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北秦岭东段二郎坪群火山岩的地球化学及年代学研究

赵姣  
【摘要】:二郎坪群作为北秦岭造山带的一个重要组成部分,有关其形成的构造背景和时代已有众多研究但至今尚存争议。本文在详细的野外地质调查基础上,对豫西二郎坪地区军马河剖面、湾潭剖面以及内乡湍河剖面上出露的二郎坪群火山岩进行了系统的岩石学、地球化学和锆石U-Pb年代学研究,探讨了火山岩的成因、形成的构造背景和形成时代,该研究可为探讨二郎坪群与秦岭群的构造关系,以及进一步探讨北秦岭古生代时期的构造格局和演化提供重要约束。本文取得以下主要研究成果: 1、详细的野外地质和岩相学观察显示,二郎坪群火山岩主要为一套细碧岩-角斑岩建造,其中以细碧岩为主体。岩石呈灰绿色,块状构造,局部可见枕状构造,可见变余交织和变余粒间结构。主要组成矿物为绿泥石、更钠长石和绿帘石,另含少量石英、含钛磁铁矿和碳酸盐矿物;角斑岩-石英角斑岩呈夹层状、透镜状或不规则状产出于细碧岩中,两者之间的接触关系较为截然。颜色为浅灰绿色、灰白色,具斑状结构,变余层状-似层状构造,斑晶主要为更钠长石和石英,基质主要由细粒石英、更钠长石和钾长石组成。 2、系统的地球化学研究显示,二郎坪群细碧角斑岩组合形成在弧后盆地环境中。其中,细碧岩的Si02含量变化于45.92%~52.97%,Na20含量较高,变化于2.24%-4.62%,Ti02变化于0.54%-1.16%,落在岛弧玄武岩与洋中脊玄武岩范围内。球粒陨石标准化稀土配分图解显示,军马河和湍河剖面上细碧岩主体呈现LREE平坦曲线特征,与MORB相似;而湾潭剖面的细碧岩主体呈LREE轻度富集型,显示岛弧火山岩特征。在MORB标准化微量元素蛛网图上,三条剖面岩石样品均显示了大离子亲石元素Sr、Ba、Th的富集和高场强元素Nb、Ta的轻度亏损,兼具洋脊玄武岩和岛弧玄武岩的特征。在微量元素构造环境判别图上,所有样品主要落于火山弧与N-MROB混合区。角斑岩样品Si02含量变化于62.28%-72.22%,Na20含量变化于3.81%-4.80%平均值为4.16%,K20含量变化于0.11%-0.31%平均值为0.18%。石英角斑岩样品Si02含量变化于73.60%-77.64%。Na20含量变化于4.43%-5.09%平均值为4.83%,K20含量变化于0.11%-0.33%平均值为0.29%。两类岩石均具有高硅、低钛、富钠、贫钾的特征,Na20/K20=12.77~42。两类岩石的稀土元素总量较高,在球粒陨石标准化的配分图解上,总体呈现轻稀土富集,重稀土相对亏损的右倾曲线形态,轻、重稀土分馏明显,显示较弱的负铕异常。在微量元素ORG标准化蛛网图显示了与洋脊花岗岩相似的特征(大部分元素在1倍线附近变化),但高场强元素Nb、Ta的亏损表明它们形成在与俯冲有关的环境中。因此,细碧岩、角斑岩和石英角斑岩的地球化学特征共同指示二郎坪群火山岩形成在与洋壳俯冲有关的弧后盆地环境。 3、锆石的CL图像和原位微量元素分析结果表明,二郎坪群细碧岩以及石英角斑岩中的锆石皆显示明显的岩浆振荡环带结构和LREE亏损、HREE明显富集的左倾曲线形态,表明为典型岩浆结晶锆石。LA-ICP-MS原位U-Pb定年结果得到军马河、湾潭和湍河剖面上细碧岩的形成年龄分别为(463±1.8)Ma,(475±1.5)Ma,和(473±1.3)Ma;湾潭剖面石英角斑岩形成年龄为(468±1.1)Ma,所有年龄在误差范围内一致,表明二郎坪群火山岩的形成时代介于463-475Ma。 4、综合岩相学、地球化学、年代学研究结果,表明二郎坪群火山岩为一套细碧-角斑岩建造,其形成在与洋壳俯冲有关的弧后盆地环境,形成年代为463-475Ma的早古生代。


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