内蒙古中部地区中—新生代火山岩的成因

发布时间：2018-01-07 16:09

本文关键词：内蒙古中部地区中—新生代火山岩的成因　出处：《兰州大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：华北克拉通岩石圈地幔在中生代时期发生大规模减薄的认识在国内外地学界已基本达成共识,但是关于岩石圈减薄机制还有诸多争论,并且岩石圈减薄的空间范围还存在局限性。近年来,基于古太平洋板块横卧在中国东部之下地幔过渡带的地球物理观察,诸多学者越来越认识到古太平洋板块的俯冲与华北克拉通破坏密切相关,同时也是中国东部中-新生代岩浆活动的直接或者间接的原因。但是,华北克拉通破坏以及中国东部中-新生代岩浆作用与古太平洋板块俯冲关系的间接和直接证据,以及两者之间作用的机制和动力学过程还是一个亟待回答的科学问题。华北克拉通西部地块的四子王旗地区(内蒙古中部)零星出露有早白垩世火山岩,同时在内蒙古中部地区产出有大量新生代玄武岩。这些中-新生代火山岩的地球化学性质可以直接反演华北克拉通岩石圈减薄过程,同时为古太平洋板块的俯冲导致华北克拉通破坏以及中-新生代岩浆作用提供时空制约。基于此,本文对内蒙古中部地区的四子王旗早白垩世火山岩以及集宁、阿巴嘎、赤峰三个新生代火山岩区的玄武岩进行了详细的岩石学和地球化学研究,并且取得如下认识：1.内蒙古中部新生代玄武岩是板块构造的特殊产物集宁、阿巴嘎、赤峰三个新生代玄武岩系列均显示了富集不相容元素的特征,[Sm/Yb]N= 1.66-4.01;除了明显的Nb-Ta、Ba-Sr-Pb的正异常,其他越不相容的元素越富集。说明源区在岩浆作用发生之前一定经历了地幔交代作用。尽管高的[Nb/Th]N和[Ta/U]N比值以及一些样品异常高的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd揭示俯冲的洋壳对岩浆源区有贡献,但是由于俯冲下去的洋壳具有低MgO、亏损不相容元素的地球化学特征,因此其不可能成为内蒙古中部新生代玄武岩的主要源区物质。本文认为富水、富不相容元素的低分熔熔体地幔交代作用是解释内蒙古中部新生代玄武岩源区富集的最合理模式。基于古太平洋板块横卧在中国东部大陆之下地幔过渡带的地球物理观察,本文认为交代物质的主要来源是俯冲下去的大洋岩石圈底部富集物质、洋壳以及随着洋壳一起俯冲下去的碳酸盐沉积物。该模型不但合理解释了内蒙古中部新生代玄武岩富集不相容元素的特征,而且可以很好地解释玄武岩中Nb-Ta、Ba-Sr-Pb的正异常。也就是说,没有西太平洋板块的俯冲就没有包括内蒙古中部地区在内的中国东部新生代大规模岩浆作用。因此,本文认为内蒙古中部新生代玄武岩是板块构造的特殊产物。需要特别强调的是,由于这些玄武岩中放射性同位素母子体比值(比如Rb/Sr, Sm/Nd, Lu/Hf)和同位素没有相关性,而且不相容元素或者比值([La/Sm]N、 [Sm/Yb]N)与Sr-Nd-Hf同位素也不相关,因此本文推断地幔交代作用发生在不久的以前或者现在正在发生,以至于没有足够的时间积累放射性成因的同位素。2.华北克拉通西部地块也有岩石圈减薄现象华北克拉通西部地块的四子王旗地区零星分布有早白垩世火山岩,岩性主要是玄武质安山岩和粗面玄武岩。这些火山岩具有富集不相容元素([La/Sm]N=3.19-3.26)、高87Sr/86Sr、低εNd(t)和低εHf(t)的地球化学特征。通过与华北克拉通东部地块辽西地区乌兰哈达高镁安山岩的对比研究,本文认为四子王旗早白垩世火山岩是华北克拉通西部地块古老被交代的岩石圈地幔部分熔融的产物。结合近年来地球物理方面取得的认识(华北克拉通西部地块局部地区的岩石圈厚度为～80-100 km),本文认为华北克拉通西部地块的岩石圈地幔也发生了减薄,而四子王旗晚早白垩世火山岩是该区岩石圈减薄的最直接产物。四子王旗中新世玄武岩与邻近的白音察干第四纪玄武岩均具有低Si02、高MgO、富集不相容元素、低的87Sr/86Sr和高的εNd(t)、EHf(t)值,暗示岩浆源区为交代了的软流圈地幔。但是四子王旗中新世玄武岩比白音察干第四纪玄武岩更富集不相容元素、具有相对更高的中等不相容元素／弱不相容元素比值、更强烈的石榴子石残留特征,说明第四纪玄武岩的部分熔融程度比中新世玄武岩的部分熔融程度更高,第四纪玄武岩喷发时对应的岩石圈厚度比中新世玄武岩喷发时的岩石圈更薄。因此,本文推论华北克拉通西部地块的岩石圈地幔目前还在减薄中。3.提出内蒙古中部中-新生代火山岩成因的新模型通过对内蒙古中部中-新生代火山岩岩石学、元素-同位素地球化学的研究,本文认为“底部加水弱化”是华北克拉通破坏甚至整个中国东部岩石圈减薄以及大规模中生代火山活动的最合理解释。本文推断,中生代时期古太平洋板块已经俯冲到了中国东部之下,最西端至少已经到达了四子王旗地区。随着俯冲下去的太平洋板块的吸热释水,形成的富水低分熔熔体交代了岩石圈底部,并促使部分熔融的发生,产生了四子王旗早白垩世玄武质岩浆。随着富集物质的熔融和抽离,该区从早白垩世到中新世,古老的岩石圈底部从物理性质上逐渐转变为了软流圈地幔。新生代时期,华北克拉通西部地块岩石圈已经减薄。由于西太平洋板块的西向俯冲产生的楔吸作用,中国大陆之下的软流圈地幔自西向东流动,西部高原之下的软流圈地幔在向东部平原之下流动时,势必会经历一个软流圈地幔减压熔融的过程。而集宁新生代火山岩区是软流圈地幔经历减压熔融的最初始位置,因此,也就解释了内蒙古地区新生代大规模的火山作用。注意：尽管我们识别到了内蒙古中部新生代玄武岩的源区有循环古太平洋洋壳的成分,但是由于洋壳本身亏损不相容元素,不能成为这些新生代玄武岩的主要源区物质。因此,短时间之内的低分熔熔体地幔交代作用是产生内蒙古中部新生代板内玄武岩富集源区的有效机制。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P588.14

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