【摘要】：縫合帶標(biāo)志古洋盆閉合的位置,是過去曾廣泛分離兩地體(大陸、島弧、洋底高原等)碰撞的遺跡,是古俯沖帶的殘留。古縫合帶,尤其是太古宙縫合帶,內(nèi)部構(gòu)造關(guān)系復(fù)雜,常因被后期地質(zhì)事件疊加而導(dǎo)致識別具有一定難度。古縫合帶典型特征之一是發(fā)育地體匯聚碰撞過程中從洋盆底部刮擦下來而形成的“混雜巖”、“蛇綠巖”等構(gòu)造雜巖序列�；祀s巖廣泛出現(xiàn)于世界范圍的碰撞和增生型造山帶中,是匯聚板塊邊緣增生雜巖內(nèi)標(biāo)志性巖石構(gòu)造單元之一,記錄了板塊匯聚邊緣增生的大地構(gòu)造演化史,標(biāo)志著由增生向碰撞造山轉(zhuǎn)化時(shí)形成的板塊縫合帶。詳細(xì)的野外地質(zhì)填圖、構(gòu)造解析和地球化學(xué)分析等多學(xué)科交叉研究可有效揭示古老混雜巖的復(fù)雜構(gòu)造變形和變質(zhì)歷史,為地球上早期造山帶演化史提供重要信息。華北克拉通記錄了地殼早期演化的重要信息,是研究古老克拉通演化的重要實(shí)驗(yàn)場所之一。通過幾十年的研究,前人已在華北克拉通古老地殼演化、元古代裂解-拼合以及中新生代破壞等方面取得了重要研究進(jìn)展。然而,華北克拉通早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底的形成和大地構(gòu)造演化問題,一直以來還存在爭議,特別是,基底形成時(shí)代和機(jī)制、碰撞-拼合模式和俯沖極性等多個(gè)科學(xué)問題仍未完全解決。華北克拉通中部造山帶為華北克拉通東、西陸塊碰撞拼合的重要板塊構(gòu)造邊界,而贊皇地塊位于華北克拉通中部造山帶東南緣,橫跨華北克拉通東部陸塊和中部造山帶,因此,其巖石-構(gòu)造組合記錄了華北克拉通早前寒武紀(jì)大地構(gòu)造演化的重要信息,是研究早前寒武紀(jì)時(shí)期華北克拉通基底形成與演化的一個(gè)重要窗口。通過多次野外考察,筆者在贊皇地塊內(nèi)部識別出一條保存和出露完好的構(gòu)造混雜堆積巖石序列,與世界范圍內(nèi)經(jīng)典混雜巖具有非常相似的特征。因此,本文以這套構(gòu)造混雜堆積巖石序列為研究對象,1)根據(jù)詳細(xì)野外構(gòu)造分析和大比例尺(1：20,1：40)巖石-構(gòu)造填圖,證明其為一套匯聚增生板塊邊緣指示性構(gòu)造單元——混雜巖帶,并將其命名為“贊皇混雜巖”；2)對贊皇混雜巖內(nèi)部巖石構(gòu)造組合、組構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行詳細(xì)的解析,重建贊皇混雜巖構(gòu)造樣式及形成歷史；3)結(jié)合后期侵入混雜巖內(nèi)王家莊花崗巖和未變形偉晶巖脈的巖石地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)和年代學(xué)研究,限定贊皇混雜巖形成時(shí)代；4)在以上研究內(nèi)容基礎(chǔ)上,綜合探討贊皇混雜巖對華北克拉通早前寒武紀(jì)基底形成時(shí)代、機(jī)制、俯沖碰撞極性和碰撞拼合模式的約束,以期最終為華北克拉通新太古代大地構(gòu)造演化模式提供重要數(shù)據(jù)支撐；5)并探討地球上板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間和造山帶早期演化史。野外詳細(xì)構(gòu)造分析和大比例尺巖石-構(gòu)造填圖發(fā)現(xiàn),贊皇構(gòu)造混雜堆積巖石序列由一系列呈構(gòu)造混雜的變質(zhì)泥質(zhì)巖、變質(zhì)砂屑巖、大理巖、石英巖、外來的變基性-超基性構(gòu)造巖塊、保留殘留枕狀結(jié)構(gòu)的變幺武巖,及TTG片麻巖組成,變基性-超基性巖塊、保留殘留枕狀結(jié)構(gòu)的變玄武巖、長英質(zhì)片麻巖等多種透鏡體和大理巖雜亂鑲嵌在變質(zhì)泥巖、變質(zhì)砂巖和片巖基質(zhì)中。遭受強(qiáng)烈后期變形的基性巖墻侵入這套構(gòu)造混雜堆積巖石序列的各個(gè)巖石單元,現(xiàn)今以含石榴子石斜長角閃巖布丁保存下來。這套構(gòu)造混雜堆積巖石序列保留了“巖塊在基質(zhì)中(block in matrix)"結(jié)構(gòu)特征,不同巖石類型和來源的巖塊散布在不同巖石類型基質(zhì)內(nèi)。殘留枕狀熔巖巖塊核部蝕變?yōu)榫G簾石巖,散布在強(qiáng)烈變形變質(zhì)的斜長角閃巖、變泥質(zhì)巖基質(zhì)內(nèi),而變基性-超基性巖巖塊則主要散布在變泥質(zhì)巖基質(zhì)內(nèi)。此外,大理巖巖塊散布在云母片巖基質(zhì)內(nèi)。贊皇構(gòu)造混雜堆積巖石序列各巖石-構(gòu)造單元遭受了強(qiáng)烈的變形改造和堆積混雜,內(nèi)部褶皺、斷層發(fā)育,可見不同類型褶皺出現(xiàn)于硅質(zhì)巖、變泥質(zhì)巖、片麻巖和石英巖等不同類型巖石中。局部可見硅質(zhì)巖鞘褶皺保存在云母片巖基質(zhì)內(nèi)。廣泛發(fā)育鱗片狀面理、旋轉(zhuǎn)碎斑、線理等不對稱伸展構(gòu)造。研究區(qū)構(gòu)造變形組構(gòu)數(shù)據(jù)總體顯示出北西向南東逆沖特征：西部贊皇地塊向南東逆沖至贊皇構(gòu)造混雜堆積巖石序列上,構(gòu)造混雜堆積巖石序列逆沖至東部贊皇地塊西緣沉積的大理巖-硅質(zhì)碎屑巖序列上�？傮w構(gòu)造變形組構(gòu)運(yùn)動(dòng)特征表現(xiàn)出物質(zhì)由北西向南東運(yùn)移的特征。贊皇構(gòu)造混雜堆積巖石序列呈北東-南西向展布,內(nèi)部組構(gòu)總體顯示走向?yàn)楸睎|-南兩。野外構(gòu)造穿插關(guān)系顯示,其被王家莊花崗巖侵入、且被多處出露的未變形偉晶巖脈切穿。在北東、南西兩側(cè),王家莊花崗巖切穿了贊皇構(gòu)造堆積混雜巖石序列內(nèi)部發(fā)育的早期面理,而在其它與贊皇構(gòu)造混雜堆積序列接觸帶部分平行,表明王家莊花崗巖后期侵入贊皇構(gòu)造混雜堆積巖石序列。未變形偉晶巖脈構(gòu)造切穿了贊皇堆積混雜巖石序列的多個(gè)巖石單元,包括基性巖布丁、大理巖和片麻巖,表明末變形偉晶巖形成于贊皇堆積混雜巖石序列之后。王家莊花崗巖主要礦物組合為微斜長石(55-60%),石英(25-30%)和黑云母(5-10%)。巖石地球化學(xué)研究表明,其具有高硅、鉀,富堿,低鈦和貧鎂、鈣、鐵特征。鋁飽和指數(shù)A/CNK=1.32-1.41,表現(xiàn)出過鋁質(zhì)花崗巖特征,屬于鉀玄巖系列。巖石地球化學(xué)特征和多種構(gòu)造環(huán)境判別圖解均顯示王家莊花崗巖為A型花崗巖。微量元素表現(xiàn)為高Nb、Ga和Y,具有非常明顯的Ba、Sr、P和Ti負(fù)異常。稀土元素總量高、變化較大(∑REE=282.1-587.1 ppm,平均值為441.8 ppm),總體表現(xiàn)為右傾的“V”字型球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分型式。輕稀土元素相對富集,分異比較明顯,重稀土元素分異較弱,輕重稀土具有較大程度分異((La/Yb)N=8.47-31.38),且有明顯負(fù)Eu異常(Eu/Eu*=0.25-0.31)。鋯石鈦溫度計(jì)計(jì)算得出的飽和溫度為806-861℃,可近似代表王家莊花崗巖體近液相線的溫度。未變形偉晶巖脈主要礦物組合為鉀長石(50-55%),斜長石(5-10%),石英(15-20%)和電氣石(10-15%)。王家莊花崗巖Sm-Nd|同位素地球化學(xué)研究表明,ENd(t)為低的正值(+0.12-+1.13),表明巖漿遷移抬升過程中可能遭受古老地殼的輕微混染。王家莊花崗巖單階段Nd模式年齡TDM集中于2750-2863 Ma,兩階段Nd模式年齡TDM2集中于2784-2869 Ma,單階段和兩階段Nd模式年齡與研究區(qū)大面積分布的太古代TTG片麻巖年齡(～2.7 Ga)相近。fSm-Nd值介于-0.41--0.47,變化范圍不大,表明其源區(qū)Sm.Nd|司位素分餾不明顯,計(jì)算的Nd模式年齡可代表源區(qū)巖石的形成年齡。王家莊花崗巖和未變形偉晶巖鋯石LA-ICPMS U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示,王家莊花崗巖三個(gè)樣品的形成年齡為2517±20 Ma(NSWD=2.7)、2506±10 Ma(NSWD=0.56)和2513±13 Ma(NSWD=1.9)。未變形偉晶巖脈形成年齡為2539±44 Ma(NSWD=1.8)。所有樣品的形成年齡均約為2.5 Ga�；谝陨蠈@套構(gòu)造混雜堆積巖石序列野外巖石-構(gòu)造組合和構(gòu)造關(guān)系、巖石地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)和年代學(xué)綜合分析,獲得以下新的認(rèn)識：1)厘定贊皇構(gòu)造混雜堆積巖石序列為一套混雜巖帶——贊皇混雜巖�；祀s巖經(jīng)典和新的定義為由不同年齡和來源的地塊組成,通常嵌入泥質(zhì)、砂質(zhì)或蛇紋巖基質(zhì)中,具有高度地層小連續(xù)和混雜的內(nèi)部構(gòu)造特征,是地質(zhì)圖上可填圖并能標(biāo)示出的地質(zhì)構(gòu)造單元�；祀s巖內(nèi)部廣泛發(fā)育典型的“巖塊在基質(zhì)中(block in matrix)”構(gòu)造特征,巖塊和基質(zhì)遭受了強(qiáng)烈的變形、變質(zhì)作用改造。這套構(gòu)造混雜堆積巖石序列是多種不同巖性且經(jīng)歷復(fù)雜大地構(gòu)造演化史的巖塊組成的多成因混雜體,與世界范圍許多著名混雜巖具有相似的典型判別特征,符合上述混雜巖經(jīng)典和新的定義,命名為“贊阜混雜巖”2)贊皇混雜巖形成時(shí)代應(yīng)不晚于新太古代(～2.5 Ga)。王家莊花崗巖和未變形偉晶巖脈與贊皇混雜巖野外構(gòu)造穿插關(guān)系贊皇混雜巖形成于王家莊花崗巖和未變形偉晶巖脈之前。王家莊花崗巖和未變形偉晶巖脈～2.5 Ga的形成年齡為贊皇混雜巖的形成時(shí)代提供了最小年齡的限制。3)贊皇混雜巖為中部造山帶內(nèi)島弧地體向南東逆沖與華北克拉通東部陸塊碰撞拼貼形成的新太古代構(gòu)造縫合帶。前人巖石地球化學(xué)和年代學(xué)研究表明：東部贊皇地塊,屬于華北克拉通東部陸塊,主要由太古代TTG片麻巖組成,代表一個(gè)陸塊；西部贊皇地塊,屬于中部造山帶,主體由2.7 Ga TTG片麻巖組成,代表一個(gè)島弧地體,與阜平地體對應(yīng)。東部陸塊西緣沉積的大理巖-硅質(zhì)碎屑巖序列代表被動(dòng)大陸邊緣-前陸盆地序列。贊皇混雜巖將發(fā)育在東部陸塊西緣的被動(dòng)大陸邊緣-前陸盆地序列和中部造山帶內(nèi)的島弧地體分隔開來。而外來基性-超基性-變玄武質(zhì)構(gòu)造巖塊的野外考察和地球化學(xué)研究表明,其可能為洋內(nèi)島弧或弧前蛇綠巖的殘留,并在弧-陸碰撞構(gòu)造過程中并入贊皇混雜巖。據(jù)此,筆者認(rèn)為贊皇混雜巖為華北克拉通東部陸塊與中部造山帶內(nèi)島弧地體之間碰撞的新太古代構(gòu)造縫合帶,為弧-陸碰撞,而非傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的華北克拉通中部造山帶為陸陸碰撞造山帶。至今,地質(zhì)學(xué)家對華北克拉通中部造山帶構(gòu)造演化模式的解釋存在很大爭議,上要包括陸塊碰撞-拼貼年齡在2.5 Ga、2.1 Ga和1.8 Ga等幾種構(gòu)造模式。本論文從野外構(gòu)造關(guān)系和地質(zhì)年代學(xué)研究上表明碰撞發(fā)生在2.5 Ga前,為中部帶弧陸碰撞事件提供了關(guān)鍵年代學(xué)和地質(zhì)證據(jù)。贊皇混雜巖各巖石-構(gòu)造單元遭受了強(qiáng)烈的變形改造和堆積混雜,總體表現(xiàn)出向南東逆沖的疊瓦狀構(gòu)造變形特征,與混雜巖形成于增生楔的構(gòu)造背景吻合,表明華北克拉通中部造山帶拼合的構(gòu)造變形運(yùn)動(dòng)特征是中部造山帶內(nèi)阜平地體向南東逆沖與東部陸塊碰撞所導(dǎo)致的結(jié)果。4)新太古代末期華北克拉通東部陸塊與中部造山帶同時(shí)經(jīng)歷了一期島弧巖漿侵入事件。王家莊花崗巖巖石地球化學(xué)結(jié)果表明,王家莊花崗巖為A型花崗巖,形成于島弧構(gòu)造環(huán)境,且與俯沖帶構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。Sm-Nd同位素地球化學(xué)結(jié)果表明,王家莊花崗巖與研究區(qū)大面積分布的太古代TTG片麻巖具有相近的模式年齡(～2.7 Ga),可能來自TTG片麻巖的部分熔融。本文通過對華北克拉通內(nèi)與“王家莊花崗巖”具有相似形成年齡(～2.5 Ga)、地球化學(xué)(A型花崗巖)和巖石成因的花崗質(zhì)巖石進(jìn)行歸納總結(jié)和對比分析,結(jié)果表明～2.5Ga花崗質(zhì)巖漿侵入事件小只分布在贊皇地塊內(nèi),也遍布華北克拉通中部造山帶和東部陸塊內(nèi),統(tǒng)一表現(xiàn)出高鉀A型花崗巖的地球化學(xué)特征,形成于與俯沖有關(guān)的島弧構(gòu)造環(huán)境。本團(tuán)隊(duì)另一成員通過對侵入贊皇混雜巖的～2.5 Ga基性巖墻巖石地球化學(xué)、同位素地球化學(xué)和年代學(xué)研究也表明,其來自富集地幔源區(qū),且可能形成于一個(gè)與俯沖相關(guān)的地球動(dòng)力學(xué)背景。鑒于～2.5 Ga基性巖墻和A型花崗巖廣泛分布于華北克拉通中部造山帶和東部陸塊內(nèi),表明其可能是新太古代末期東部陸塊與中部造山帶同時(shí)經(jīng)歷的一期島弧巖漿侵入事件。5)華北克拉通早寒武紀(jì)基底新太古代時(shí)期(～2.5 Ga)經(jīng)歷了兩個(gè)俯沖—碰撞構(gòu)造演化階段：(1)弧-陸碰撞：華北克拉通東部陸塊向北西俯沖與中部造山帶內(nèi)的阜平島弧地體發(fā)生碰撞并增生堆積,在弧前形成贊皇混雜巖；(2)俯沖極性倒轉(zhuǎn)：由于太古代大洋巖石圈具有更大的浮力,地幔溫度也更高,早期的弧-陸碰撞可能會阻礙北西向俯沖的大洋板片,弧陸間的匯聚力導(dǎo)致新增生的弧陸地體的西緣成為應(yīng)力上的脆弱地帶,進(jìn)而發(fā)生撕裂,導(dǎo)致俯沖極性發(fā)生倒轉(zhuǎn),新洋殼向南東俯沖至已拼貼的島弧地體/東部陸塊西緣之下,板片脫水誘使富集巖石圈地幔開始熔融,導(dǎo)致華北克拉通中部造山帶和東部陸塊內(nèi)大面積基性巖墻群的侵入,并下伏于古老下地殼底部,侵入的基性巖漿所攜帶的熱量促使下地殼TTG巖石部分熔融,最終導(dǎo)致北克拉通中部造山帶和東部陸塊內(nèi)大面積的～2.5 Ga花崗質(zhì)巖漿的侵位。6)本研究為地球上板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)于新太古代提供重要地質(zhì)依據(jù)。板塊構(gòu)造在地球上何時(shí)啟動(dòng)、如何啟動(dòng),是地球科學(xué)領(lǐng)域尚未解決的核心科學(xué)問題之一,也是國際前寒武紀(jì)研究爭論最激烈問題之一。俯沖過程和古縫合帶的形成是板塊構(gòu)造的基礎(chǔ),但對該過程以及相關(guān)古縫合帶形成的研究尚不充分。古縫合帶作為板塊碰撞的關(guān)鍵標(biāo)志之一,其識別可為地球上板塊構(gòu)造啟動(dòng)時(shí)間提供重要約束。華北克拉通中部造山帶內(nèi)新近識別出的贊皇混雜巖位于華北克拉通東部陸塊和中部造山帶增生島弧地體之間,為阜平增生島弧地體與東部陸塊之間的構(gòu)造邊界,代表了兩者之間俯沖-碰撞過程的古縫合帶。詳細(xì)野外考察和室內(nèi)年代學(xué)綜合分析發(fā)現(xiàn)贊皇混雜巖形成時(shí)代不晚于2.5 Ga,為一套新太古代的古縫合帶。華北克拉通新太古代贊皇構(gòu)造混雜巖的識別為地球上板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)于新太古代提供了重要依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P587;P548

【參考文獻(xiàn)】

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1 沈其韓，錢祥麟;中國太古宙地質(zhì)體組成、階段劃分和演化[J];地球?qū)W報(bào);1995年02期

2 馬文璞;何國琦;劉昂昂;;太行山帶晚中生代巖漿活動(dòng)及其構(gòu)造含義[J];地質(zhì)論評;1983年01期

3 櫖杏垣;游振東;媄應(yīng)佳;蔡學(xué)林;;中國東部前寒武}\0大地構(gòu)造發(fā)展的樣式[J];地質(zhì)學(xué)報(bào);1963年01期

4 萬渝生;劉敦一;王世炎;趙遜;董春艷;周紅英;殷小艷;楊長秀;高林志;;登封地區(qū)早前寒武紀(jì)地殼演化—地球化學(xué)和鋯石SHRIMP U-Pb年代學(xué)制約[J];地質(zhì)學(xué)報(bào);2009年07期

5 ;Magmatic Event at the End of the Archean in Eastern Hebei Province and Its Geological Implication[J];Acta Geologica Sinica(English Edition);2006年06期

6 ;Sm-Nd age dating of high-pressure granulites and amphi-bolite from Sanggan area,North China craton[J];Chinese Science Bulletin;2001年02期

7 倪志耀,翟明國,王仁民,童英;華北古陸塊北緣退變榴輝巖的礦物化學(xué)與退變質(zhì)作用[J];礦物學(xué)報(bào);2004年04期

8 肖玲玲;王國棟;;贊皇變基性巖中鋯石的U-Pb定年及其地質(zhì)意義[J];巖石礦物學(xué)雜志;2011年05期

9 彭澎,翟明國,張華鋒,趙太平,倪志耀;華北克拉通1.8Ga鎂鐵質(zhì)巖墻群的地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義:以晉冀蒙交界地區(qū)為例[J];巖石學(xué)報(bào);2004年03期

10 耿元生;沈其韓;任留東;;華北克拉通晚太古代末-古元古代初的巖漿事件及構(gòu)造熱體制[J];巖石學(xué)報(bào);2010年07期

本文編號：2731221