本文選題：北秦嶺 + 早古生代�。� 參考：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：花崗巖是大陸地殼的最重要組成部分,記錄了大陸地殼生長(zhǎng)與演化的重要信息,因此,花崗巖的成因及其地球動(dòng)力學(xué)意義一直以來(lái)是固體地球科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。北秦嶺造山帶東段出露有不同類(lèi)型的加里東期花崗巖類(lèi),并且記錄有完整的早古生代構(gòu)造演化歷史,是研究造山帶花崗巖成因和探討造山帶地殼生長(zhǎng)演化的理想場(chǎng)所。本論文以北秦嶺造山帶東段加里東期花崗巖類(lèi)為主要研究對(duì)象,進(jìn)行了系統(tǒng)的鋯石U-Pb年代學(xué)和詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)和Sr-Nd-Hf-0同位素研究,探討了造山帶S型與I型花崗巖的成因和動(dòng)力學(xué)背景；最后試圖探究造山帶弧巖漿作用與大陸地殼演化的關(guān)系,并建立秦嶺造山帶加里東期的構(gòu)造演化模型。本論文獲得的主要認(rèn)識(shí)如下：(1)新的SIMS和LA-ICPMS鋯石U-Pb年代學(xué)分析顯示漂池巖體的結(jié)晶年齡為473±4Ma,并且保存有約490Ma的變質(zhì)鋯石核,說(shuō)明漂池巖體的源區(qū)可能經(jīng)歷過(guò)超高壓變質(zhì)作用。漂池巖體具有原生的白云母礦物,中等過(guò)鋁指數(shù)(ASI=1.00-1.08),低的鋯飽和溫度以及高的鋯石δi18O值(8.70～9.54‰)等特征,顯示漂池巖體具有典型的S型花崗巖屬性。較低的Sm/Nd(0.13-0.20)和FeOT/MgO比值(2.21～3.90)顯示漂池花崗巖并未經(jīng)歷明顯的分異作用。漂池花崗巖中度虧損Eu和重稀土元素,并且具有明顯高的(La/Yb)N比值(22.8～56.8),說(shuō)明其形成于相對(duì)高壓環(huán)境,具有富石榴子石而貧斜長(zhǎng)石的殘留礦物組合。地球化學(xué)特征顯示漂池巖體的源區(qū)為富斜長(zhǎng)石與黑云母,而貧粘土礦物的雜砂質(zhì)巖石,類(lèi)似于北秦嶺單元廣泛出露的成熟度較低的變質(zhì)沉積巖。漂池巖體高的初始87Sr/86Sr(0.72167-0.72511),低的εNd(t)值(-10.23～-8.71),以及較老的Nd同位素兩階段模式年齡(TDM2=1.91-2.03Ga)同樣證明其源區(qū)為北秦嶺單元的表殼沉積物。漂池花崗巖中～470Ma的巖漿鋯石的εHf(t)值比較均一,且位于繼承鋯石εHf(t)隨時(shí)間t的演化線內(nèi),說(shuō)明巖漿鋯石的Hf同位素特征完全繼承自源區(qū)鋯石,并且在源區(qū)部分熔融過(guò)程中已經(jīng)均一化。此次研究表明,S型花崗巖沒(méi)有接受地幔物質(zhì)的貢獻(xiàn),支持S型花崗巖的原始定義。結(jié)合北秦嶺早古生代花崗巖的時(shí)空分布特點(diǎn)以及野外地質(zhì)特征,我們傾向于認(rèn)為漂池巖體為超高壓變質(zhì)沉積巖折返至中下地殼水平部分熔融的產(chǎn)物。(2)新的SIMS鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明,灰池子巖體的侵位時(shí)代為422±5Ma,與北秦嶺單元南側(cè)混合巖化作用以及高溫麻粒巖相變質(zhì)作用同期,指示其形成于商丹洋的俯沖背景。地球化學(xué)研究顯示,灰池子花崗巖具有相對(duì)高的SiO2、K2O、Na2O含量和Sr/Y、(La/Yb)N比值以及非常低的MgO、Cr和Ni含量,同高硅埃達(dá)克巖和太古宙早期TTG類(lèi)巖石成分極其類(lèi)似。對(duì)比實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)結(jié)果發(fā)現(xiàn),灰池子花崗質(zhì)熔體可能來(lái)自高壓條件下玄武質(zhì)巖石的部分熔融。灰池子花崗巖具有與研究區(qū)新元古代變玄武巖相似的εNd(t)和εHf(t)值以及類(lèi)似正常地幔的δ18Ozir值,說(shuō)明灰池子巖體是北秦嶺新元古代玄武質(zhì)加厚地殼部分熔融的產(chǎn)物�？紤]到新元古代是北秦嶺造山帶一次重要的地殼生長(zhǎng)時(shí)期,我們推斷在北秦嶺單元之下底侵有大量的新元古代基性巖,與羅迪尼亞超大陸裂解過(guò)程中北秦嶺單元從華南板塊北緣分離有關(guān)。北秦嶺單元北側(cè)-490Ma的弧-陸碰撞作用以及南側(cè)商丹洋的持續(xù)俯沖作用可能是其地殼加厚的主要?jiǎng)恿W(xué)機(jī)制。綜上所述,我們認(rèn)為玄武質(zhì)巖漿的底侵與構(gòu)造加厚,以及后期俯沖板片所誘發(fā)的部分熔融,可能是太古宙早期地殼形成的重要方式,這暗示板塊運(yùn)動(dòng)可能在太古宙早期就已經(jīng)啟動(dòng)。(3)新的SIMS/LA-ICPMS鋯石年代學(xué)研究表明,棗園巖體侵位于423±5Ma與灰池巖體同期。地球化學(xué)特征表明棗園巖體具有造山帶I型花崗巖的屬性,較高的Si02含量(67.15～73.84wt.%)以及高于正常地幔的δ18Ozir值(6.95‰到8.25%o,對(duì)應(yīng)的δ18OWR 為9.3-10.6‰),表明其主要來(lái)自地殼巖石的部分熔融。全巖Sr-Nd以及鋯石Hf-O同位素的模擬結(jié)果顯示,棗園巖體的源區(qū)主要為北秦嶺單元新生基性巖石以及少部分古老沉積物。CL圖像顯示樣品10QL15中的巖漿鋯石存在兩期生長(zhǎng),早期結(jié)晶的核部鋯石(a區(qū)域)具有較為均一的δ18OZir值(6.95～7.96%o)以及相似的鋯石形態(tài),說(shuō)明源區(qū)不同地殼巖石的混合發(fā)生于棗園巖體母巖漿形成之前。樣品10QL15相對(duì)10QLl9具有更高的MgO、Cr、Ni含量以及更虧損的Hf同位素組成,說(shuō)明前者的源區(qū)含有更多的新生基性巖石。因此,棗園巖體可能來(lái)自不均一的地殼源區(qū)。棗園花崗巖的鋯石核部(a區(qū)域)到鋯石邊部(b或b’區(qū)域),Th、U含量系統(tǒng)升高,818O與εHf(t)值則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,我們傾向于認(rèn)為鋯石的這種系統(tǒng)變化是巖漿演化過(guò)程中混染了少量圍巖成分所致。這說(shuō)明寄主巖漿的復(fù)雜演化過(guò)程可以通過(guò)鋯石很好的記錄下來(lái)。在此次研究中,沒(méi)有任何證據(jù)表明地幔巖漿對(duì)棗園巖體進(jìn)行了物質(zhì)貢獻(xiàn)。因此,我們認(rèn)為造山帶I型花崗巖的同位素混合特征不一定代表了殼幔物質(zhì)的相互作用,而是地殼物質(zhì)再循環(huán)的結(jié)果。(4)結(jié)合本文與最新的研究成果,我們修正了北秦嶺早古生代的構(gòu)造演化歷史,提出：在～490-486Ma,北秦嶺單元首先向二郎坪?jiǎn)卧l(fā)生深俯沖作用,導(dǎo)致北秦嶺單元陸殼巖石經(jīng)歷大規(guī)模超高壓變質(zhì)作用。與此同時(shí)或者稍晚,商丹洋向北秦嶺地體發(fā)生高角度俯沖,首先導(dǎo)致富水基性巖的侵位。在～480-440Ma,北秦嶺單元超高壓變質(zhì)巖石發(fā)生折返,在此過(guò)程中,北秦嶺單元北部超高壓變質(zhì)巖石在中下地殼重熔形成漂池S型花崗巖。與此同時(shí),商丹洋俯沖角度減小,當(dāng)其俯沖至二郎坪?jiǎn)卧聲r(shí),二郎坪島弧地殼發(fā)生重熔,形成同位素組成虧損的花崗質(zhì)巖漿。此時(shí),經(jīng)過(guò)北側(cè)的弧-陸碰撞以及南側(cè)的商丹洋持續(xù)俯沖作用,北秦嶺單元地殼可能已經(jīng)被明顯加厚。最后在-440-410Ma,俯沖板片發(fā)生回轉(zhuǎn),導(dǎo)致北秦嶺早古生代花崗巖表現(xiàn)出從北往南變年輕的趨勢(shì),并且伴隨著二郎坪弧后盆地的打開(kāi)。在伸展初期,地幔物質(zhì)發(fā)生部分熔融形成桐柏地區(qū)基性侵入巖。北秦嶺單元～430-410Ma的弧巖漿、混合巖化與高溫麻粒巖相變質(zhì)作用,說(shuō)明商丹洋在-430Ma已經(jīng)后撤至北秦嶺單元之下。(5)北秦嶺單元早古生代弧花崗巖的εHf(t)zir均位于上下地殼熔體的Hf同位素演化線之內(nèi),表明這些花崗巖主要來(lái)自北秦嶺單元地殼物質(zhì)的部分熔融,這可能與它們處于加厚地殼背景有關(guān)。因此,在加厚的造山帶地殼,陸弧巖漿作用可能較少記錄大陸地殼的生長(zhǎng)信息。此外,相比二郎坪?jiǎn)卧?北秦嶺單元內(nèi)的弧巖漿具有明顯富集的Hf同位素組成以及更高的δ18Ozir值,可能與北秦嶺單元存在古老的基底巖石有關(guān),這說(shuō)明陸弧巖漿的同位素組成受造山帶地殼基地屬性的影響較大,因此,在利用同位素組成來(lái)討論大陸地殼生長(zhǎng)時(shí)需要充分考慮造山帶基底本身的性質(zhì)。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P588.1;P542
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本文編號(hào)：1766015