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祁连山化隆群锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Pb同位素组成对基底构造演化的限制

徐旺春  
【摘要】: 祁连造山带位于中央造山系的西段。该区是我国最早应用板块构造理论研究洋壳板块俯冲作用及其后的大陆碰撞的地区。然而,已有的研究表明,有关祁连造山带的基底形成时代及其构造属性问题仍存在不同的认识。在祁连造山带的中祁连块体上,前寒武纪变质岩系分布较为广泛,如湟源群、化隆群、马衔山群等,对这些变质岩系的研究不仅能够揭示祁连造山带前寒武纪时的基本构造格局和演化过程,而且对探索我国早期大陆块体的相互关系具有重要的科学意义。 本文重点研究了中祁连东部变质程度最高(高角闪岩相)的化隆群,对该基底岩系(包括片麻岩和斜长角闪岩)及侵入其中的花岗岩进行了全岩主量元素、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素和锆石U-Pb年代学的综合研究。同时为了进行区域对比,本文还对祁连山另一高级变质岩系(马衔山群)片麻岩进行了锆石U-Pb年代学分析。论文主要取得如下认识: 1.化隆群副片麻岩中的碎屑锆石主要为岩浆成因类型,其~(207)Pb/~(206)Pb年龄主要集中于880~900 Ma之间,加权平均年龄为892±8 Ma,该年龄代表副片麻岩沉积物源区火成岩的岩浆结晶年龄,同时代表了化隆群形成时代的下限;弱片麻状花岗岩的自形岩浆锆石的~(206)Pb/~(206)Pb加权平均年龄为875±8 Ma,代表了化隆群形成时代的上限。因此,将化隆群的形成时代限定在892~875 Ma之间。马衔山群副片麻岩中锆石具有与化隆群片麻岩中锆石相似的特征,主要为碎屑岩浆锆石,这类锆石的测定点可以构成一条较好的不一致线,上交点年龄为931±19 Ma,它们的~(207)Pb/~(206)Pb年龄加权平均值为939±9 Ma,在误差范围内与这些锆石的上交点年龄一致。因此,锆石~(207)Pb/~(206)Pb加权平均年龄应该代表了副片麻岩沉积物源区的火成岩岩浆结晶年龄。化隆群副片麻岩与马衔山群副片麻岩沉积物源区火成岩年龄的差值约40 Ma,反映了祁连山新元古代岩浆事件的多期性。此外,上述三个样品中的锆石U-Pb年龄还显示有1000~2000 Ma的古老锆石。 2.化隆群基底岩系中斜长角闪岩SiO_2=48.12%~53.64%,MgO=3.54%~5.94%,CaO=7.21%~12.59%,K_2O/Na_2O为0.2~2.96。它们具有相似的稀土元素组成模式,(La/Yb)_N值主要介于2.59~5.89之间,具有弱的负铕异常(Eu/Eu~*=0.73~0.90)。同时,总体上具有相似的微量元素组成,显示U、Th的正异常,Nb、Ta、Sr、P的负异常。岩石~(87)Sr/~(86)Sr变化于0.710659~0.731856之间,ε_(Nd)(0)变化较大(-3.17~-14.13)。通过原岩恢复,判断其原岩为基性火成岩。化隆群片麻岩样品中除HL-16(SiO_2=78.73%,Al_2O_3=7.55%,K_2O+Na_2O=1.57%)外,其它样品主量元素含量变化较小,SiO_2=72.69%~74.43%,Al_2O_3=11.94%~13.24%,K_2O+Na_2O=6.17%~8.42%。所有样品具有相似的球粒陨石标准化的稀土元素组成模式,轻重稀土分异较强((La/Yb)_N=4.76~14.85),负铕异常显著(Eu/Eu~*=0.31~0.56)。它们总体上也具有相似的微量元素组成,一致显示Nb、Ta、Sr、P、Ti的负异常。岩石初始Sr同位素比值I_(Sr)=0.72301~0.84504,ε_(Nd)(t)=-1.77~-3.71。通过原岩恢复,判断其原岩为沉积岩类,除HL-16原岩为砂岩外,其它片麻岩原岩物质主要来自于中酸性岩浆岩的剥蚀区。 3.片麻状花岗岩侵入于化隆群变质岩系中,其SiO_2=74.31%~76.07%,K_2O/Na_2O=2.28~3.33,岩石为强过铝质(A/CNK=1.10~1.26)。在微量元素组成上,具有Nb、Ta、Sr、P、Ti的负异常。除样品0653的∑REE偏低和负铕异常(Eu/Eu~*=0.78)较弱外,其它样品均具相似的球粒陨石标准化的稀土元素组成模式,轻重稀土分异明显((La/Yb)_N=6.88~17.33),负铕异常显著(Eu/Eu~*=0.23~0.35)。岩石I_(Sr)比值较高,变化于0.71939~43.81042之间,ε_(Nd)(t)=-2.68~-5.72。侵入化隆群中的花岗岩与化隆群片麻岩(除HL-16外)在主量元素、微量元素和同位素地球化学特征上极为相似,因此,我们认为化隆群中广泛发育的花岗岩形成于基底片麻岩的部分熔融作用,或者花岗岩和片麻岩沉积物源区火成岩具有相似的岩浆源区组成—含大量水的泥质岩。 4.祁连造山带基底固结于晋宁期,此外在祁连造山带中存在940~870 Ma和790~750 Ma两期岩浆事件,这可与扬子地块新元古代早晚两期岩浆活动时间对比。祁连造山带前寒武纪基底和花岗岩全岩均以高放射成因的铅同位素组成为特征,所有样品~(206)Pb/~(204)Pb>18.6,~(207)Pb/~(204)Pb>15.6,~(208)Pb/~(204)Pb>38.4。化隆群基底岩系和花岗岩类具有相似的Nd同位素亏损地幔模式年龄(T_(DM)),主要分布于1.65~2.15 Ga,峰值为1.90 Ga左右,结合前人研究结果,祁连造山带壳源岩石Nd同位素亏损地幔模式年龄高频率分布于1.0~2.4 Ga,这表明祁连山成壳主期为古、中元古代。因此,祁连山块体在基底固结时代、岩浆事件、Pb同位素组成特征和地壳生长历史上均与华北块体存在明显差异,而与扬子块体一致,反映了祁连山基底具有扬子型块体的构造属性。 5.祁连造山带新元古代花岗岩具有S型花岗岩的特征,反映出它们为陆—陆碰撞造山作用的产物。化隆群片麻岩中大量的碎屑岩浆锆石反映化隆群片麻岩的沉积源岩物质主要为受剥蚀的岩浆岩类,其U-Pb年龄与侵入化隆群的花岗岩岩浆结晶年龄之差在17 Ma左右,如果考虑到它们的年龄测量误差,则它们的年龄之差最大值不超过33 Ma。这意味着化隆群的物源区从岩浆侵入到隆升剥蚀、搬运、沉积在不到33 Ma的时间范围内完成,由此反映了剥蚀区快速隆升与剥蚀过程,因而指示了新元古代一次强烈的造山作用。此外,化隆群892±8 Ma和马衔山939±9 Ma的碎屑岩浆锆石年龄与祁连山及其邻区塔里木、秦岭、柴达木盆地、欧龙布鲁克块体和龙首山块体中获得的9~10亿年的构造岩浆事件年龄基本一致,它们共同反映了中国西部受全球新元古代Rodinia超大陆聚合事件的影响。


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