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北秦岭宽坪群浅变质沉积岩沉积时代、物质源区和构造背景

王敬宇  
【摘要】:北秦岭造山带位于华北克拉通南缘和南秦岭造山带之间,经历了强烈的变质变形和构造挤压作用,是秦岭造山带最为复杂的地带。由于其特殊的构造位置,它对于理解整个秦岭造山带及原特提斯洋的构造演化具有十分重要的意义。但由于构造作用的复杂性和测年方法的局限性,北秦岭造山带早期的构造演化过程依然不是很清楚。宽坪群位于秦岭造山带的最北端,毗邻华北克拉通南缘,很好地保存了大量关键的新元古代-早古生代的地质记录,并且识别出了代表宽坪洋壳残片的蛇绿混杂岩,因此选择宽坪群作为研究区在解决这一问题上具有很好的优势。此外,由于宽坪洋与北秦岭造山带的年龄、物源和亲源性密切相关,所以对宽坪群的研究能够很好地示踪北秦岭的构造演化,这对于前寒武时期构造格局的恢复和全球罗迪尼亚超大陆的重建都具有显著的意义。我们选取商洛典型剖面作为采样区域,并选择宽坪群广泛分布的二云母片岩和黑云母石英片岩两种不同的岩性作为重点研究对象,对其进行详细的野外地质工作以及室内岩相学、锆石U-Pb年代学、全岩地球化学以及Hf同位素等方面的研究。通过聚焦前人争议的关键问题,旨在进一步探讨宽坪群的形成时代、物质来源、地壳生长、构造背景,以及为恢复秦岭造山带前寒武纪的构造演化提供可靠的依据。宽坪群浅变质沉积岩主量元素的含量具有较大的变化范围,SiO_2含量变化范围为58-76 wt.%,Al_2O_3含量变化范围为10-16 wt.%,Fe_2O_3T含量变化范围为4.9-7.4 wt.%,MgO含量变化范围为1.7-4.0 wt.%,CaO含量变化范围为0.6-3.5 wt.%,Na2O含量变化范围为0.9-2.8 wt.%,K_2O含量变化范围为1.7-5.3 wt.%。这些样品与后太古代澳大利亚页岩相比,具有相类似的SiO_2、Al_2O_3、K_2O含量,但是Na2O和CaO含量显得相对偏低,而Fe_2O_3、MgO含量则相对较高,总体上接近于上地壳的平均组分。宽坪群的浅变质沉积岩显示出较为一致的稀土元素分配模式,这些样品都表现出富集轻稀土和相对平坦的重稀土模式((La/Yb)_N=6.3-12.5,(Gd/Yb)_N=1.5-2.2)的特征,并具有相对较高的稀土含量(∑REE=156-251 ppm)。这些浅变质沉积岩显示出显著的Eu的负异常(δEu=0.58-0.68)。与后太古代澳大利亚页岩相类似,具有出显著的负Ba、Nb、Ti的特征以及明显的负Sr、Eu异常。宽坪群大部分锆石的形状都呈现半圆到次圆状的椭圆形,颗粒大小不一,总体磨圆度较差,说明经过了较短距离的物质搬运,碎屑沉积物主要为近端物源,大部分碎屑锆石具有明显的韵律环带,显示出火成岩成因的典型特征。宽坪群的碎屑锆石很好地记录了从太古代早期到早古生代(3440-488 Ma)的地质历史,其中保存了一颗最古老的34.4亿年的谐和岩浆锆石。碎屑锆石的初始176Hf/177Hf比值显示出较大的变化范围,进一步可划分为正的区间(从+0到+8.3)和负的区间(从-32.0到-0.4),基于锆石年龄,我们获得了锆石Hf的二阶段模式年龄TDM2,它主要分布在1381-3138 Ma和1567-4084 Ma两个范围。通过对宽坪群系统的研究,我们获得了以下几个初步的认识:1.宽坪群最年轻的变质锆石年龄为488±3 Ma,结合后期~440 Ma区域变质作用的年龄,我们将宽坪群浅变质沉积岩沉积时代限定为早古生代(488-440 Ma),这与前人在宽坪群的浅变质沉积岩中发现的奥陶纪的化石相一致,而不是早期研究者所认为的中-新元古代或古元古代。2.宽坪群的浅变质沉积岩的地球化学特征有效地指示了其物质主要来源于长英质的上地壳,经过风化剥蚀等作用沉积在靠近活动大陆边缘的大陆岛弧的相关环境中,如弧后盆地等。3.宽坪群碎屑锆石年龄主要分布在新元古代(1000-900 Ma),峰值为994 Ma左右。次要年龄集中于2500-2400 Ma、1300-1100 Ma、850-700 Ma等区间。通过与邻区进行锆石U-Pb年龄及Hf同位素比对,宽坪群物源显示双源的特征,它的主要沉积物源是秦岭群,有少量的物质来源于华北克拉通南缘。4.宽坪群的物源记录了早期地质历史过程中三个重要的地壳演化事件,包括一次重要的新元古代地壳改造和两个显著的古元古代地壳改造和地壳生长阶段,可能与早期超大陆的聚合及裂解有关。


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