【摘要】：晚太古代至古元古代時期(2.8-1.6 Ga)是大陸地殼發(fā)生成分的顯著變化和克拉通形成與演化的關鍵時期,其中古元古代時期也是全球Columbia超大陸聚合的重要階段。華北板塊、塔里木板塊和華南板塊是構成中國版圖的三大前寒武地塊,其中華南板塊分為揚子板塊和華夏板塊,由于揚子板塊的太古宙至古元古代巖石出露面積較少且零星分布,揚子板塊古元古代之前的地質演化歷史還未能得到系統(tǒng)的研究。本論文以揚子板塊北緣的鐘祥、魚洞子和桐柏地區(qū)的晚太古代至古元古代巖石為研究對象,進行了系統(tǒng)巖石學、全巖地球化學、鋯石/斜鋯石U-Pb年代學和Hf-O同位素研究,獲得的主要認識如下:(1)鐘祥地區(qū)胡集巖體的巖漿鋯石U-Pb定年得到的加權平均年齡為2656±6 Ma,代表巖漿侵入年齡。胡集花崗巖具有高的(K_2O+Na_2O)/CaO、FeOt/MgO比值和Zr、Nb、Ce、Ga和Y含量,表現(xiàn)為典型的A型花崗巖的特征。在原始地幔標準化的微量元素蛛網圖上,該巖石具有明顯的Eu、Sr和Ba的負異常,說明了源區(qū)有斜長石的殘留或者經歷了斜長石的結晶分異。通過全巖鋯飽和溫度計計算的初始巖漿溫度在887-910oC之間。巖漿鋯石具有負的ε_(Hf)(t)值和約3.2 Ga的兩階段模式年齡,其δ~(18)O值介于4.94-5.72‰之間,加權平均值為5.26±0.14‰,說明巖漿源區(qū)沒有明顯的表殼物質的加入。因此,推測胡集巖體形成于TTG質地殼在高溫低壓條件下的部分熔融作用。鐘祥地區(qū)2.65 Ga A型花崗巖的形成說明了揚子板塊東北部的巖石圈在晚太古代的熱穩(wěn)定性,穩(wěn)定克拉通的性質。(2)鐘祥地區(qū)華山觀雜巖體由邊緣相的二長花崗巖和中央相的鉀長花崗巖組成。鋯石U-Pb定年的結果顯示二長花崗巖和鉀長花崗巖的侵位年齡分別為1816±50 Ma和1843±9 Ma。二者具有相似的鋯石Hf同位素組成,ε_(Hf)(t)值在-20.2至-15.8之間,相對應的兩階段模式年齡為3.6-3.5 Ga,鋯石δ~(18)O值的加權平均值為6.80±0.09‰,以上特征說明該雜巖體形成于古老的太古宙巖石的重熔。全巖地球化學組成上,二長花崗巖和鉀長花崗巖都具有A型花崗巖的特征,且二長花崗巖在全巖成分上具有更低的FeOt和MgO含量和更加分異的微量元素組成,說明二長花崗巖可能是鉀長花崗巖成分的巖漿通過結晶分異作用形成的。華山觀雜巖體的形成記錄了揚子板塊北緣在1.85 Ga完成了擠壓到拉伸的構造體制的轉變,可能是由揚子板塊北緣約2.0 Ga的造山帶的垮塌所引起。(3)魚洞子地區(qū)的花崗質片麻巖具有相對較高的Na_2O/K_2O和Sr/Y比值,較為分異的稀土配分模式,為典型的TTG質巖漿特征。其中的鋯石具有巖漿成因的核部和變質成因的邊部,四個樣品中鋯石核部定年結果在2660-2632 Ma之間,加權平均值為2650±21 Ma,代表了TTG質巖漿的侵入年齡。巖漿鋯石的加權平均ε_(Hf)(t)值在-0.6到0.5之間,對應的兩階段模式年齡為3.2-3.1 Ga,說明TTG質巖漿形成于加厚的中太古代基性地殼的部分熔融作用。鋯石變質邊部的年齡約為2.5 Ga,具有較高的Th/U比值和與核部一致的Hf同位素組成,說明了其形成于固態(tài)重結晶過程。魚洞子雜巖體中的鉀長花崗巖的鋯石U-Pb年代學表明其形成于2477±18 Ma,代表了地殼深熔作用的時代。魚洞子地區(qū)2.65 Ga的TTG質巖漿事件和2.48 Ga的殼內重熔事件說明了魚洞子巖群與揚子板塊東部的古太古代陸核有不同的地殼演化歷史,揚子板塊東部的古老陸核可能經歷了后期的側向增生。(4)桐柏地區(qū)南部的斜長角閃巖中巖漿鋯石的SIMS定年結果為1869±30Ma,代表了其原巖的侵位時代,圍巖大理巖中鋯石和斜鋯石的SIMS定年結果分別為1840±13Ma和1848±3 Ma,二者整體較低的微量元素含量、未分異的稀土元素組成和相對一致的Hf同位素組成說明其形成于接觸變質過程中。大理巖中的鋯石具有較高的氧同位素組成,δ~(18)O的加權平均值為20.37±0.13‰,反映了在高氧同位素組成的大理巖中可以通過接觸變質作用生成高氧同位素的鋯石,這一過程可能包括了碎屑鋯石的溶解反應和斜鋯石-鋯石的轉化反應。這些數(shù)據(jù)表明桐柏地區(qū)部分變沉積巖的沉積時代早于1.85 Ga,并在約1.85 Ga時被基性巖漿侵入,與崆嶺地區(qū)的地質記錄相對應。(5)總結和對比揚子板塊各個基底巖石的巖漿事件時代和性質,我們認為崆嶺地區(qū)為揚子板塊最早期的陸核,經歷了3.6 Ga的地殼生長和3.44-3.20 Ga的地殼內部演化階段;鐘祥地區(qū)可能在2.7-2.6 Ga之前與崆嶺陸核拼合形成揚子板塊早期的初始克拉通,這一過程也伴隨著大陸地殼巖石成分由鈉質的TTG巖石至鉀質的花崗質巖石的轉變。以魚洞子雜巖、陡嶺雜巖和越南北部基底為代表的揚子板塊西南緣的地殼生長和演化歷史與揚子東北部的早期克拉通存在較大差異,它們可能在古元古代的造山事件中最后拼合成為現(xiàn)今的揚子板塊。通過對基底巖石和古元古代造山帶性質的對比,揚子板塊在Columbia超大陸中可能處于Sibera大陸和Laurentia大陸之間;揚子板塊在1.85 Ga發(fā)生造山帶山根垮塌所引起的雙峰式巖漿事件,代表著揚子板塊在這一時期完成了整體的克拉通化過程。
【圖文】：

宙構造模式：（a）上地幔和地殼的“stagnant lid”部分；（b）基性成大陸地殼，其中左圖表示密度較大的地殼部分下沉至上盤下部形成表示地殼的分異通過在板內環(huán)境下加厚下地殼的廣泛部分熔融、對流回收至地幔來完成；（c） 一旦大陸地殼核部和巖石圈地幔形成，在克開始出現(xiàn)拉張和基性地殼的增生，大陸邊緣開始出現(xiàn)俯沖；（d）漂移熱的造山帶引發(fā)下廣泛的殼內熔融和降低下地殼的流動性。（引自 MLaurent, 2018）Proposed tectonic scenario. (a) A “stagnant lid” portion of Earth u (b) Portions of the mafic proto-crust start differentiating into conteft, this occurs when the dense base of the crust “peels off” the topubduction-like system; on the right, crustal differentiation happens environment, with pervasive melting of the base of the mafic pilen and recycling of the restitic lower crust in the mantle. (c) Once cd lithosphere mantle are formed, extension and mafic crust accretiones between cratons, and subduction is localized on the edge of co

而大陸地殼的巖石類型在 3.0-2.5 Ga 時期內，從之前以 TTG 質巖石為主體轉變?yōu)槎喾N類型巖石的“噴發(fā)式”出現(xiàn)。Condie et al. (2008) 對大陸地殼 TTG 質巖石和鈣堿性巖石之間比例的統(tǒng)計，也得到了類似的結論，約 2.5 Ga 前后大陸地殼巖石的成分比例發(fā)生了重大轉變：太古宙時期大陸地殼的巖石類型以 TTG質巖石組合為主，，而晚太古代的大陸地殼中鈣堿性巖石的比例顯著增加。另外，Tang et al.(2016) 發(fā)現(xiàn)巖漿巖中 Ni/Co、Cr/Zn 比值與鎂值有十分良好的相關性，細粒沉積物（冰磧巖、黃土）的 Ni/Co、Cr/Zn 比值可以反映大陸地殼巖石平均鎂值，而在地質歷史時期內大陸地殼巖石的鎂值在 3.0 Ga 發(fā)生轉折，反映了基性地殼組分與酸性地殼組分比例的重大變化（圖 1.2）。（2）碎屑鋯石的記錄：對全球碎屑鋯石 U-Pb-Lu-Hf-O 同位素的統(tǒng)計顯示（圖 1.3），3.0 Ga 之前大陸地殼的凈增長速率較快（平均 2.9-3.4 km3/yr）；3.0Ga 之后大陸地殼的凈增長速率明顯降低（平均 0.6-0.9 km3/yr）（Dhuime et al.,2011, 2017）。這種兩階段的大陸地殼生長模式與全巖 Nd 同位素的統(tǒng)計規(guī)律一致，說明了地殼的生長和地殼再循環(huán)的方式在約 3.0 Ga 發(fā)生了顯著的改變。
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P56

【參考文獻】

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本文編號：2706761