论文摘要
对大洋俯冲和大陆碰撞造山过程的认识是发展板块构造理论的关键。复合碰撞造山带通常具有复杂的形成与演化过程,往往经历了多期次的洋壳俯冲,陆弧碰撞,陆陆碰撞,板内演化等过程,同时伴随着地幔深处地球动力学机制的重大转变和巨量岩浆作用,对大陆地壳演化过程的塑造具有重要作用。秦岭造山带是东亚著名的复合碰撞造山带,经历了华北板块和华南板块的多期次碰撞拼合过程。早古生代和三叠纪的两次碰撞过程中形成了大量的镁铁质-长英质岩浆岩,并伴随有显著的地壳生长与再改造。因此,对秦岭造山带加里东期和印支期的岩浆作用研究可以深入了解大洋俯冲与大陆碰撞过程中深部地球动力学机制及其导致的地壳演化。然而,秦岭造山带内加里东期-印支期火成岩成因,构造演化以及地壳演化的研究依然较为薄弱,主要存在的问题如下:1.加里东-印支期岩浆岩（尤其是印支期埃达克质侵入岩）的成因及其地球动力学背景;2.秦岭造山带在加里东期-印支期的大陆碰撞时间及构造演化机制;3.秦岭造山带在加里东-印支期的地壳演化机制。针对以上问题,本文对位于秦岭造山带西部的唐藏地区的镁铁质-长英火成岩进行了锆石U-Pb定年及微量元素分析,原位锆石Lu-Hf同位素分析,全岩主微量元素及Sr-Nd-Hf同位素分析,获得以下几点认识:（1）西秦岭造山带在加里东期发育强烈的岩浆作用和火山活动,在研究区出露高Ba-Sr侵入岩和草滩沟群火山岩。高Ba-Sr侵入岩可分为以杨家庄石英闪长岩和红花铺闪长岩为代表的富钾高Ba-Sr侵入岩和以唐藏石英闪长岩为代表的富钠高Ba-Sr侵入岩。锆石LA–ICP–MS U–Pb定年显示富钾的闪长质岩体形成于439–438 Ma,而富钠的岩体形成于429–425 Ma。这些岩石具有偏铝质-弱过铝质的属性、高的Ba和Sr含量、相对均一的Sr和Nd同位素组成((87Sr/86Sr)I=0.70320.7059,εNd（t）=-0.65-2.78),这些特征暗示了这些高Ba-Sr侵入岩起源于富集地幔。富钾高Ba-Sr侵入岩具有轻微的Nd–Hf同位素解耦(ΔεHf（t）=2.93–5.01)、低的Nb/U比值和镁指数,说明它们起源于大陆碎屑沉积岩流体交代的地幔,并经历了分离结晶作用。富钠高Ba-Sr侵入岩具有截然不同的ΔεHf（t）值（5.72–9.35）、高的Na2O和Nb含量、高度变化的Rb/Y、Nb/Y、Th/Zr、Nb/Zr比值,这说明其起源于被大陆碎屑沉积岩流体和玄武质板片熔体共同交代的地幔,并经历了地壳混染和分离结晶。草滩沟群钠质流纹岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年为435Ma,具有高的Na2O含量、低的镁指数和K2O含量、明显的Eu负异常。它们具有较为富集的同位素组成((87Sr/86Sr)i=0.706120.70647;εNd（t）=1.031.62)和较大的二阶段Nd模式年龄,这说明钠质流纹岩很可能是通过弧后盆地玄武质岩浆的分离结晶和地壳混染而形成。（2）西秦岭造山带在印支期发育强烈的镁铁质-长英质岩浆作用,在研究区出露辉石岩-正长岩杂岩体、埃达克质侵入岩（花岗闪长岩、花岗斑岩和英安斑岩）、黑云母花岗斑岩。辉石岩-正长岩杂岩体形成于233-231 Ma,主要由黑云母辉石岩、辉长岩、石英二长岩和正长岩组成。这些岩石具有平行的和分馏的球粒陨石标准化稀土元素配分图、弱Eu异常、平行的微量元素蛛网图、极高的Ba和Sr含量、富集的Sr和Nd同位素比值((87Sr/86Sr)i=0.705350.70652,εNd（t）=-1.40-3.42)。Nd同位素值随着SiO2含量的增加而显示降低的趋势,这进一步说明该杂岩体由富集岩石圈地幔起源的镁铁质岩浆经过分离结晶和地壳混染形成。埃达克质的花岗闪长岩,花岗斑岩和英安斑岩形成于237–216 Ma,并具有如下特征:偏铝质-弱过铝质、富集大离子亲石元素、亏损高场强元素、具有高的Sr/Y（31.8–77.5）和（La/Yb）N（13.6–72.6）值、低的Y（5.3–16.3 ppm）和Yb（0.35–1.53 ppm）含量、弱Eu异常。他们的(87Sr/86Sr)i值（0.707150.70884）、εNd（t）值（-5.93-3.07）、εHf（t）值（-2.340.85）说明其起源于新元古代下地壳的部分熔融,并混入了富集地幔的熔体。由于缺乏高压岩浆过程的证据,我们推导的部分熔融模型证实它们的埃达克质特征（高Sr/Y）很可能继承自源区岩石（南秦岭地体的下地壳）。因此,我们认为把埃达克质的特征同特殊的地球动力学背景（如加厚和拆沉的地壳）联系起来需要更仔细的斟酌。黑云母花岗斑岩形成于215Ma,具有低的P2O5含量和镁指数、富集的大离子亲石元素、亏损的高场强元素、中等分馏的稀土元素配分图、中等程度的负Eu异常。他们的Sr-Nd同位素组成((87Sr/86Sr)i=0.705650.70648;εNd（t）=-4.43-5.33)暗示了黑云母花岗斑岩起源于南秦岭地体新元古代的镁铁质下地壳。低的镁指数和明显的负Eu异常暗示黑云母花岗斑岩可能来自于纯地壳熔体的分离结晶作用。（3）秦岭造山带加里东期构造演化:商丹洋在寒武纪-早志留系持续向北俯俯冲;商丹洋的闭合和华北板块和华南板块的初始碰撞发生于约433Ma;西秦岭造山带内奥陶系-早志留系的镁铁质-长英质岩体（如富钾高Ba-Sr花岗岩）形成于一个板片俯冲的环境,通过板片后撤（下沉）引发的地幔楔内软流圈对流循环形成;中晚志留系的富钠高Ba-Sr侵入岩以及I、S、A型花岗质岩石形成于大陆碰撞之后的板片断离背景。（4）秦岭造山带海西-印支期构造演化:勉略洋的打开和南秦岭地体从华南板块的分离发生在晚古生代（约420-400Ma）;勉略洋向北开始俯冲发生于海西期中期（约320Ma）;勉略洋的闭合和华北板块与华南板块在印支期的碰撞发生于约230-200Ma,表现为向北西方向延伸的剪刀式斜碰撞;在秦岭造山带印支期剪刀式大陆碰撞过程中,东南向的板片撕裂引发了软流圈的上涌和随后的镁铁质-长英质岩浆作用。（5）在奥陶-早志留世,大量幔源镁铁质岩浆及其分异形成的高Ba-Sr岩体侵入西秦岭造山带,表现为净地壳的生长;该带在中晚志留系演化到了同碰撞-后碰撞背景,侵位了壳源I、S、A型花岗质岩石,表现为先存地壳的再改造;在三叠纪由老到新依次侵位幔源镁铁质岩石、壳幔混合的侵入岩以及纯地壳起源的岩石,表现为地壳净生长向地壳再改造的逐渐转变。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 任龙
导师: 梁华英
关键词: 岩浆岩,地球化学,构造演化,地壳演化,秦岭造山带
来源: 中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学
单位: 中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
基金: 国家自然科学基金( No. 41772065,44121062),国家重点研发计划(2016YFC0600407),中陕核集团-中科院地化所合作项目(陕西省凤县老湾沟金矿成矿规律与找矿预测)
分类号: P588.11
总页数: 187
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