａｎｇ，?２０００；张国伟等，２００１），由前寒武的结晶基底和巨厚的沉积盖层组成。??１０８?１＾９??ｑｊ???錢岐灯元：ｍ的，ｍ?Ｃｘ．??［；｜?阪卩Ｉ?Ｉ?似卩农《??？?Ｓ＇—?ｆ?ｍＭ??１Ｑ８￣?ｉｇｒ?ｉｉ〇；????图２＿３南秦岭构造带基底岩石分布简图（据Ｄｏｎｇ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１６修改）??结晶基底可为两个部分：１）零星出露的变质变形较强的陡岭杂岩和鱼洞子??群早前寒武纪结晶基底；２）广泛出露的中晚前寒武变质变形较弱的过渡性基底??（如：武当群、耀岭河群、小磨岭杂岩等）。这些构造单元以断层接触，局部接触??边界不清晰（图２－３）。??鱼洞子群鱼洞子群为南秦岭构造带中最古老的岩块，出露规模较小，由下部的??ＴＴＧ质片麻岩和上部的变质火山－沉积岩系组成，同位素测年结果显示鱼洞子岩??１８??

本文编号：2861019