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苏鲁造山带中生代岩浆岩地球化学研究

张娟  
【摘要】:大别-苏鲁造山带是华南-华北陆块在三叠纪经过大陆碰撞形成的,广泛分布有中生代岩浆岩。研究这些造山带碰撞后岩浆岩的形成时代、岩石类型、地球化学特征、源区物质来源及其形成的地球动力学背景,对于认识俯冲陆壳物质再循环和碰撞造山带的构造演化具有十分重要的意义。前人对大别造山带碰撞后岩浆岩成因与俯冲陆壳再循环进行了大量研究,但是对苏鲁造山带中生代岩浆岩的研究相对薄弱。苏鲁造山带是中国东部中生代岩浆活动的重要区域之一,形成时代上主要属于晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世。本文研究对象主要包括苏鲁造山带东部(胶东地块)和胶北地块的花岗岩以及苏鲁造山带西部(苏北-胶南地块)的酸-基性岩墙。 本学位论文对这些中生代岩浆岩进行了岩相学观察、全岩主量、微量元素和Sr-Nd同位素、全岩和单矿物氧同位素以及锆石微量元素、U-Pb和Lu-Hf同位素分析。结果不仅能够对这些中生代岩浆岩的源区特征和成因机制提供可靠的地球化学制约,而且有助于正确理解造山带岩石圈的化学分异及其壳幔相互作用过程。 本文研究的四个花岗岩体包括胶北地块出露的玲珑和郭家岭岩体以及胶东地块出露的昆嵛山和三佛山岩体。SHRIMP和LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,昆嵛山和玲珑岩体侵位于晚侏罗世(141±3-157±2Ma),而郭家岭和三佛山岩体侵位于早白垩世(111±2-133±3Ma)。大多数花岗岩具有相似的稀土和微量元素分配模式,表现出明显的LREE和LILE富集,HREE和HFSE亏损以及Pb正异常。它们大多具有高的Sr含量、低的Yb和Y含量以及高的Sr/Y和(La/Yb)N比值,没有明显的铕负异常(Eu/Eu*=0.69-1.58)。这些地球化学特征与埃达克质岩石相似,表明石榴石或石榴石+角闪石可能是部分熔融的残留相。此外,这些埃达克质花岗岩还具有较低的MgO、Cr、Ni含量和Mg#。它们具有高的全岩初始87Sr/86Sr比值(0.7080-0.7139)和低的εNd(t)值(-22.3--10.9)以及低的锆石εHf(t)值(-39.6--5.4)。它们大多具有高的锆石δ180值(5.91-8.93‰)。 全岩主量和微量元素、放射成因同位素以及单矿物氧同位素结果表明,这些中生代花岗岩是古老陆壳物质重熔的产物。它们的锆石εHf(t)值具有较大变化范围,其中三佛山岩体两阶段锆石Hf模式年龄为古元古代(2097±63-2387±21Ma),其它三个岩体两阶段锆石Hf模式年龄主体为古元古代-晚太古代(22774±39-2856±44Ma)。此外,在晚侏罗世花岗岩中发现U-Pb年龄为769±19-790±21Ma的中新元古代继承锆石。古元古代中期地壳生长和新元古代中期岩浆活动是俯冲华南陆壳物质的特点,而华北陆块缺乏古元古代中期地壳生长和新元古代中期岩浆活动。虽然华北存在大量古元古代变质作用和岩浆活动,但是尚未发现古元古代中期新生地壳生长事件。因此,胶东半岛中生代花岗岩源区中俯冲华南陆壳物质的贡献是非常明显的。但是,胶北与胶东花岗岩在源区性质上可能存在差异。相对于胶东花岗岩,胶北地体玲珑花岗岩中发现了古太古代锆石Hf模式年龄(3310±96 Ma),表明胶北花岗岩源区可能有古老的华北陆壳物质参与。因此,三叠纪华南与华北陆块之间碰撞使两边的地壳物质卷入俯冲带形成加厚地壳,为这些碰撞后花岗岩提供了源区物质。 本文研究的酸-基性岩墙样品采自苏鲁造山带西部的胶南(莒南-五莲)地区,包括二长花岗岩、闪长岩、含斜长石角闪石岩和辉长岩。LA-ICPMS锆石U-Pb定年给出了111±3-129±1 Ma的岩浆结晶年龄,在二长花岗岩样品中发现了新元古代的继承锆石年龄(743±9-773±9Ma)。它们富集LILE和LREE,亏损HFSE,具有高的初始87Sr/86Sr比值(0.7079-0.7100)和低的εNd(t)值(-21.6--13.6)以及低的锆石εHf(t)值(-36.7--10.6),对应的两阶段Hf模式年龄为1.84-3.47Ga。它们的锆石δ180值变化较小,为4.57-5.98‰,个别样品的锆石δ18O值略高于或低于正常地幔值。 基性岩墙具有明显的弧型陆壳微量元素和放射成因同位素特征表明,其岩浆来源于相对富集的地幔源区,可能是由俯冲陆壳来源的熔体与上覆的大陆岩石圈地幔(SCLM)相互作用形成的。然而,辉长岩和角闪石岩之间在元素和同位素特征上的差异表明,它们来源于不同的SCLM源区。辉长岩具有相对较高的MgO、Cr、Ni含量和较低的Al2O3含量,表明它们来源于富含斜方辉石的SCLM源区。含斜长石角闪石岩具有相对较高的Al2O3、K2O含量和较低的MgO、Cr和Ni含量,表明它们来源于富含角闪石的SCLM源区。中酸性岩墙(二长花岗岩和闪长岩)与大别-苏鲁造山带广泛分布的早白垩世花岗岩具有相似的元素和同位素组成,表明它们来源于相似的源区,即俯冲的华南陆壳。一些中酸性岩墙具有较高的Mg#(高达66),表明它们可能是由基性岩浆和酸性岩浆混合形成的。因此,胶南地区酸-基性岩墙是早白垩世造山带岩石圈不同部位部分熔融形成的。综上所述,苏鲁造山带中生代岩浆岩是俯冲华南陆壳物质重熔和再循环的产物。大陆岩石圈拉张引起的地幔热扰动能够使造山带根部地壳及其下伏造山带岩石圈地幔发生部分熔融,形成不同类型的碰撞后岩浆岩。


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