新疆欧西达坂花岗质岩体地球化学特征和锆石LA-ICP-MS定年：西南天山古生代洋盆俯冲作用过程的启示

本文对出露于南天山南缘断裂带的欧西达坂岩体进行了系统的岩石学、地球化学和锆石U-Pb年代学研究,重点讨论了其岩石成因、源区性质及其大地构造意义。岩体主要由石英闪长岩、二长花岗岩和花岗斑岩组成,并且显示了强烈的后期变形特征。LA-ICP-MS微区定年获得了两组年龄：421±3Ma,273±2Ma,前者为二长花岗岩结晶年龄,而后者则代表了南天山后碰撞伸展走滑作用的时代。地球化学特征显示,二长花岗岩的SiO2含量介于65.16%～75.50%之间,Mg#值低（0.23～0.41）,A/CNK＝0.86～1.15,为过铝-强过铝质,钙碱-高钾钙碱系列花岗岩;(La/Yb)N为4.40～6.32,δEu =0.58～0.77。与二长花岗岩相比,石英闪长岩的SiO2含量较低（55.46%～58.29%）,相对富钛、钙、铁、铝和MgO等;铝饱和指数A/CNK＝0.88～1.04,Mg#值高（0.45～0.50）,为钙碱性系列。二长花岗岩的 (La/Yb)N为7.84～9.48,δEu=0.52～0.78。在原始地幔标准化蛛网图上,样品均明显富集Rb、Ba、Th、K等大离子亲石元素和LREE,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素。而二长花岗岩表现为更加亏损Nb、Ta、P、Ti等元素,并具有明显的Sr负异常。欧西达坂岩体中的石英闪长岩和二长花岗岩均为钠质,具有高的Na2O和CaO含量。 该岩体高的Al2O3、La/Nb、Th/Ta值和原始地幔标准化图解中Nb-Ti的负异常说明该套岩石形成于板块边缘环境或来自岛弧环境下的陆壳源区。石英闪长岩可能来源于镁铁质岩浆底侵导致的下地壳部分熔融,二长花岗岩可能是来自于中下地壳的无水熔融。欧西达坂岩体体现了南天山洋早古生代向南短暂而局部的平坦的低角度板片俯冲。综合区域地质资料分析推测在早古生代南天山洋可能存在双向俯冲,从而形成同一洋盆中的蛇绿岩在南天山南北两侧的就位;而在晚古生代南天山洋一直向北俯冲,具有长期、多阶段的特征。     

塔里木盆地西北缘早二叠世后碰撞花岗质岩浆活动及其构造意义

塔里木地块西北缘的阔什布拉克钾长花岗岩富碱(Na_2O+K_2O平均8.36%8%),富钾(K_2O/Na_2O=1.27～1.47),准铝质(A/CNK=0.82～0.88),属于高钾钙碱性系列岩浆岩。岩石的稀土含量较高(∑REE=263.90×10~(-6)～445.75×10~(-6)),富集Th、U、Ta、Nb、Hf和Y等高场强元素和大离子亲石元素Rb,具有强的负Eu异常(δEu=0.003～0.019),富集高不相容元素(Zr+Nb+Ce+Y=368×10~(-6)～531×10~(-6)350×10~(-6)),高Ga(Ga/Al×10 000=4.17～4.722.6),显示出A型花岗岩的地球化学特征。岩石Th/U比值(平均为3.86)、Nb/Ta比值(平均为12.75)和Rb-Th富集、Ti亏损指示其壳源成因。对花岗岩进行的LA-ICP-MS微区原位锆石U-Pb定年结果表明,花岗岩的结晶侵位年龄为275.4±2.8 Ma。综合西南天山与塔里木盆地早二叠世花岗质岩浆活动的特点,认为早二叠世西南天山的后碰撞岩浆活动不仅在西南天山内部引起了强烈的花岗质岩浆活动,而且对塔里木地块西北边缘的花岗质岩浆活动也有显著的影响。阔什布拉克A型花岗岩也说明西南天山地区的碰撞造山作用在275.4±2.8 Ma之前已经趋于结束,以南天山洋盆为代表的古亚洲洋已基本结束了其演化历史。     

北秦岭新元古代后碰撞花岗岩的确定及其构造意义

应用LA ICPMS获得北秦岭蔡凹花岗岩体锆石U Pb年龄 ( 889± 1 0 )Ma ,代表岩体的形成时代。该岩体富集LILE、贫化HFSE ,显示活动陆缘俯冲带I型花岗岩体地球化学特征。同时岩体又具有富铝、高钾和锶、明显亏损Nb、Ti、P等元素的大陆造山带后碰撞演化阶段花岗岩特征。根据区域构造资料并结合岩体的变形特征分析 ,蔡凹岩体为碰撞造山过程地壳增厚背景下 ,在后碰撞拉张阶段由卷入有消减带物质的下部地壳部分熔融所形成 ,指示了秦岭在该时期已进入由主碰撞挤压转向后碰撞伸展演化阶段 ,为进一步精细确定北秦岭新元古代陆块汇聚碰撞造山过程提供了新的依据     

北阿尔金蛇绿混杂岩带中斜长花岗岩的成因及其地质意义

北阿尔金蛇绿混杂岩带恰什坎萨依剖面南端的斜长花岗岩,呈不规则脉状和透镜状产出于蚀变辉绿岩之中。该斜长花岗岩具有高的SiO2含量(70.42%~78.29%),Al2O3含量低(9.51%~11.75%),高Na2O低K2O,K2O/Na2O=0.02~0.09,属于低钾准铝质岩石;其∑REE偏低(80.15×10-6~104.1×10-6),具中等Eu异常(δEu=0.68~0.73)以及轻稀土轻微富集的特点,微量元素显示相对富集Th、U而亏损Nb、Ta、Ti的特征。以上特征与产于蛇绿岩中的斜长花岗岩的基本特征相符合。蚀变辉绿岩主量元素显示低SiO2、Al2O3、K2O、TiO2,高CaO、Na2O以及富集Th、U、La、Ce,相对亏损Nb、P、Ti的特征,部分蚀变辉绿岩样品SiO2、Na2O含量的升高应与岩石遭受海水蚀变有关。稀土元素显示弱的Eu异常(δEu=0.86~0.94)以及轻稀土轻微富集的特点。蚀变辉绿岩Mg#=51.3~54.8,Ti/V=11~22,La/Nb=1.67~2.07,Zr/Nb=10.3~27.1的特点与区内蛇绿岩地球化学特征一致,应为区内蛇绿岩的组成部分。斜长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为518.5±4.1Ma,Hf同位素εHf(t)=4.25~9.90。在La-SiO2及TiO2-SiO2图解上,斜长花岗岩均显示部分熔融成因,结合岩石非常低Sr高Yb的特点,认为其应形成于洋壳在运移过程中发生的部分熔融。全岩Sr、Nd、Pb同位素显示蛇绿岩源区具有EMII型富集地幔特征,与前人对区内洋中脊型玄武岩的同位素研究具有一致性,而洋壳源区富集地幔特征暗示此时的洋壳形成于洋盆裂解的早期。结合以上资料分析,本次研究的斜长花岗岩和蚀变辉绿岩可能形成于北阿尔金有限洋盆裂解的早期,形成时代为518.5±4.1Ma。     

中亚及中国西部侏罗纪沉积盆地的构造特征

侏罗纪是中亚和中国西部地区沉积盆地主要形成时期,这表现在两个方面:(1)先期存在的盆地在此阶段沉积范围持续扩大;(2)形成了许多新的侏罗纪沉积盆地.本文通过对劳亚大陆南部侏罗纪特提斯北带构造特征、诸盆地早-中侏罗世岩相古地理和构造样式的分析,表明中国西部与中亚地区在侏罗纪时虽然都处于新特提斯北部被动大陆边缘,但由于受帕米尔弧向北推挤的影响,以及昆仑构造带与塔拉斯-费尔干纳断裂和阿尔金大型走滑断裂的存在,这两个地区的侏罗纪盆地具有完全不同的构造起因.以塔拉斯-费尔干纳断裂为界,西南侧中亚地区的侏罗纪沉积盆地主要是由新特提斯北部大陆边缘的被动伸展形成;东北侧中国西部的侏罗纪沉积盆地则主要发育于区域性挤压构造背景之下,形成的主要机制是重力陷落.此外,沿塔拉斯-费尔干纳断裂还存在几个侏罗纪的走滑拉分盆地.中国西部与中亚地区侏罗纪盆地的不同成因特征对盆地的比较研究和寻找侏罗系烃源岩都具有重要意义.     

北秦岭高压-超高压岩石的多期变质时代及其地质意义

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA-ICP-MS原位微区定年分析方法,本文确定北秦岭清油河退变榴辉岩的峰期变质时代为490±6Ma,退变质时代为453±9Ma,原岩形成时代为655±9Ma;松树沟超高压长英质片麻岩的峰期变质时代为497±8Ma,两期退变质时代分别为448±4Ma和421±2Ma,原岩形成时代上限832±25Ma;寨根石榴石辉石岩的峰期变质时代为498±2Ma,中压麻粒岩相退变质时代为450±3Ma,角闪岩相退变质时代为426±1Ma,原岩形成时代为573±40Ma;西峡北榴闪岩的角闪岩相变质时代为423±3Ma,原岩形成时代为843±7Ma。新确定的这些岩石的峰期变质时代与前人已报导的区内高压-超高压岩石的峰期变质时代在误差范围内基本一致,结合区内高压-超高压岩石不仅分布在秦岭岩群北缘的官坡-双槐树一带,而且断续出露在秦岭岩群中部或偏南侧的清油河北-松树沟-寨根北甚至西峡北东西一线,进一步表明它们应是同一期构造地质事件的产物。北秦岭已发现的全部正变质的高压-超高压岩石均呈透镜体状分布在围岩片麻岩中,松树沟超高压长英质片麻岩的原岩为典型的陆壳沉积物,因此,这些高压-超高压岩石的形成可能都是陆壳俯冲-深俯冲作用的产物。结合岩相学观察、锆石CL图像和锆石U-Pb定年表明,这些高压-超高压岩石在～500Ma经历了峰期变质作用后,又分别在～450Ma和～420Ma遭受了中压麻粒岩相和或角闪岩相退变质作用的叠加,充分说明这些高压-超高压岩石经历了一个完整的由陆壳俯冲-深俯冲、之后连续两次抬升的构造演化过程。另外,本次研究新获得的这些岩石的原岩形成时代介于843±7Ma～573±40Ma之间,结合官坡榴辉岩的原岩形成时代为791～814Ma以及松树沟榴闪岩原岩时代为787±16Ma的研究,共同表明北秦岭高压-超高压岩石的原岩形成时代均为新元古代,因此,限定俯冲-深俯冲的陆壳物质应来自形成时代为新元古代的大陆地壳或地质体。结合区域地质背景和前人研究成果综合分析,本文初步认为,北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在～500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用的产物,之后在～450Ma与～420Ma经历了两期抬升。     

西昆仑早古生代岩浆作用过程:布隆花岗岩地球化学和锆石U-Pb-Hf同位素组成研究

西昆仑布隆二长花岗岩出露于西昆仑库地蛇绿混杂岩两侧。地球化学特征显示,布隆二长花岗岩主要为高钾钙碱-钾玄岩系列、过铝质花岗岩(A/CNK=1.1)。岩石具有低的Rb/Sr(0.67～0.88)、Sr/Y比值(13.2～16.6),弱的负Eu异常(Eu/Eu^*=0.68～0.84)和中等Sr(214×10^-6～247×10^-6)、Rb含量(165×10^-6～191×10^-6),指示布隆二长花岗岩主要为黑云母和角闪石脱水熔融源区,其原岩可能来自于杂砂岩或壳源中性岩类。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示该花岗岩的结晶年龄为441±2 Ma(MSWD=0.33)。锆石的ε_Hf(t)值(平均值为-3.0)和Hf两阶段模式年龄值(1 493～1 116 Ma)反映该花岗岩来自于中新元古代地壳的熔融。新获得的资料显示,西昆仑早古生代花岗岩均发育于库地蛇绿混杂岩两侧,且具有多个期次: 507～500 Ma、471～468 Ma、447～430 Ma和408～404 Ma,推测西昆仑早古生代花岗岩为古特提斯洋在该地区长期俯冲的背景下形成的产物。     

阿尔金超高压(>7 GPa)片麻状(含)钾长石榴辉石岩--石榴子石出溶单斜辉石的证据

岩相学和矿物化学研究表明,阿尔金英格利萨依一带片麻状(含)钾长石榴辉石岩中的粗粒石榴子石出溶单斜辉石和金红石.统计石榴子石出溶的单斜辉石的面积比最高>5%,重建出溶前该石榴子石(Grt1)单位分子式中的Si值高达3.061,为含Na的超Si-石榴石或含有majorite分子的石榴子石.依据石榴子石含辉石摩尔体积压力计和majoritic-石榴子石Si-(Al Cr)压力计估算其峰期变质压力>7GPa,利用三元碱性长石温度计和钛铁矿-磁铁矿固溶体的实验资料获其形成温度约1000C.同时,结合其原岩具有板内基性与中性火成岩及其可能是源于大陆岩石圈地幔的基性岩浆演化产物的地球化学特征,以及与其伴生的超高压石榴子石二辉橄榄岩的发现和超高压含石榴子石花岗质片麻岩的研究,不仅证明区内超高压岩石的形成是陆壳深俯冲作用的产物,而且表明这种深俯冲可能达到>200km的地幔深处.这对深入探讨阿尔金乃至中国西部碰撞造山带形成与演化的动力学机制提供了新的证据.     

阿尔金超高压(>7 GPa)片麻状(含)钾长石榴辉石岩

岩相学和矿物化学研究表明, 阿尔金英格利萨依一带片麻状(含)钾长石榴辉石岩中的粗粒石榴子石出溶单斜辉石和金红石. 统计石榴子石出溶的单斜辉石的面积比最高>5%, 重建出溶前该石榴子石(Grt1)单位分子式中的Si值高达3.061, 为含Na的超Si-石榴石或含有majorite分子的石榴子石. 依据石榴子石含辉石摩尔体积压力计和majoritic-石榴子石 Si-(Al+Cr)压力计估算其峰期变质压力>7 GPa, 利用三元碱性长石温度计和钛铁矿-磁铁矿固溶体的实验资料获其形成温度约1000℃. 同时, 结合其原岩具有板内基性与中性火成岩及其可能是源于大陆岩石圈地幔的基性岩浆演化产物的地球化学特征, 以及与其伴生的超高压石榴子石二辉橄榄岩的发现和超高压含石榴子石花岗质片麻岩的研究, 不仅证明区内超高压岩石的形成是陆壳深俯冲作用的产物, 而且表明这种深俯冲可能达到>200 km的地幔深处. 这对深入探讨阿尔金乃至中国西部碰撞造山带形成与演化的动力学机制提供了新的证据.     

东秦岭松树沟超镁铁质岩中辉石巨晶的成因和^40Ar—^39Ar定年及其地质意义

对东秦岭松树沟蛇绿岩残片中超镁铁质岩中的辉石巨晶化学成分的系统研究 ,表明其具有高压变质成因的特点 ;采用 4 0 Ar/ 39Ar快中子活化法得其高温坪年龄为 833.8± 4 Ma,等时线年龄为 84 8.2± 4 Ma。考虑到辉石对 Ar的封闭温度(6 2 0℃ )明显低于该岩片早期塑性变形变质温度 (≥ 80 0℃ ) ,因此该年龄不代表形成辉石巨晶的峰期高压变质时代 ,而代表了该岩体变质后初始抬升的冷却事件。这一年龄值与区内蛇绿岩中的镁铁质变质岩获得的变质年龄 (983± 14 0 Ma)在误差范围内大体一致 ,暗示松树沟蛇绿岩片可能整体经历了俯冲至下地壳深度遭受高压变质后再抬升的地质演化过程