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新疆东天山及邻区石炭—二叠纪中基性岩浆岩成因演化及构造意义

屈翠侠  
【摘要】:东天山及其邻区位于新疆北部天山造山带东段,是由西伯利亚、准噶尔—哈萨克斯坦和塔里木三大陆块拼贴而成,经历了早古生代古亚洲洋的扩张和洋—陆俯冲,以及晚古生代板块的闭合碰撞和碰撞后的板内演化阶段,并在二叠纪期间,叠加了地幔柱作用的影响。晚古生代,是天山造山带洋—陆格局转换的重要时期,尤其是石炭—二叠纪期间,在大规模洋—陆俯冲、陆—陆碰撞以及地幔柱作用共同导致的复杂构造背景下,东天山及其邻区广泛分布晚古生代的岩浆岩。研究这些岩浆岩的时代以及岩石学成因,对了解区域上晚古生代大地构造演化及其地球动力学背景有着重要的科学意义。由于中基性岩浆岩的特征相对中酸性岩类更能反映其岩浆源区的组成和深部动力学环境,本文主要以中基性岩浆岩为研究对象。分别选择了位于板块聚合部位的冰达坂—后峡和康古尔塔格—黄山地区,以及分别位于塔里木板块北部的黑山岭和准噶尔—哈萨克斯坦板块南部的巴里坤塔格地区,其中,巴里坤塔格和黑山岭地区由于受地理环境等因素的限制,研究程度很低,大量岩浆岩缺乏定年以及岩石地球化学的数据;而冰达坂—后峡与康古尔塔格—黄山地区,虽然研究程度相对较高,由于地处两大板块的缝合边界部位,构造背景复杂,已有研究对其岩浆岩成因及构造演化环境的认识仍然存在很大的争议。论文通过对东天山及邻区这4个重点研究区同时代(石炭—二叠纪)中基性岩浆岩进行岩石学、岩石地球化学、Sr-Nd-Pb同位素地球化学以及锆石SHRIMP U-Pb年代学的研究,精确了东天山及其邻区石炭—二叠纪岩浆活动的时代,反演各区岩浆岩的源区性质及成岩过程;并在此基础上,通过对4个研究区石炭—二叠纪中基性岩浆岩年代学、地球化学特征的综合对比,归纳了东天山及其邻区石炭—二叠纪中基性岩浆作用的时空演化,限定了古亚洲洋在东天山及邻区一带的闭合时限。论文主要取得以下认识和进展:(1)运用锆石SHRIMP U-Pb法精确测定黑山岭和冰达坂—后峡地区中基性岩浆岩的形成时代:黑山岭地区两件中基性火山岩年龄分别为298±5Ma和277±5.8Ma,两件侵入岩年龄分别为296±4.1Ma和294±3.7Ma;冰达坂—后峡一带玄武岩年龄为272±3.6Ma,侵入岩的年龄为310~291Ma。根据以上数据,我们将此次研究对象中基性岩浆岩的时代限定在晚石炭世—早二叠世。(2)冰达坂—后峡地区时代为310~302Ma的中基性侵入岩,主要为钙碱性和高钾钙碱性系列,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素,稀土配分模式均表现为一致的轻稀土富集右倾型,反映了其母岩浆的同源性,Sr-Nd同位素特征为(87sr/86sr)ⅰ=0.70318~0.70359、εnd(t)=6.5~7.0,说明其源区为亏损地幔。岩石形成于岛弧环境,是古亚洲洋在晚石炭世期间向北部准噶尔—哈萨克斯坦板块下方俯冲消减的产物。该区时代为272ma的玄武岩为钙碱性岩石系列,形成于板内环境,是古亚洲洋闭合以后,板内后碰撞伸展阶段的产物。其微量元素特征与弧火山岩相似,是由于源区加入了早期被俯冲流体交代过的地幔楔物质而引起的。(3)康古尔塔格—黄山地区分布在缝合带南北两个构造带的中基性火山岩时代以晚石炭世(300~290ma)为主,主要由玄武岩和安山岩组成。化学成分上属钙碱性系列,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素,大部分火山岩近一致的曲线型式反映来自统一的源区。岩石形成于岛弧环境。为古亚洲洋在晚石炭世期间同时向北部准噶尔—哈萨克斯坦和南部塔里木板块之下双向俯冲的产物。上部发育二叠纪的火山磨拉石建造,代表造山作用的结束和板内后碰撞演化阶段的开始。(4)巴里坤塔格地区火山岩普遍具双峰式特征,中基性火山岩(时代为296ma)主要为拉斑玄武岩系列,中基性侵入岩(316ma和289ma)主要为钙碱性和高钾钙碱性系列,岩石均形成于板内环境,是晚石炭世古博格达陆内裂谷的一部分。普遍富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素,表现出与弧火山岩相似微量元素特征,是由于岩浆源区受早期俯冲流体交代作用影响的结果。其成岩机制为板内拉张环境引起的幔源物质主动上升,并受哈尔里克早期岛弧物质混染的影响。(5)黑山岭一带时代为298ma和277ma两个阶段的中基性火山岩分别显示出不同的地球化学特征:一阶段火山岩(298±5ma)岩石地球化学特征与冰达坂—后峡和康古尔塔格—黄山地区形成于岛弧构造背景的中基性火山岩特征相似,且普遍与区内同时期中基性侵入岩具有同源演化的特征,是在塔里木裂陷的基础上,北山地区有限洋盆持续收缩的产物。二阶段中基性火山岩(277±5.8ma)属拉斑玄武岩系列,具强烈正nb异常以及oib亲和性,无地壳物质混染,形成于板内后碰撞伸展构造背景,在成因上显示与塔里木二叠纪大火成岩省(lips)的相关性。其岩石成因与二叠纪期间叠加的塔里木大火成岩省(lips)的作用相关,深部岩浆熔体的快速上升,形成塔里木板内拉张环境下无地壳混染的玄武岩类。(6)综合对比4个研究区晚石炭世—早二叠世期间中基性岩浆岩的成岩时代和构造演化环境,在310~290ma期间,冰达坂—后峡、康古尔塔格—黄山以及黑山岭地区都具有岛弧环境的特征,说明该时期古亚洲洋的俯冲在东天山及邻区一带仍然存在;在290~270ma期间,4个研究区都显示出板内演化的构造环境特征,标志着古亚洲洋在该时期已经全面关闭,全区进入板内演化阶段。其中黑山岭地区地幔柱成因的玄武岩时代为277Ma,表明东天山及其邻区一带叠加塔里木地幔柱岩浆作用的时代为早二叠世晚期。


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