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华北板块北缘中段早古生代造山带演化与时限约束

李长海  
【摘要】:中亚造山带作为显生宙以来规模最大的增生型造山带,记录了复杂的俯冲、碰撞等造山过程。兴蒙造山带位于中亚造山带东段,主要包括了中国东北和内蒙古中西部的广大地区。华北板块北缘中段作为兴蒙造山带的重要组成部分,是理解古亚洲洋早古生代俯冲、碰撞和造山过程的关键窗口。为了解和阐明该区早古生代演化过程,本文对区内包括温都尔庙俯冲增生杂岩和白乃庙岛弧带在内的几个重要构造单元进行了详细的岩浆岩锆石U-Pb年代学、全岩地球化学以及锆石Lu-Hf同位素研究。结合前人研究成果,对区内早古生代演化和关键地质问题进行探讨,并提出了新的认识。(1)温都尔庙俯冲增生杂岩与洋内弧形成温都尔庙俯冲增生杂岩为一套蛇绿混杂岩,主要构造单元包括早古生代温都尔庙群、晚寒武世超基性岩、晚寒武世-早奥陶世斜长角闪岩和奥陶纪奥长花岗岩。本文新获得了斜长角闪岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和年龄为470.5±1.1 Ma,表明其侵位时代为早奥陶世晚期。Lu-Hf同位素分析结果显示其ε_(Hf)(t)值在3.8-9.1之间,一阶段模式年龄(T_(DM1))在716-923 Ma之间。结合地球化学分析结果,斜长角闪岩原岩为辉长岩或角闪辉长岩,岩浆源区是受俯冲板片熔体和流体共同改造的亏损地幔楔部分熔融形成的,同时受到大陆地壳物质的混染。奥长花岗岩给出了464±11 Ma的加权平均年龄,表明其侵位时代为中奥陶世。锆石Lu-Hf分析结果显示其ε_(Hf)(t)值介于10.0~13.8之间,T_(DM2)在601~945 Ma之间。结合地球化学特征,其为西湾型埃达克质花岗岩,岩浆源区为俯冲板片的部分熔融。该杂岩中的超基性岩地球化学结果显示出其受到过俯冲板片流体改造,具有SSZ型蛇绿岩的特征。上述结果表明,温都尔庙混杂岩中包括了由洋内俯冲所形成的组分,代表有洋内弧的形成。结合前人研究成果,温都尔庙洋内俯冲和洋内弧的发育可能起始于~490 Ma,俯冲诱发原因可能是洋壳内物质密度差异。(2)白乃庙岛弧早古生代岩浆作用特征本文对白乃庙岛弧上晚奥陶世和志留纪岩浆岩进行了系统采样和分析。其中,郭来半呼都格石英闪长岩年龄为448±0.9 Ma,形成时代为晚奥陶世。其ε_(Hf)(t)值介于1.7~6.9之间,T_(DM2)在1215~1685 Ma之间。地球化学特征显示其岩浆源区是俯冲环境下新生地壳部分熔融形成的,岩浆演化过程中经历了斜长石分异结晶。早志留世英云闪长岩年龄为434±4 Ma,ε_(Hf)(t)值介于-0.7~5.1之间,T_(DM2)在1368~1893 Ma之间。地球化学分析结果显示其具有埃达克质岩浆岩特征,起源于俯冲环境下加厚新生地壳的部分熔融。中晚志留世英云闪长岩和二长花岗岩的年龄在423-429 Ma之间,ε_(Hf)(t)值介于-0.9~8.2之间,T_(DM2)在1255~1741 Ma之间。地球化学特征显示中晚志留世岩浆岩具有埃达克质岩的特征,岩浆源区包括俯冲板片和加厚下地壳部分熔融。结合前人研究成果,研究区内古亚洲洋俯冲起始时间可能在~520 Ma,早古生代古亚洲洋俯冲为“前进型”,使得白乃庙岛弧基底不断加厚,岩浆源区形成压力不断升高,导致埃达克质岩浆岩的形成。(3)古亚洲洋俯冲极性与白乃庙岛弧基底特征和属性白乃庙岛弧上志留纪岩浆岩从北到南地球化学特征显示其由正常岛弧岩浆作用向埃达克质岩浆作用转变,暗示从北向南地壳厚度和洋壳俯冲深度在不断加大,从而表明古亚洲洋应该向南俯冲于白乃庙岛弧之下。白乃庙岛弧早古生代岩浆岩源区显示新生地壳特征,且T_(DM2)集中在1.0-1.8 Ga之间,表明白乃庙岛弧具有以中元古代新生地壳为特征的基底。四平黄岭地区~1.4 Ga花岗闪长岩和英云闪长岩为白乃庙岛弧存在中元古代基底提供了直接证据。该花岗质岩浆岩可能与劳伦-波罗的古陆具有亲缘性,为白乃庙岛弧的外来基底物质。根据华北克拉通前寒武纪演化过程,中元古代期间(1.8-1.0 Ga)华北克拉通以伸展状态为主,在这一过程中其北缘可能有中元古代新生地壳垂向生长。在新元古代(~900 Ma)持续裂解过程中,部分古老地壳物质和中元古代新生地壳物质可能从华北克拉通北缘裂解出去成为相对独立的块体,但这一裂解过程并没有伴随大规模洋壳的形成。因此,白乃庙岛弧应该为日本型岛弧,其基底来源可能较为复杂,既有华北克拉通北缘裂解出去的古老地壳物质和中元古代新生地壳和,也有外来中元古代新生地壳物质加入。(4)华北板块和冈瓦纳超大陆的关系白乃庙岛弧上早古生代弧后沉积地层中具有1.2-0.6 Ga的碎屑锆石年龄峰值,华北板块缺乏上述时间段的岩浆活动,因此前人认为上述物源可能来自华北板块之外。通过前人地层学、古生物学和古地磁研究结果,本文认为华北板块早古生代期间位于东北冈瓦纳边缘,印度板块北部、澳大利亚板块、塔里木板块和中亚造山带中其他微陆块可能为华北板块弧后盆地提供了1.2-0.6 Ga的碎屑锆石。(5)早古生代晚期弧陆碰撞与泥盆纪造山后伸展白乃庙岛弧和华北克拉通北缘碰撞造山过程起始于~420 Ma,可能持续到~410Ma,温都尔庙洋内弧也可能在这个过程中拼贴在白乃庙岛弧北侧。白云鄂博群尖山组石榴石白云母片岩中同构造白云母给出了412±3 Ma的~(40)Ar-~(39)Ar坪年龄,表明在华北克拉通内部也记录了此次碰撞造山事件。早泥盆世晚期进入造山后伸展阶段,白云鄂博群尖山组和侵入白云鄂博群中花岗岩的白云母~(40)Ar-~(39)Ar坪年龄在397-389 Ma之间,记录了此次伸展抬升的构造热事件。同时,在华北板块北缘发育有一条东西向的泥盆纪碱性岩浆岩带,根据泥盆纪碱性岩和构造热年代学记录呈带状的空间展布规律,本文认为俯冲板片断离为泥盆纪造山后伸展的动力学机制。


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