本文關鍵詞：內蒙古中部地區(qū)中—新生代火山巖的成因　出處：《蘭州大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：華北克拉通巖石圈地幔在中生代時期發(fā)生大規(guī)模減薄的認識在國內外地學界已基本達成共識,但是關于巖石圈減薄機制還有諸多爭論,并且?guī)r石圈減薄的空間范圍還存在局限性。近年來,基于古太平洋板塊橫臥在中國東部之下地幔過渡帶的地球物理觀察,諸多學者越來越認識到古太平洋板塊的俯沖與華北克拉通破壞密切相關,同時也是中國東部中-新生代巖漿活動的直接或者間接的原因。但是,華北克拉通破壞以及中國東部中-新生代巖漿作用與古太平洋板塊俯沖關系的間接和直接證據,以及兩者之間作用的機制和動力學過程還是一個亟待回答的科學問題。華北克拉通西部地塊的四子王旗地區(qū)(內蒙古中部)零星出露有早白堊世火山巖,同時在內蒙古中部地區(qū)產出有大量新生代玄武巖。這些中-新生代火山巖的地球化學性質可以直接反演華北克拉通巖石圈減薄過程,同時為古太平洋板塊的俯沖導致華北克拉通破壞以及中-新生代巖漿作用提供時空制約�；诖�,本文對內蒙古中部地區(qū)的四子王旗早白堊世火山巖以及集寧、阿巴嘎、赤峰三個新生代火山巖區(qū)的玄武巖進行了詳細的巖石學和地球化學研究,并且取得如下認識：1.內蒙古中部新生代玄武巖是板塊構造的特殊產物集寧、阿巴嘎、赤峰三個新生代玄武巖系列均顯示了富集不相容元素的特征,[Sm/Yb]N= 1.66-4.01;除了明顯的Nb-Ta、Ba-Sr-Pb的正異常,其他越不相容的元素越富集。說明源區(qū)在巖漿作用發(fā)生之前一定經歷了地幔交代作用。盡管高的[Nb/Th]N和[Ta/U]N比值以及一些樣品異常高的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd揭示俯沖的洋殼對巖漿源區(qū)有貢獻,但是由于俯沖下去的洋殼具有低MgO、虧損不相容元素的地球化學特征,因此其不可能成為內蒙古中部新生代玄武巖的主要源區(qū)物質。本文認為富水、富不相容元素的低分熔熔體地幔交代作用是解釋內蒙古中部新生代玄武巖源區(qū)富集的最合理模式�；诠盘窖蟀鍓K橫臥在中國東部大陸之下地幔過渡帶的地球物理觀察,本文認為交代物質的主要來源是俯沖下去的大洋巖石圈底部富集物質、洋殼以及隨著洋殼一起俯沖下去的碳酸鹽沉積物。該模型不但合理解釋了內蒙古中部新生代玄武巖富集不相容元素的特征,而且可以很好地解釋玄武巖中Nb-Ta、Ba-Sr-Pb的正異常。也就是說,沒有西太平洋板塊的俯沖就沒有包括內蒙古中部地區(qū)在內的中國東部新生代大規(guī)模巖漿作用。因此,本文認為內蒙古中部新生代玄武巖是板塊構造的特殊產物。需要特別強調的是,由于這些玄武巖中放射性同位素母子體比值(比如Rb/Sr, Sm/Nd, Lu/Hf)和同位素沒有相關性,而且不相容元素或者比值([La/Sm]N、 [Sm/Yb]N)與Sr-Nd-Hf同位素也不相關,因此本文推斷地幔交代作用發(fā)生在不久的以前或者現在正在發(fā)生,以至于沒有足夠的時間積累放射性成因的同位素。2.華北克拉通西部地塊也有巖石圈減薄現象華北克拉通西部地塊的四子王旗地區(qū)零星分布有早白堊世火山巖,巖性主要是玄武質安山巖和粗面玄武巖。這些火山巖具有富集不相容元素([La/Sm]N=3.19-3.26)、高87Sr/86Sr、低εNd(t)和低εHf(t)的地球化學特征。通過與華北克拉通東部地塊遼西地區(qū)烏蘭哈達高鎂安山巖的對比研究,本文認為四子王旗早白堊世火山巖是華北克拉通西部地塊古老被交代的巖石圈地幔部分熔融的產物。結合近年來地球物理方面取得的認識(華北克拉通西部地塊局部地區(qū)的巖石圈厚度為～80-100 km),本文認為華北克拉通西部地塊的巖石圈地幔也發(fā)生了減薄,而四子王旗晚早白堊世火山巖是該區(qū)巖石圈減薄的最直接產物。四子王旗中新世玄武巖與鄰近的白音察干第四紀玄武巖均具有低Si02、高MgO、富集不相容元素、低的87Sr/86Sr和高的εNd(t)、EHf(t)值,暗示巖漿源區(qū)為交代了的軟流圈地幔。但是四子王旗中新世玄武巖比白音察干第四紀玄武巖更富集不相容元素、具有相對更高的中等不相容元素／弱不相容元素比值、更強烈的石榴子石殘留特征,說明第四紀玄武巖的部分熔融程度比中新世玄武巖的部分熔融程度更高,第四紀玄武巖噴發(fā)時對應的巖石圈厚度比中新世玄武巖噴發(fā)時的巖石圈更薄。因此,本文推論華北克拉通西部地塊的巖石圈地幔目前還在減薄中。3.提出內蒙古中部中-新生代火山巖成因的新模型通過對內蒙古中部中-新生代火山巖巖石學、元素-同位素地球化學的研究,本文認為“底部加水弱化”是華北克拉通破壞甚至整個中國東部巖石圈減薄以及大規(guī)模中生代火山活動的最合理解釋。本文推斷,中生代時期古太平洋板塊已經俯沖到了中國東部之下,最西端至少已經到達了四子王旗地區(qū)。隨著俯沖下去的太平洋板塊的吸熱釋水,形成的富水低分熔熔體交代了巖石圈底部,并促使部分熔融的發(fā)生,產生了四子王旗早白堊世玄武質巖漿。隨著富集物質的熔融和抽離,該區(qū)從早白堊世到中新世,古老的巖石圈底部從物理性質上逐漸轉變?yōu)榱塑浟魅Φ蒯�。新生代時期,華北克拉通西部地塊巖石圈已經減薄。由于西太平洋板塊的西向俯沖產生的楔吸作用,中國大陸之下的軟流圈地幔自西向東流動,西部高原之下的軟流圈地幔在向東部平原之下流動時,勢必會經歷一個軟流圈地幔減壓熔融的過程。而集寧新生代火山巖區(qū)是軟流圈地幔經歷減壓熔融的最初始位置,因此,也就解釋了內蒙古地區(qū)新生代大規(guī)模的火山作用。注意：盡管我們識別到了內蒙古中部新生代玄武巖的源區(qū)有循環(huán)古太平洋洋殼的成分,但是由于洋殼本身虧損不相容元素,不能成為這些新生代玄武巖的主要源區(qū)物質。因此,短時間之內的低分熔熔體地幔交代作用是產生內蒙古中部新生代板內玄武巖富集源區(qū)的有效機制。
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【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P588.14

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