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华北克拉通主要变质核杂岩晚中生代花岗岩时代、成因类型对比及意义

欧阳志侠  
【摘要】: 中生代以来,东亚大陆特别是华北克拉通发生了大规模的地壳伸展,变质核杂岩是这期地壳伸展作用的典型代表。伸展作用与岩浆活动间的时空密切关系是绝大多数变质核杂岩的特征,几乎所有变质核杂岩的核部都有不同时期的花岗质岩体侵入。目前,对这些花岗岩的年代学格架、岩石组合类型、成因演化缺乏系统研究和综合分析对比,特别是与变质核杂岩的关系不是很清楚,对整个伸展与岩浆事件的关系还缺乏总体的认识。开展这些研究和探讨无疑可以对全面了解变质核杂岩的发育时限和形成过程提供新的资料和有价值参考。 本文选取华北克拉通的云蒙山、娄子店、医巫闾山和辽南四个主要变质核杂岩中的晚中生代花岗岩为研究对象,在前人工作的基础上,通过对这些花岗岩的变形特征、锆石U-Pb年代学、主量、微量元素地球化学的综合分析和对比研究,取得一些成果。 1)获得新的锆石U-Pb年龄:利用LA-MC-ICPMS锆石U-Pb方法获得云蒙山变质核杂岩北部冯家峪岩体的年龄为126.6±1.8Ma、西白莲峪环状岩体内环的年龄为122.5±1.8Ma、柏岔岩体年龄为127.4±1.2Ma,这些岩体切过围岩的区域性面理和线理且岩体本身未发生变形,它们的年龄可能代表云蒙山变质核杂岩活动的上限。利用SHRIMP锆石U-Pb方法获得娄子店变质核杂岩核部安家营子岩体年龄为124.8±2.4Ma、马鞍山岩体的年龄为155.9±1.6Ma,进一步确认这两个岩体形成于晚中生代;利用LA-MC-ICPMS锆石U-Pb方法获得娄子店地区原1:5万区域地质调查报告中为晚中生代岩体的年龄在204-232Ma之间,表明这些岩体形成于早中生代,并不是原来认为的晚中生代。利用SHRIMP锆石U-Pb方法获得辽南变质核杂岩金州拆离断层中糜棱岩化花岗岩脉的年龄为129±2Ma,限定了辽南变质核杂岩活动的下限。 2)根据收集的前人资料和实测年龄,初步建立了各个核杂岩的花岗岩演化年代学格架,变质核杂岩中晚中生代花岗岩主要发育于175-113Ma,其中大致可以分为三期:175-141Ma、135-120Ma和113Ma左右,其中,165-150Ma、130-120Ma为两个明显的峰期。 通过主量、微量地球化学的系统研究和对比确定变质核杂岩中晚中生代花岗质岩石具有相似性,岩石组合主要为钾长花岗岩-二长花岗,普遍显示准铝质-弱过铝质、高钾钙碱性、高Sr花岗岩的特点;稀土元素总体显示轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,不具明显负铕异常;微量元素表现出相对富集LREE、LILE元素和亏损HFSE,具有Ta-Nb-Ti负异常。其中早期(175-141Ma)花岗岩较晚期(135-123Ma)的高硅、富碱(K2O+Na2O)、铝质指数(A/CNK或ASI)高;早期花岗岩显示为铁质,晚期的则为镁质;晚期花岗岩的稀土元素总量和微量元素总量较早期的高且稀土元素分馏更明显。 核杂岩中的晚中生代花岗岩主要为I型花岗岩、I-A过渡型花岗岩,还有少量S型花岗岩。早期花岗岩显示S-I型花岗岩的过渡特征,晚期花岗岩显示I-A型过渡的特征。能反映源区性质的Nb/La、Nd/Th、Ti/Y值、Ti/Zr、Nb/Ta和Zr/Hf值大部分位于幔源岩石值和陆壳岩石值之间,变化范围较大。结合前人资料初步判断研究区晚中生代花岗岩并不是单一的源区,源区应该有幔源组分也有壳源组分的参与。这些特征为变质核杂岩挤压增厚—松驰—熔融—伸展垮塌的成因机制提供了佐证。 3)初步研究和总结了这些花岗岩的变形特征,通过强变形岩体与不变形岩体的年代学研究,大致限定不同核杂岩伸展的时限:云蒙山变质核杂岩活动的时限应在144-123Ma之间;娄子店变质核杂岩活动的时限应该在150-124Ma之间;医巫闾山变质核杂岩的活动时限在163-123Ma之间;辽南变质核杂岩的活动时限在129-113Ma之间。该研究为全面了解伸展构造发育的历史,限定地壳伸展时限以及为精确限定岩石圈及地壳减薄以及克拉通破坏的时限提供构造新证据。 4)综合上述研究,可以进一步证实前人认识,即165-150Ma的花岗岩浆活动可能是在地壳加厚背景下发生的,深部地壳减薄可能开始于150Ma,在130Ma-110Ma达到峰期,以变质核杂岩的快速隆升和区域上A型花岗岩的出现为特征。研究区165-120Ma之间均有高Sr低Y的花岗岩岩浆活动,前期165-150Ma,可能与挤压推覆造成的加厚地壳有关,加厚的地壳使地温梯度增加,增温的下地壳发生部分熔融,岩浆混合使早期的花岗岩部分具有S-I过渡型花岗岩的特征;150-120Ma,虽然深部地壳已经开始强烈的减薄过程,仍然可以产生来源于较深地壳层次的花岗质岩浆,部分地区由于地壳厚度的不均一性,产生A型花岗岩;125Ma左右,随着变质核杂岩的冷却抬升和剥蚀,可能开始伴随有深部幔源岩浆底侵,A型花岗岩大量出现。


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