塔里木板块新元古代构造—气候演化：对Rodinia超大陆和“雪球地球”事件的新认识

发布时间：2020-08-28 03:40

【摘要】：作为元古宙与显生宙的过渡时期,新元古代见证了地球在这一时期内发生的一系列深刻变革,包括“雪球地球(Snowball Earth)”极端气候事件和Rodinia超大陆至Gondwana大陆旋回演化。但是,对于这两者的认识仍然存在需要进一步解决的科学问题,包括,1)由于缺乏来自“雪球地球”冰后期帽白云岩(海侵体系)的可靠同位素(如Sr)地球化学信息,很难表征从极寒至温暖气候过渡时期的古海洋环境特征;2)如何解决Rodinia超大陆核心位置Australia和Laurentia之间的连接问题?同时,作为Rodinia超大陆一个重要组成部分的塔里木克拉通(或板块),在这一时期超大陆中的古地理位置仍然存在着很大争议。针对上述问题,本论文对塔里木西北缘阿克苏-乌什地区出露良好且含有未变形的冰期沉积岩的新元古代地层开展了系统的野外地质、稳定同位素(C-O、Sr和Mg)地球化学和古地磁研究。通过对区内地层进行详细的的野外地质调查工作,以及对重点剖面的实测,首次发现了本区保存的Cryogenian纪冰碛砾岩和整合覆盖其上的“帽碳酸盐岩(Cap carbonate)”,简称 DCC(Diamictite-Cap Carbonate)组合。“帽碳酸盐岩”的发现,修正了以往认为的该区Cryogenian纪冰期之后沉积完全缺失的认识。综合区域地层学、沉积学特征、古生物标志和已知的U-Pb年代学数据,建立和完善了本区前寒武纪地层框架,提出DCC组合对应于～640 Ma的“Marinoan”冰期及冰后期帽碳酸盐岩。为了获得“Marinoan”冰期之后的古气候/古海洋环境信息,对DCC组合中帽白云岩进行了 C同位素测试,还利用最新建立的“逐步淋滤(Step-leaching)”法对其进行了 Sr和Mg同位素分析。该方法能够有效剔除后期蚀变对碳酸盐岩同位素的影响,提取帽白云岩形成时的原生信息。另外,为了与DCC白云岩进行对比,也用此方法测得了塔里木东缘库鲁克塔格地区的Marinoan期帽白云岩(即扎摩克提组)的Sr同位素。DCC组合中帽白云岩的C同位素(δ13C)值均展现为负值,介于-2.2和-2.5‰之间,与典型的Marinoan冰期帽白云岩C同位素值相似。87Sr/86Sr和δ26Mg值可以分为两大类:白云岩下段样品的87Sr/86Sr和δ26Mg平均值分别为0.7079 ±0.0007(1σ)和-1.46 ± 0.01‰(1σ);白云岩上段的87Sr/86Sr和δ26Mg平均值则分别为0.70687 ± 0.0003(1σ)和-1.60 ± 0.06‰(1σ)。帽白云岩下段和上段不同的Sr和Mg同位素特征分别代表冰后期海洋的冰融水柱(plume)和海水翻转两个阶段。扎摩克提组白云岩样品的87Sr/86Sr值基本与DCC组合帽白云岩下段的值接近,表明二者可能形成于同一个冰融水柱环境。而塔里木板块Marinoan期帽白云岩与澳大利亚-蒙古同期帽白云岩的Sr和Mg同位素值差异表明,它们可能形成于不同的海水环境。对研究区内6个剖面的新元古代地层包括Cryogenian巧恩布拉克组冰碛岩层段和Ediacaran早期苏盖特布拉克组开展了详细的古地磁和岩石磁学研究。巧恩布拉克组冰碛砾岩层段特征剩磁(ChRMs)对应的古地磁极为:λ = 6.3°S,φ =17.5°E,A95=9.1°,古纬度为16.3 ±5.6°;而Ediacaran早期苏盖特布拉克组(即苏盖特布拉克组下段)帽白云岩和红色砂岩特征剩磁对应的古地磁极为:λ=21.1°S,φ=87.4°E,A95=7.0°,古纬度为27.4±5.6°。根据野外稳定性检验和岩石磁学实验,这两个古地磁极均能代表岩石沉积时的古磁场方向。综合区域地层学和最新相关锆石U-Pb年代学数据,将其年龄分别限定在～730Ma和～630Ma。基于以上两个古地磁极的古地理重建表明,塔里木板块于Cryogenian时期在近乎一致的古纬度地区经历了大幅度旋转运动,且这一旋转运动发生的时间与Rodinia超大陆裂解时间一致。结合最新报道的地质证据,塔里木板块有可能和华南一起或者单独位于澳大利亚-东南极洲(Australia-East Antarctica)和劳伦(Laurentia)之间,构成了 Rodinia超大陆新的“缺失的连接(Missing-link)”模型。与此同时,塔里木北缘新元古代时期与俯冲相关的岩浆活动表明,Rodinia超大陆裂解在动力学上可能与其北缘的俯冲回撤有关。这一模型与侏罗纪早期Gondwana大陆南部的裂解模式非常相似,暗示超大陆裂解的动力学机制可能比单纯的超级地幔柱模式更为复杂。另外,本文直接来自新元古代冰碛砾岩层或之上帽碳酸盐岩的古地磁数据表明冰碛岩形成于中、低古纬度地区,为新元古代“雪球地球(Snowball Earth)”假说提供新的支持证据。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P534.3;P467
【图文】：

２０１１ｂ；邋Ｓｈｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１１；邋Ｇｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２ａ，２０１４ｂ；邋Ｈｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２；邋Ｍａ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２ａ；逡逑Ｚｈａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２ａ；邋Ｚｈａｏ邋ａｎｄ邋Ｇｕｏ，邋２０１２；邋Ｚｈａｏ邋ａｎｄ邋Ｃａｗｏｏｄ，２０１２）。阿克苏－乌什地逡逑区位于塔里木西北缘（图２－ｌａ），其北部以中亚古生代天山造山带为界（Ｗｉｎｄｌｅｙ逡逑ｅｔａｌ．，邋１９９０；邋Ｗａｎｇ，２００６）。区内前寒武纪地层由阿克苏群变质基底和上覆未变质逡逑＜ｂ）邋Ｗｕｓｈｉ邋？＇逦０逦２０ｋｍ逦＼＼邋Ａｋｓｕ？逡逑ｌ邋一邋＾逡逑［＼逡逑Ｗｕｓｈｉ邋ｓｅｃｔｉｏｎ］逦＾逡逑ｆｊ，＇ｎｔ邋？逦＼逦１邋：邋１邋＜－邋＇ｉｙ邋＆邋Ｖｉｌｌａｇｅ邋Ｉ邋］邋（邋ｈ．ｇｃｈｒａｋＦｍ逡逑Ｘ－逦／逦’逦［＾Ｊｓｃｃｕｏｎ逦｜｜邋ＳｕｇｃｃｂｒａｋＫｍ逡逑Ｎ邋＾邋ｖ邋，ｒ邋ＳＣＣ逦Ａ＇逦［＾＼Ｔ１邋Ｍａｆｉｃｄｖｋ＜邋ｆＨ＂＂＂Ｉ邋Ｎａｎｈｕａ邋Ｓ＼ｓｌｃｍ逡逑，邋＿逦０Ｆ．Ｕ，，邋？逡逑图２－１邋（ａ）中国主要克拉通及研宄区位置示意图（据Ｚｈａｏ邋ｅｔａｌ．，邋２００２）；邋（ｂ）阿克苏－乌逡逑什地区地质简图（据高振家等，１９８５；邋Ｔｕｒｎｅｒ，邋２０１０），箭头指向本文研宄剖面逡逑Ｆｉｇ．邋２．１．邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ｍａｊｏｒ邋Ｐｒｅｃａｍｂｒｉａｎ邋ｃｒａｔｏｎｓ邋ｏｆ邋Ｃｈｉｎａ

零星出露的杂砾岩和上部红色页岩组成。整个地层单元与下伏阿克苏群变质基底逡逑是角度不整合接触关系，与上覆地层苏盖特布拉克组地层为平行不整合接触（图逡逑２－２ａ），顶部接触带可见苏盖特布拉克组底砾岩（图２－２ｂ）。此地层单元并没有沿逡逑其走向（ＮＥ向）连续出露，其厚度从３－４ｍ厚逐渐减薄至更年轻地层苏盖特布逡逑拉克组直接角度不整合覆盖在阿克苏群变质基底之上（图２－２ａ）。且在更远的北逡逑２２逡逑

ｌｏｗｅｒ邋ｓｕｂｕｎｉｔ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｌｏｗ－ａｎｇｌｅ邋ｃｒｏｓｓ－ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｕｐｐｅｒ邋ｓｕｂｕｎｉｔ邋ｏｆ’邋ｔｈｅ邋ｐｉｎｋ逡逑ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＤＣＣ邋ｃｏｕｐｌｅｔ．逡逑整个下伏地层，包括沉积地层和侵入岩墙均被一个以剥蚀面（图２－３ｂ）为代逡逑表的不整合面所截，不整合面之上就是ＤＣＣ组合。这一新识别ＤＣＣ组合包含逡逑下部桃红色或红色冰碛杂砾岩层和上覆桃红－玫瑰红颜色的白云岩岩层。下部冰逡逑碛砾岩层在横向上沿似“穹窿”状构造边缘出露并不十分连续，厚度都不超过逡逑ｌｍ。砾岩层包含从棱角至次圆状、灰绿色页岩和砂岩砾石，砾石直径大小不一逡逑（３－５０ｃｍ）。其中很多砾石岩根据其颜色和岩性判断

本文编号：2807048