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桂东南-粤西南地区晚古生代-早中生代花岗岩成因及其地球动力学意义研究

青龙  
【摘要】:华南晚古生代-早中生代岩浆作用的地球动力学机制一直是国内外地学界研究的热点问题。前人对晚古生代花岗岩报道得非常稀少,而早中生代花岗质岩浆作用则要广泛和强烈得多。尽管做了大量研究,但有关花岗岩形成的地球动力学机制长期存在很大的争论。争论的焦点在于花岗质岩浆作用到底是受控于古特提斯构造域还是古太平洋构造域。本次工作在云开地区及邻区首次鉴别出了晚二叠世S型花岗岩(那蓬和石村岩体)和早中生代早期A型花岗岩(新兴岩体)。本论文对这三个岩体开展了详尽的地质地球化学研究,在野外地质和岩相学工作基础上,进行了矿物化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、锆石原位微量元素和Hf同位素以及全岩主微量元素和Sr-Nd同位素地球化学等系统研究,阐明了岩体侵位年代,确定了岩石成因类型,探讨了岩浆源区性质和岩浆形成与演化过程以及它们形成的构造环境,并进一步限定了华南晚古生代-早中生代岩浆作用的地球动力学机制。研究结果表明:(1)云开地区的那蓬岩体由黑云母花岗岩和含堇青石和/或石榴石黑云母花岗岩组成,石村岩体由二云母花岗岩和白云母花岗岩组成。详尽的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明它们都形成于晚二叠世(~259 Ma)。那蓬和石村岩体均含有大量的继承锆石,这些继承锆石呈现出宽广的年龄范围并可以划分为6个年龄段,包括新太古代-古元古代(2682-2434 Ma),新元古代-寒武纪(980-503 Ma),奥陶纪-志留纪(452-435 Ma),泥盆纪(412-391 Ma),石炭纪(342-309 Ma)和早二叠世(290-270 Ma)。那蓬花岗岩是强过铝质的(ASI=1.31-2.40),它们的SiO_2含量变化范围较大(66.7-76.9 wt.%),镁铁质程度(Fe_2O_3~T+MgO4.0 wt.%)高于变质沉积岩的实验熔体,并且镁铁质含量与ASI,TiO_2和Yb呈现正相关关系。它们还具有较高的锆石饱和温度(830-897℃),高的初始~(87)Sr/~(86)Sr比值(0.7162-0.7261),负的ε_(Nd)(t)(-10.8到-13.5)和ε_(Hf)(t)(平均值-9.0)。石村岩体中的二云母花岗岩SiO_2含量为71.3-73.5 wt.%,ASI为1.04-1.21,锆石饱和温度为770-795℃。相比于二云母花岗岩,石村岩体中的白云母花岗岩含有更高的SiO_2含量(74.1-76.5 wt.%)和ASI值(1.2-1.5),锆石饱和温度却相对较低(736-759℃)。石村二云母花岗岩和白云母花岗岩镁铁质含量较低(Fe_2O_3~T+MgO4.0 wt.%),类似于变质沉积岩的实验熔体。石村岩体也具有高的初始~(87)Sr/~(86)Sr比值(0.7246-0.7280),负的ε_(Nd)(t)(-9.4到-11.8)和ε_(Hf)(t)(平均值-6.1)。详尽的岩相学和地球化学特征表明那蓬和石村岩体均属于S型花岗岩,形成于陆-陆碰撞环境。那蓬花岗岩的成岩过程可概括为:陆-陆碰撞带中的东古特提斯洋俯冲沉积物在830-897℃和石榴石稳定区域(12 kbar)发生了黑云母不一致熔融作用,形成了强过铝质的花岗质熔体以及与之共存的以石榴石为主体的包晶矿物组合。这种强过铝质的花岗质熔体,携带有不同比例的包晶石榴石和钛铁矿,从源区抽离并运移侵位至地壳浅部,形成了那蓬花岗质岩体。熔体在向上运移途中到达较浅深度时,某些包晶石榴石分解为堇青石。石村花岗岩的成岩过程可概括为:陆-陆碰撞带中的东古特提斯洋俯冲沉积物在正常下地壳深度和770-795℃发生了白云母脱水熔融作用,形成了石村二云母花岗岩。这种二云母花岗质熔体通过黑云母和斜长石的分离结晶作用,进而形成了石村白云母花岗岩。(2)新兴岩体出露于云开地区东侧,是一个沿区域性北东向走滑断层分布的大型花岗质岩基。本次LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,该岩体侵位于早中生代早期(~234-232 Ma),并非前人认为的晚中生代。新兴岩体南部(~234 Ma)由正长花岗岩,二长花岗岩和碱长花岗岩组成,主要造岩矿物为钾长石,奥长石,石英以及富铁黑云母。新兴岩体北部(~232 Ma)由二长花岗岩和花岗闪长岩组成,主要造岩矿物为钾长石,中长石,石英以及镁铁黑云母。南部花岗岩具有较高的SiO_2含量(72.5-79.2 wt.%),较高的FeO_T/(FeO_T+MgO)比值以及较低的Mg#值。这些花岗岩富集稀土元素,亏损Sr和Ba,高场强元素Zr+Y+Ce+Nb总量大于350 ppm,10000*Ga/Al比值高于2.6。它们的初始岩浆温度也非常高(886℃)。这些地球化学特征表明它们属于A型花岗岩。相比于新兴岩体南部花岗岩,北部花岗岩具有更低的SiO_2含量(63.4-72.5 wt.%)和FeO_T/(FeO_T+MgO)比值以及更高的Mg#值。这些花岗岩同样富集稀土元素,亏损Sr和Ba,高场强元素Zr+Y+Ce+Nb总量以及10000*Ga/Al比值也比较高。地球化学数据和主量元素模拟结果表明,新兴岩体南部A型花岗岩是由玄武质岩浆内侵诱发地壳15-20 km深处的早古生代花岗质岩石发生中等程度(~49%)的脱水熔融作用而形成的。这种初始熔体随后经过中等程度(~57%)的包括钾长石,斜长石,黑云母和石英的分离结晶作用,形成了南部岩体中的高分异A型花岗岩。同时,这种A型花岗质初始熔体与大约8~48%的镁铁质岩浆发生混合,则形成了新兴岩体北部花岗岩。A型壳源熔体与镁铁质岩浆的混合作用使得新兴北部花岗岩呈现出由A型向I型花岗岩过渡的特征。新兴岩体的形成与区域性北东向走滑断层的转换拉张密切相关。(3)那蓬和石村S型花岗岩的形成标志着印支板块与华南板块的碰撞拼合开始于晚二叠世(~259 Ma)。新兴A型花岗岩的形成则表明华南板块在259-231Ma期间存在近南北向的挤压应力,是印支板块与华南板块持续碰撞挤压造成的。据此进一步限定了华南晚古生代-早中生代岩浆作用主要受控于东古特提斯构造域,并没有受到古太平洋构造域的影响。


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