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《西北大学》 2017年
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腾冲地块早白垩世花岗岩类成因机制及深部动力学意义

朱韧之  
【摘要】:中特提斯洋俯冲闭合不同阶段形成不同性质的花岗质岩石,其源区性质和成因机制的研究对于反演造山演化过程中岩浆作用的时空分布规律、深部地壳物质属性及深部动力学背景具有重要意义。从青藏高原拉萨地块中北部一直到其东南缘的腾冲地块发育着大量的早白垩世岩浆岩,称之为北岩浆带,被认为是与班公-怒江中特提斯洋俯冲闭合过程有关的岩浆作用。然而,这次俯冲闭合过程在西段和东南段造成了完全不同的地质现象与岩浆响应:拉萨地块中北部发育着大量的早白垩世玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩,镁铁质侵入体和中酸性花岗岩类,被认为是班公-怒江中特提斯洋南向俯冲闭合时大洋岩石圈与上覆地壳拆离、回撤及断裂过程中形成的岩浆产物;这与北岩浆带东南段腾冲地块内的岩浆响应形成鲜明的对比,即东南段腾冲地块内主要以大量的早白垩世中酸性花岗岩类和零星英安岩-流纹岩为主。由此引发的地质问题是:引起西段和东南段产生不同岩浆响应的原因是什么?东南段的早白垩世岩浆作用是否也是由班公-怒江中特提斯洋俯冲闭合过程中大洋岩石圈拆离、回撤及断裂造成的?若是,那么这些主要的中酸性花岗质岩石经历了什么样的源区物质属性演变及深部岩浆动力学过程?探讨这些问题对于深入理解班公-怒江中特提斯洋俯冲闭合过程中花岗质岩石成因机制,揭示北岩浆带东西段不同的岩浆响应过程和时空分布特征,以及建立班公-怒江中特提斯洋俯冲闭合过程中完整的深部岩浆作用动力学过程具有重要地质意义。本文选取了位于腾冲地块东部高黎贡带北段的独龙江岩体、高黎贡带中南段的片马岩体、腾冲地块东北部的东河岩体、腾冲地块中东部的小塘-芒东岩体和孟连岩体进行系统的野外地质调查,岩相学分析,镜下矿物观察,LA-ICP MS锆石U-Pb年代学、锆石原位Lu-Hf同位素、全岩地球化学、Sr-Nd-Pb同位素以及矿物化学成分分析测试,再结合前人研究成果,试图揭示腾冲地块早白垩世岩浆作用的时空分布规律、地球化学特征、不同阶段岩浆作用成因机制及对应的深部动力学过程。所取得的主要认识有以下几个方面:1.腾冲地块早白垩世岩浆作用以中酸性花岗质岩石为主,主要分布在腾冲地块固东-腾冲断裂以东的东部地区和北起独龙江南到片马的高黎贡山地区,花岗质岩浆作用的时间主要集中在约130Ma-111Ma之间,分为三个主要阶段:(1)约130Ma-122Ma,岩浆活动主要分布在腾冲地块东北部的东河地区和高黎贡带北段的独龙江地区,以弱过铝质-高钾钙碱性花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩为主;(2)约122Ma-116Ma,岩浆活动主要分布在腾冲地块中东部的小塘-芒东地区和其以东的孟连地区,以富Na钙碱性石英二长闪长岩-花岗闪长岩为主;(3)约114Ma-111Ma,岩浆活动主要分布在高黎贡带中南段的泸水-片马地区,自东向西从富Na钙碱性石英闪长岩向高钾钙碱性花岗闪长岩-二长花岗岩演化。通过对腾冲地块东部不同花岗岩体进行LA-ICP MS锆石U-Pb同位素年代学约束,发现高黎贡带北段独龙江岩体中花岗闪长岩及其镁铁质暗色包体年龄分别为124Ma和133Ma-130Ma;腾冲地块东北部东河岩体中靠近东部的二长花岗岩年龄为124Ma-120Ma,位于岩体西部的滇滩正长花岗岩年龄为130Ma,表现出由西向东年龄逐渐年轻的趋势;腾冲地块中东部小塘-芒东岩体中石英二长闪长岩-花岗闪长岩年龄为123 Ma-120Ma,镁铁质暗色包体年龄为121 Ma,孟连岩体中花岗闪长岩年龄为118Ma-116Ma,镁铁质暗色包体年龄为118Ma,结合前人数据进行加权平均计算,发现其西边的小塘-芒东岩体形成年龄约122Ma,而东边的孟连岩体形成年龄为117Ma,也具有从西向东逐渐变年轻的趋势;高黎贡带中南段片马岩体石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩年龄为114Ma-111Ma。因此,腾冲地块早白垩世花岗质岩浆作用相对同期北岩浆带拉萨地块中北部的岩浆作用具有更集中的岩浆活动时间和范围,也是多阶段岩浆作用产物,其中大多数花岗岩体中都含有暗色包体说明花岗质岩浆作用在形成过程中具有相当程度的同期镁铁质岩浆物质参与。2.腾冲地块早白垩世花岗质岩浆作用以弱过铝质-钙碱性-高钾钙碱性、富集的全岩Sr-Nd-Pb同位素组成和不均一的锆石Hf同位素组成为主要特征,花岗质岩石中所含角闪石类型以镁闪石为主,其中斜长石以拉长石-中长石为主。独龙江花岗闪长岩属于俯冲沉积物熔融生成的熔体上升过程中受地幔楔物质改造后形成的岩浆产物;东河花岗岩属于下地壳物质部分熔融后经高度分异结晶作用过程形成的高分异Ⅰ型花岗岩;小塘-芒东石英二长闪长岩和孟连花岗闪长岩都是幔源镁铁质岩浆底侵作用导致上覆玄武质下地壳物质发生部分熔融作用生成的;片马石英闪长岩和花岗闪长岩-二长花岗岩属于不同性质地壳物质受幔源岩浆改造后形成不同类型的岩浆产物。它们中大量出现的镁铁质岩浆包体以及不均一的锆石Hf同位素组成,说明岩浆混合与壳幔相互作用在岩浆形成过程中扮演了重要角色。独龙江花岗闪长岩属于高钾钙碱性-弱过铝质系列,具有高的Th/La、La/Sm比值以及Th、Nb含量,低的Nb/Ta、Ba/Th、U/Th和Zr/Nb比值,地球化学特征类似于俯冲沉积物源区形成的熔体物质,高的全岩初始87Sr/86Sr(0.7103-0.7126),低的εNd(t)值(-8.3--11.2),以及不均一且负的锆石εHf(t)值(-11.7--1.0),显示了其壳源物质特征,其中暗色包体为玄武-安山质,具有高的Mg含量、不均一的锆石Hf同位素,所含角闪石和斜长石为镁闪石和培长石-拉长石,显示出幔源物质特征,因此,独龙江花岗质岩石是俯冲沉积物熔体受幔源物质改造后形成的产物;东河花岗岩是典型高分异Ⅰ型花岗岩,具有高Si02(71wt.%)、K(K20 = 3.88-5.66 wt.%)含量、过铝质(A/CNK= 1.02-1.16)以及高分异指数(84-96)。随着SiO2含量增加,稀土元素和微量元素都呈现出分异程度逐渐增强的趋势。岩石具有典型富集下地壳特征的Sr-Nd-Pb同位素比值,并与我国其他地区高分异Ⅰ型花岗岩表现出相似的岩石地球化学特征,被认为是古老地壳物质在一些地幔来源岩浆提供物质或者能量条件下发生熔融后经过强烈分异结晶作用生成的产物,这与青藏高原东南缘拉萨地块东部的察隅高分异Ⅰ型花岗岩相似;小塘-芒东石英二长闪长岩-花岗闪长岩属于富Na钙碱性系列,具有不均一的且富集的锆石Hf同位素组成和全岩Sr-Nd同位素组成,含富Al的铁钙镁闪石,包体却具有不均一且亏损的锆石Hf同位素组成,斜长石晶体中包裹有透长石,被认为是镁铁质地幔岩浆底侵作用下古老玄武质下地壳物质部分熔融形成的产物,其中镁铁质包体代表了热的镁铁质岩浆注入到相对冷的中酸性岩浆房中发生淬火反应形成的;孟连花岗闪长岩也属于富Na钙碱性系列,富集大离子亲石元素,具有不均一的且亏损的锆石Hf同位素组成和富集的全岩Sr-Nd同位素组成,含镁闪石,斜长石包裹体牌号较高(An37-57),被认为是新生玄武质地壳熔融后同化少量古老地壳物质形成的产物,其中包体是由岩浆房中镁铁质组分早期结晶聚集形成的;片马石英闪长岩属于富Na钙碱性系列,具有高Mg#值,相对低的初始87Sr/86Sr比值和εNd(t)值,以及不均一的锆石εHf(t)值,含有镁闪石,被认为是古老的镁铁质下地壳物质受地幔物质改造后部分熔融生成的产物。片马花岗闪长岩-二长花岗岩逐渐的向过铝质高钾钙碱性演化,富集的全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素组成,被认为是受地幔物质影响下深部地壳中玄武质物质和变沉积岩发生岩浆混合作用形成的岩浆产物。石英闪长岩和花岗闪长岩-二长花岗岩地球化学成分的不均一性是由起源于不同性质下地壳源区经过不同岩浆演化分异过程造成的。发育于腾冲地块不同地区、不同岩体中的早白垩世花岗质岩石都有其特殊的源区属性特征和成因机制,这为进一步探讨与其相关的深部动力学过程提供了有效的岩石成因证据约束。3.腾冲地块早白垩世花岗质岩浆作用与北岩浆带西段拉萨地块中北部同期岩浆作用相比,缺少玄武质-安山质火山岩和镁铁质侵入体以及其中所含的辉石类矿物,却以具有富集地球化学特征的中酸性花岗岩类为主。从122Ma左右开始出现更多的富Na钙碱性系列岩石,同时出现更多亏损的锆石Hf同位素组分,所含包体都具有幔源特征。总体表现出腾冲地块早白垩世花岗质岩浆作用是以壳源物质部分熔融为主,但是岩浆混合及壳幔相互作用在岩浆形成过程中起到了关键作用。腾冲地块早白垩世岩浆作用时间为130Ma-111Ma,岩性主要由侵入相的闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩和正长花岗岩组成,以及岩石中含有镁铁质暗色包体,岩石矿物组合为斜长石+钾长石+石英+黑云母±角闪石±白云母,岩石平均Si02含量介于58.8 wt.%到77.9 wt.%之间,其中暗色包体Si02含量介于47.7 wt.%到59.8 wt.%之间。岩石A/CNK介于0.91到1.44之间,多数属于弱过铝质岩石。Mg#值介于22到65之间,闪长岩-花岗闪长岩都具有高Mg#(45),从122Ma开始出现更多的高Mg#值岩石,富Na岩石也逐渐增多。Nb/Ta比值大多数介于壳幔平均值之间,在122Ma-116Ma左右出现明显高于地幔平均值的演化趋势,但是Sr/Y比值大都低于20,也是在122Ma-116Ma左右出现少数高于20的Sr/Y比值。中酸性岩石及其镁铁质暗色包体都具有显著不均一锆石εH(t)值,介于-18.9到+12.1之间,同时绝大多数岩石显示出高的初始87Sr/86Sr比值为0.7067-0.7124以及富集的全岩εNd(t)值为-7.1--10.1。4.腾冲地块的早白垩世花岗质岩浆作用可分为三个不同阶段,分别对应班公-怒江中特提斯洋南向俯冲闭合时俯冲大洋岩石圈拆离、后撤和断裂过程。腾冲地块早白垩世岩浆作用的爆发时间和范围比较集中,约产生于130Ma-111Ma,只分布在腾冲地块东部及其高黎贡带,可分为三个演化阶段:第一阶段,约130Ma-122Ma的岩浆作用,主要是由俯冲岩石圈与上覆地壳拆离作用引起的,包括由俯冲沉积物熔体受地幔楔物质改造形成的独龙江高钾钙碱性花岗闪长岩,以及由下地壳物质部分熔融产生的岩石,即岩浆在演化过程中经历高程度结晶分异作用形成的东河高分异I型花岗岩;第二阶段,约122Ma-116Ma的岩浆作用,主要由班公-怒江岩石圈俯冲板片后撤及断裂引起的,形成两种不同特征的富Na钙碱性花岗质岩石及镁铁质暗色包体,都是地幔岩浆物质底侵作用下壳内物质熔融生成的产物,从122Ma开始地幔物质贡献率逐渐增强,是腾冲地块早白垩世时期班公-怒江洋俯冲岩石圈板片后撤断裂的标志;第三阶段,约114Ma-111Ma的岩浆作用,在岩石圈板片后撤断裂发生几个百万年后的时间内,地幔岩浆物质也引发了上覆镁铁质下地壳及其他壳内物质的部分熔融作用,进而生成了具有岛弧亲缘性的片马石英闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩组合。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P534.53;P588.121

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