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华南东南部晚古生代构造演化:来自岩浆岩及沉积岩的证据

沈林伟  
【摘要】:晚古生代(海西或华力西)造山运动在全球均有广泛发育,但是在华南板块内部晚古生代构造热事件的影响很少被报道。近年来,在华南东南部陆续发现少量晚古生代的岩浆活动和变质作用,而且在许多二叠-侏罗纪的沉积岩中发现了大量晚古生代的碎屑锆石。那么,目前急待解决的科学问题是:1、华南是否存在更加广泛的海西期的岩浆和/或变质作用?2、如存在,它们的分布如何?是在什么样的构造背景下发生的?是板块碰撞,陆内造山,板内裂谷,还是板块俯冲?3、海西期构造热事件在华南的起始的时间和结束的时间;4、华南的海西期构造热事件又是如何与早古生代(加里东期)和早中生代印支期的构造热事件衔接和转换的?本次研究开展了对出露于福建东部的海西-印支期岩浆岩、侏罗纪沉积岩以及海南岛中部的海西-印支期岩浆岩进行详细的岩石学、地球化学、同位素年代学等研究,揭示了海西-印支期的构造事件对华南板块的影响,并最终提出华南板块晚古生代的构造演化模型。本次研究在福建省东北部的周宁地区发现了晚石炭世(317 Ma)的戴溪-五凤楼花岗岩和早三叠世(247Ma)的后章岩体。戴溪-五凤楼花岗岩具有高的K2O(4.01-6.54 wt%),A/CNK(1.02-1.34),和高 87Sr/86Sr(0.7094-0.7160)和δ18O(12.7-14.0‰),以及低的εNd(t)(-8.87~-6.31)和低的εHf(t)(-8.1~-1.9)。与周围出露的基底变质岩的岩石组成和同位素成分的对比表明该S型花岗岩是由新元古代变质沉积岩部分熔融形成。较高的形成温度指示有额外热量的加入。结合晚石炭纪的亚洲东部的构造环境,推测部分熔融是由于古太平洋俯冲后撤引起的弧后拉张环境下幔源热流加入引起的。后章岩体由二长闪长岩和二长花岗岩组成。二长闪长岩为橄榄安粗岩质,以高的K,Ni,Cr和Mg#值为特征,而二长花岗岩为埃达克质,以高的Sr/Y,(La/Yb)n,低的Y,Yb含量为特征。二类岩石具有相似的ISr(0.7085-0.7087),εNd(t)(-5.92~-5.34)和εHf(t)(-7.5~-2.5)值。地球化学特征表明二长闪长岩的原始岩浆起源于遭受过俯冲流体交代的富集地幔。而二长花岗岩则是由闪长质岩浆分离结晶后的残余熔体结晶形成。结合华南板块和日本以及南韩等周边国家的年代学、地球化学和同位素数据,我们认为华南板块晚古生代的构造演化受控于古太平洋板块的俯冲。最初的岩浆活动是由洋岛俯冲(形成古日本弧)的远距离效应引起的。随着古日本弧(proto-Japan arc)以及其东侧俯冲带向华南的靠近,到了早中生代,华南东部直接受到了俯冲作用的影响,形成的主动大陆边缘环境。这期俯冲作用同样影响到了海南岛。海南岛中部五指山地区研究识别出两期岩浆活动:253-262 Ma的片麻状花岗岩类和245-256 Ma的辉长-闪长岩。片麻状花岗岩呈现相对高的 SiO2(64.0-69.8 wt%),低的 MgO(0.97-1.60 wt%),Fe2O3T(2.68-6.78wt%)含量,和锆石εHf(t)值(-2.92~1.57)。依据稀土含量,可分为两类花岗岩。相对于低稀土花岗岩,高稀土花岗岩以高K2O,Ba,K2O/Na2O,Th/Ta,低的U,Rb/Ba,Nb/La和U/Pb值为特征。低稀土花岗岩显示εNd(t)(-4.33~-3.96)和ISr(0.7074),而高稀土花岗岩显示稍低的εNd(t)(-7.34~-6.33)和更高的ISr(0.7096-0.7109)。片麻状花岗岩被认为起源于抱板群中不同组分的混合熔融。辉长-闪长岩呈现低的 SiO2(48.9-59.7 wt%),高的 Fe2O3T(6.57-11.6 wt%)和 ALK(Na2O+K2O)(3.91-7.35wt%),变化大的 MgO(2.74-7.05wt%)。其 εNd(t)值较低(-7.92~-5.11),而 87Sr/86Sr 值较高(0.7083-0.7118),并具有变化较大的 εHf(t)值(-6.61-0.35)。这些都表明辉长-闪长岩起源于富集地幔,并遭受一定程度的AFC作用。通过对片麻状花岗岩和辉长-闪长岩的构造环境分析,以及和印支地块内岩浆作用的对比,我们认为这两期钙碱性岩浆作用的形成与古太平洋的俯冲造成的弧后伸展相关,而不是华南板块和印支板块碰撞的结果。对福建省东南沿海北东向平潭-东山变质带内的澳角群变质沉积岩的详细碎屑锆石年代学研究显示,曾经被认为属于前泥盆纪的澳角群的沉积年龄在183~160 Ma之间,属于早中侏罗世。这些变质沉积岩中含有大量古元古代碎屑,指示华南东南部存在更加广泛的古元古代基底。除了这些古老锆石,岩石中包含了大量古生代和早中生代碎屑锆石。对比华南不同时代碎屑锆石组成的可以发现,晚二叠世以来的沉积岩中包含了大量~280Ma的岩浆成因的碎屑锆石,而且古元古代碎屑在晚二叠世沉积岩中有一个明显的增加,这一方面暗示晚古生代(早二叠世)岩浆活动在沿海或附近地区广泛存在,另一方面表明古元古基底的突然抬升和剥蚀很可能是由晚古生代造山作用引起的。


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