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《西北大学》 2016年
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小秦岭和鲁山地区太华杂岩的研究:对华北南缘基底演化的意义

贾晓亮  
【摘要】:华北克拉通变质结晶基底的形成与演化是最为重要的科学问题之一。太华杂岩近东西向广布于华北克拉通南缘,主要的岩石露头分布于小秦岭、鲁山、洛宁、舞阳等地区,由复杂的太古代-古元古代变质结晶基底及表壳岩石组合构成,是华北南缘出露面积最大、岩石类型最为丰富的地体,也是研究华北南缘地壳演化的理想区域。本论文对华北克拉通南缘小秦岭及鲁山地区太华杂岩变质结晶基底中各类TTG片麻岩、花岗岩及斜长角闪岩等岩石进行了系统的岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素分析研究,并讨论了各类岩石的成因及构造背景,建立起太华杂岩前寒武地质事件的格架。并与华北克拉通南缘其它地区出露的变质结晶基底进行了对比,探讨了华北克拉通南缘的地壳演化规律。1.小秦岭地区太华杂岩的研究取得了如下成果及认识:(1)小秦岭地区出露的太华杂岩,由TTG质片麻岩、花岗岩和表壳岩组成,以往的研究没有确定该区域存在太古代岩石,本研究首次在小秦岭地区识别出该时期岩石露头(2.8 Ga~2.5 Ga)。(2)小秦岭地区中太古代晚期-古元古代晚期发育的四期主要的岩浆活动,包括:2.8~2.7 Ga、2.6~2.5 Ga、~2.3 Ga、 1.9~1.8 Ga。本研究首次建立了该区域中太古代-古元古代年代学格架。其中,太古代的2.8~2.7 Ga及2.6~2.5Ga岩浆事件发育大量TTG岩石组合,代表性岩石包括了武家坪花岗闪长岩(2802±13 Ma及2801±11 Ma)、奥长花岗岩(2786±12 Ma)。以及杜牧台奥长花岗岩(2511±9 Ma)、花岗闪长岩(2523±19 Ma)及白色条带(2521±26 Ma)。通过对小秦岭太古代TTG岩石的地球化学特征及成因分析表明,小秦岭2.8-2.5Ga TTG岩石均为下地壳玄武质(镁铁质)岩石在不同压力及较高温度下(~800℃)部分熔融的产物。片麻岩类的Hf同位素研究表明,2.8~2.7 Ga及2.6~2.5 Ga两期岩浆事件分别代表了中太古代晚期(℃2.8 Ga)及新太古代晚期~2.5Ga两次重要的陆壳生长事件,同时也伴随有一定量古老陆壳物质的再造。(3)古元古代岩浆事件(℃2.3Ga及1.9℃1.8Ga)在小秦岭地区太华杂岩中同样非常发育,其中~2.3 Ga岩浆事件的代表性岩石组合包括花岗闪长质片麻岩(2315±7.8 Ma)、斜长角闪岩(2298±16 Ma),以及大量出现的钾质花岗片麻岩(2334±11 Ma及2359±29 Ma)。Hf同位素分析表明小秦岭~2.3 Ga岩浆事件主要反映了太古代古老陆壳物质的再造,同时伴随有一定量新生陆壳物质的贡献。地球化学研究表明,花岗闪长岩及花岗片麻岩应该形成于伸展构造环境陆壳减薄而诱发中下地壳的部分熔融。反应了伸展构造体系下地壳的物质的再活化,从而使小秦岭地区大规模的发育-2.3 Ga岩浆事件。小秦岭地区~1.8 Ga花岗岩(1814±10 Ma及1851±10 Ma)的Hf同位素体现出的陆壳再造特征。岩石地球化学研究表明该时期花岗岩形成于伸展作用下的陆壳减薄诱发下地壳先存的麻粒岩相岩石(TTG、变基性岩、变沉积岩等)在中低压(10-12kbar)、高温(805~973℃)条件下的部分熔融。2.鲁山地区太华杂岩的研究取得了如下成果及认识:(1)鲁山地区以发育2.75-2.84Ga的岩石而受到广泛关注,本研究在鲁山地区太华杂岩中识别出一系列-2.9 Ga TTG岩石,岩石类型包括了花岗闪长岩(2902±11 Ma)、奥长花岗岩(2872±19 Ma)、英云闪长岩(2845±36Ma及2888±34Ma)。地球化学特征上,这三类岩石具有一定的亲缘性,应形成于较高的温压条件下(15kbar;~900℃),新生玄武质岩石的部分熔融。其锆石Hf同位素分析表明,鲁山地区2.90~2.85岩浆活动代表了鲁山地区的一次主要的陆壳生长。(2) 鲁山地区与TTG片麻岩及斜长角闪岩相伴生的白色条带形成于2715±17Ma~2758±20Ma。其形成于中下地壳岩石组分的部分熔融,代表了鲁山地区中太古代的岩石经历过~2.7 Ga的深熔事件的改造。而侵入于TTG岩石的钾质花岗岩形成于2729±18 Ma,地球化学特征显示其成因为中上地壳(中-低压范围内)岩石在较高温度下熔融的产物,是陆壳活化的产物。3.通过与华北克拉通南缘其它地区出露的变质结晶基底进行了对比,探讨了华北南缘太古代-古元古代的地壳演化规律,并取得以下认识:(1)华北克拉通南缘最为重要的陆壳生长事件发生在2.9~2.7 Ga。该时期岩浆活动又可以进一步划分为2.90~2.80 Ga岩浆事件及~2.70 Ga岩浆事件。前者主要以华北南缘鲁山、小秦岭及霍邱地区2.90~2.80 Ga TTG及斜长角闪岩为代表,与俯冲的构造背景作用相关。其在华北克拉通南缘呈近东西向带状分布的特征似乎指示了该区域在中太古代晚期可能具有活动大陆边缘的特征。后者形成的TTG岩石鲁山、中条山、舞阳地区均有发育,同时在华北克拉通呈面状分布,大规模的TTG形成可能与全球范围-2.7 Ga地幔柱事件有关。(2) 华北克拉通南缘~2.5 Ga岩浆活动主要代表了中太古代-新太古代早期古老陆壳物质的再造,但同时也应当伴随有一定量新生陆壳的形成。陆壳的增长量仅次于2.9~2.7 Ga。新太古代晚期岩浆事件很有可能是多种构造机制同时作用的结果。(3)华北南缘在古元古代早期(~2.3 Ga)应当经历了一次基底陆壳物质的拉伸事件,陆壳减薄,地幔物质上涌导致华北南缘(尤其在小秦岭地区)发生了大规模陆壳活化。产生了一定量的壳源花岗岩,代表了一期主要的陆壳再造事件。同时也存在一定量地幔物质的加入。随着吕梁运动的进一步发展,在2.3~1.8 Ga华北南缘基底陆壳拉伸-裂陷-闭合,伴生有大规模的陆壳活化事件。其中1.9~1.8 Ga变质-热事件应当是华北克拉通南缘一次重要的陆壳活化及再造事件。(4)基于区域地质特征、年代学及Hf同位素特征、地球化学等多方面的一致性,本研究推测华北克拉通南缘很可能在太古代时期形成了统一的基底,之后作为一个整体经历了后期的改造事件。该地质体西起于陕西小秦岭地区,东至安徽霍邱地区,长度超过1000 km,是华北克拉通太古代时期重要的地质单元。然而由于不同地质体均经历了新太古代晚期-古元古代时期强烈的陆壳再造事件,只有少量未被改造的古老陆壳物质(2.9~2.7 Ga)保存下来。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P587

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