论文部分内容阅读
阿尔泰造山带位于世界上最大的增生型造山带,即中亚造山带的核心区域,该造山带经历了古生代的拼贴、其增生的历史结束于于晚古生代末期。在这一时期以及随后的中生代早期,阿尔泰造山带发育了大量的基性和酸性岩浆活动,记录了其碰撞闭合以及后碰撞时期构造环境转变的过程。因此,研究这些岩浆岩的成因与时空变化可以对深入理解阿尔泰造山带演化的地球动力学过程与大陆生长机制提供重要的依据。本文通过研究阿尔泰造山带二叠纪和三叠纪时期发育的阿舍勒玄武岩、富蕴西南混合花岗岩、喀拉苏山白云母花岗岩、哈拉苏二云母花岗岩,阿拉尔黑云母花岗岩、锡伯渡黑云母花岗岩和尚可兰钠长石花岗岩等岩体的野外特征、岩相学、矿物学、元素地球化学、同位素地球化学以及锆石U-Pb年代学,试图阐明这些岩石的源区、成因和形成的构造环境,并通过对区域地球化学统计数据的统计对比,揭示该造山带晚古生代和早中生代碰撞前后的岩浆活动规律与构造演化历史。阿舍勒玄武岩岀露于中国阿尔泰西南部哈巴河县的阿舍勒铜矿西侧,为陆相喷发。前人的Ar–Ar年代学研究表明该玄武岩喷发于晚三叠世（225 Ma）。玄武岩具有轻稀土亏损（La/Sm=0.77–0.82）的特征,类似于类似于洋中脊玄武岩,同时该玄武岩还具有大离子亲石元素（Ba、Sr、Pb、Th、U）相对富集以及高场强元素（Nb、Ta、Zr、Hf）相对亏损等类似岛弧岩浆岩的特征。玄武岩具有放射性的初始Sr同位素组成((87Sr/86Sr)i=0.7048–0.7052)、亏损的Nd–Hf同位素特征(εNd（t）=5.1–5.5,εHf（t）=14.4–16.4)、Hf年轻的模式年龄(TDM=0.3–0.5Ga)、较低的Nb/Y（0.024–0.027）和Zr/Y（1.17–1.31）比值,表明其地幔源区具有强烈亏损的特征。阿舍勒玄武岩高的Th/Yb（0.45–1.2）与V/Sc（8.8–9.3）比值反映其源区经历了俯冲流体的改造。阿舍勒玄武岩的地球化学组成表明其源区为亏损的大洋岩石圈地幔,且其喷发时间同其紧邻的额尔齐斯断裂在早中生代的活动同期,因而推测该玄武岩的形成可能与该断裂活动造成的地幔减压效应有关。由于三叠纪时阿尔泰的俯冲作用和弧岩浆活动均已停止,因此兼具MORB和弧岩浆特征的阿舍勒玄武岩可能来自于前期增生的、并受俯冲板片脱水影响的大洋岛弧岩石圈地幔。这表明,大洋岛弧岩石圈地幔曾随俯冲作用增生到阿尔泰活动陆缘之下,并成为新生长的大陆岩石圈地幔的一部分。阿尔泰南缘分布着一些碰撞后的花岗岩,其中富蕴西南的混合花岗岩、喀拉苏山白云母花岗岩、哈拉苏二云母花岗岩,阿拉尔黑云母花岗岩、锡伯渡黑云母花岗岩和尚可兰钠长石花岗岩均是阿尔泰造山带内二叠纪和三叠纪发育的花岗质岩石。这些岩石根据形成时间的不同可以分成二叠纪（298–279 Ma）和三叠纪（216–212 Ma）两个阶段。这些花岗质岩石以富K的钙碱性花岗岩为主,具有高Si（>70 wt.%）和富K、Na、Al的特征,均属于过铝质花岗岩（ASI=1.02–1.45）。除尚可兰花岗岩显示出明显的富Al、富Rb的S型花岗岩特征以外,其余岩体均具有低Ga/Al和FeOT/MgO比值,Al轻度过饱和、P2O5和SiO2含量负相关等I–S型花岗岩的混合特征。二叠纪的三个花岗岩体经历了富K长石和黑云母的分离结晶作用,而三叠纪三个花岗岩体除了阿拉尔花岗岩以外分离结晶的特征较弱。所有花岗岩样品都具有的低Mg#（10.2–37.9）以及Cr（<15 ppm）、Ni（<10 ppm）的含量表明缺少地幔来源岩浆的直接贡献。除了尚可兰以外的五个花岗岩体都具有变化的Al2O3/TiO2、Rb/Ba和Rb/Sr和Rb/Ba比值,反映其源区的不均一性,可能为变火成岩与变沉积岩的混合。两个时期的花岗岩均属于高硅花岗岩。二叠纪高硅花岗岩可能由强烈的分离结晶作用形成,而三叠纪花岗岩的高硅特征可能由地壳浅部,尤其是小于10km深度的物质的低程度部分熔融所导致。两个时期的花岗岩均具有Nd–Hf同位素解耦现象,但二叠纪富蕴西南和哈拉苏花岗岩的Hf同位素组成相对Nd较为富集,显示了其地幔源区物质曾受到大洋板片熔体交代的影响。喀拉苏花岗岩及三叠纪的三个花岗岩体则反之,具有相对亏损的Hf同位素和Nd同位素组成,显示了新生大陆地壳和古老沉积物混合的特点。这种差异显示出中国阿尔泰地区从二叠纪向三叠纪演化的过程中俯冲物质输出的减少和岩浆活动空间深度的降低。结合以上研究成果以及前人报道数据的统计发现,阿尔泰造山带在320-200Ma之间形成的岩浆岩,其地球化学特征随时间发生规律性变化。在300 Ma之后,岩浆的K、Na含量逐渐升高,Sr同位素逐渐向富集方向发展。这表明俯冲物质的输入逐渐消失。进一步分析300 Ma之后的岩浆活动发现,二叠纪的岩浆作用V/Sc比值较高,富Ba而贫Th,三叠纪花岗岩则贫V、Ba且富Th,显示俯冲流体与岛弧岩浆作用的影响从二叠纪到三叠纪逐渐减弱。同时,二叠纪岩浆呈现贫Rb、Y,富Ca的特点,显示其源区以新生地壳物质为主,缺少来自成熟大陆地壳的物质,而三叠纪则反之,富含成熟的大陆地壳物质。以上这些证据表明,二叠纪中国阿尔泰地区主要处于后碰撞的构造环境,而三叠纪该地区处于碰撞后（板内）的构造环境。从二叠纪到三叠纪的岩浆活动变化趋势代表了中国阿尔泰造山带从后碰撞伸展构造到后造山板内构造的转换过程。二叠纪后碰撞时期的岩浆活动部分体现出幔源物质对新生大陆的显著贡献,而三叠纪时期古生代俯冲作用产生的影响微弱,幔源物质对于大陆地壳的贡献也比较少,岩浆活动集中于浅部。这一过程进一步地促进了高硅花岗岩的产生,反映了阿尔泰大陆地壳逐步走向成熟的过程。