中国东南部晚中生代幕式火山岩浆作用及古太平洋板块俯冲机制

发布时间：2017-06-07 02:09

  本文关键词：中国东南部晚中生代幕式火山岩浆作用及古太平洋板块俯冲机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：中国东南部晚中生代受控于古太平洋构造体系已成为共识,但古太平洋板块俯冲作用的细节过程仍不清楚,急待解决的科学问题包括：俯冲作用开始的时间、岩浆岩时空演化受控于俯冲方向的改变还是俯冲板片的后撤、洋壳向中国东南大陆具体的俯冲方向、是否存在以及如何识别板片后撤等。确定具体的岩浆岩带迁移规律以及壳幔作用的差异对解决上述问题具有关键性的意义。晚中生代火山岩在研究区内呈面式广泛分布,其形成时代长而连续并有众多标准地层剖面,相比同时代侵入岩在时间上和空间上均具有足够的代表性,但目前对其研究程度明显不足。本研究在详细的野外地质研究基础上,对中国东南部晚中生代火山岩开展了系统的锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素分析工作,确定并对比了各群组的形成时代,分析了火山活动的时空演变规律,并且揭示了岩石成因中壳幔相互作用的影响和变化,从而为探讨古太平洋板块俯冲的细节过程和中国东南部晚中生代构造-岩浆事件提供制约。中国东南部晚中生代火山作用在浙闽沿海的表现始于约177 Ma时形成的毛弄组。浙江地区上、下火山岩系形成于相同时间格架的4期幕式火山作用：140～130、130～127、123～118和110～88 Ma,火山作用峰期出现在第2期,而最后1期仅发育于浙东南地区。不同地区从早到晚发育相仿的火山碎屑岩-流纹岩-双峰式火山岩岩石组合,但同种岩性在内陆地区的形成时代早于沿海。由此可知,最为发育的浙江地区火山岩表现出单纯的向洋(南东向)年轻化特点。福建地区与浙江地区的上火山岩系形成时代一致(110～88 Ma)。原认为属早侏罗世的池园地区地层被确认为形成于晚侏罗世160～148 Ma,归为长林组；南园组为福建地区火山作用峰期的产物,形成于145～130 Ma;而下岩系最晚期且规模较小的小溪组形成于130～127 Ma,对应于浙江地区火山作用峰期的时代。因此就下火山岩系而言在沿海地区还表现出由闽东地区向浙东南地区(北东向)年轻化的趋势。除长林组,各地区火山岩中锆石Hf同位素均表现出随时间由富集逐渐趋于亏损的规律,长林组则与此相反。同位素富集端元的火山岩具有古元古代的地壳模式年龄,表明地壳基底物质是这些火山岩的重要物源。亏损地幔来源的玄武质岩浆底侵在下地壳底部,不仅作为热源诱发了地壳基底的大规模部分熔融,还在中晚期以直接的物质贡献形式参与壳幔相互作用,并在岩浆混合过程中混入比例逐渐增大,从而导致所形成火山岩中同位素组成渐趋亏损。然而,值得强调的是岩浆混合作用在不同地区发生的时间是不同步的。各地区火山岩系列锆石Hf同位素的对比结果显示,在火山岩最为发育的浙江地区岩浆混合作用由内陆向沿海(南东向)逐渐发生,沿海地区则由闽东地区向浙东南地区(北东向)逐渐发生,这与火山岩的时空分布即火山活动中心的迁移规律是一致的。中国东南部晚中生代火山岩明显受区域深大断裂控制分布在沿海地区,暗示古俯冲带大致平行于现海岸线。结合浙江地区火山岩单纯向洋年轻化等特点表明古太平洋板块在晚中生代时沿北西向俯冲于中国东南部大陆岩石圈之下。底侵的玄武质岩浆主要来源于地幔楔的部分熔融,这与俯冲板片脱水作用关系密切,但板片脱水只发生在特定深度,因此地表火山活动中心向洋即海沟方向的迁移反映了板片俯冲角度的增大。此外,火山碎屑岩-流纹岩-双峰式火山岩岩石组合和逐渐发生并增强的壳-幔源岩浆混合作用均暗示岩石圈伸展程度逐渐增强,并且伸展应力由内陆向沿海逐渐传导,这与板片后撤的作用结果吻合,因此表明俯冲板片经历了南东向的后撤过程。但是,平行俯冲带的沿海地区下岩系火山岩成因中的壳-幔源岩浆混合作用沿北东向逐渐发生并增强,暗示在不同纬度板片后撤作用发生的时代并不一致,大致表现为南早北晚的非同步后撤,该过程主要发生于145～118 Ma期间。110 Ma之后俯冲板片已完全发展为高角度俯冲,使得处于弧后伸展背景的沿海地区发育典型的双峰式火山岩组合。晚侏罗世长林组火山岩出露于南岭的东延地区,已有研究表明该地区在早中侏罗纪处于板内伸展构造环境。南岭地区还出露大量约160 Ma时形成的A型花岗岩等,已有研究表明这些岩石形成过程中幔源岩浆组分贡献比例较大,长林组底部火山岩可能具有相似成因机制。由于幔源岩浆在岩浆混合过程中的物质贡献比例可以反映岩石圈应力状态,长林组火山岩锆石Hf同位素随时间由亏损逐渐转为富集的特征暗示岩石圈由伸展转为挤压,很可能反映俯冲作用初期板片前进式运动的结果,这也说明该期俯冲作用的启动稍早于160 Ma,很可能发生于早-中侏罗世。
【关键词】：俯冲机制 古太平洋板块 幕式火山作用 岩浆岩带迁移 壳幔相互作用 晚中生代 中国东南部
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P588.11;P542
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景12-16
• 1.2 选题依据16-17
• 1.3 研究内容与意义17-20
• 第二章 区域地质概况20-22
• 2.1 基底构造与物质组成20-21
• 2.2 中生代侵入岩概况21
• 2.3 中生代火山岩概况21-22
• 第三章 地层划分与样品采集22-30
• 3.1 浙东南地区22-25
• 3.2 浙西北地区25-27
• 3.3 福建地区27-30
• 第四章 分析与测试方法30-34
• 4.1 样品处理与锆石分选30
• 4.2 锆石内部结构分析30
• 4.3 锆石U-Pb定年30-31
• 4.4 锆石Lu-Hf同位素分析31-34
• 第五章 火山岩时空分布格局34-48
• 5.1 年代学分析结果34-42
• 5.1.1 浙东南地区34-37
• 5.1.2 浙西北地区37-39
• 5.1.3 福建地区39-42
• 5.2 讨论42-47
• 5.2.1 结果可靠性：以浙东南地区为例42-44
• 5.2.2 向洋年轻化+北东向年轻化趋势44-47
• 5.3 小结47-48
• 第六章 岩石成因：壳幔相互作用48-64
• 6.1 锆石Lu-Hf同位素分析结果48-55
• 6.1.1 浙东南地区48-50
• 6.1.2 浙西北地区50-51
• 6.1.3 福建地区51-55
• 6.2 讨论55-63
• 6.2.1 基底物质重熔和幔源物质贡献55-59
• 6.2.2 地幔物质贡献的时空变化59-63
• 6.3 小结63-64
• 第七章 古太平洋板块俯冲机制64-72
• 7.1 理论基础64-65
• 7.2 北西向俯冲模式：以浙江地区为例65-68
• 7.3 非同步俯冲板片后撤：浙闽对比68-71
• 7.4 小结71-72
• 第八章 主要认识72-74
• 参考文献74-90
• 附录90-140
• 致谢140-141
• 攻读博士学位期间完成的论文141
• 附：代表性论文首页141-146

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本文编号：427970