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《中国地质科学院》 2013年
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扬子北缘新元古代中期(825-725Ma)地层格架与盆地演化研究

邓奇  
【摘要】:华南被认为保存了全球最完整的新元古代中期(830~720Ma)与Rodinia超大陆早期裂解相关的沉积记录和岩浆活动,是该时期地质研究的重要载体,其重要表现即为扬子地块周缘沉积的一套侧向延伸不连续、底界面不等时的“楔状地层”及同期侵入或喷发的岩浆岩。深入了解这套“楔状地层”的形成演化过程及其同期岩浆岩的性质(特别是能够代表岩浆成分,具有明确的构造及地球动力学意义的玄武质岩石),对于华南新元古代盆地性质、盆地动力学机制及其与Rodinia超大陆裂解的关系都有重要意义。目前华南新元古代地质研究的主要进展集中在与扬子东南缘和西缘盆地演化有关的沉积学、岩浆岩元素地球化学和同位素年代学等研究领域中,而扬子北缘这些方面的研究则相对较薄弱。应该指出的是,扬子北缘与秦岭造山带毗邻,是连接扬子克拉通内部与秦岭造山带的纽带,在中国区域构造格局中占有重要地位。因此,开展扬子北缘新元古代沉积学、同位素年代学及元素地球化学研究,是解决和探讨上述问题的关键。本文在野外详细的地质调查基础上,通过系统的沉积学、同位素年代学、主微量元素地球化学和锆石Hf同位素综合研究,获得了以下几点新的认识:(1)对采自扬子北缘花山群玄武岩与西乡群大石沟组和三郎铺组的凝灰岩分别进行了SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年。结果表明,花山群六房咀组玄武岩形成于(824±9)Ma,而西乡群大石沟组和三郎铺组的凝灰岩年龄分别为(789.0±4.4)Ma (MSWD=0.66)和(760.4±4.5)Ma(MSWD=0.43)。根据已有的资料分析,西乡群的底界年龄约为820 Ma,其与下伏三花石群分别代表了2个不同的构造-沉积旋回。(2)野外地质调查与剖面沉积相分析表明,前人所描述的“马槽园砾岩”实际上为白云岩化内碎屑颗粒灰岩,而不是底砾岩,“马槽园砾岩”与下伏地层呈沉积侵蚀整合接触关系,因此,马槽园群与神农架群之间所谓的“角度不整合”及其所代表的“神农运动”是不存在的。马槽园群主体由碳酸盐混积陆棚沉积相组合与碳酸盐台地沉积相组合构成,碳酸盐台地斜坡-水道重力流沉积构成了“马槽园砾岩”,其沉积序列中,底冲刷、滑塌包卷构造、叠瓦状构造、逆粒序、透镜状充填沉积等斜坡水道重力流沉积构造发育;而混积内陆棚及台地边缘浅滩相沉积序列中,交错层理、波状层理、平行层理、沙纹层理及正粒序层理发育。对取自马槽园群八里垭组的上部凝灰岩锆石和顶部砂岩碎屑锆石分别进行了SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,结果表明,凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为1157±19Ma(MSWD=1.8),与碎屑锆石所限制的下限年龄(1180Ma)一致,因此,马槽园群地层的沉积时代为中元古代,而非新元古代。碎屑锆石年龄主要集中在1.16~1.26 Ga和2.60~2.95 Ga两个时间段,其中~2.6Ga是最显著的峰值年龄,说明该时期可能是扬子地块地壳增生演化的重要时期。(3)综合本文和前人的研究结果,重新厘定了扬子北缘新元古代中期地层格架。可以确定,扬子北缘铁船山组、花山群和西乡群下部孙家河组可与扬子东南缘湘北板溪群下段及其相当地层(如黔东南下江群下段、桂北丹洲群下段、浙北河上镇群下段等)、扬子西缘陆良组下段进行对比,均代表了华南新元古代盆地开启的底部沉积。而扬子北缘莲沱组、西乡群下部大石沟组和三郎铺组可与扬子东南缘板溪群上段及其相当地层、扬子西缘澄江组、苏雄组和开建桥组进行对比,它们的沉积时限为800~725 Ma。(4)在重新厘定地层格架的基础上,通过古流向、成因相和环境相的分析,首次恢复了扬子北缘新元古代中期岩相古地理。在板溪期早期,整个扬子北缘地区主体为造山后隆起剥蚀区,主要发育规模较小的汉南-碑坝火山岩盆地和花山断陷盆地。在板溪群晚期,襄樊-广济断裂以南的古隆起剥蚀区分别向南北提供物源,南侧的南华裂谷盆地主要发育向北超覆的莲沱组移地滨岸相沉积,而扬子北缘主裂谷系应发育于襄樊-广济断裂以北,即武当-随县裂谷盆地。(5)对扬子北缘大洪山地区花山群六房咀组的玄武岩进行了岩石地球化学和锆石Hf同位素研究。研究表明,它们属于亚碱性拉斑岩石系列,总体上略微富集轻稀土,不同程度亏损高场强元素Nb、Ta和Ti,与扬子西北缘碧口群和铁船山组以及Siberia大陆溢流玄武岩的微量元素原始地幔标准化分配型式非常相似。通过岩石成因分析认为,岩浆在上升过程中经历了一定程度的分离结晶作用,但并未受到地壳的明显混染。特征元素比值及锆石负的Hf值(εHf(t)=-6.6~2.6)显示,玄武岩的母岩浆可能来自富集性的岩石圈地幔,而不是类似N-MORB的亏损地幔。地球化学和区域地质特征综合分析表明,玄武岩形成于板内裂谷,而非岛弧和洋盆环境。结合区域同期基性火山岩特征,作者认为花山群玄武岩是由地幔柱导致的大陆溢流玄武岩的残余。(6)对华南126个新元古代中期岩浆岩年龄数据的统计研究表明,华南新元古代的岩浆活动初步显示有三幕的特征,它们的峰值年龄分别约为825 Ma、795 Ma和760Ma,其中以前两期最为明显,分别标志着裂谷盆地的开启和全面打开。本文报道的大石沟组和三郎铺组凝灰岩,以及花山群玄武岩分别代表了上述三期幕式岩浆活动,它们不仅是华南新元古代幕式岩浆活动的一部分,也与华南新元古代裂谷盆地的形成密切相关。(7)基于本文的研究,结合与澳大利亚在沉积盆地记录和岩石地球化学等方面的相似性,本文支持华南位于澳大利亚东南部的Rodinia超大陆重建模式,并在Rodinia超大陆的大背景下,提出了华南古大陆聚合与裂解的演化特征,即在1000-900 Ma期间,澳大利亚与扬子北缘发生陆陆碰撞,而此时的东南缘仍是一个俯冲的活动大陆边缘。大约830Ma,扬子地块与华夏地块发生聚合(只是俯冲增生而没有碰撞造山),华南地块形成。随后超级地幔柱冲击华南岩石圈底部(-825Ma),并导致岩石圈沿着早期的薄弱带发生裂解,形成华南新元古代裂谷盆地。
【学位授予单位】:中国地质科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P534.3;P548

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