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塔里木早二叠世大火成岩省的岩浆演化与深部地质作用

余星  
【摘要】:分布面积达20万km~2的塔里木早二叠世火成岩一直以来是地质学家们研究的重点。本文系统研究塔里木早二叠世火成岩的年代学、岩石学、地球化学和同位素特征及岩石成因,重点探讨火成岩的演化序列及深部地质作用过程。论文取得了以下几点认识: 1.在项目组提出塔里木早二叠世大火成岩省的基础上,进一步论证了塔里木大火成岩省的存在。大火成岩省岩石种类丰富,包括超基性岩类、基性岩类和中酸性岩类。超基性岩类为超镁铁质岩、爆破角砾岩和辉石岩,基性岩类包括玄武岩和辉绿岩,中酸性岩类为正长岩和正长斑岩。其中基性岩类范围最广,分布于阿瓦提坳陷、满加尔坳陷西部、塔北隆起西部、巴楚隆起和塔中隆起和塔西南坳陷等地区,估计分布面积在20万km~2以上。 2.高精度锆石SHRIMP U-Pb定年结果显示,柯坪玄武岩最早喷发年代在290Ma左右(289.5±2.0Ma),最后一次喷发的时代大概在289Ma(288.9±3.4Ma);正长斑岩的SHRIMP U-Pb年龄为278.4±2.2Ma,与正长岩体的年龄相近(277~278Ma)。结合地层古生物等资料,认为塔里木早二叠世火成岩的时间序列为:早期玄武岩喷出和超基性岩的侵入,其后辉绿岩侵入,最后是正长岩体和正长斑岩岩脉的侵入。这一演化序列得到地球化学证据的支持。 3.塔里木早二叠世大火成岩省各类火成岩的SiO_2含量为31~67%,且具有双峰式火成岩特征。瓦基里塔格爆破角砾岩和辉绿岩、塔北玄武岩、小海子超镁铁质岩和辉绿岩及正长岩和正长斑岩均为碱性系列;柯坪辉绿岩与柯坪玄武岩为碱性-亚碱性过渡系列。火成岩的地球化学组成以富集大离子亲石元素和高场强元素,亏损重稀土元素为特征,与OIB微量元素特征相似。Ta/Hf比值和Nd同位素初始值指示两类火成岩:一类为柯坪玄武岩,具有负的εNd值,主要与富集的大陆岩石圈地幔有关;另一类为塔北玄武岩及各区的侵入岩,εNd值大于0,代表亏损型地幔来源。 4.塔里木早二叠世大火成岩省的岩浆演化以结晶分异为主,包括橄榄石、单斜辉石及斜长石的分离结晶,基本没有受到同化混染作用的影响。塔里木早二叠世大火成岩省主要来源于两种源区:柯坪玄武岩来源于尖晶石-石榴石二辉橄榄岩约5%的部分熔融;超镁铁质岩和辉石岩均来自石榴石二辉橄榄岩,熔融程度分别为~16%和~5%左右;其他岩类均为这两种岩浆演化或相互作用的产物。 5.塔里木早二叠世大火成岩省源于地幔柱的作用。地幔柱上升引起区域地壳的抬升;巨量的大陆溢流玄武岩在短时间内喷发,持续时间为1~2Ma;发育大量的二叠纪基性岩墙群;酸性岩浆的侵入,代表幔柱岩浆活动的结束;高镁岩浆岩与地幔热柱有关;微量元素比值(如Ta/Hf>0.3)和同位素成分特征等都支持地幔柱成因假说。 6.针对塔里木早二叠世大火成岩省的特征,提出塔里木大火成岩省成因模式,即早期高热的地幔柱引起了岩石圈地幔的低程度部分熔融,后期地幔柱绝热减压引起地幔柱自身熔融。它不同于巴哈纳型(单一的岩石圈熔融)和德干型(单一的地幔柱熔融)。 7.塔里木早二叠世大火成岩省的演化过程为:地幔柱上升并与塔里木岩石圈地幔相互作用,引起了岩石圈地幔的低程度部分熔融,形成玄武质岩浆;当熔融的岩浆积聚到一定的压力,最终突破岩石圈,喷溢出地表,形成溢流玄武岩;玄武岩大面积喷发之后,地幔柱获得了更多的上升空间,短时间内迅速上升、减压,造成地幔柱本身开始熔融,形成高镁岩浆,可形成超镁铁质岩和爆破角砾岩筒;分离结晶出的辉石上升后形成辉石岩岩体;原始岩浆进一步演化,可以辉绿岩岩墙或塔北玄武岩的形式侵入或喷出地表;最后,玄武质岩浆经结晶分异作用演化为富碱富硅的中酸性岩浆,上侵形成正长岩体和正长斑岩岩脉。


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