论文摘要
超高温变质作用研究对于理解深部地壳的热结构和热演化,特别是碰撞造山带演化过程中的热结构和地球动力学背景有着重要的科学意义。大别–苏鲁造山带是典型的大陆碰撞造山带,但与碰撞造山过程相关的超高温变质作用至今鲜有研究。本学位论文在北大别大量野外研究的基础上,对北大别混合岩进行了系统的岩石学、精细的锆石内部结构、LA–ICP–MS和SIMS原位年代学、原位Hf–O同位素和原位包裹体及包裹体的电子探针研究,识别了大别造山带三叠纪超高温变质作用的存在。为大别造山带三叠纪大陆碰撞造山过程中的热结构和热演化提供了新的认识。北大别混合岩中淡色体和暗色体呈条带状产出。淡色体的主要矿物组成为石英+斜长石+钾长石±角闪石±黑云母;暗色体的主要矿物组成为角闪石+单斜辉石+黑云母±斜长石±石英±钾长石,其中单斜辉石多以残余相形式被角闪石包裹。混合岩中锆石阴极发光（CL）图像显示,绝大多数锆石具核–边结构,少数具核–幔–边结构。在具有核–幔–边结构的锆石中,继承核较小且具有明显的振荡环带和强的CL发光强度,表明这些锆石核是岩浆成因锆石并遭受了后期改造。锆石的幔部（或具有核–边结构锆石的核部）较宽,呈弱分带或云雾状分带,指示其可能为麻粒岩相变质成因锆石（本文称为锆石变质域）。锆石边部也较宽,具有明显的振荡环带和弱的CL发光强度。锆石变质域矿物包裹体组合为:石榴石+单斜辉石+斜长石+石英+金红石,是一个典型的基性麻粒岩相矿物组合。锆石边部的矿物包裹体为:石英、黑云母、角闪石和钾长石等,与混合岩淡色体的矿物组成相似。锆石继承核具有中等的U含量和较高的Th含量,对应的Th/U比值很高（0.19–1.24）,稀土元素配分模式图显示其具有富集的重稀土（HREE）配分模式以及明显正的Ce异常和负的Eu异常,为典型的岩浆锆石特征。锆石变质域具有中等的U含量和很低的Th含量,Th/U比值较低（0.02–0.18）,稀土元素配分模式图显示其具有平坦的HREE配分模式以及正的Ce异常和负的Eu异常,为典型的变质锆石特征。锆石边部具有较高的U含量和中等的Th含量,对应的Th/U比值变化范围较大（0.004–0.13）。相对锆石变质域而言,锆石边部更加富集HREE且显示强烈的Ce正异常和Eu负异常,显示深熔锆石的特点。锆石继承核LA–ICP–MS U–Pb定年分析获得了273±6 Ma至685±9 Ma的206Pb/238U年龄,这些年龄很好的处在不一致线上并产生了798±53 Ma的上交点年龄;锆石SIMS U–Pb定年结果也获得了一个不谐和的锆石核部年龄（613±9Ma）;表明混合岩的原岩可能为新元古代岩浆岩。锆石变质域LA–ICP–MS U–Pb定年分析得到了218±4 Ma（MSWD=4.2,n=20）的加权平均年龄;SIMS U–Pb定年获得了锆石变质域204±5 Ma（MSWD=7.8,n=18）的结晶年龄;表明三叠纪变质作用主要分布在204–218 Ma期间。LA–ICP–MS U–Pb测年结果显示锆石边部结晶年龄为138±2 Ma（MSWD=4.9,n=18）;SIMS U–Pb测年显示锆石边部结晶年龄为138±2至185±3 Ma,其中两群较为紧密的年龄簇加权平均值分别为167±4Ma（MSWD=0.91,n=3）和140±2 Ma（MSWD=4.6,n=8）;表明深熔作用始于185 Ma,主要集中在170 Ma和130–140 Ma两个时间段。石榴石–单斜辉石地质压力计和锆石Ti含量（TIZ）地质温度计估算的麻粒岩相变质作用P–T条件为11–12 kbar、927±38°C。锆石深熔边结晶温度为811±77°C。由于金红石Zr含量（ZIR）地质温度计也可用于计算超高温变质作用温度,本文采用三个常用的ZIR温度计算公式,得到三个计算结果分别为789±7℃、784±7℃、783±7℃。表明本文三叠纪超高温变质作用中,TIZ和ZIR温度计发生了脱耦。基于前人研究结合金红石在三叠纪变质锆石中的赋存状态和颗粒大小以及北大别超高温变质作用持续时间,本文认为由于Zr元素扩散导致其含量在金红石包裹体中发生了重置,从而致使金红石未能保存超高温信息。因此,大别造山带存在三叠纪超高温变质作用,且锆石记录了超高温变质作用信息而金红石未记录超高温变质作用信息。超高温变质作用的热源并非来自后期造山带垮塌期间的深熔岩浆作用。锆石Hf–O同位素分析显示,锆石变质域δ18O值为-4.36‰-0.30‰,远低于锆石O同位素正常地幔值（5.3±0.6‰（2σ））,而与扬子板块陆壳物质的O同位素特征一致,表明三叠纪超高温变质作用与扬子板块具有明显的构造亲缘性。锆石边部δ18O值范围相对宽泛,从远低于正常地幔的O同位素到略低于正常地幔的O同位素组成,其加权平均值为-0.8±1.8,表明混合岩的原岩与扬子板块具有构造亲缘性,但是原地深熔作用形成的混合岩明显受到了地幔流体的影响。三叠纪变质锆石的初始176Hf/177Hf比值为0.282516–0.282726,εHf（t）值的范围也分布在-4.13.6的较宽范围（Mean=0.6±2.7）。表明原归属于扬子陆壳的岩石在三叠纪扬子板块与华北板块碰撞造山过程中遭受超高温变质作用时,变质锆石的结晶受到了地幔流体的影响。锆石深熔边的初始176Hf/177Hf比值为0.282131–0.282698,εHf（t）值为-19.80.8（Mean=-13.2±3.4）,反映了晚侏罗–早白垩世深熔岩浆可能起源于古老地壳的部分熔融,但其变化较大的锆石Hf同位素组成,暗示了有地幔物质的加入。综上所述,本论文认为北大别存在记录了三叠纪超高温变质作用信息的混合岩。在早期碰撞造山阶段,三叠纪扬子陆壳俯冲过程中,部分扬子陆壳物质滞留于麻粒岩相下地壳深度,在深俯冲板块断离后,软流圈地幔沿着俯冲界面上涌提供热源,发生超高温变质作用;在晚期造山带垮塌阶段,晚侏罗–早白垩世时期经历强烈的深熔作用改造和叠加,形成混合岩。从大陆碰撞过程中的超高温变质作用到造山带垮塌过程中的高温深熔作用,北大别混合岩为大陆碰撞造山带的热结构及其演化提供了重要的科学依据。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 雷恒聪
导师: 续海金
关键词: 超高温,麻粒岩相变质作用,大别造山带,锆石含量温度计,矿物包裹体
来源: 中国地质大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学,地质学
单位: 中国地质大学
基金: 国家自然科学基金面上项目《大陆俯冲带超高温麻粒岩相变质作用研究:大别–苏鲁造山带为例》(No.41772054),国家自然科学基金面上项目《大别山造山后混合岩的成因研究》(No.41072046)
分类号: P534.51;P588.3
DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000082
总页数: 158
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标签：超高温论文; 麻粒岩相变质作用论文; 大别造山带论文; 锆石含量温度计论文; 矿物包裹体论文;