中国大陆科学钻探工程主孔3000-3500米片麻岩的地球化学性质及其成因机制

【摘要】： 内容提要:中国大陆科学钻探工程主孔3000-3500m揭示的岩石类型以正、副片麻岩为主,夹少量的榴辉岩、片岩及斜长角闪岩。岩相学特征表明正片麻岩为含石榴钾长花岗质片麻岩、黑云钾长(二长)花岗质片麻岩、多硅白云母钾长(二长)花岗质片麻岩、含磁铁矿钾长(二长)花岗质片麻岩、含角闪石钾长花岗质片麻岩、二云钾长(二长)花岗质片麻岩、含磁铁矿二云二长花岗质片麻岩、含石榴黑云二长花岗质片麻岩及基本不含暗色矿物的钾长花岗质片麻岩。副片麻岩为绿帘黑云斜长(二长)片麻岩、绿帘黑云角闪斜长片麻岩、含石榴绿帘黑云斜长(二长)片麻岩、含石榴黑云斜长(二长)片麻岩、角闪黑云斜长(二长)片麻岩、含石榴石白云母斜长片麻岩、黑云斜长(二长)片麻岩、角闪绿帘黑云斜长片麻岩、多硅白云母斜长(二长)片麻岩、二云斜长(二长)片麻岩、含石榴二云二长片麻岩、含磁铁矿二长片麻岩、含磁铁矿黑云二长片麻岩。 地球化学研究结果表明正片麻岩的SiO2含量普遍偏高,为73.56%-79.01%,Al2O3含量为10.49%-13.75%;TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO的含量明显偏低,其中Fe2O3为0.26%-2.56%,FeO为0.09%-1.13%,MgO为0.01%-0.63%;岩石明显富含Na2O、K2O,强烈贫钙,Na2O+K2O的含量为6.20%-9.15%,K2O的含量为1.26%-5.67%,CaO的含量为0.08%-1.59%。正片麻岩的稀土和微量元素地球化学特征表现为Eu呈中等-强烈的负异常,弱-明显的轻重稀土分馏,强烈富集大离子亲石元素K、Rb、Th,高场强元素Ti、Ta和Nb表现为明显的负异常,而Hf和Zr则为明显正异常。3000-3500m花岗质片麻岩的原岩具A型花岗岩的特征,形成于大陆裂谷环境,记录了Rodinia超大陆裂解时苏鲁地区的花岗岩浆事件,表明新元古代晚期扬子板块北缘的构造属性为大陆裂谷环境。中国大陆科学钻探工程主孔3000-3500m副片麻岩SiO2含量相对偏低,且变化范围大,Al2O3、FeO、Fe2O3、MgO和CaO的含量明显高于正片麻岩,其中SiO2含量为55.38%-78.5%,Al2O3的含量为10.99%-20.09%,FeO的含量为0.4%-6.04%,Fe2O3的含量为0.14%-3.86%,MgO的含量为0.05%-4.83%,CaO的含量为0.22%-7.39%。稀土和微量元素的特征表明副片麻岩Eu异常差别大,存在从强烈到中等再到弱的负或正异常,与正片麻岩明显不同,稀土含量变化大。虽然多数副片麻岩的Ti、P呈明显的负异常,但其异常幅度明显小于正片麻岩。副片麻岩的原岩具有多种来源,部分可能为形成于板内或火山弧环境酸性火山碎屑岩,部分为形成于弧前(弧后)盆地或大陆边缘的走滑盆地的含泥质的长石石英砂岩。 正、副片麻岩锆石微区记录了详细的年代学信息,其中正片麻岩的锆石核部206Pb*/238U年龄大于750Ma,表明花岗岩原岩形成于新元古代;副片麻岩的锆石核部206Pb*/238U年龄为659-313Ma,表明原岩继承性碎屑锆石来源的复杂性。正、副片麻岩的含柯石英包体的锆石幔部206Pb*/238U年龄加权平均值分别为227±2Ma、228±5Ma,表明超高压峰期变质发生在晚三叠纪。正、副片麻岩的锆石边部206Pb*/238U年龄加权平均值分别为209±3Ma、213±6Ma,代表了苏鲁地体折返过程中的角闪岩相退变质年龄。正片麻岩的锆石微区年代学特征证明了正片麻岩是新元古代花岗岩原岩经历了超高压变质和角闪岩相退变质的产物,不是榴辉岩和副片麻岩发生“部分熔融”和“钾交代”的产物。而副片麻岩的锆石微区年代学信息证明了苏鲁地体中发育有古生代沉积盖层,并与元古代花岗岩一起经历了深俯冲、超高压变质和快速折返过程中经历角闪岩相退变质。