【摘要】：俯沖帶過程對于認(rèn)識全球尺度物質(zhì)循環(huán)、島弧巖漿起源、大陸地殼形成和地幔不均一性等科學(xué)問題都至關(guān)重要。俯沖板片內(nèi)的不相容元素和流體活動性元素在俯沖通道內(nèi)通過一系列復(fù)雜的變質(zhì)脫水反應(yīng),以流體、熔體和超臨界流體為“介質(zhì)”被轉(zhuǎn)移到地幔楔,并最終富集在島弧巖漿中。因此,這些熔、流體的性質(zhì)和行為是理解俯沖帶元素分異和物質(zhì)運移的關(guān)鍵。本文以秦嶺勉略帶內(nèi)的兩類蛇紋巖為對象,探究了俯沖通道淺部流體的性質(zhì)和流體活動性元素的遷移規(guī)律;以華北地區(qū)白堊紀(jì)大陸玄武巖和島弧地區(qū)含暗色包體的高鎂埃達(dá)克質(zhì)巖為對象,研究了俯沖帶熔體對大陸巖石圈地幔的交代和島弧下地殼的熔體滲濾熔融等過程。我們通過詳細(xì)的礦物學(xué)和地球化學(xué)研究,在秦嶺勉略縫合帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了兩類蛇紋巖。煎茶嶺蛇紋巖主要由利蛇紋石/纖蛇紋石、菱鎂礦和磁鐵礦構(gòu)成,在反射光和背散射圖像中,可以發(fā)現(xiàn)大量橄欖石和斜方輝石的假象。大多數(shù)煎茶嶺蛇紋巖(Group 1a)具有低的Al_2O_3/SiO_2,高的MgO/SiO_2和Ir/(Pt+Pd),與熔融殘余的橄欖巖相似。這些蛇紋巖還具有“U”型的稀土元素配分模式和明顯的Ba、Sr、Eu正異常,表明參與蛇紋石化的流體可能與含斜長石的巖石發(fā)生過反應(yīng)。此外,Group 1a蛇紋巖中的U相對堿金屬的富集程度非常有限,所以參與蛇紋石化過程的流體是俯沖板片釋放的、與俯沖沉積物發(fā)生過再平衡的流體。另一部分煎茶嶺蛇紋巖的Eu正異常不明顯,且U相對Th和堿金屬元素更為富集,表明參與蛇紋石化的流體較為氧化。在這部分蛇紋巖中還觀察到了局部變質(zhì)重結(jié)晶現(xiàn)象,即葉蛇紋石沿著一定的通道替代早期的利蛇紋石,并有菱鎂礦伴生。亮丫子蛇紋巖由葉蛇紋石、白云石、鉻尖晶石和磁鐵礦構(gòu)成。鉻尖晶石高的Cr~#(0.65 0.80)、中等的Al_2O_3和低的Ti,指示亮丫子蛇紋巖的原巖為地幔楔內(nèi)的難熔橄欖巖。亮丫子蛇紋巖相對煎茶嶺蛇紋巖具有高的MgO/SiO_2和低的Al_2O_3/SiO_2,并顯示出輕稀土和高場強元素的同時富集,說明這些難熔的地幔楔橄欖巖在蛇紋石化之前經(jīng)歷過熔體再富集過程。因此,我們認(rèn)為煎茶嶺蛇紋巖和亮丫子蛇紋巖是被卷入到俯沖通道內(nèi)的難熔弧前地幔楔橄欖巖,它們經(jīng)歷了不同的熔、流體反應(yīng)歷程,所以造成了煎茶嶺蛇紋巖和亮丫子蛇紋巖在地球化學(xué)組成上的巨大差異。蛇紋巖原位礦物學(xué)研究表明,大量的F、Cl、S在利蛇紋石向葉蛇紋石轉(zhuǎn)變的過程中被釋放出來,同時還可能有部分Pb、Ba、Sr從利蛇紋石中遷出并進(jìn)入流體相。在300 400°C時(利蛇紋石向葉蛇紋石轉(zhuǎn)變的溫度),來自俯沖板片的富Si流體含有較高的B,所以煎茶嶺蛇紋巖中脈狀葉蛇紋石的B含量比利蛇紋石和亮丫子蛇紋巖中的葉蛇紋石高。在該礦物相變發(fā)生之前的俯沖通道淺部,As、Sb從俯沖板片中釋放出來,并轉(zhuǎn)移到蛇紋石中。Li、Ba、U、La的活動性在俯沖通道更深的位置才會顯著增強。在系統(tǒng)研究俯沖帶熔流體過程中元素行為的基礎(chǔ)上,本文將相關(guān)知識應(yīng)用于華北地區(qū)大陸玄武巖,解析出古太平洋西向俯沖產(chǎn)生的富水熔體對大陸巖石圈地幔的交代過程,為華北克拉通破壞提供了新的約束。華北地區(qū)存在大量白堊紀(jì)大陸玄武巖,主要是一些堿性玄武巖和少量亞堿性玄武巖。這些大陸玄武巖的地球化學(xué)特征在早白堊世發(fā)生了迅速轉(zhuǎn)變,被認(rèn)為與華北克拉通巖石圈減薄有關(guān)。但是,這種轉(zhuǎn)變的機制和對大陸巖石圈演化的啟示還不清楚。我們研究了這些大陸玄武巖的起源和時空變化,發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)大陸玄武巖的地球化學(xué)特征的轉(zhuǎn)變發(fā)生在~108 Ma:108 Ma堿性玄武巖具有負(fù)的ε_(Nd)(t)和向西逐漸減弱的“島弧信號”,說明巖石圈地幔源區(qū)內(nèi)俯沖組分的逐漸降低;108 Ma堿性玄武巖具有正的ε_(Nd)(t)和類似洋島玄武巖的地球化學(xué)特征。這些現(xiàn)象說明古太平洋的西向俯沖與華北地區(qū)白堊紀(jì)玄武質(zhì)巖漿活動有關(guān)。結(jié)合板塊重建和地球物理觀測結(jié)果,我們提出太平洋板塊和伊澤納吉板塊之間洋中脊的平俯沖造成了大陸玄武巖地球化學(xué)特征的轉(zhuǎn)變和華北克拉通的破壞,華北地區(qū)在~108 Ma從俯沖帶環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榘鍍?nèi)環(huán)境可能是由于洋中脊的持續(xù)北漂和太平洋板塊的后撤造成的。除了交代地幔橄欖巖和參與島弧巖漿作用之外,俯沖帶富水熔體在穿過島弧下地殼時,還會與島弧下地殼相互作用。匯聚板塊邊緣含暗色包體的高鎂埃達(dá)克質(zhì)巖對于認(rèn)識“熔體-島弧下地殼”相互作用和大陸地殼形成具有重要價值。本文對早古生代北秦嶺島弧地體內(nèi)的一個高鎂埃達(dá)克巖及其中的暗色包體進(jìn)行了研究。寄主巖鋯石得到了~428 Ma的年齡。暗色包體含有兩類鋯石:第一類和寄主巖鋯石具有相似的形貌特征、化學(xué)成分和一致的年齡;第二類鋯石的年齡為~450Ma。這些鋯石相似的Hf同位素組成說明暗色包體和寄主巖是同源的。第二類鋯石低的Ce~(4+)/Ce~(3+),高的結(jié)晶溫度和異常富集的輕稀土表明島弧下地殼內(nèi)的侵入體或堆晶在~450 Ma受到了巖漿期后事件的改造。唐藏石英閃長巖具有埃達(dá)克質(zhì)特征和高的MgO、Cr、Ni、Ba含量,結(jié)合它們與北秦嶺變基性巖相似的同位素組成,我們認(rèn)為唐藏巖體是島弧巖漿參與下,不均一島弧下地殼熔融的結(jié)果。石英閃長巖中的地幔物質(zhì)貢獻(xiàn)是通過熔體對島弧下地殼的滲濾熔融過程實現(xiàn)的。唐藏石英閃長巖的形成過程暗示高鎂安山質(zhì)的大陸地殼可能與島弧下地殼的滲濾熔融過程有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P588.323
【圖文】：

俯沖帶內(nèi)的熔流體作用:來自蛇紋石化和滲濾交代過程的啟示TrommsdorffandEvans，1977；Poweretal.，2013）。天然蛇紋巖中的碳通常被認(rèn)為是富Ca孔隙流體與海水發(fā)生相互作用的產(chǎn)物（Ludwigetal.，ottletal.，2003）。此外，俯沖板片所攜帶的還原性碳可能會通過變質(zhì)再轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}礦物，這一過程可能也與蛇紋石的變質(zhì)脫水有關(guān)（Debre15）。碳酸鹽礦物也可以形成于蛇紋巖的碳酸鹽化和后期風(fēng)化過程（Powe13）。如圖 3.1，橄欖石可以直接發(fā)生水化形成蛇紋石和水鎂石，也可以與流體反應(yīng)生成蛇紋石和菱鎂礦，蛇紋巖的碳酸鹽化蝕變會形成“滑石+菱“菱鎂礦+石英”的礦物組合，而后期風(fēng)化過程則會形成含水的菱鎂礦Butt and Cluzel，2013；Power et al.，2013）。

圖 3.2 勉略地區(qū)蛇綠巖碎片的分布簡圖，改編自 Dong et al. (2011a)。Figure 3.2 Geological map showing distributions of ophiolite fragments in the Mianlue region,modified from Dong et al. (2011a).魚洞子群：以斜長角閃巖、淺粒巖夾磁鐵石英巖為主的一套變質(zhì)火山-沉積巖系。前人獲得變基性巖的全巖 Sm-Nd 年齡為 2688±100Ma（張宗清等，2001）,從斜長角閃巖中分選出的鋯石給出的U-Pb年齡為2657±9M（a秦克令等，1992）。碧口群：出露于陜、甘、川三省交界處，太古宙魚洞子群為其下伏基底。碧口群為揚子地塊西北緣的中新元古代增生地體，為一套變質(zhì)火山沉積巖、細(xì)碧石英角斑巖建造。前人將該火山巖系劃分出 3 個噴發(fā)旋回，每個旋回都表現(xiàn)為下部為基性火山巖、上部為酸性火山巖的雙峰式結(jié)構(gòu)（夏林圻等，2007）。這些火山巖的鋯石 SHRIMP U-Pb 年齡為 776 840 Ma（閆全人等，2003）。前寒武系斷頭崖組和九道拐組：前者為泥質(zhì)巖、硅質(zhì)巖和硅質(zhì)灰?guī)r，或者主

圖 3.3 煎茶嶺蛇紋巖和亮丫子蛇紋巖的鏡下顯微照片。（a）、（b）、（c）：煎茶嶺 Group 1a蛇紋巖中橄欖石、輝石的假象結(jié)構(gòu)；（c）、（d）、（e）：煎茶嶺 Group 1b 蛇紋巖中重結(jié)晶形成的葉蛇紋石和葉片狀的葉蛇紋石脈；（g）、（h）：具有非假象結(jié)構(gòu)的亮丫子蛇紋巖—拉長的、相互貫穿的葉蛇紋石；（h）：亮丫子蛇紋巖中尖晶石的背散射（BSE）圖像，尖晶石的邊緣轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦。Lz=利蛇紋石，Mgt=磁鐵礦，Mag=菱鎂礦，Atg=葉蛇紋石，Dol=白云石，Spl=尖晶石。Figure 3.3 Photomicrographs of serpentinites from the Jianchaling and Liangyazi region. (a), (b),(c): Pseudomorphs after orthopyroxene and olivine (Group 1a serpentinites from the Jianchalingregion). (c), (d), (e): Recrystallized serpentine minerals (antigorite) and antigorite blades in vein(Group 1b serpentinites from the Jianchaling region). (g), (h): Nonpseudomorphic texturesrepresented by elongate, interpenetrating blades of antigorite (Group 2: serpentinites from theLiangyazi region). (i): BSE image of spinel in the Liangyazi serpentinites. The rim of the analyzedspinel is transformed into magnetite. Lz = lizardite, Mgt = magnetite, Mag = magnesite,Atg =antigorite, Dol = dolomite, Spl = spinel.

本文編號：2802477