中亚造山带西南缘石炭纪火山岩岩石成因、时空演化及其构造意义

发布时间：2018-01-09 06:13

本文关键词：中亚造山带西南缘石炭纪火山岩岩石成因、时空演化及其构造意义　出处：《中国地质大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：中亚造山带是显生宙以来最大的增生造山系统,其经历了相当完整的地球动力学演化过程,是近半个世纪以来固体地球科学领域最引人注目的热点之一。新疆东北部是中亚造山带西南缘中国境内部分,晚古生代期间由于古亚洲洋的俯冲消减-闭合-板块碰撞引发了一些列的岩浆活动,岩浆作用从以俯冲诱因为主逐渐转换为造山阶段的岩浆作用,石炭纪是该洋陆转换阶段的关键时期,区域内广泛分布的石炭纪火山岩很好的记录了该时期洋陆转换阶段复杂的岩浆作用过程,对该过程的详细剖析能更好的理解中亚造山带地质历史。本论文选取新疆东北部东准噶尔卡拉麦里造山带、东天山博格达-哈尔里克造山带及东天山觉罗塔格造山带为切入点,对石炭纪火山岩开展了详细的岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Sr-Nd-Pb同位素组成研究,结合区域上已有的研究成果,初步厘定了新疆东北部火山岩年代学格架,深入剖析了其岩石成因机制,探讨了新疆东北部石炭纪暴发大量火山活动的深部地球动力学背景,获得的主要认识如下：(1)东准噶尔卡拉麦里造山带石炭纪火山岩包括早石炭世松喀尔苏组火山岩和晚石炭世巴塔玛依内山组火山岩。早石炭世松喀尔苏组火山岩主要由玄武岩、玄武安山岩、安山岩、英安岩、玄武质角砾熔岩、安山质角砾熔岩、安山质晶屑凝灰岩、流纹质角砾熔岩及流纹质凝灰岩组成,其下部流纹质凝灰岩和中部的玄武安山岩分别给出了346±3 Ma和338±5 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄,表明松喀尔苏组火山岩形成于早石炭世,他们属于中-高钾钙碱性系列,具有高铝高钛特征,同时富集轻稀土元素和大离子亲石元素Rb、Ba和Pb,亏损高场强元素Nb、Ta和Ti,以及高的Th/Yb、Ba/Nb比值。～410 Ma、～432 Ma和-500 Ma的继承和捕获锆石指示早古生代地壳物质可能参与了成岩过程。结合该组底部磨拉石与下伏含蛇绿混杂岩的泥盆纪地层的不整合关系及这些火山岩演化的全岩Sr-Nd-Pb同位素组成(87Sr/86Sr初始值=0.703440-0.704220, εNd(t)=+4.91-+7.29,206Pb/204Pb=18.2487-20.0884; 207Pb/204Pb=15.5263-15.6729,208Pb/204Pb=37.9558-40.3407),本文认为松喀尔苏组火山岩可能为准噶尔洋闭合后碰撞初始阶段被俯冲流体交代过的岩石圈地幔发生低度部分熔融(1%-5%)的产物,代表了后碰撞伸展的初始阶段。晚石炭世巴塔玛依内山组火山岩主要由(碱性)玄武岩、粗面玄武岩、玄武粗安岩、粗面岩及流纹岩组成,Si02含量在56%-67.5%之间出现明显的间断,显示为典型的双峰式火山岩特征。该组中上部的玄武粗安岩和侵入该套地层的流纹斑岩分别给出了320±Ma和309±3 Ma的ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄,表明巴塔玛依内山组火山岩形成于晚石炭世,且被后期流纹斑岩脉侵入。该组基性火山岩属于碱性系列和拉斑玄武系列,具有富碱、富Ti02、低K20以及低的Th/Yb、Ba/Nb、Nb/Zr比值,同时富集轻稀土和大离子亲石元素,类似于大陆碱性玄武岩的特征,但Nb、Ta轻度亏损。该组酸性火山岩具有A型花岗岩成分特征,与基性火山岩显示出明显不同的地球化学特征,二者来源于不同的源区。结合这些火山岩演化的全岩Sr-Nd-Pb同位素组成(基性火山岩：87Sr/86Sr初始值=0.703275-0.703987,两个样品87Sr/86Sr初始值=0.705043-0.705486,εNd(t)=+4.53-+6.87,206Pb/204Pb=18.0321-18.5352,207Pb/204Pb=15.4910-15.5471 208Pb/204Pb=37.8071-38.2826;酸性火山岩：87Sr/86Sr初始值=0.707392-0.709732,εNd(t)=+5.9-+6.59,206Pb/204Pb=18.5995-18.7830; 207Pb/204Pb=15.6206-15.6567 208Pb/204Pb=38.7718-38.9777),本文认为巴塔玛依内山组基性火山岩为后碰撞中晚期阶段的产物,大范围的岩石圈拆沉导致软流圈上涌,并底侵下地壳,形成双峰式火山岩。(2)东天山博格达-哈尔里克造山带晚石炭世二道沟组火山岩主要由玄武岩、粗面玄武岩、玄武粗安岩、粗面岩、流纹岩及同成分的火山碎屑岩组成,Si02含量在56%-70%之间出现明显的间断,显示为典型的双峰式火山岩特征。该组玄武粗安岩、粗面玄武岩及两个流纹岩分别给出了312±4Ma、312±3Ma及308±3 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄,表明二道沟组火山岩形成于晚石炭世。该组基性火山岩主体属于高钾-钾玄岩系列,具有富碱、富Ti02及高的Th/Yb、Ba/Nb比值,同时富集轻稀土元素和大离子亲石元素,明显亏损Nb、Ta。该组酸性火山岩具有与基性火山岩相似的地球化学特征,显示为相同源区岩浆演化的产物。二道沟组双峰式火山岩与区域上的晚石炭世双峰式火山岩均具有相同的特征,基性火山岩源区显示出明显的被俯冲流体交代特征,而区域上早石炭世双峰式火山岩显示出于MORB更相似的源区和并不明显的俯冲流体交代特征。结合区域上早石炭世双峰式火山岩特征和晚石炭世双峰式火山岩演化的全岩Sr-Nd同位素组成(87Sr/86Sr初始值=0.703916-0.704306,δNd(t)=+4.32-+7.67;酸性岩87Sr/86Sr初始值=0.702975-0.703364,εNd(t)=+6.78-+7.70),本文认为该区域早石炭世双峰式火山岩为体量较大的天山洋板块俯冲进入吐哈-准噶尔陆块之下的软流圈不断的积攒,导致软流圈上涌(尖晶石-石榴石橄榄岩10%-20%部分熔融),早期上涌的软流圈较少受到俯冲物质的影响,形成Nb、Ta轻度亏损的基性火山岩,岩浆经过结晶分异作用形成酸性火山岩,进而形成早石炭世双峰式火山岩组合；晚石炭世双峰式火山岩为深部受到俯冲流体交代的软流圈上涌(尖晶石-石榴石橄榄岩5%-25%部分熔融)形成具有明显Nb、Ta亏损的基性火山岩,岩浆经过结晶分异作用形成酸性火山岩,进而形成晚石炭世双峰式火山岩组合,晚石炭世双峰式火山岩是早石炭世双峰式火山岩的延续,代表了该区域的弧后之后的持续裂开。(3)东天山觉罗塔格造山带石炭纪火山岩包括早石炭世雅满苏组火山岩和晚石炭世土古土布拉克组及梧桐窝子组火山岩,均遭受到了不同程度蚀变。雅满苏组火山岩由玄武岩、玄武安山岩及同成分的火山碎屑岩组成,属于中-高钾钙碱性系列,具有高铝高钛及低Nb/Zr、高的Th/Yb、Ba/Yb、Ba/Nb比值,同时富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损Nb、Ta。该组玄武安山岩给出了336±2 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄,表明火山岩形成于早石炭世。晚石炭世火山岩分别属于Ⅰ型(拉斑玄武岩系列)和Ⅱ型(钙碱性系列),岩性为玄武岩和玄武安山岩。从该组玄武安山岩分别给出了321±2 Ma和319±2Ma的ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄,表明火山岩形成于晚石炭世。371 Ma-3106 Ma的继承和捕获锆石指示早古生代地壳甚至前寒武物质可能参与了成岩过程。Ⅰ型火山岩具低的Th/Yb、 Ba/Yb、Ba/Nb比值,平坦的稀土配分曲线及轻微富集的大离子亲石元素；Ⅱ型火山岩具有介于早石炭世火山岩和晚石炭世Ⅰ型火山岩之间的Th/Yb、Ba/Yb、Ba/Nb比值,富集轻稀土元素和大离子亲石元素。结合这些火山岩演化的全岩Sr-Nd同位素组成(早石炭世火山岩87Sr/86Sr初始值=0.703234-0.704337,εNd(t)=+5.30-+6.22;晚石炭世Ⅰ型火山岩εNd(t)=+8-+9, Ⅱ型火山岩εNd(t)=+2-+6),本文认为该区域石炭纪火山岩与现今存在的Okinawa Trough和Mariana Trough弧后盆地玄武岩(BABB)很相似,因此推断早石炭世火山岩为弧后盆地初始裂开阶段的产物,而晚石炭世火山岩为弧后盆地弧后扩张阶段的产物。(4)基于以上三点提出一个新疆东北部晚古生代构造演化模型：至少在泥盆纪时期新疆东北部存在两个洋盆,北部的准噶尔洋和南部的天山洋。晚泥盆纪之前,两个洋盆均发生向北的俯冲消减。晚泥盆世北部的准噶尔洋闭合,以卡拉麦里-滴水泉蛇绿岩为最终缝合带,此时南部天山洋仍处于俯冲消减阶段;早石炭世,北部准噶尔洋闭合后进入后碰撞造山,发生板片拆离引发一系列的岩浆活动,南部则由于板块折返(俯冲遇到更大阻力而折返／俯冲松弛),进入弧后初始伸展阶段。此时,由于体量较大的天山洋向北的俯冲消减,大量的俯冲物质进入土哈-准噶尔陆块之下的软流圈,导致软流圈物质上涌,上部岩石圈伸展,形成弧后之后的陆内裂谷。晚石炭世,北部卡拉麦里地区后碰撞作用进入中晚期,中部博格达地区持续早石炭世岩石圈伸展,南部觉罗塔格区域进入弧后盆地扩张阶段。晚石炭世晚期-二叠纪,天山洋及其形成的石炭纪弧后盆地完全闭合。(5)天山洋和准噶尔洋的最终闭合,可能标志着中亚造山带西南缘已没有大洋存在,整个区域上在二叠纪早期后碰撞作用明显,并随着时间的推移,整个区域开始伸展。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P588.14;P542

【参考文献】