收藏本站
《兰州大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

内蒙古中部地区中—新生代火山岩的成因

郭鹏远  
【摘要】:华北克拉通岩石圈地幔在中生代时期发生大规模减薄的认识在国内外地学界已基本达成共识,但是关于岩石圈减薄机制还有诸多争论,并且岩石圈减薄的空间范围还存在局限性。近年来,基于古太平洋板块横卧在中国东部之下地幔过渡带的地球物理观察,诸多学者越来越认识到古太平洋板块的俯冲与华北克拉通破坏密切相关,同时也是中国东部中-新生代岩浆活动的直接或者间接的原因。但是,华北克拉通破坏以及中国东部中-新生代岩浆作用与古太平洋板块俯冲关系的间接和直接证据,以及两者之间作用的机制和动力学过程还是一个亟待回答的科学问题。华北克拉通西部地块的四子王旗地区(内蒙古中部)零星出露有早白垩世火山岩,同时在内蒙古中部地区产出有大量新生代玄武岩。这些中-新生代火山岩的地球化学性质可以直接反演华北克拉通岩石圈减薄过程,同时为古太平洋板块的俯冲导致华北克拉通破坏以及中-新生代岩浆作用提供时空制约。基于此,本文对内蒙古中部地区的四子王旗早白垩世火山岩以及集宁、阿巴嘎、赤峰三个新生代火山岩区的玄武岩进行了详细的岩石学和地球化学研究,并且取得如下认识:1.内蒙古中部新生代玄武岩是板块构造的特殊产物集宁、阿巴嘎、赤峰三个新生代玄武岩系列均显示了富集不相容元素的特征,[Sm/Yb]N= 1.66-4.01;除了明显的Nb-Ta、Ba-Sr-Pb的正异常,其他越不相容的元素越富集。说明源区在岩浆作用发生之前一定经历了地幔交代作用。尽管高的[Nb/Th]N和[Ta/U]N比值以及一些样品异常高的87Sr/86Sr、143Nd/144Nd揭示俯冲的洋壳对岩浆源区有贡献,但是由于俯冲下去的洋壳具有低MgO、亏损不相容元素的地球化学特征,因此其不可能成为内蒙古中部新生代玄武岩的主要源区物质。本文认为富水、富不相容元素的低分熔熔体地幔交代作用是解释内蒙古中部新生代玄武岩源区富集的最合理模式。基于古太平洋板块横卧在中国东部大陆之下地幔过渡带的地球物理观察,本文认为交代物质的主要来源是俯冲下去的大洋岩石圈底部富集物质、洋壳以及随着洋壳一起俯冲下去的碳酸盐沉积物。该模型不但合理解释了内蒙古中部新生代玄武岩富集不相容元素的特征,而且可以很好地解释玄武岩中Nb-Ta、Ba-Sr-Pb的正异常。也就是说,没有西太平洋板块的俯冲就没有包括内蒙古中部地区在内的中国东部新生代大规模岩浆作用。因此,本文认为内蒙古中部新生代玄武岩是板块构造的特殊产物。需要特别强调的是,由于这些玄武岩中放射性同位素母子体比值(比如Rb/Sr, Sm/Nd, Lu/Hf)和同位素没有相关性,而且不相容元素或者比值([La/Sm]N、 [Sm/Yb]N)与Sr-Nd-Hf同位素也不相关,因此本文推断地幔交代作用发生在不久的以前或者现在正在发生,以至于没有足够的时间积累放射性成因的同位素。2.华北克拉通西部地块也有岩石圈减薄现象华北克拉通西部地块的四子王旗地区零星分布有早白垩世火山岩,岩性主要是玄武质安山岩和粗面玄武岩。这些火山岩具有富集不相容元素([La/Sm]N=3.19-3.26)、高87Sr/86Sr、低εNd(t)和低εHf(t)的地球化学特征。通过与华北克拉通东部地块辽西地区乌兰哈达高镁安山岩的对比研究,本文认为四子王旗早白垩世火山岩是华北克拉通西部地块古老被交代的岩石圈地幔部分熔融的产物。结合近年来地球物理方面取得的认识(华北克拉通西部地块局部地区的岩石圈厚度为~80-100 km),本文认为华北克拉通西部地块的岩石圈地幔也发生了减薄,而四子王旗晚早白垩世火山岩是该区岩石圈减薄的最直接产物。四子王旗中新世玄武岩与邻近的白音察干第四纪玄武岩均具有低Si02、高MgO、富集不相容元素、低的87Sr/86Sr和高的εNd(t)、EHf(t)值,暗示岩浆源区为交代了的软流圈地幔。但是四子王旗中新世玄武岩比白音察干第四纪玄武岩更富集不相容元素、具有相对更高的中等不相容元素/弱不相容元素比值、更强烈的石榴子石残留特征,说明第四纪玄武岩的部分熔融程度比中新世玄武岩的部分熔融程度更高,第四纪玄武岩喷发时对应的岩石圈厚度比中新世玄武岩喷发时的岩石圈更薄。因此,本文推论华北克拉通西部地块的岩石圈地幔目前还在减薄中。3.提出内蒙古中部中-新生代火山岩成因的新模型通过对内蒙古中部中-新生代火山岩岩石学、元素-同位素地球化学的研究,本文认为“底部加水弱化”是华北克拉通破坏甚至整个中国东部岩石圈减薄以及大规模中生代火山活动的最合理解释。本文推断,中生代时期古太平洋板块已经俯冲到了中国东部之下,最西端至少已经到达了四子王旗地区。随着俯冲下去的太平洋板块的吸热释水,形成的富水低分熔熔体交代了岩石圈底部,并促使部分熔融的发生,产生了四子王旗早白垩世玄武质岩浆。随着富集物质的熔融和抽离,该区从早白垩世到中新世,古老的岩石圈底部从物理性质上逐渐转变为了软流圈地幔。新生代时期,华北克拉通西部地块岩石圈已经减薄。由于西太平洋板块的西向俯冲产生的楔吸作用,中国大陆之下的软流圈地幔自西向东流动,西部高原之下的软流圈地幔在向东部平原之下流动时,势必会经历一个软流圈地幔减压熔融的过程。而集宁新生代火山岩区是软流圈地幔经历减压熔融的最初始位置,因此,也就解释了内蒙古地区新生代大规模的火山作用。注意:尽管我们识别到了内蒙古中部新生代玄武岩的源区有循环古太平洋洋壳的成分,但是由于洋壳本身亏损不相容元素,不能成为这些新生代玄武岩的主要源区物质。因此,短时间之内的低分熔熔体地幔交代作用是产生内蒙古中部新生代板内玄武岩富集源区的有效机制。
【关键词】:岩石成因 板块构造 华北克拉通破坏 中-新生代火山岩 地球化学 Sr-Nd-Hf同位素 古太平洋板块 循环洋壳 板内玄武岩
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P588.14
【目录】:
  • 中文摘要3-6
  • Abstract6-13
  • 第一章 绪论13-20
  • 1.1 研究背景及意义13-18
  • 1.2 研究思路和科学问题18-20
  • 1.2.1 研究思路18-19
  • 1.2.2 本文拟解决的科学问题19
  • 1.2.3 本论文工作量19-20
  • 第二章 区域地质概况20-29
  • 2.1 内蒙古中部区域地质概况20-21
  • 2.2 四子王旗晚早白垩世火山岩21-23
  • 2.3 内蒙古中部新生代火山岩的时空分布23-29
  • 2.3.1 集宁火山岩区25-26
  • 2.3.2 阿巴嘎火山岩区26-27
  • 2.3.3 赤峰火山岩区27-29
  • 第三章 内蒙古中部中-新生代火山岩岩石学、岩相学29-33
  • 3.1 中生代火山岩29-30
  • 3.2 新生代火山岩30-33
  • 第四章 分析测试方法33-40
  • 4.1 样品的制备33
  • 4.2 全岩主量元素、微量元素分析测试33-36
  • 4.2.1 主量元素测试33-34
  • 4.2.2 微量元素测试34-35
  • 4.2.3 烧失量的测定35-36
  • 4.3 全岩Sr-Nd-Hf同位素分析36-40
  • 第五章 内蒙古中部中-新生代火山岩地球化学40-70
  • 5.1 中生代火山岩地球化学40-45
  • 5.2 新生代火山岩地球化学45-70
  • 第六章 内蒙古中部新生代玄武岩的成因70-83
  • 6.1 地壳混染和岩浆演化70-73
  • 6.1.1 地壳混染70-72
  • 6.1.2 结晶分异作用72-73
  • 6.2 岩浆源区及部分熔融73-76
  • 6.3 岩浆源区中洋壳的贡献76-78
  • 6.4 源区的地幔交代作用78-80
  • 6.5 对集宁和阿巴嘎部分样品高87Sr/86Sr的解释80-82
  • 6.6 对OIB和E-MORB成因的指示意义82-83
  • 第七章 四子王旗早白垩世火山岩的成因83-92
  • 7.1 地壳混染与结晶分异对四子王旗早白垩世火山岩地球化学组成的影响83-84
  • 7.2 熔体交代的岩石圈地幔源区84-86
  • 7.2.1 岩浆源区84-85
  • 7.2.2 关于交代介质的性质85-86
  • 7.3 华北克拉通西部地块晚中生代以来岩石圈演化86-92
  • 第八章 内蒙古中部中-新生代火山岩的成因模式92-99
  • 8.1 内蒙古中部中生代岩浆活动深部动力学机制92-95
  • 8.2 内蒙古中部新生代岩浆活动深部动力学机制95
  • 8.3 内蒙古中部中-新生代火山岩的成因模式95-99
  • 第九章 结论99-101
  • 9.1 主要结论99-100
  • 9.2 研究展望100-101
  • 参考文献101-113
  • 在学期间科学研究及成果113-115
  • 致谢115-116

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈上越,张保民,魏启荣,刘祥品;金沙江带洋脊-准洋脊火山岩特征研究[J];特提斯地质;1994年00期
2 丁天府;新疆火山岩分区及其地质意义[J];新疆地质;1998年01期
3 袁峰,周涛发,岳书仓;阿尔泰诺尔特地区火山岩岩石地球化学特征及构造背景[J];地质地球化学;2001年02期
4 史连昌,郭通珍,杨延兴,保广普;可可西里湖地区新生代火山岩同位素地球化学特征及火山成因、源区性质讨论[J];西北地质;2004年01期
5 林振盛;黄水兴;王国金;何文兴;;永泰—德化地区各类火山岩的判别函数[J];福建地质;1988年03期
6 陶奎元;中国东部火山岩带特性与碰撞—伸展复合动力学框架[J];火山地质与矿产;1994年03期
7 王碧香,杨岳清,史仁灯,银剑钊,石森;中国火山岩地区金的成矿环境及分布规律[J];矿床地质;1997年01期
8 周家志;寿昌-临浦火山岩带特征及成岩环境[J];华东地质学院学报;1997年03期
9 曾广策,肖玉永;四川冕宁茶铺子火山岩及其含矿性[J];华南地质与矿产;1998年01期
10 沈上越,冯庆来,刘本培;三江地区南澜沧江带火山岩构造岩浆类型[J];矿物岩石;2002年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹从周;;辽西地区侏罗纪火山岩特征[A];中国地质科学院沈阳地质矿产研究所文集(3)[C];1982年
2 迟效国;李才;金巍;;藏北新生代过碱性钾质-超钾质火山岩的成因及地质意义[A];青藏高原及邻区地质与资源环境学术讨论会论文摘要汇编[C];2003年
3 孟磊;申萍;沈远超;刘铁兵;;新疆谢米斯台地区中段火山岩岩石学、地球化学及其含矿性研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所第十届(2010年度)学术年会论文集(中)[C];2011年
4 邱检生;蒋少涌;张晓琳;胡建;;大别-苏鲁聚合带南北二侧晚中生代富钾火山岩的成因:微量元素及Sr-Nd-Pb同位素制约[A];同位素地质新进展:技术、方法、理论与应用学术研讨会论文(摘要)集[C];2003年
5 朱勤文;沈上越;杨开辉;薛迎喜;;澜沧江带火山岩构造-岩浆类型与特提斯演化[A];青藏高原地质文集(21)——“三江”论文专辑[C];1991年
6 赵勇伟;樊祺诚;;中国东北钾质火山岩带成因模式[A];中国矿物岩石地球化学学会第14届学术年会论文摘要专辑[C];2013年
7 江东辉;刘嘉麒;丁林;;青藏高原北部可可西里地区新生代钾质火山岩地球化学特征及成因[A];中国科学院地质与地球物理研究所2008学术论文汇编[C];2009年
8 陈志广;张连昌;万博;;内蒙古满洲里晚侏罗世火山岩年代学和地球化学特征[A];2006年全国岩石学与地球动力学研讨会论文摘要集[C];2006年
9 邵济安;周新华;赵谊;;试论五大连池富钾质火山岩-地震活动——大陆裂谷带的深部背景[A];中国矿物岩石地球化学学会第13届学术年会论文集[C];2011年
10 邱检生;胡建;;郯庐中南段晚中生代富钾火山岩:源区性质与深部过程[A];火山作用与地球层圈演化——全国第四次火山学术研讨会论文摘要集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者 滕艳 特约记者 曹菲;大兴安岭火山岩带不属于太平洋板块[N];地质勘查导报;2007年
2 ;锁定大兴安岭超大型铜金矿[N];中国黄金报;2006年
3 记者 滕艳 王建 特约记者 玄长有;大兴安岭及以西地带定能找到超大型铜金矿[N];地质勘查导报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 郭鹏远;内蒙古中部地区中—新生代火山岩的成因[D];兰州大学;2015年
2 杨峰平;松辽盆地徐家围子断陷火山岩及天然气成藏研究[D];中国地质大学(北京);2005年
3 杨运军;北祁连武松塔拉一带奥陶纪火山岩特征及其构造意义[D];中国地质大学(北京);2015年
4 吴小奇;新疆北部卡拉麦里缝合带后碰撞构造岩浆作用及其对火山岩油气成藏的制约[D];中国科学技术大学;2010年
5 董春艳;藏北羌塘新生代高Mg~#钾质火山岩的成因研究[D];吉林大学;2006年
6 马全华;辽河盆地东部凹陷欧利坨子地区特殊储层评价技术研究[D];中国地质大学(北京);2008年
7 夏萍;滇东南马关地区新生代富钾火山岩和幔源包体的地球化学特征及其深部动力学意义[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于文龙;岩浆岩成分对稀土元素分配系数的影响[D];中国地质大学(北京);2015年
2 纪文涛;西准噶尔托里地区含铀火山岩年代学、地球化学研究[D];中国地质大学(北京);2015年
3 贠杰;西昆仑北带晚古生代火山岩成因及构造背景研究[D];中国地质大学(北京);2015年
4 丛斌;西藏安多地区白垩纪火山岩地球化学特征及地质意义[D];中国地质大学(北京);2015年
5 肖光武;新疆塔中二叠纪火山岩及时空分布特征[D];成都理工大学;2009年
6 王硕;澜沧江南带三叠纪火山岩岩石学、地球化学、年代学特征及其构造意义[D];中国地质大学(北京);2011年
7 纪伟强;吉黑东部中生代晚期火山岩的年代学和地球化学[D];吉林大学;2007年
8 黄皓;北淮阳白垩纪火山岩的年代学和地球化学研究[D];中国地质科学院;2012年
9 张虎;云南南澜沧江构造岩浆带早侏罗世后碰撞火山岩研究[D];昆明理工大学;2005年
10 王对兴;大庆油田徐家围子地区火山岩岩石学特征及形成环境研究[D];中国地质大学(北京);2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026