本文關鍵詞：中亞造山帶西南緣石炭紀火山巖巖石成因、時空演化及其構造意義　出處：《中國地質大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：中亞造山帶是顯生宙以來最大的增生造山系統(tǒng),其經(jīng)歷了相當完整的地球動力學演化過程,是近半個世紀以來固體地球科學領域最引人注目的熱點之一。新疆東北部是中亞造山帶西南緣中國境內部分,晚古生代期間由于古亞洲洋的俯沖消減-閉合-板塊碰撞引發(fā)了一些列的巖漿活動,巖漿作用從以俯沖誘因為主逐漸轉換為造山階段的巖漿作用,石炭紀是該洋陸轉換階段的關鍵時期,區(qū)域內廣泛分布的石炭紀火山巖很好的記錄了該時期洋陸轉換階段復雜的巖漿作用過程,對該過程的詳細剖析能更好的理解中亞造山帶地質歷史。本論文選取新疆東北部東準噶爾卡拉麥里造山帶、東天山博格達-哈爾里克造山帶及東天山覺羅塔格造山帶為切入點,對石炭紀火山巖開展了詳細的巖石學、地球化學、鋯石U-Pb年代學和Sr-Nd-Pb同位素組成研究,結合區(qū)域上已有的研究成果,初步厘定了新疆東北部火山巖年代學格架,深入剖析了其巖石成因機制,探討了新疆東北部石炭紀暴發(fā)大量火山活動的深部地球動力學背景,獲得的主要認識如下：(1)東準噶爾卡拉麥里造山帶石炭紀火山巖包括早石炭世松喀爾蘇組火山巖和晚石炭世巴塔瑪依內山組火山巖。早石炭世松喀爾蘇組火山巖主要由玄武巖、玄武安山巖、安山巖、英安巖、玄武質角礫熔巖、安山質角礫熔巖、安山質晶屑凝灰?guī)r、流紋質角礫熔巖及流紋質凝灰?guī)r組成,其下部流紋質凝灰?guī)r和中部的玄武安山巖分別給出了346±3 Ma和338±5 Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和年齡,表明松喀爾蘇組火山巖形成于早石炭世,他們屬于中-高鉀鈣堿性系列,具有高鋁高鈦特征,同時富集輕稀土元素和大離子親石元素Rb、Ba和Pb,虧損高場強元素Nb、Ta和Ti,以及高的Th/Yb、Ba/Nb比值�！�410 Ma、～432 Ma和-500 Ma的繼承和捕獲鋯石指示早古生代地殼物質可能參與了成巖過程。結合該組底部磨拉石與下伏含蛇綠混雜巖的泥盆紀地層的不整合關系及這些火山巖演化的全巖Sr-Nd-Pb同位素組成(87Sr/86Sr初始值=0.703440-0.704220, εNd(t)=+4.91-+7.29,206Pb/204Pb=18.2487-20.0884; 207Pb/204Pb=15.5263-15.6729,208Pb/204Pb=37.9558-40.3407),本文認為松喀爾蘇組火山巖可能為準噶爾洋閉合后碰撞初始階段被俯沖流體交代過的巖石圈地幔發(fā)生低度部分熔融(1%-5%)的產(chǎn)物,代表了后碰撞伸展的初始階段。晚石炭世巴塔瑪依內山組火山巖主要由(堿性)玄武巖、粗面玄武巖、玄武粗安巖、粗面巖及流紋巖組成,Si02含量在56%-67.5%之間出現(xiàn)明顯的間斷,顯示為典型的雙峰式火山巖特征。該組中上部的玄武粗安巖和侵入該套地層的流紋斑巖分別給出了320±Ma和309±3 Ma的ICP-MS鋯石U-Pb諧和年齡,表明巴塔瑪依內山組火山巖形成于晚石炭世,且被后期流紋斑巖脈侵入。該組基性火山巖屬于堿性系列和拉斑玄武系列,具有富堿、富Ti02、低K20以及低的Th/Yb、Ba/Nb、Nb/Zr比值,同時富集輕稀土和大離子親石元素,類似于大陸堿性玄武巖的特征,但Nb、Ta輕度虧損。該組酸性火山巖具有A型花崗巖成分特征,與基性火山巖顯示出明顯不同的地球化學特征,二者來源于不同的源區(qū)。結合這些火山巖演化的全巖Sr-Nd-Pb同位素組成(基性火山巖：87Sr/86Sr初始值=0.703275-0.703987,兩個樣品87Sr/86Sr初始值=0.705043-0.705486,εNd(t)=+4.53-+6.87,206Pb/204Pb=18.0321-18.5352,207Pb/204Pb=15.4910-15.5471 208Pb/204Pb=37.8071-38.2826;酸性火山巖：87Sr/86Sr初始值=0.707392-0.709732,εNd(t)=+5.9-+6.59,206Pb/204Pb=18.5995-18.7830; 207Pb/204Pb=15.6206-15.6567 208Pb/204Pb=38.7718-38.9777),本文認為巴塔瑪依內山組基性火山巖為后碰撞中晚期階段的產(chǎn)物,大范圍的巖石圈拆沉導致軟流圈上涌,并底侵下地殼,形成雙峰式火山巖。(2)東天山博格達-哈爾里克造山帶晚石炭世二道溝組火山巖主要由玄武巖、粗面玄武巖、玄武粗安巖、粗面巖、流紋巖及同成分的火山碎屑巖組成,Si02含量在56%-70%之間出現(xiàn)明顯的間斷,顯示為典型的雙峰式火山巖特征。該組玄武粗安巖、粗面玄武巖及兩個流紋巖分別給出了312±4Ma、312±3Ma及308±3 Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和年齡,表明二道溝組火山巖形成于晚石炭世。該組基性火山巖主體屬于高鉀-鉀玄巖系列,具有富堿、富Ti02及高的Th/Yb、Ba/Nb比值,同時富集輕稀土元素和大離子親石元素,明顯虧損Nb、Ta。該組酸性火山巖具有與基性火山巖相似的地球化學特征,顯示為相同源區(qū)巖漿演化的產(chǎn)物。二道溝組雙峰式火山巖與區(qū)域上的晚石炭世雙峰式火山巖均具有相同的特征,基性火山巖源區(qū)顯示出明顯的被俯沖流體交代特征,而區(qū)域上早石炭世雙峰式火山巖顯示出于MORB更相似的源區(qū)和并不明顯的俯沖流體交代特征。結合區(qū)域上早石炭世雙峰式火山巖特征和晚石炭世雙峰式火山巖演化的全巖Sr-Nd同位素組成(87Sr/86Sr初始值=0.703916-0.704306,δNd(t)=+4.32-+7.67;酸性巖87Sr/86Sr初始值=0.702975-0.703364,εNd(t)=+6.78-+7.70),本文認為該區(qū)域早石炭世雙峰式火山巖為體量較大的天山洋板塊俯沖進入吐哈-準噶爾陸塊之下的軟流圈不斷的積攢,導致軟流圈上涌(尖晶石-石榴石橄欖巖10%-20%部分熔融),早期上涌的軟流圈較少受到俯沖物質的影響,形成Nb、Ta輕度虧損的基性火山巖,巖漿經(jīng)過結晶分異作用形成酸性火山巖,進而形成早石炭世雙峰式火山巖組合；晚石炭世雙峰式火山巖為深部受到俯沖流體交代的軟流圈上涌(尖晶石-石榴石橄欖巖5%-25%部分熔融)形成具有明顯Nb、Ta虧損的基性火山巖,巖漿經(jīng)過結晶分異作用形成酸性火山巖,進而形成晚石炭世雙峰式火山巖組合,晚石炭世雙峰式火山巖是早石炭世雙峰式火山巖的延續(xù),代表了該區(qū)域的弧后之后的持續(xù)裂開。(3)東天山覺羅塔格造山帶石炭紀火山巖包括早石炭世雅滿蘇組火山巖和晚石炭世土古土布拉克組及梧桐窩子組火山巖,均遭受到了不同程度蝕變。雅滿蘇組火山巖由玄武巖、玄武安山巖及同成分的火山碎屑巖組成,屬于中-高鉀鈣堿性系列,具有高鋁高鈦及低Nb/Zr、高的Th/Yb、Ba/Yb、Ba/Nb比值,同時富集輕稀土元素和大離子親石元素,虧損Nb、Ta。該組玄武安山巖給出了336±2 Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和年齡,表明火山巖形成于早石炭世。晚石炭世火山巖分別屬于Ⅰ型(拉斑玄武巖系列)和Ⅱ型(鈣堿性系列),巖性為玄武巖和玄武安山巖。從該組玄武安山巖分別給出了321±2 Ma和319±2Ma的ICP-MS鋯石U-Pb諧和年齡,表明火山巖形成于晚石炭世。371 Ma-3106 Ma的繼承和捕獲鋯石指示早古生代地殼甚至前寒武物質可能參與了成巖過程。Ⅰ型火山巖具低的Th/Yb、 Ba/Yb、Ba/Nb比值,平坦的稀土配分曲線及輕微富集的大離子親石元素；Ⅱ型火山巖具有介于早石炭世火山巖和晚石炭世Ⅰ型火山巖之間的Th/Yb、Ba/Yb、Ba/Nb比值,富集輕稀土元素和大離子親石元素。結合這些火山巖演化的全巖Sr-Nd同位素組成(早石炭世火山巖87Sr/86Sr初始值=0.703234-0.704337,εNd(t)=+5.30-+6.22;晚石炭世Ⅰ型火山巖εNd(t)=+8-+9, Ⅱ型火山巖εNd(t)=+2-+6),本文認為該區(qū)域石炭紀火山巖與現(xiàn)今存在的Okinawa Trough和Mariana Trough弧后盆地玄武巖(BABB)很相似,因此推斷早石炭世火山巖為弧后盆地初始裂開階段的產(chǎn)物,而晚石炭世火山巖為弧后盆地弧后擴張階段的產(chǎn)物。(4)基于以上三點提出一個新疆東北部晚古生代構造演化模型：至少在泥盆紀時期新疆東北部存在兩個洋盆,北部的準噶爾洋和南部的天山洋。晚泥盆紀之前,兩個洋盆均發(fā)生向北的俯沖消減。晚泥盆世北部的準噶爾洋閉合,以卡拉麥里-滴水泉蛇綠巖為最終縫合帶,此時南部天山洋仍處于俯沖消減階段;早石炭世,北部準噶爾洋閉合后進入后碰撞造山,發(fā)生板片拆離引發(fā)一系列的巖漿活動,南部則由于板塊折返(俯沖遇到更大阻力而折返／俯沖松弛),進入弧后初始伸展階段。此時,由于體量較大的天山洋向北的俯沖消減,大量的俯沖物質進入土哈-準噶爾陸塊之下的軟流圈,導致軟流圈物質上涌,上部巖石圈伸展,形成弧后之后的陸內裂谷。晚石炭世,北部卡拉麥里地區(qū)后碰撞作用進入中晚期,中部博格達地區(qū)持續(xù)早石炭世巖石圈伸展,南部覺羅塔格區(qū)域進入弧后盆地擴張階段。晚石炭世晚期-二疊紀,天山洋及其形成的石炭紀弧后盆地完全閉合。(5)天山洋和準噶爾洋的最終閉合,可能標志著中亞造山帶西南緣已沒有大洋存在,整個區(qū)域上在二疊紀早期后碰撞作用明顯,并隨著時間的推移,整個區(qū)域開始伸展。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P588.14;P542

【參考文獻】

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本文編號：1400288