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扬子克拉通黄陵穹窿古元古代蛇绿混杂岩成因及大地构造意义

韩庆森  
【摘要】:华南扬子克拉通是中国最主要的克拉通块体之一,其前寒武纪基底组成、结构和大地构造演化等科学问题,是近年来地学界研究和争论的重要前沿焦点问题。扬子克拉通北部黄陵穹窿地区出露有华南最古老的太古宙-古元古代基底,其复杂的岩石-构造单元组合,记录了扬子克拉通早前寒武纪大地构造演化的重要信息,是研究扬子克拉通早前寒武纪基底形成、演化历史等重大地质科学问题的关键地区。混杂岩(蛇绿混杂岩)是板块俯冲带俯冲-增生杂岩中标志性岩石-构造单元之一,记录了汇聚板块边缘俯冲-增生过程及之后构造就位相关的构造、岩浆、变质作用过程。混杂岩,尤其是早前寒武纪混杂岩,作为板块汇聚边界-缝合带最为重要的标志性地质单元之一,是解决早期地球大地构造演化、板块构造启动时间及动力学机制等地学前沿科学问题的关键研究对象和标志性地质证据。本文在黄陵穹窿北部太古宙-古元古代崆岭杂的野外地质调查的基础上,以黄陵穹窿北部原古元古代水月寺群变镁铁-超镁铁质岩块(岩片)、变高镁玄武岩、安山岩、古元古代花岗岩类为重点研究对象,开展了构造地质学、岩石学、矿物学、地球化学、地质年代学及同位素成因示踪方面的细致研究,探讨了其构造属性、成因、形成时代及大地构造背景。主要取得以下新成果和新认识:(1)首次提出黄陵穹窿北部原古元古代水月寺群表壳岩系及所挟持的变镁铁-超镁铁质岩块/岩片主体为一套古元古代蛇绿混杂岩(即水月寺混杂岩带),并将扬子克拉通黄陵穹窿北部太古宙-古元古代基底中可划分为三个不同的岩石-构造单元:西部微陆块-主体为中太古代东冲河TTG片麻岩,东部微陆块-主体为新太古代巴山寺花岗片麻杂岩,两者之间为一套呈北东-北北东向带状展布经历强烈构造变形变质的表壳岩系,以及呈透镜状岩块/岩片夹于其中的变镁铁-超镁铁质岩构造岩块组成的混杂岩带。(2)古元古代水月寺混杂岩带总体表现为由南东向北西逆冲推覆的构造变形特征,并遭受了角闪岩相-麻粒岩相高级变质作用改造。变沉积岩系(即变质表壳岩系)主要岩石类型为夕线石石榴石黑云斜长片麻岩、云母片岩及云母石墨片岩、大理岩、石英岩、条带状磁铁石英岩等。变镁铁-超镁铁质岩则呈透镜状构造岩块/岩片分布于变沉积岩系基质中,主要岩石类型为蛇纹石化方辉橄榄岩、变质橄榄辉石岩、变辉石岩、斜长角闪岩(变辉绿岩/变玄武岩)。(3)古元古代混杂岩带中变镁铁-超镁铁质岩构造岩块具有俯冲带之上(SSZ型)蛇绿岩岩石组合及地球化学特征。蛇纹石化方辉橄榄岩为受俯冲流体交代LREE富集改造的深海残余地幔橄榄岩,变质橄榄辉石岩、辉石岩为受俯冲流体交代的堆晶超镁铁质岩;变玄武岩、变辉绿岩、变辉长岩属拉斑系列基性岩浆岩,稀土配分平坦-略富集,无明显Eu异常,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,显示形成于俯冲带之上(SSZ)构造环境。LA-ICP-MS锆石U-Pb的定年表明,斜长角闪岩成岩年龄为2142~2148Ma,其岩浆锆石核部εHf(t)介于+5.35~+10.26(平均+7.2),TDM1约为2.24Ga,锆石交代变质年龄为2042~2048Ma,而蛇纹石化方辉橄榄岩中锆石变质年龄为2025~2028 Ma,锆石具较负εHf(t)值和较老的模式年龄,反映古老地壳物质循环及俯冲板片派生熔/流体对地幔楔的交代变质事件。混杂岩带内所有岩石均经历了2.0-1.95Ga角闪岩-麻粒岩相变质作用的改造,并被同变质的深熔花岗岩、后造山A型花岗岩和基性岩脉侵入。侵入变形变质方辉橄榄岩的未变形石英二长岩岩脉成岩年龄为1999±10Ma,代表了变镁铁-超镁铁质岩构造侵位年龄。变镁铁-超镁铁质岩构造岩块/岩片是形成于古元古代(约2.15Ga)俯冲带之上构造环境的蛇绿岩残片,并与伴生的沉积岩系组成一套经历了古元古代(2.0~1.95Ga)俯冲增生-碰撞造山构造变形变质作用改造的蛇绿混杂岩。(4)首次发现古元古代(2.12Ga)岛弧环境成因的髙镁玄武岩、安山岩组合,为扬子克拉通基底古元古代经历了俯冲-碰撞造山构造演化提供了重要证据。变髙镁玄武岩、安山岩呈似层状或构造岩片产于古元古代变沉积岩系(水月寺群),并经历变形变质改造为斜长角闪岩和含石英斜长角闪岩。LA-ICP MS锆石U-Pb定年获得变安山岩成岩年龄为2.12Ga。岩石学、地球化学研究表明,变髙镁玄武岩和安山岩均具有典型的高镁(6.59~14.63wt.%),高Mg#,富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE,如Rb、Ba、Th、U、K、Pb和Sr),亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特征。锆石的εHf(t)值介于–0.2到+3.3之间(平均值为+1.42),Hf同位素模式年龄TDM1(约2.4Ga)远大于其成岩年龄,显示有壳源组分的加入,全岩Nd同位素组成(εNd(t)=–3.6),表明其源于富集的弧下岩石圈地幔的部分熔融。上述特征指示,黄陵穹窿北部古元古代玄武岩、安山岩类似于显生宙俯冲带之上岛弧环境形成的高镁玄武岩、安山岩,暗示黄陵穹窿北部受俯冲板片熔/流体交代的岩石圈地幔之上发育一个古元古代(2.1–2.2Ga)安第斯型活动大陆边缘。黄陵穹窿北部古元古代(2.12Ga)俯冲相关髙镁玄武质、安山质岛弧火山岩的发现,为扬子克拉通内存在古元古代洋壳俯冲作用事件提供了重要地质证据。(5)发现识别与古元古代碰撞造山增厚和造山后伸展减薄构造作用过程密切相关的两期古元古代花岗岩浆事件,为古元古代俯冲-碰撞造山提供了新的重要证据。早期花岗岩类形成于2.0–1.95Ga,包括在黄陵穹窿北部太古宙-古元古代变质杂岩区中呈小岩株或部分熔融脉体出露的变形或弱变形的石英二长岩、二长花岗岩、正长岩。它们显示高钾钙碱性-钾玄岩特征,结晶温度介于700–800℃。具有类似与富钾埃达克质岩石的高Sr/Y(60–71)和(La/Yb)cn(32–464)比值,表明岩浆源区主要以石榴子石为残留相,代表造山带根部加厚地壳部分熔融的产物。晚期花岗岩类成岩时代为1.85Ga左右,主要为钾长花岗岩、流纹质凝灰岩-流纹岩-流纹斑岩、片麻状花岗闪长岩,其全岩地球化学成分显示高钾钙碱性-钾玄岩特征,强烈亏损Nb、Ta、P和Ti等高场强元素及Sr和Eu,并具有高的10000*Ga/Al比值和较高的结晶温度(850–950℃),属于偏铝质-弱过铝质A型花岗岩。晚期花岗岩类是典型造山后伸展构造背景下减薄地壳以斜长石为主要残留相部分熔融的产物,标志着古元古代晚期(~1.85Ga)岩石圈伸展作用事件。锆石原位Hf同位素分析显示,两期花岗岩均具有较低的εHf(t),二阶段Hf模式年龄介于3.2–3.6Ga,代表古老太古宙地壳物质(TTG片麻岩或更古老地壳)古元古代再造的产物。(6)综合以上最新研究成果,提出扬子克拉通黄陵穹窿基底古元古代俯冲增生-碰撞造山构造演化模式:(a)~2.15Ga,黄陵穹窿核部东、西部微陆块之间的古元古代洋盆由北西向向南东俯冲,东侧发育安第斯型活动大陆边缘,弧前形成2.12Ga左右的高镁岛弧岩浆岩、弧前盆地陆源碎屑-碳酸盐岩-硅质岩沉积建造。(b)2.0–1.95Ga,古元古代洋盆闭合,东、西微陆块之间的洋壳残片与变沉积岩系卷入俯冲-碰撞造山作用过程,并发生2.0–1.95Ga角闪岩-麻粒岩相高级变质作用,形成一套古元古代俯冲增生杂岩,即水月寺蛇绿混杂岩。东、西微陆块碰撞拼合造成地壳加厚下地壳物质部分熔融,形成同期深熔型花岗岩;(c)~1.85Ga,造山带垮塌岩石圈伸展减薄,软流圈地幔上涌诱发大量A型花岗岩及基性岩脉侵位,标志着整个古元古代俯冲-碰撞造山旋回结束。(7)黄陵穹窿北部古元古代水月寺蛇绿混杂岩带的厘定暗示,扬子克拉通基底是由不同微陆块组成,至少经历了古元古代、新元古代两期重要俯冲增生-碰撞造山事件的拼合,并且古元古代俯冲-碰撞构造拼合与全球Columbia/Nuna超大陆聚合-裂解作用事件密切相关。同时,古元古代水月寺蛇绿混杂岩的发现表明,现代板块构造体制至少在古元古代已启动。


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