秦岭-桐柏造山带碰撞后花岗岩成因及壳幔岩浆相互作用

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lrqnm
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花岗岩是大陆地壳的重要组成部分,对其成因的研究一直以来都是探讨大陆地壳形成、演化和壳幔相互作用等深部动力学过程的关键。造山带是壳幔物质与能量交换的重要场所,也是岩浆活动最为发育的地区之一。在造山带中广泛发育不同类型的花岗岩。对造山带中花岗岩的成因详尽的研究对于反演其深部地壳物质组成和性质、岩浆形成机制,以及区域构造演化等具有重要意义。此外,花岗岩及其共生的中基性岩或暗色包体的研究可以揭示其形成过程中的壳幔岩浆相互作用。秦岭-桐柏造山带发育有大量晚中生代碰撞后花岗岩,其中一些岩体具有复杂的岩性,为研究造山带中花岗岩的成因及壳幔岩浆相互作用提供了良好的天然样品。本文以秦岭-桐柏造山带北秦岭地体中的晚中生代碰撞后蟒岭杂岩体和梁湾岩体为研究对象,对其中不同的岩石类型开展了系统的岩石学、矿物化学、全岩地球化学、以及原位微区锆石和/或榍石U-Pb年代学、微量元素及同位素地球化学的研究。论文获得的主要认识如下:(1)蟒岭杂岩体主要由二长花岗岩和闪长岩组成。细致的锆石U-Pb SIMS/LA-ICPMS年代学结果显示,蟒岭二长花岗岩和闪长岩具有相同的形成时代,形成于143-141Ma,属于碰撞后岩浆岩。蟒岭闪长岩具有相对较低的Si O2和相对较高的Mg O、Cr和Ni含量以及Mg#值。它们具有富集大离子亲石元素和亏损高场强元素的特点。在同位素组成上,蟒岭闪长岩具有均一且相对富集的Sr-Nd-Hf同位素组成((86Sr/87Sr)i=0.706491~0.706622;εNd(t)=-10.82~-10.38;εHf(t)=-10.8~-7.9)和高于正常地幔锆石的δ18O值(6.48-7.18‰)。这些地球化学特征表明蟒岭闪长岩形成于富集的岩石圈地幔。相较于闪长岩,蟒岭二长花岗岩具有较高的Si O2含量和较低的Mg#值。他们具有变化的Sr-Nd-Hf-O同位素组成,其86Sr/87Sr初始比值介于0.707191和0.708310之间,εNd(t)值介于-13.74和-8.10之间,锆石εHf(t)值介于-17.2和-7.0之间,锆石δ18O值为5.83-7.08‰。此外,在蟒岭二长花岗岩中还发现有大量具有相对一致U-Pb年龄(1773-1791Ma)的继承锆石核。其δ18O和εHf(t)值成分别为5.42-5.69‰和-7.8~-5.9。这些继承锆石具有与华北板块南缘熊耳群相似的年龄和相似的Hf同位素组成。地球物理的研究结果显示,宽坪群逆冲于熊耳群之上,且具有相对亏损的同位素组成。对蟒岭二长花岗岩的同位素模拟结果显示,蟒岭二长花岗岩可能形成于蟒岭闪长岩所代表的幔源岩浆与宽坪群和熊耳群形成的壳源岩浆的三端元混合。因此,壳源和幔源物质均参与了蟒岭二长花岗岩的形成,其中部分壳源物质具有相较于幔源物质更加亏损的同位素组成。蟒岭杂岩体形成过程中壳源与幔源物质相反的同位素组成特征表明,在岩浆混合过程中,幔源物质相较于壳源物质并不一定具有更加亏损的同位素组成。在研究壳幔岩浆混合的过程中应开展更细致的岩石地球化学和同位素研究来探讨这一问题。(2)梁湾岩体主要由二长花岗岩及其中的暗色包体组成。锆石SIMS/LA-ICPMS和榍石LA-ICPMS U-Pb年代学研究表明,二长花岗岩和暗色包体具有相同的形成年龄,形成于约130Ma,为碰撞后岩浆岩。梁湾暗色包体具有细粒结构,发育有冷凝边,含有针状磷灰石和角闪石,且无明显变形。对暗色包体与寄主二长花岗岩中角闪石和和榍石结构和成分的分析表明,暗色包体由温度较高且较为还原的岩浆注入到相对低温且更为氧化的寄主花岗岩浆中淬冷形成,暗色包体与寄主二长花岗岩仅存在有限的物质交换。梁湾暗色包体相对较低的Si O2含量,和较高的K2O及Mg#值。它们具有富集且均一的全岩Sr-Nd-Hf同位素((86Sr/87Sr)i=0.707290~0.707314;εNd(t)=-14.53~-14.01;εHf(t)=-20.28~-17.72),锆石Hf同位素(εHf(t)=-18.5±0.3)和榍石Nd同位素(εHf(t)=-14.38±0.15)组成及正常地幔锆石的δ18O值(5.65±0.15‰)。暗色包体具有明显不同于其二郎坪群古生代新生岛弧地壳围岩的特征,而显示出与华南板块地壳岩石形成的I型花岗岩相似的同位素组成。暗色包体可能是由三叠纪华南板块俯冲陆壳岩石交代的富集岩石圈地幔部分熔融形成。梁湾二长花岗岩具有较高的Si O2和K2O含量,其具有与暗色包体相似的Sr-Nd-Hf-O同位素组成,但不同的岩浆演化趋势。梁湾二长花岗岩不是由暗色包体同源岩浆分离结晶或部分熔融形成。结合前人对桐柏造山带地球物理的研究,梁湾二长花岗岩可能是由位于桐柏北部增生造山单元之下的华南板块俯冲底垫的地壳物质部分熔融形成。桐柏造山带二郎坪群晚中生代具有富集放射成因同位素组成以及高钾含量花岗岩表明,其深部地壳物质组成可能已经被置换。梁湾二长花岗岩和暗色包体相同的同位素组成表明可能是由于交代地幔的物质与花岗岩源区物质一致。在碰撞后花岗岩中,暗色包体与寄主花岗岩相同的同位素组成不一定是由岩浆混合过程中同位素扩散平衡形成的。
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