全吉地块元古代变质镁铁质侵入岩的成因及其古大陆演化意义

发布时间：2016-11-08 19:53

  本文关键词：全吉地块元古代变质镁铁质侵入岩的成因及其古大陆演化意义，，由笔耕文化传播整理发布。

《中国地质大学》 2015年

全吉地块元古代变质镁铁质侵入岩的成因及其古大陆演化意义

廖梵汐  

【摘要】：全吉地块位于塔里木陆块东南缘,新元古代以来与塔里木陆块具有相同或相似的地质演化历史,可能是塔里木陆块通分离出来的一个古陆块残片。全吉地块发育变质的古元古代末期德令哈岩墙状镁铁质岩墙群、中元古代早期的六道班辉长岩瘤和新元古代早期的鹰峰辉长岩脉等三个时段的镁铁质岩浆侵入岩。这三套镁铁质侵入岩时代覆盖了全球Comumbia超大陆汇聚与裂解、Rodinia超大陆汇聚与裂解等重要演化时期。然而,现有研究仅涉及年代学和少量的变质作用特征,因此在岩石成因、构造环境和背景的认识上仍存在明显分歧。本研究对上述三个时段的镁铁质侵入岩进行系统的野外地质、岩相学、年代学和地球化学研究,以分析这些侵入岩的成因,构造环境和动力学背景,探讨古地幔性质,深化全吉地块与我国古大陆之间以及与全球古大陆在前寒武纪时期演化关系的认识。德令哈镁铁质岩墙群出露于全吉地块中部的德令哈东山口与黑石山水库一带,侵入于-2.37 Ga的德令哈二长花岗片麻岩中,岩墙总体走向NE-SW,产状近直立。单个岩墙的宽度从2米到16米不等,岩墙延伸可长达500 m。宽的单个岩墙的中心部位具弱定向构造或块状构造,甚至可见变余辉长结构,有的岩墙边部可见仍可识别变余冷凝边。薄的岩墙发普遍遭受不同程度的布丁化或透镜化,被肢解为长轴不到5m的块体。镁铁质岩墙已发生角闪岩相变质而转化为斜长角闪岩,称岩墙状斜长角闪岩。岩墙状斜长角闪岩可分为含榴斜长角闪岩和无榴斜长角闪岩两类,其中的无榴斜长角闪岩占绝对主体,但与含榴斜长角闪岩在野外产状上并无区分,本文仅研究了无榴斜长角闪岩。无榴斜长角闪岩呈墨绿色,片麻状构造,主要发育中粒粒柱状变晶结构,主要矿物有普通角闪石(40%-60%),斜长石(15%-30%),黑云母(5%～20%),次要矿物为石英(5%左右),副矿物可有榍石,磷灰石和不透明矿物等。这些矿物可分为两个世代,峰期组合(m1)为普通角闪石+钙质斜长石+黑云母+钛铁矿；退变质组合(m2)为绿帘石+黝帘石+钠质斜长石+绿泥石+榍石+石英。分别从宽10余米的变质岩墙中变形较弱、具变余辉长辉绿结构的中心部位和一变质变形较强的无榴斜长角闪岩岩墙采集斜长角闪岩锆石年龄样,分离出了岩浆锆石和变质锆石。半自形柱状岩浆锆石拟合出的不一致线上交点年龄为1834±23 Ma,MSWD=0.57,代表岩浆侵位年龄。浑圆状、具斑杂状环带的变质锆石则给出了1816±19 Ma的加权平均年龄,MSWD=0.94,指示变质作用年龄。无榴斜长角闪岩的SiO2= 46.8-53.4 wt%, TiO2= 0.58 -1.78 wt%, FeOt= 8.83-15.6 wt%, MgO= 5.19-8.10 wt%, Mg#= 46.3-69.7,属于亚碱性拉斑玄武岩系列。其REE总量为38.1-93.3 ppm之间,变化范围较大,其球粒陨石标准化REE图谱呈缓的右倾型,原始地幔标准化不相容元素蛛网图图谱显示Nb-Ta和Zr-Hf负异常,Ti和P都呈谷状负异常,Th明显负异常,U、Rb、Ba强烈富集,与Okinawa弧后盆地玄武岩的微量元素特征相似。无榴斜长角闪岩的Sr同位素初始比值(87Sr/86Sr)t为0.707598-0.724141; 143Nd/144Nd初始比值为0.510117-0.510281, εNd(t)= -2.9 - +0.3;样品初始铅同位素比值(206Pb/204Pb)t.= 15.2765-22.2984, (207Pb/204Pb)t= 15.2103-16.1068, (208Pb/204Pb)t= 35.7236-38.9063。锆石176Hf/177Hf初始比值变化于0.281523至0.281789之间,εHf(t)=-3.4-+6.1,对应的单阶段模式年龄TDM= 2.01-2.37 Ga。上述全岩Sr-Nd-Pb同位素和锆石Hf同位素特征表明,无榴斜长角闪岩的原岩岩浆来自以俯冲板片相关流体为主杂有相关熔体交代了位于俯冲带上覆的亚大陆岩石圈地幔楔,部分包含了亏损的地幔成分区的部分熔融；岩浆汇聚到岩浆房后、侵位到上部地壳之前经历了一定程度的包括橄榄石和钛铁矿物在内的矿物分离结晶作用；经历某种程度分离结晶后的玄武质岩浆,于～1.85-1.83 Ga沿着一些小型脆性断裂侵位于靠近弧后盆地一侧以古元古代早期花岗片麻岩为主体的全吉地块结晶岩系中。六道班辉长岩岩瘤出露于全吉地块东端,侵入于呼德生花岗(片麻)岩岩体中。该岩瘤被肢解为多个透镜状岩块。镁铁质岩瘤已变质为斜长角闪岩,岩石呈深灰色,发育片麻状构造。岩瘤边缘处的粒度细,局部边界明显切割呼德生二长花岗片麻岩的褶劈理,显示变余侵入接触关系。岩瘤中心部分岩石的变晶矿物粒度明显加粗和显示变余辉长结构。斜长角闪岩具粒柱状变晶结构,矿物成分主要为普通角闪石(45-55%)和斜长石(40-50%),次要矿物为石英(-1%),副矿物有榍石、不透明的钛铁矿等,退变质矿物有阳起石、斜黝帘石等。总体来说,峰期变质强度达中P/T-型角闪岩相条件,在峰期后发生了绿片岩相退变质。在横切岩瘤的剖面上选择中心部位且具有变余辉长结构的位置采集的变质岩浆成因锆石获上交点年龄分别为1712±47 Ma,指示岩瘤原岩的侵位年龄,下交点年龄472±29 Ma,指示加里东期角闪岩相变质峰期年龄。六道班变辉长岩岩瘤原岩总体为辉长岩,少量为辉绿岩(岩瘤边部)。原岩岩石属亚碱性玄武岩类,岛弧拉斑玄武岩系列。变辉长岩岩瘤的SiO2 = 45.1-8.5 wt%, MgO = 5.96-6.81 wt%, FeOt = 13.0-15.7 wi%, Na2O = 2.50-3.22 wt%, K2O = 0.93-1.90 wt%, Na2O/K2O= 1.3-3.3, Mg# = 43.5-18.4。其Ti02含量较高(1.70-2.51 wt%),微量元素上以富Nb、Ta和低Zr、Hf为特征,球粒陨石标准化REE图谱呈轻、重稀土明显分馏,原始地幔标准化不相容元素蛛网图图谱为Nb-Ta正异常、Zr-Hf负异常特征,与Pickle富Nb玄武岩相类比。变辉长岩岩瘤样品的全岩(87Sr/86Sr)t初始值为0.702936 -0.705789, (143Nd/144Nd)t初始值为0.510444 -0.510531, εNd(t)=+0.4 -+2.1,单阶段亏损地幔Nd模式年龄为TDM(Nd)=2.22-2.38 Ga。初始铅同位素组成为(206Pb/204Pb)t- 14.5582-15.3069, (207Pb/204Pb)t= 15.0616-15.1577, (208Pb/204Pb)t = 34.7858 -35.4772。变辉长岩岩瘤的玄武岩岩浆源区由富集型MORB端元和俯冲板片产生的新生熔体构成,由俯冲相关熔体交代后的二辉橄榄岩地幔岩,如石榴角闪橄榄岩的部分熔融产生。这些岩浆在岩浆房停留期间发生了一定程度的橄榄石和辉石的分离结晶作用,而后于约1.7 Ga前快速上升,几乎无陆壳混染地穿过包括～2.8 Ga的花岗片麻岩在内的古元古代基底,就位于靠近弧后盆地的岛弧环境。鹰峰变辉长岩岩脉出露在全吉地块西北的大柴旦鹰峰一带,呈NE-SW向侵入于鹰峰环斑花岗岩和中元古代万洞沟群片岩之中。镁铁质岩脉规模不大,在野外仅见到有4-5条,单个岩脉彼此平行,其产状陡立,宽度约3-8米,断续状延伸近10 km,单段长度数10米至500米不等。虽然岩石已不同程度地发生了低温变质,但镁铁质岩脉的中心部位可见到保存完好的变余辉长结构。在与环斑花岗岩侵入接触带岩脉发育岩浆成因的变余冷凝边,岩石结构为细粒结构。变辉长岩的主要矿物组成为普通辉石(约55%)和斜长石(40--45%)。原辉长岩的浅色矿物虽然保留了半自形长柱状或板状的岩浆成因斜长石晶形,但其成分几乎完全转变为黝帘石、绿帘石和钠长石或钠质斜长石集合体。单斜辉石已转变为阳起石或阳起石质普通角闪石。综合变质矿物组合阳起石质普通角闪石+钠质斜长石+绿帘石／黝帘石,判断其变质作用强度可能已达绿片岩相甚至绿帘角闪岩相条件。来自具变余辉长结构的岩脉中心部位的变辉长岩谐和的岩浆锆石U-Pb年龄加权平均年龄为822.2±5.3 Ma,MSWD=1.0,代表鹰峰变辉长岩脉原岩的侵位年龄。鹰峰变辉长岩含有较高的SiO2 (49.8-50.5 wt%)、MgO (9.91-13.1 wt%)和Mg#=66.4-72.6、高的CaO(8.32-13.4 wt%),中等的FeOt (8.50-9.67 wt%)和TiO2 (0.67-0.93 wt%)；变化较大的Al2O3 (12.9-15.9 wt%)和K20(0.41-1.51 wt%)和变化不大的Na2O(1.15-1.79 wt%),极低的P205(0.04-0.07 wt%)。鹰峰变辉长岩以高镁为特征,原岩是一套高Mg的镁铁质岩石,属拉斑玄武岩-钙碱性玄武岩的过渡系列。变辉长岩岩浆具有类似于现代大洋中脊玄武岩的REE和不相容元素配分形式,但更加亏损REE和低、高场强元素等不相容元素。其锆石176Hf/177Hf初始比值为0.282391～0.282639,εHf(t)则为+4.6～+13.5,对应的单阶段亏损地幔Hf模式年龄TDM=0.85-1.23 Ga。因此,变辉长岩岩浆可能来自亏损的大洋中脊上地幔源区,由俯冲于大陆岩石圈地幔楔下覆的俯冲洋壳中的大洋中脊板片窗在板片底段拆沉后上涌进入到地幔楔与陆地壳底部之间边界发生部分熔融,经一定程度的结晶分离后,上侵于与岛弧相关的构造环境。全吉地块元古代三期镁铁质岩浆岩的研究结果与前人资料表明,全吉地块及其当时中国西北部古陆块在元古代期间经历了复杂俯冲-增生-碰撞构造演化过程。全吉地块在古元古代末期于～1.95-1.90 Ga完成第一次陆-陆碰撞之后,于～1.90-1.85 Ga再度向沟-弧-盆的板块构造体制转化,到～1.85 Ga前洋壳板块俯冲达到鼎盛阶段,到～1.80 Ga又转入陆-陆碰撞阶段,但仍没有完成最终的拼合,而是在～1.8-1.7 Ga之间,地块外围仍然存在着洋壳板块俯冲。因此,全吉地块响应全球Columbia超大陆汇聚过程到～1.7 Ga时仍没有结束,相关的大陆裂解应发生～1.7 Ga之后。全吉地块在中元古代末开始与全球Rodinia超大陆汇聚相关的构造过程,但直到～0.82 Ga全吉地块边缘仍处于大洋岩石圈板块俯冲过程中,典型的大陆裂解过程的开始要晚于～0.82 Ga。全吉地块与塔里木陆块复杂的演化过程可以用盛行于特提斯构造演化模式的多岛洋模式来解释。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P588.12
【目录】：

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  本文关键词：全吉地块元古代变质镁铁质侵入岩的成因及其古大陆演化意义，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：168483