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《中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)》 2019年
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中国阿尔泰增生杂岩深熔:对区域志留—泥盆纪花岗岩质岩石成因及大陆地壳演化的启示

黄艳琼  
【摘要】:中亚造山带是地球上最大的显生宙增生型造山带。位于其腹地的阿尔泰地区经历了由奥陶纪增生楔向泥盆纪造山带的属性转变,也记录了该区域活动大陆边缘增生杂岩向成熟大陆地壳转化的重要信息。然而,有关阿尔泰地区大陆地壳成熟化的机制尚不清楚。中国阿尔泰地区出露大量志留-泥盆纪的花岗岩类岩体(占区域露头面积45%以上),它们就位于区域最老和分布最广泛的奥陶纪增生杂岩(哈巴河群)之中。前人研究表明,哈巴河群增生杂岩在泥盆纪发生了广泛的深熔作用,且这些杂岩在地球化学上与区域志留-泥盆纪花岗岩类有诸多相似之处。因此,探究哈巴河群深熔作用与花岗岩类的成因关联,对理解阿尔泰地区大陆地壳形成与演化至关重要,对探究活动大陆边缘增生杂岩是否及如何最终转换成成熟大陆的一部分这一科学问题有着重要意义。本文从增生杂岩深熔作用与花岗岩类成因关联入手,以中国阿尔泰造山带内奥陶纪增生杂岩及志留-泥盆纪的花岗岩类为主要研究对象,通过野外地质观测、变质作用相平衡模拟、地球化学对比等多学科融合的技术手段,开展了综合研究。研究发现哈巴河群主要由长英质碎屑组分与富含火山物质的组分所组成。哈巴河群增生杂岩深熔与区域内花岗岩类的形成密切相关,以形成片麻岩-混合岩-花岗岩穹隆为典型特征。空间上,花岗岩类占据穹隆的核部,片麻状哈巴河群变质岩主要分布在穹隆的边部,两者之间是不同程度混合岩化的哈巴河群变质岩,且部分熔融程度沿穹隆边部向中心依次递增。地球化学分析表明哈巴河群长英质组分的地球化学特征表现出与杂砂岩相类似的特征,其微量元素则表现出与岛弧岩浆相似的富集大离子亲石元素而亏损高场强元素的特征。富含火山物质的组分表现出玄武质-玄武安山质(SiO_2含量为46.30~52.56 wt.%)的化学成分;它们具有中高程度的Al_2O_3含量(13.69~17.15 wt.%),及较高的Na_2O+K_2O值(3.13~5.35 wt.%);微量元素组成与长英质组分类似,但没有明显的Eu的负异常,且稀土元素配分模式比较平缓。志留-泥盆纪花岗岩类主要由黑云母花岗闪长岩和花岗岩(约占85%)和含角闪石花岗闪长岩及英云闪长岩(约占15%)组成。两者均表现出钙碱性和过铝质-弱过铝质特征,其微量元素均显示出明显的岛弧相关特征。总体上,整体花岗岩类化学成分可以与来自变质杂砂岩部分熔融形成的熔体相类比。系统的Nd同位素对比发现,哈巴河群长英质组分的ε_(Nd)(400Ma)值的分布范围主要集中在-6.1~+2.6,T_(2DM)模式年龄的范围为0.9~1.6 Ga;火山质组分的ε_(Nd)(400Ma)范围为+4.1~+9.1,T_(2DM)模式年龄主要集中在0.6~0.8Ga之间。相比之下,志留-泥盆纪花岗岩类的ε_(Nd)(400Ma)值分布范围为-4.2~+4.8,T_(2DM)模式年龄的范围为0.8~1.5 Ga。换句话说,花岗岩类的Nd同位素数据正好落在哈巴河群两端元的组分之间。在前人工作基础上,本论文对哈巴河群中基性火山质组分开展了热力学相平衡模拟研究,结果表明在区域变质温压条件之下,这些组分可以发生部分熔融并产生大量熔体(最高可至40 vol.%),且熔体成分与区域内含角闪石花岗闪长岩成分非常类似。根据模拟结果,进一步计算了所得熔体的微量元素组成,发现其与含角闪石花岗闪长岩和英云闪长岩的微量元素组成特征明显相似。结合区域现有资料,我们的研究发现:哈巴河群增生杂岩深熔与区域内志留纪-泥盆纪花岗岩类岩石存在明显的时空关联,在地球化学特征上也表现出明显的相似性;Nd同位素对比也说明哈巴河群岩石的深熔可以产生区域花岗岩类岩石的同位素特征;而对哈巴河群长英质组分和火山质组分的热力学模拟结果则表明,前者产生的熔体可以与区域内占主要的黑云母花岗闪长岩和花岗岩类比,而后者则能产生成分与区域内处次要地位的含角闪石花岗闪长岩和英云闪长岩相似的熔体;微量元素模拟所得结果也进一步说明了二者之间的成因关联。由此我们对区内花岗岩质岩石提出新的成因模型,即:来源于富集新生物质的哈巴河群重熔。基于这一模型,本论文对研究区志留-泥盆纪花岗岩类中普遍存在的Nd-Hf解耦现象进行了重新审视。通过对哈巴河群现有的及新获得的Nd-Hf同位素数据进行分析,发现哈巴河群也存在显著的Nd-Hf同位素解耦。这一特征说明,花岗岩类的Nd-Hf同位素解耦主要继承了其岩浆源区即哈巴河群Nd-Hf同位素特征。本论文的研究进一步表明具有岛弧特征的花岗岩类可以通过增生杂岩的重熔形成,而简单堆积于活动陆缘的沉积物可以通过深熔作用转变成为成分分异明显的成熟大陆地壳,这可能是增生型造山带大陆地壳成熟化的又一重要机制。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:P534.4;P588.121

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【参考文献】
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