【摘要】：新元古代至早寒武世是地球演化史中的一個(gè)重要時(shí)期。一方面,外動(dòng)力系統(tǒng)(如大氣圈、水圈、生物圈等)發(fā)生了雪球地球、寒武紀(jì)生命大爆發(fā)等事件;另一方面,內(nèi)動(dòng)力系統(tǒng)(如巖石圈等)經(jīng)歷了從羅迪尼亞超大陸的形成、裂解向?qū)呒{超大陸的匯聚這一重要轉(zhuǎn)變。兩者一起反映了新元古代地球系統(tǒng)極為重要的變化。羅迪尼亞的形成經(jīng)歷了~1100 900 Ma的復(fù)雜碰撞—聚合過(guò)程,隨后在~850 760 Ma期間勞倫與東岡瓦納大陸裂解形成原太平洋,同時(shí)與波羅的克拉通之間裂解形成原大西洋,標(biāo)志著該超級(jí)大陸的解體。在600 500 Ma期間,東岡瓦納(主要包括澳大利亞、南極、印度、斯里蘭卡、馬達(dá)加斯加)與西岡瓦納大陸(主要包括東非和南美)沿著東非造山帶匯聚,形成了位于南半球、比羅迪尼亞規(guī)模稍小的岡瓦納超大陸。斯里蘭卡為印度半島東南隅的一個(gè)島國(guó),在新元古代時(shí)期,斯里蘭卡位于岡瓦納超大陸中兩條主要的造山帶——南北向的東非造山帶(East African Orogen)和東西向的Kuungan造山帶交匯處。這兩條大型造山帶代表了在岡瓦納超大陸形成晚期東岡瓦納和西岡瓦納最后拼合的位置,斯里蘭卡位于這一縫合帶的中部。相應(yīng)地,斯里蘭卡的結(jié)晶基底發(fā)育了大量與這一超大陸演化過(guò)程有關(guān)的構(gòu)造變形記錄以及巖漿、沉積、成礦、變質(zhì)等巖石記錄,是全球重要的前寒武構(gòu)造單元之一,為我們理解岡瓦納超大陸匯聚過(guò)程的時(shí)限、伴隨的古地理演化以及深部驅(qū)動(dòng)機(jī)制等提供了一個(gè)絕佳的窗口。前人研究對(duì)岡瓦納超大陸主要塊體包括東南極,南印度,東非以及馬達(dá)加斯加等地區(qū)的研究時(shí)間較長(zhǎng),研究程度也較高,并對(duì)岡瓦納古陸的重建基本取得了基本一致的認(rèn)識(shí)。但是,由于斯里蘭卡地區(qū)的地殼演化歷史研究程度較低,因此對(duì)該地區(qū)及其鄰區(qū)的古地理重建一直存在爭(zhēng)論。斯里蘭卡各個(gè)微陸塊的新元古代演化,構(gòu)造屬性,與鄰區(qū)地塊的拼合關(guān)系以及岡瓦納最終拼合機(jī)制,變質(zhì)作用的條件和時(shí)間尺度等多個(gè)科學(xué)問(wèn)題都還沒(méi)有得到很好的解釋。斯里蘭卡出露的巖石主體為前寒武基底巖石,其結(jié)晶基底主要分為三個(gè)構(gòu)造單元,包括西部的Wanni雜巖,中部的Highland雜巖和東部的Vijayan雜巖,主要巖石類型包括花崗片麻巖,長(zhǎng)英質(zhì)和泥質(zhì)副片麻巖以及各種類型的混合巖。其中Highland雜巖以變質(zhì)沉積巖和紫蘇花崗巖為主要的巖石組合;Wanni和Vijayan雜巖體以花崗片麻巖為主,鎂鐵質(zhì)巖石出露較少,包括變質(zhì)輝長(zhǎng)巖、少量超基性輝石巖和蛇紋巖化的橄欖巖等。所有巖石類型均經(jīng)歷了角閃巖相到麻粒巖相的變質(zhì)作用,其中Highland巖石組合指示了超高溫(900°C)變質(zhì)條件。以超高溫變質(zhì)為典型代表的高地?zé)崽荻?dT/dP)變質(zhì)作用通常與熱造山作用有關(guān),常伴隨著廣泛的部分熔融和混合巖化。越來(lái)越多的證據(jù)表明這種變質(zhì)作用與超大陸的聚合密切相關(guān)。斯里蘭卡記錄的巖漿作用發(fā)生在新元古代,主要出露在東西部Wanni和Vijayan雜巖中。盡管前人研究顯示這些巖漿巖石具有弧巖漿的特征,但是由于缺乏高精度年代學(xué)和地球化學(xué)數(shù)據(jù),這些巖漿巖的侵入時(shí)代和形成背景仍不清楚。這些巖石在晚新元古 早古生代經(jīng)歷了高級(jí)變質(zhì)作用,但是現(xiàn)有的研究對(duì)該區(qū)域變質(zhì)作用的時(shí)限、變質(zhì)溫壓(P T)軌跡缺乏有效約束,從而導(dǎo)致這一地區(qū)的構(gòu)造屬性的認(rèn)識(shí)存在較大的分歧。本文以斯里蘭卡三個(gè)主要構(gòu)造單元為研究區(qū)域,在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)之上,對(duì)區(qū)內(nèi)出露的多種不同類型的變質(zhì)火成巖進(jìn)行細(xì)致的年代學(xué)、地球化學(xué)和變質(zhì)作用研究,確定了不同類型的巖石的形成時(shí)代,巖漿特征及構(gòu)造背景,變質(zhì)時(shí)代和變質(zhì)P T軌跡。通過(guò)本次研究,并結(jié)合前人的研究資料,建立了斯里蘭卡從新元古代到早古生代的地殼演化過(guò)程,并進(jìn)一步探討了斯里蘭卡和其臨近岡瓦納陸塊的相互聯(lián)系。取得的主要認(rèn)識(shí)如下:(1)斯里蘭卡新元古代巖漿作用的時(shí)代和性質(zhì):斯里蘭卡新元古代巖漿巖分為兩期,早期以中酸性侵入巖為主,晚期以基性侵入巖為主。對(duì)斯里蘭卡西部構(gòu)造單元Wanni和Kadugannawa地區(qū)出露的巖漿巖石,包括紫蘇花崗巖,花崗片麻巖,閃長(zhǎng)質(zhì)包體,以及變質(zhì)閃長(zhǎng)巖等巖石類型進(jìn)行了詳細(xì)的LA ICP MS定年。其中,紫蘇花崗巖和花崗片麻巖的巖漿鋯石核部U-Pb年齡為~1000 900 Ma(新元古代拉伸紀(jì)),年齡峰值在900Ma左右;閃長(zhǎng)質(zhì)包體和變質(zhì)閃長(zhǎng)巖鋯石核部U-Pb年齡相近,為980 950 Ma之間。各巖石類型中鋯石均發(fā)育典型核邊結(jié)構(gòu),對(duì)鋯石邊部進(jìn)行微區(qū)分析得到的變質(zhì)增生邊年齡為570 500 Ma之間,與鋯石年齡協(xié)和圖的下交點(diǎn)年齡一致。因此,本文推論Wanni和Kadugannawa地區(qū)中酸性和基性巖漿作用近于同期。野外證據(jù)表明閃長(zhǎng)質(zhì)—輝長(zhǎng)質(zhì)巖石常以包體形式存在于在中酸性花崗巖中,可能指示了巖漿混合作用的參與。這兩類巖石的鋯石Hf同位素變化范圍較大,ε_(tái)(Hf)(t)值變化范圍在-4.5到13.1之間,但以正的ε_(tái)(Hf)(t)值為主,平均值為4.2;表明其巖漿以新生地殼來(lái)源為主,并具有古老地殼物質(zhì)的加入。其中Kadugannawa巖套具有較為均一的近球粒隕石的ε_(tái)(Hf)(t)值(-2.2到0.6)。同時(shí),對(duì)于東部構(gòu)造單元,沿著Vijayan Highland構(gòu)造帶進(jìn)行了系統(tǒng)的野外地質(zhì)觀察和采樣,樣品巖石類型包括花崗片麻巖、輝長(zhǎng)巖、輝石巖和蛇紋巖化的純橄欖巖等。所有樣品鋯石表現(xiàn)為明顯的核邊結(jié)構(gòu),核部為典型的巖漿鋯石特征,發(fā)育振蕩環(huán)帶,而增生邊則表現(xiàn)典型的變質(zhì)重結(jié)晶特征。利用LA ICP MS對(duì)鋯石核部進(jìn)行U-Pb定年獲得花崗片麻巖所代表的中酸性巖漿年齡在~1000 900 Ma之間(新元古代拉伸紀(jì)),以變質(zhì)輝長(zhǎng)巖和輝石巖為代表的基性 超基性巖漿年齡為~800 700Ma(新元古代狹帶紀(jì)—成冰紀(jì))。鋯石Lu Hf同位素原位分析結(jié)果表明酸性和基性巖石巖漿鋯石核均顯示虧損的Hf同位素特征,其中,花崗片麻巖的鋯石ε_(tái)(Hf)(t)值為-0.3 9,平均值為5.9,二階段Hf同位素模式年齡為1751 1155 Ma,表明巖石以新生地殼為主,可能有古老物質(zhì)的加入。基性麻粒巖和輝石巖的鋯石ε_(tái)(Hf)(t)值在11.1 13.2之間,平均值為12,與同時(shí)期虧損地幔值一致,單階段Hf同位素模式年齡為811 671 Ma,與鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致,表明其原巖為新生地殼。中部Highland地區(qū)較少發(fā)育新元古代時(shí)期的巖漿作用,巖石類型以酸性的紫蘇花崗和基性的麻粒巖為主,樣品巖漿鋯石核因受到深變質(zhì)作用年齡大多被重置,僅僅得到少量巖漿鋯石顯示其U-Pb年齡為~700 Ma,但是鋯石Lu Hf同位素則顯示截然不同于西部與東部巖漿鋯石的特征,表現(xiàn)為較負(fù)的ε_(tái)(Hf)(t)值(-6.7到-12),二階段Hf同位素模式年齡在2.3 1.5 Ga之間,指示了Highland地區(qū)巖漿巖與Wanni,Vijayan和Kadugannawa地區(qū)具有不同的成因?qū)傩?可能指示其源區(qū)存在再循環(huán)地殼物質(zhì)。綜上所述,斯里蘭卡Wanni和Vijayan巖漿中酸性作用時(shí)代為~1100 900 Ma,基性巖漿作用發(fā)生在~800 700 Ma,代表了該地區(qū)主要的新生地殼增生事件。所有樣品均發(fā)育鋯石核邊結(jié)構(gòu),變質(zhì)鋯石邊記錄的年齡在600 500 Ma之間。中酸性巖漿作用時(shí)代與羅迪尼亞大陸聚合期巖漿作用時(shí)限一致,而新元古代晚期成冰紀(jì)的基性巖漿作用與莫桑比克洋的初始俯沖時(shí)間一致。晚期的變質(zhì)作用時(shí)限則代表了岡瓦納超大陸的最終拼合時(shí)間。這三個(gè)主要的巖漿 構(gòu)造演化階段,反映了斯里蘭卡地區(qū)從羅迪尼亞大陸到岡瓦納超大陸的轉(zhuǎn)變過(guò)程。(2)新元古代巖漿作用的巖漿屬性:對(duì)斯里蘭卡地區(qū)Wanni,Kadugannawa,Vijayan新元古代代表性巖漿巖組合,包括中酸性的花崗片麻巖、紫蘇花崗巖,到中基性的變質(zhì)閃長(zhǎng)巖\變質(zhì)輝長(zhǎng)巖等巖石類型進(jìn)行全巖地球化學(xué)分析和判別,數(shù)據(jù)顯示斯里蘭卡地區(qū)Wanni,Vijayan和Kadugannawa的新元古代中性和酸性巖漿具有鈣堿性和偏鋁質(zhì)特征,基性巖石具有拉斑質(zhì)到鈣堿性的過(guò)渡,與高鋁玄武巖類似。從基性到酸性巖石,微量元素總體特征為輕稀土元素(LREE)相對(duì)富集,重稀土元素(HREE)相對(duì)虧損,為右傾的稀土元素配分模式,大多數(shù)不具有Eu異常,部分巖石具弱負(fù)Eu異常。另外,微量元素蛛網(wǎng)圖顯示這些巖石具有富集大離子親石元素(LILE,如K,Rb,Ba和Pb等),虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE,如Nb,Ta,Th,U,Ce,Ti等)等特征,無(wú)明顯的Zr,Hf元素負(fù)異常,與典型的弧巖漿特征一致。高鋁玄武巖 中酸性鈣堿性巖石組合及其總體虧損的鋯石Hf同位素特征指示其可能形成于俯沖環(huán)境。地球化學(xué)構(gòu)造判別圖解顯示酸性巖漿巖石主要投在火山弧花崗巖(VAG)區(qū)間內(nèi),而基性巖石則投在島弧玄武巖(IAB)范圍內(nèi),Nb/Yb Th/Yb構(gòu)造判別圖解也指示與俯沖相關(guān)的演化趨勢(shì)。綜合地球化學(xué),同位素和地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù),本文研究認(rèn)為裂谷成因模型較難解釋斯里蘭卡地區(qū)新元古代巖漿作用成因。相反,大量的地球化學(xué)數(shù)據(jù)支持巖漿弧模型,認(rèn)為這些大規(guī)模的巖漿形成于與俯沖相關(guān)的構(gòu)造背景,即Vijayan和Wanni在新元古代時(shí)期可能處于匯聚型活動(dòng)大陸邊緣,代表了兩個(gè)形成時(shí)代相近的巖漿弧,但是對(duì)于這兩個(gè)巖漿弧之間的關(guān)系仍不清楚。(3)晚新元古—早寒武世變質(zhì)作用時(shí)限和持續(xù)時(shí)間:研究區(qū)內(nèi)所有巖石均發(fā)生了高角閃巖相—麻粒巖相等不同程度的變質(zhì)作用,鋯石記錄顯示絕大多數(shù)巖石具有晚新元古—早寒武世的下交點(diǎn)年齡,或者完全重置的變質(zhì)年齡,這一變質(zhì)年齡跨越時(shí)代較長(zhǎng),不能計(jì)算出有效的加權(quán)平均年齡。因此,前人研究對(duì)于斯里蘭卡地區(qū)晚新元古代的變質(zhì)事件也存在多相和單相變質(zhì)作用等不同的解釋。然而,這兩種模型對(duì)應(yīng)著兩種完全不同的超大陸聚合機(jī)制,因此合理解釋這個(gè)超長(zhǎng)的變質(zhì)年齡對(duì)恢復(fù)岡瓦納大陸聚合歷史十分關(guān)鍵。本文以斯里蘭卡地區(qū)變質(zhì)程度最高的Highland雜巖為研究區(qū)域,以含石榴石基性麻粒巖為代表巖石類型,將鋯石年代學(xué)、鋯石和石榴石變斑晶微量元素地球化學(xué)相結(jié)合,根據(jù)實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)得出的石榴石 鋯石平衡生長(zhǎng)的微量元素分配系數(shù)判斷鋯石生長(zhǎng)環(huán)境,由于重稀土元素(HREE)在石榴石和鋯石中均為相容元素,石榴石和鋯石是巖石中重稀土元素的主要賦存礦物,但若石榴石和鋯石處于平衡,則二者為競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,HREE傾向于進(jìn)入石榴石中,D_(HREE)(鋯石/石榴石)小于1,但是,在超高溫(900°C)條件下,分配系數(shù)趨于1。本文通過(guò)LA ICP MS定年獲得的石榴石基性麻粒巖變質(zhì)鋯石年齡為660 520 Ma,根據(jù)鋯石年齡—稀土元素關(guān)系可分為三個(gè)不同的年齡組:1)大于660 Ma的繼承鋯石;2)660 560 Ma的變質(zhì)鋯石;以及3)530 520 Ma的晚期變質(zhì)鋯石。LA ICP MS原位分析得到的石榴石的稀土元素剖面顯示石榴石的微量元素含量總體較為均一,沒(méi)有明顯的核邊分異。計(jì)算得到660 560 Ma年齡組的鋯石—石榴石微量元素分配系數(shù)D_(HREE)(鋯石/石榴石)約等于1,表明該時(shí)間段鋯石和石榴石在高溫條件下達(dá)到平衡。同時(shí),大量前人報(bào)道的變質(zhì)鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù),得到了了相似的變質(zhì)時(shí)限(660 480 Ma)。因此,本文得出結(jié)論認(rèn)為斯里蘭卡地區(qū)在晚新元古—早寒武世(主體為伊迪卡拉紀(jì)),經(jīng)歷了一個(gè)延續(xù)時(shí)間超長(zhǎng)的(100 Ma)的變質(zhì)作用,這一結(jié)果與東非造山帶的晚期碰撞階段相吻合,也與鄰近岡瓦納地體最近得到的變質(zhì)時(shí)限約束一致,表明岡瓦納超大陸在東西岡瓦納縫合帶地區(qū)的最后拼合過(guò)程是一個(gè)連續(xù)和持久的過(guò)程。在岡瓦納鄰區(qū)地塊的最新研究結(jié)果也支持并驗(yàn)證了這個(gè)超長(zhǎng)的變質(zhì)事件,如在南印度的Trivandrum地塊和馬達(dá)加斯加的Anosyen地塊的地球物理研究表明,這兩個(gè)地區(qū)均具有超高的地殼產(chǎn)熱率,局部地區(qū)達(dá)到5μW/m3(顯生宙地殼平均產(chǎn)熱率為0.73 0.90μW/m3)。因此,這一連續(xù)且持久的變質(zhì)作用可能主要是放射性熱積累而非地幔巖漿底侵的結(jié)果。(4)晚新元古—早寒武世變質(zhì)P T t軌跡:變質(zhì)作用P T t軌跡研究是造山帶變質(zhì)作用研究的重要內(nèi)容之一。目前大量的研究顯示,巖石所經(jīng)歷的P T t軌跡,與其構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)。通常順時(shí)針的P T軌跡反映了碰撞造山的構(gòu)造環(huán)境,而逆時(shí)針的P T軌跡多與大陸裂谷、地幔柱環(huán)境和島弧根部的地幔巖漿低侵相關(guān)�；趲r相學(xué)觀察,在Highland地區(qū)變泥質(zhì)巖石中發(fā)現(xiàn)了典型的高溫礦物假藍(lán)寶石—?jiǎng)傆瘛袷⒔M合,根據(jù)1)進(jìn)變質(zhì)作用藍(lán)晶石和十字石礦物組合;2)峰期主要礦物矽線石;3)石榴石分解為含堇青石礦物組合;4)含有紅柱石退變質(zhì)礦物組合等證據(jù),部分學(xué)者推斷Highland地區(qū)變泥質(zhì)巖經(jīng)歷了順時(shí)針的P T t變質(zhì)軌跡,峰期后經(jīng)歷了一個(gè)等溫降壓的退變質(zhì)軌跡。相反,另一些學(xué)者則根據(jù)正麻粒巖中斜方輝石和斜長(zhǎng)石發(fā)育的石榴石反應(yīng)邊推測(cè)巖石經(jīng)歷了一個(gè)等壓降溫的退變質(zhì)軌跡。這些爭(zhēng)議表明有必要對(duì)這些巖石的變質(zhì)作用再次進(jìn)行系統(tǒng)研究,對(duì)其變質(zhì)P T軌跡重新進(jìn)行約束,確定變質(zhì)作用的地溫梯度,從而確定其變質(zhì)成因和演化過(guò)程。斯里蘭卡地區(qū)變質(zhì)研究存在的另一個(gè)問(wèn)題是,對(duì)于該地區(qū)峰期變質(zhì)溫壓條件的約束主要依靠傳統(tǒng)地質(zhì)溫壓計(jì),包括礦物溫壓計(jì)和成巖格子等。但是越來(lái)越多的研究表明,這些傳統(tǒng)溫壓計(jì)的方法存在較大的缺陷,包括不同溫壓計(jì)、同一溫壓計(jì)的不同版本結(jié)果差異較大,無(wú)法避免峰期后元素交換等。而近年來(lái)發(fā)展較為迅速的相平衡計(jì)算,利用內(nèi)恰一致的礦物熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)和礦物成分 活度模型,可以計(jì)算固定成分巖石體系隨溫度 壓力變化,從而得到一個(gè)P T視剖面,可以用來(lái)正演變質(zhì)演化過(guò)程,預(yù)測(cè)指定溫壓條件下穩(wěn)定的礦物組合。本文以Highland地區(qū)東西部均有出露的基性麻粒巖為代表,在細(xì)致巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)之上,將傳統(tǒng)溫壓計(jì)和變質(zhì)礦物相平衡模擬相結(jié)合,判斷Highland地區(qū)石榴石基性麻粒巖的峰期變質(zhì)礦物組合為:石榴石—單斜輝石—斜方輝石—斜長(zhǎng)石—角閃石—鈦鐵礦。根據(jù)多個(gè)樣品相平衡計(jì)算的結(jié)果,判斷出峰期礦物組合穩(wěn)定的共同穩(wěn)定區(qū)間為~870 970°C,8 9.5 kbar,反映了Highland地區(qū)峰期變質(zhì)的溫壓條件,對(duì)應(yīng)的地?zé)崽荻冗_(dá)到100 140°C kbar~(-1),遠(yuǎn)高于正常地?zé)崽荻戎�。因�?該區(qū)域的變質(zhì)作用達(dá)到高級(jí)麻粒巖—超高溫條件,對(duì)Highland東西兩側(cè)研究對(duì)比發(fā)現(xiàn),超高溫條件不是如同前人所說(shuō)的僅在Highland西部地區(qū)有記錄,本文的研究表明在Highland東部也達(dá)到了相似的條件。結(jié)合年代學(xué)數(shù)據(jù)證據(jù)表明的超長(zhǎng)變質(zhì)時(shí)限,認(rèn)為Highland地區(qū)在峰期條件后經(jīng)歷了一個(gè)緩慢的近等壓降溫過(guò)程,然后經(jīng)歷了快速的降壓抬升,達(dá)到~4.5 5.5 kbar,770 790°C的退變質(zhì)溫壓條件。然而,Highland東西兩側(cè)的基性麻粒巖具有不同的退變質(zhì)礦物記錄,西側(cè)巖石中石榴石大量發(fā)生分解形成斜方輝石 石英反應(yīng)邊,指示了壓力的大幅下降,巖石的折返抬升;而東側(cè)巖石石榴石則保持穩(wěn)定,無(wú)退變質(zhì)礦物組合形成�；谶@個(gè)證據(jù)和有限的區(qū)域尺度,本文認(rèn)為Highland兩側(cè)巖石經(jīng)歷了同一變質(zhì)軌跡,全巖水活度是導(dǎo)致退變質(zhì)礦物組合記錄不一致的主要原因。綜合年代學(xué)和變質(zhì)條件約束,本文對(duì)斯里蘭卡地區(qū)晚新元古代 早寒武世的變質(zhì)作用有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí):該變質(zhì)作用可能自660 Ma左右開始,480 Ma左右結(jié)束,是一次超長(zhǎng)的變質(zhì)事件,峰期溫壓條件達(dá)到~870 970°C,8 9.5 kbar,峰期后很長(zhǎng)時(shí)間巖石仍停留在地殼深部,經(jīng)歷了一個(gè)極緩慢的近等壓降溫的過(guò)程,持續(xù)時(shí)間可能大于100 Myr,最后經(jīng)歷了快速的抬升,溫度壓力降低至770 790°C,4.5 5.5 kbar。這一結(jié)論表明,如果沒(méi)有精細(xì)的年代學(xué)約束,很難知道變質(zhì)P T軌跡中每一階段的時(shí)間尺度,從而形成對(duì)區(qū)域變質(zhì)演化歷史不準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí),強(qiáng)調(diào)了時(shí)限約束對(duì)于反演完整的P T t演化歷史的重要性。(5)早寒武世后地幔交代與成礦作用:本文對(duì)在斯里蘭卡東部縫合帶,Vijayan Highland構(gòu)造邊界發(fā)育的Seruwila磷灰石—磁鐵礦礦床進(jìn)行了系統(tǒng)研究,這一礦床產(chǎn)出于斯里蘭卡的東部縫合帶,該縫合帶也是斯里蘭卡重要的礦化帶,但這是東岡瓦納地區(qū)類似礦床的首次報(bào)道。礦體賦存于以輝石巖為主的超基性侵入體中。含礦巖石主要為高品位的磁鐵礦、磷灰石,分為致密狀和浸染狀兩種類型,與超基性巖呈互層狀,是典型的鐵氧化物 磷灰石礦床(IOA),區(qū)別于釩鈦磁鐵礦,與瑞典的超大型基律納礦床具有相似特征。這一類型的礦床是Fe,P等資源的重要來(lái)源,但是對(duì)其成因的認(rèn)識(shí)爭(zhēng)議較大,一部分學(xué)者認(rèn)為屬于典型的正巖漿型礦床。但是一些學(xué)者則認(rèn)為相關(guān)的成礦作用并非簡(jiǎn)單的巖漿過(guò)程,而是與透巖漿流體活動(dòng)有關(guān)。同時(shí),全球基律納型鐵礦床主要伴生的巖石為中酸性巖石,與基性 超基性巖石相關(guān)的例子則很少。因此,該礦床雖然規(guī)模不大,但其特殊的構(gòu)造位置、與世界大型的基律納型礦床相似、以及與超基性巖伴生等特征,均表明這個(gè)礦體具有重要研究?jī)r(jià)值。本文綜合利用巖石學(xué)、礦物化學(xué)、鋯石U Pb年代學(xué),Lu Hf同位素研究等手段,以該礦床為例初步探討了可能的成礦機(jī)制,試圖為理解這一類礦床的成礦過(guò)程與成巖過(guò)程的關(guān)系。初步研究表明礦床的輝石巖主要礦物組合為單斜輝石—角閃石,次要礦物組合為磁鐵礦—磷灰石,礦物晶體多為自形,礦物顆粒較大,晶體間二面角約為120°,存在晶間空隙,輝石中含巖漿鋯石包裹體等特征,指示了堆晶特征。輝石成分為富鈣透輝石,角閃石成分較為復(fù)雜,分為多個(gè)期次,主要為鈣角閃石系列。礦石礦物組合為磁鐵礦—磷灰石—尖晶石,,伴有方柱石化和鈉長(zhǎng)石化。磷灰石呈巨晶狀,以氟磷灰石為主,高F,Cl,低OH,;磁鐵礦具有低Ti,Al,Mn,高Ni/Cr比值等特征,尖晶石以出溶礦物分布在磁鐵礦晶體內(nèi)部,富Mg,Al,低Cr,指示磁鐵礦的結(jié)晶溫度較高。超基性侵入體巖石的全巖地球化學(xué)特征顯示低Si,高M(jìn)g,Fe,Ca,低Sm/Nd,全巖稀土元素配分模式為輕—中稀土富集,重稀土虧損的模式,高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Zr,Hf、Ti、Y,Th,U)負(fù)異常,典型地幔成巖元素(Cr,Ni)虧損,低于平均MORB含量。綜合以上證據(jù),指示了該侵入體為富F,Cl,P等揮發(fā)分巖漿堆晶形成。LA ICP MS鋯石年代學(xué)獲得的年齡~530 Ma,綜合鋯石稀土元素,板狀環(huán)帶內(nèi)部結(jié)構(gòu),以及高Th/U比值,認(rèn)為這些鋯石代表了地幔交代作用下的巖漿鋯石,代表了早寒武世的巖漿結(jié)晶年齡。這一年齡與區(qū)域上晚新元古代 早寒武世的變質(zhì)年齡下限基本吻合,代表巖體的侵入時(shí)代為岡瓦納超大陸拼合之后,可能代表了碰撞后巖石圈伸展環(huán)境下的地幔部分熔融的產(chǎn)物。鋯石Lu-Hf同位素特征顯示εHf(t)值落在CHUR附近,進(jìn)一步指示了該地區(qū)的下伏地幔具有富集,交代成因特征�；谝陨涎芯�,提出了Seruwila磷灰石 磁鐵礦礦床的巖漿 熱液成因模型,即高溫,低氧逸度,富含F(xiàn),Cl等組分的透巖漿流體從超鎂鐵質(zhì)巖漿中萃取鐵和磷,由于浮力較大上升,將鐵運(yùn)輸?shù)降貧ぶ休^淺的水平并沿縫合帶斷裂聚集成礦形成塊狀磁鐵礦和磷灰石;熱液的冷卻導(dǎo)致了浸染狀鐵礦石的結(jié)晶。本文推測(cè)該超鎂鐵質(zhì)巖漿作用形成于碰撞后巖石圈減薄的構(gòu)造環(huán)境中,是受到富揮發(fā)分、富輕稀土元素交代的巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物,其形成時(shí)代與岡瓦納超大陸最終聚合時(shí)期一致。(6)斯里蘭卡各個(gè)構(gòu)造單元區(qū)域?qū)Ρ?基于該論文的新數(shù)據(jù),作者還搜集了大量與斯里蘭卡鄰近的岡瓦納陸塊的碎屑、巖漿、變質(zhì)鋯石年代學(xué)、變質(zhì)P T軌跡數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)大量類比表明:1)斯里蘭卡中部構(gòu)造單元Highland地區(qū)與南馬達(dá)加斯加的Adroyen-Anosyen地塊,東南極Lützow-Holm雜巖石和印度的Trivandrum地塊具有親緣性。這四個(gè)地塊均表現(xiàn)出具有顯著的古元古代(~1.8 Ga)碎屑—巖漿鋯石年齡峰,以及微弱的新元古代(1.0-0.8 Ga)碎屑 巖漿鋯石年齡峰。負(fù)的鋯石εHf(t)或全巖εNd(t)值,古老的地殼模式年齡。此外,這四個(gè)地體的巖石學(xué)證據(jù)都指示其在晚新元古代 早寒武世經(jīng)歷了一次持久的變質(zhì)事件,峰值溫度達(dá)到UHT條件(900°C),這一變質(zhì)事件反映了岡瓦納超大陸的最終聚合。變質(zhì)鋯石的峰值記錄在~550Ma。這四個(gè)地體的相似性表明它們可能在羅迪尼亞超大陸到岡瓦納超大陸過(guò)渡期間曾經(jīng)是一個(gè)整體。2)斯里蘭卡西構(gòu)造單元Wanni雜巖與印度南麻粒巖省的南Madurai地塊具有很強(qiáng)的相似性,表現(xiàn)為二者均具有1.0 0.7 Ga的巖漿和碎屑記錄,具有~0.9 Ga和0.78 Ga兩個(gè)年齡峰。而且表現(xiàn)為具有相似的鋯石Hf和全巖Nd同位素比值。隨著時(shí)間推移,巖石鋯石εHf(t)由正值向負(fù)值漸變,指示了更多循環(huán)地殼物質(zhì)的加入。我們預(yù)測(cè)Wanni和南Madurai地體在新元古代早期(1.0 0.8 Ga)位于Rodinia的西緣,代表了一個(gè)新元古代巖漿弧。在晚新元古代 早寒武世時(shí)也經(jīng)歷了與岡瓦納聚合相關(guān)的高級(jí)變質(zhì)作用。然而,變質(zhì)的P-T軌跡和條件尚未被充分了解。3)類似的對(duì)比還發(fā)現(xiàn)斯里蘭卡東構(gòu)造單元Vijayan雜巖與東南極的DronningMaud地區(qū),東非的Lurio前陸代表了同一個(gè)連續(xù)的構(gòu)造單元,主要證據(jù)包括:廣泛發(fā)生的1.1-0.7 Ga巖漿作用,相似的兩個(gè)年齡峰值在~1.1 Ga和~0.95 Ga,弧巖漿作用相關(guān)的地球化學(xué)特征,以及虧損的Hf,Nd同位素特征。詳細(xì)的巖漿鋯石記錄表明自東向西逐漸年輕的巖漿記錄,這可能與連續(xù)俯沖過(guò)程中巖漿弧的遷移相關(guān)。而新元古代晚期的變質(zhì)鋯石記錄也具有相同的趨勢(shì)。對(duì)此作出開放性推測(cè),認(rèn)為這反映了岡瓦納超大陸的最后拼合,可能是通過(guò)Dronning Maud地區(qū)、Wanni、Lurio等三個(gè)陸塊的逐漸拼合碰撞來(lái)完成的。綜上所述,本論文對(duì)于斯里蘭卡地區(qū)自元古代到寒武世的地殼演化歷史從巖漿、沉積、成礦、變質(zhì)等多個(gè)角度的巖石記錄進(jìn)行了約束,初步建立了其演化格局,對(duì)其構(gòu)造屬性有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),將其概括為以下幾個(gè)重要事件:古元古代巖漿 沉積作用(~1.8 Ga);晚中元古代—早新元古代酸性弧巖漿作用階段(~1.1 0.9 Ga);早新元古代基性弧巖漿作用階段(0.8 0.7 Ga);晚新遠(yuǎn)古—早寒武世超大陸聚合變質(zhì)作用階段(~0.66 0.48 Ga);早寒武碰撞后期地幔交代—巖漿成礦階段(520 480 Ma)。同時(shí),本文綜合前人數(shù)據(jù)進(jìn)行的區(qū)域?qū)Ρ妊芯恳矊?duì)斯里蘭卡在岡瓦納大陸重建中的位置提供了更完善的約束。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P542
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本文編號(hào)：2662102