华北中部造山带新生代玄武岩的地球化学特征及岩石学成因

发布时间：2020-10-30 14:03

　　 地幔部分熔融形成玄武岩的主微量元素以及放射性同位素等成分具有复杂多样性,认识玄武岩的地幔源区成分是地幔地球化学领域长期以来研究的重要科学问题。大陆玄武岩是研究地幔源区性质的重要对象,其成分不均一性与地球动力学如板块俯冲等过程紧密相关。中国华北克拉通东部新生代玄武岩的成因被认为与地幔过渡带中滞留的太平洋板块有关,但是不清楚太平洋板块对华北克拉通中部带新生代玄武岩的化学组成是否也有贡献。本文中我们分析了华北克拉通中部造山带新生代玄武岩的全岩主-微量元素和Sr-Nd同位素成分、全岩Fe/Mn和Nb/Ta比值以及LA-ICP-MS激光原位橄榄石斑晶主微量元素化学成分,来探讨华北克拉通中部造山带新生代玄武岩的地幔源区性质及岩性特征,并评估其下覆岩石圈的演化及周边古大洋俯冲的影响。这些玄武岩主要是碱性玄武岩,含有少量的拉斑玄武岩。与地幔橄榄岩部分熔融的熔体成分相比,华北克拉通中部造山带新生代玄武岩具有更高的Ti O_2含量,总Fe_2O_3含量,FC3MS(FeO/CaO-3*MgO/SiO_2,所有单位都是重量百分比wt%),Fe/Mn和Zn/Fe比值以及更低的CaO含量。与从地幔橄榄岩熔体中结晶的橄榄石相比,华北克拉通中部造山带新生代玄武岩中的橄榄石斑晶具有更低的Ca、Mn含量和更高的Ni含量及Fe/Mn比值。这些特征表明华北克拉通中部造山带新生代玄武岩主要是来源于辉石岩地幔源区。结合Nb/Ta比值以及CS-MS-A假三元投影相图表明MgO7.5 wt%的碱性玄武岩的地幔源区残留矿物主要是单斜辉石+石榴石±橄榄石±金红石,而MgO6 wt%的拉斑玄武岩的地幔源区残留矿物主要是单斜辉石+石榴石±斜方辉石。华北克拉通中部造山带新生代玄武岩类似于洋岛玄武岩(OIB)的微量元素分布特征(在微量元素蛛网图上大部分样品都具有Ba、Sr、Nb、Ta正异常及Th和U的负异常)以及富集的Sr-Nd同位素特征表明亏损地幔源区中含有俯冲洋壳组分(包括蚀变洋壳和沉积物组分)。我们推断洋壳部分熔融产生的熔体与地幔橄榄岩反应会形成辉石岩源区,其中高的和低的熔/岩比分别形成富Si和贫Si的辉石岩。由于二阶段Si过剩辉石岩相比贫Si辉石岩具有更低的固相线,前者会倾向于发生更高程度的部分熔融产生拉斑玄武岩,而后者部分熔融形成碱性玄武岩,这与拉斑玄武岩相比碱性玄武岩具有更低的微量元素含量也是一致的。时间上,华北克拉通中部造山带新生代玄武岩从晚始新世到渐新世时期的碱性玄武岩逐渐演化到晚中新世-第四纪时期的碱性玄武岩和拉斑玄武岩共存。玄武岩地球化学成分的这一时间变化之前被解释为反映了新生代时期该地区岩石圈的逐渐减薄。但是该岩石圈减薄的模型主要是基于玄武岩代表了橄榄岩源区部分熔融熔体成分的传统假设。根据CS-MS-A假三元相图估算的拉斑玄武岩玄武岩的平均熔融压力约为3 GPa(100公里),明显高于前人根据传统的橄榄岩熔融模型得到60公里的深度,但是与华北克拉通中段北缘的现今岩石圈厚度(90-120公里)是一致的。因此我们的工作强调了之前关于华北克拉通中部造山带在新生代时期的岩石圈减薄模型可能需要重新修正。空间上,这些玄武岩的同位素及主微量元素成分特征沿着华北克拉通中央造山带从中心向南北两边发生系统变化,如SiO_2含量和Sr同位素增加,FeO_T含量、Nd同位素、Sm/Yb及Ce/Pb比值降低。这些玄武岩的时空化学变化表明华北克拉通中部造山带地幔中的再循环洋壳可能主要与早期的古亚洲洋南向俯冲以及/或者特提斯大洋板块的北向俯冲有关。前人的研究可能高估了太平洋板块俯冲的贡献。
【学位单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P588.145;P534.6
【部分图文】：

. 地幔包体和阿尔卑斯地质体中的天然辉石岩：小灰圈来自文献 Lambart et al. 考文献) 和角闪石岩：粉色星星来自以下文献：(Arculus et al., 1983; Ho et a et al., 2000; Neumann et al., 1999; Orejana et al., 2006) 的氧化物含量和 Mg#与其的起始物质成分（大圈）的比较。红色和紫色圈分别表示 Lambart et al. (2013)用辉石岩 M5-40 和 M7-16 。同样也展示了 GEOROC 数据库中的地幔橄榄岩范围和 MORB 玻璃范围：黄色区域来自文献 Melson and O'Hearn (2003)。该图来源于2013)。管辉石岩在天然地幔样品中所占的比例很小，但它却是一种很普遍的状包括包括地幔辉石岩包体和构造地质体出露的地幔部分中的hmann and Stolper, 1996)。据 Hirschmann and Stolper (1996)基于造山带辉石岩比例的估算，他们认为上地幔可能含有 2-5%的辉石岩。地幔具有很大范围的地球化学变化（图 1-1）、矿物含量变化，这可能反

图 1-2. 华北克拉通东部大于 110 Ma（绿色正方形）、小于 110 Ma （黄色圆圈）的玄武岩以摩尔比例从透辉石向 Fo-CaTs-Q 平面投影的假三元相图(Herzberg, 2006, 2011)。投影代码据O'Hara (1968)。缩写：热障 TD（粗虚线）、熔体 L、橄榄石 Ol、石英 Q、单斜辉石 Cpx、斜方辉石 Opx、石榴石 Gt。 箭头表示温度降低的方向。

1-3. 华北克拉通东部大于 110 Ma（绿色正方形）、小于 110 Ma （黄色圆圈）的玄武尔比例从橄榄石向 CS-MS-A 平面中的透辉石-顽火辉石-镁铝榴石-钙铝榴石部分投影的相图(Herzberg, 2006, 2011)。投影代码据 O'Hara (1968)。蓝色圆圈是来自的富 Si 的 M榴辉岩在 3GPa 压力下产生的位于 L+Q+Cpx+Gt 相区的熔体成分。缩写：热障 TD（粗虚线体 L、橄榄石 Ol、石英 Q、单斜辉石 Cpx、斜方辉石 Opx、石榴石 Gt。 箭头表示温度方向。1.4 论文工作量博士期间目前已完成的一些工作及结果如下（表 1.1）：表 1.1 工作量一览表作内容 总量 工作地点 备注外工作 约一个月 2013 年华北中部带北缘 10 天 采集地质样品2014 年华北太行山约 10 天 采集地质样品2015 年山西、内蒙古约 10 天 采集地质样品制薄片及观察 约 200 件中国地质大学（武汉）磨片室、廊坊所中国地质大学（武汉）地质过
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李三忠;郑祺亮;李玺瑶;赵淑娟;索艳慧;郭玲莉;王永明;周在征;刘晓光;兰浩圆;张剑;郭润华;李少俊;;中国东部苏鲁造山带的印支期俯冲极性及其造山过程[J];海洋地质与第四纪地质;2017年04期

2 王孝磊;周金城;陈昕;张凤凤;孙梓铭;;江南造山带的形成与演化[J];矿物岩石地球化学通报;2017年05期

3 徐备;张立杨;;造山带:认识地球的窗口[J];地球;2017年09期

4 杨经绥;许志琴;马昌前;吴才来;张建新;王宗起;王国灿;张宏飞;董云鹏;赖绍聪;;复合造山作用和中国中央造山带的科学问题[J];中国地质;2010年01期

5 蔡雄飞,刘德民;造山带古海洋恢复的思路和研究方法[J];海洋地质动态;2005年07期

6 莫申国,韩美莲,李锦轶;蒙古-鄂霍茨克造山带的组成及造山过程[J];山东科技大学学报(自然科学版);2005年03期

7 姜春发;中央造山带几个重要地质问题及其研究进展(代序)[J];地质通报;2002年Z2期

8 姜春发,王宗起;中国“大十字构造”的地质意义及其对资源和生态环境的影响[J];中国地质;1998年02期

9 吴正文,张长厚;关于创建中国造山带理论的思考[J];地学前缘;1999年03期

10 崔盛芹;论全球性中-新生代陆内造山作用与造山带[J];地学前缘;1999年04期

相关博士学位论文 前10条

1 徐荣;华北中部造山带新生代玄武岩的地球化学特征及岩石学成因[D];中国地质大学;2018年

2 郭坤一;西昆仑造山带东段地质组成与构造演化[D];吉林大学;2004年

3 孙延贵;西秦岭—东昆仑造山带的衔接转换与共和坳拉谷[D];西北大学;2004年

4 韩芳林;西昆仑增生造山带演化及成矿背景[D];中国地质大学（北京）;2006年

5 张国仁;辽西地区中生代板内造山作用[D];中国地质大学（北京）;2006年

6 王金荣;北祁连造山带东段早古生代构造岩浆作用及成矿的研究[D];兰州大学;2006年

7 肖骑彬;大别—苏鲁造山带地壳—上地幔电性结构研究[D];中国地震局地质研究所;2006年

8 陈云峰;燕山板内造山带东段中生代构造格局及形成演化[D];中国地质大学（北京）;2007年

9 张克信;东昆仑造山带混杂岩区非史密斯地层研究[D];中国地质大学;2000年

10 程顺有;中央造山系及其邻区岩石圈三维结构与动力学意义[D];西北大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 彭银彪;祁连地块北缘早古生代变质作用对祁连造山带构造演化的制约[D];中国地质科学院;2018年

2 惠若愚;苏鲁造山带浅部构造特征及深部动力学过程分析[D];中国石油大学（华东）;2012年

3 田东江;完达山造山带的地质—地球化学组成及其演化[D];吉林大学;2007年

4 韩瑶;江南造山带东段构造古地理格局及演化[D];中国地质大学（北京）;2013年

5 杨朝;全球早古生代造山带：板块重建与古大陆[D];中国海洋大学;2015年

6 韩建军;桐柏造山带中主要断裂带的变质变形特征研究[D];合肥工业大学;2016年

7 魏方辉;北祁连造山带东端早古生代物质组成、变形特征及其构造演化过程[D];长安大学;2013年

8 陈小勇;江南造山带前寒武纪构造演化[D];南京大学;2015年

9 张艳秋;塔西南坳陷与西昆仑造山带的耦合关系[D];中国地质大学（北京）;2006年

10 丁子腾;祁连造山带地壳—上地幔顶部三维速度结构及其意义[D];西北大学;2017年

本文编号：2862575