全吉地块早古元古代花岗片麻岩的岩石成因及构造意义

【摘要】2.4-2.2Ga锆石年龄槽被认为是地球演化历史中岩浆作用的静寂期,代表板块俯冲停滞或减速的动力学过程。然而,在中国的华北克拉通中部带、塔里木克拉通和全吉地块等地不断报道发现规模较大的变质2.4-2.2Ga中酸性侵入体或火山岩。在加拿大Rae克拉通和Churchill克拉通、巴西SaoFrancisco克拉通和Amazonian克拉通、西非刚果克拉通等地都存在2.4-2.2Ga的花岗岩浆活动。因此,2.4-2.2Ga岩浆活动在全球分布仍很广泛,无疑蕴含着重要的地球动力学信息。认识该时段的构造体制特点可为探讨古元古代古大陆的演化提供重要线索。全吉地块地处塔里木、华北和扬子陆块的结合部位,是出露在塔里木陆块东南缘的、中国西北部微陆块群的重要成员之一。全吉地块是一个具克拉通性质的古大陆残片,发育变质的前新元古代基底和南华纪-震旦纪和寒武纪盖层。-2.4Ga的花岗片麻岩产在最下部基底的德令哈杂岩中,并主要分布在地块的中部和东部；-2.2Ga的火山岩物质见于中部基底的达肯大坂岩群上亚岩群中岩性段。虽然自2002年起就有关于该时期花岗片麻岩的资料面世,但都限于结合区域地质调查而开展的,存在解剖不详细、数据不全或有限、分析片面、看图说话和就事论事,所提供的数据无法确保其代表性和正确性,无法满足系统分析认证的需要,现有的结论与区域演化存在着明显不一致性。本论文以前人工作为基础,对全吉地块中、东部古元古代花岗片麻岩开展详细的地质学、岩相学、锆石U-Pb年代学、全岩元素地球化学和Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素等研究,以查明其空间分布、岩石类型和形成时代,分析岩石成因类型、岩浆源区特征和构造背景,探讨全吉地块的地壳生长史和早期构造属性,为理解中国三大克拉通的早期演化关系乃至全球古大陆的构造演化,提供新资料。全吉地块中东部的变质古元古代花岗片麻岩主要由德令哈、呼德生-六道班和莫河等三个花岗片麻岩岩体组成,它们分别位于德令哈市北和以东一带,乌兰县东呼德生山至青藏公路六道班一带和呼德生山南坡纳仁沟口一带。三个岩体均发生了强烈的变质和变形,但其深成侵入体的特征仍清晰可辨,各类片麻岩中存在着变余结构,如变余似斑状结构、变余含长结构和变余岩浆矿物,如褐帘石,因此仍可以岩体称之。片麻岩露头和薄片尺度都可见变余似斑状结构,显示其原岩为花岗岩。德令哈岩体和呼德生-六道班岩体分属岩基(>150km2)和岩株(60-70km2),两者的变质岩石类型相似,主要为正长花岗片麻岩、长花岗片麻岩、石英二长片麻岩和花岗闪长片麻岩。莫河岩体属于岩枝(～10km2),其变质岩石主体为英云闪长片麻岩和花岗闪长片麻岩,少量石英闪长片麻岩。德令哈岩体仍残存较粗的半自形-自形岩浆黑云母、板状斜长石和钾长石以及环带状褐帘石等；呼德生-六道班岩体因靠近柴北缘早古生代构造碰撞带叠加早古生代变质而发育变质矿物石榴子石、普通角闪石和黑云母等。绿帘石、黝帘石、绿棕色细粒黑云母、白云母、绿泥石等变质矿物普遍发育,形成于退变质阶段,分划性面理分布,显示叠加的构造片麻理构造。莫河岩体中的岩浆斜长石有三个世代,结晶最早的板条状斜长石包裹在普通角闪石,第二世代呈变余斑晶产在第三世代斜长石和石英基质中。古元古代晚期高角闪岩相变质峰期与该岩体的最后结晶温度条件相当而不产生变质矿物,但在退变质阶段,生长出钠长绿帘角闪岩相-绿片岩相条件的蓝绿色普通角闪石、绿棕色黑云母、绿帘石和黝帘石、绿泥石和钠长石等矿物。基于锆石CL图像指引的LA-ICPMS或MC-LA-ICPMS原位定年结果显示：德令哈岩体两件样品的岩浆锆石结晶年龄为2367+12Ma和2396±4.3Ma。呼德生-六道班岩体四件样品的岩浆锆石结晶年龄分别为2395±48Ma、2382satz±37Ma、2389±26Ma和2368±12Ma。莫河岩体两件样品的岩浆锆石结晶锆年龄为2394±31Ma和2392±25Ma,此年龄值优于前人的2341±33Ma年龄值,同时确认前人2470Ma的年龄值乃是混入的早期岩浆岩包体的锆石结晶年龄。因此,系统的原位高精度测定表明全吉地块中、东部三个古元古代花岗岩岩体的岩浆侵入结晶年龄范围在-2.37-2.39Ga之间,同时确认先前报道的呼德生-六道班岩体东端的锆石U-Pb年龄2202Ma不是岩浆侵入结晶年龄,而是变质重结晶所致的无地质意义的中间年龄值。但达肯大坂岩群上亚岩群中岩性段的继承性岩浆成因碎屑锆石显示在一2.2Ga确实存在火山活动。德令哈、呼德生-六道班和莫河花岗岩属于后碰撞花岗岩,形成于造山后由挤压向伸展的转换过渡阶段。德令哈花岗岩显示高Si、K和碱而贫Ca,A/CNK=0.88-1.09,高Fe/Mg和Ga/Al比值,LIL(Rb、Th、K)和HFSE(Zr、Y、Ga)相对富集,Ba、Sr、Eu相对亏损和微弱的Nb亏损,REE配分图式示显著的右倾海鸥型。呼德生-六道班花岗岩也显示高Si和K,但A1、Ca偏高,无Ba亏损,富碱,A/CNK=0.91-1.00,高Fe/Mg、Ga/Al,相对富集HFSE(Nb、Zr、Y、Ga)和亏损Sr、P、Ti,Eu呈弱负异常到正异常,其REE配分图式多数呈显著的右倾海鸥型。两个花岗岩的共生岩石无碱性花岗岩、正长岩或石英正长岩、含原生黑云母(非铁云母)而无普通角闪石和／或白云母等,指示岩石属于I-型花岗岩,但同时兼具A-型花岗岩的某些地球化学特征,但未构成大陆裂谷环境下的双峰岩套。因此,该两花岗岩的岩浆的产生和侵位可能发生在碰撞后的造山晚期或造山后的伸展构造环境中。莫河花岗岩相对高Si、Al、K、Sr,A/CNK=0.79-0.93,高Sr/Y和La/Yb,但低MgO、Cr、Ni、Y和Mg#值,LREE相对富集,HREE相对亏损,无Eu异常或有轻微的负Eu异常,成因类型上类似于I-型花岗岩中的埃达克质岩或C-型埃达克质岩。岩浆可能产生在碰撞增厚陆壳的构造伸展构造环境。德令哈花岗岩的全岩ENd(t)=-0.7-+4.8,TDM1=2.37–2.78Ga,TDM2=2.37-2.81Ga,个别样品的εNd(t)值(+4.8)接近于同时期的亏损地幔值(+4.9)。锆石εHf(t)=-1.0-+3.8,亏损地幔Hf模式年龄TDM1=2.55-2.74Ga,TDM2=2.69-2.99Ga,峰值为-2.78-2.82Ga。Nd-Hf同位素特征表明其源区主要为新太古代(～2.7-2.8Ga)陈化新生地壳,可能有～2.4Ga新生地壳物质的加入。呼德生-六道班花岗岩的全岩ISr=0.703-0.706,εNd(t)=+0.4-+2.6,TDM1=2.55-2.73Ga,TDM2=2.57-2.73Ga。锆石εHf=+0.1-+7.8,峰值为+2.0-+5.0,部分锆石点的εHf(t)值接近于同时期的亏损地幔值,亏损地幔Hf模式年龄TDM1=2.42–2.71Ga,TDM2=2.44–2.85Ga,峰值年龄为2.57-2.80Ga,与全岩Nd模式年龄基本一致。Sr-Nd-Hf同位素组成表明其源区主要为新太古代晚期新生地壳和陈化新生地壳及古老地壳(～2.45-2.8Ga)。莫河花岗岩全岩ISr=0.705-0.709,εNd(t)=+2.4-+4.4,TDMl=2.42–2.56Ga,TDM2=2.43-2.59Ga,最高εNd(t)值(+4.4)接近于同时期亏损地幔的εNd(t)值(+4.9)。锆石εHf(t)=+0.4-+7.6,其最大值(+7.6)接近同时期的亏损地幔εHf(t)值,亏损地幔Hf模式年龄TDM1=2.43-2.70Ga,TDM2=2.46-2.92Ga,峰值年龄为～2.64-2.82Ga。Sr-Nd-Hf同位素组成表明其源区主要为新太古代晚末期(-2.5-2.8Ga)底侵的的新生地壳或陈化新生地壳。德令哈、呼德生-六道班和莫河花岗岩的锆石Hf和全岩Nd同位素组成,共同指示全吉地块在新太古代时期(-2.5-2.8Ga)发生了源自亏损地幔源岩浆进入地壳成为新生地壳,即发生了地壳生长事件。这部分新生地壳物质到-2.40Ga发生部分熔融,产生从偏中性的(莫河花岗岩)到酸性的(德令哈和呼德生-六道班花岗岩)岩浆上侵到中上地壳,从镁铁质新生地壳转变为长英质花岗岩使中上地壳的体积明显增大。此外,部分数据显示较高的εHf(t)值和εNd(t)值,接近于同时期的亏损地幔演化线,对应的两阶段模式年龄为-2.4Ga、-2.45Ga,与花岗岩的侵入结晶年龄(-2.4Ga)一致或相当接近,指示在花岗岩上升侵位的同时存在新生地壳物质的添加。对比分析表明,全吉地块在古元古代时期与华北(尤其是华北克拉通中部带)和塔里木克拉通具有密切的亲缘性。例如都发育2.2-1.9Ga的孔兹岩系,都存在～2.37-2.39Ga的花岗侵入体和-2.2Ga的岩浆岩,都发生了～2.5-2.8Ga和～-2.2Ga地壳生长事件,以及在1.96-1.80Ga期间都发生了两期变质作用事件。此外,全吉地块西端的1.77-1.79Ga鹰峰环斑花岗岩可与密云环斑花岗岩的时代一致,可能表明共同的裂解史。总之,全吉地块(2.37-2.39Ga)与塔里木和华北陆块在2.4-2.2Ga期间均应处于造山后由挤压向伸展转换的过渡阶段,并非处于大陆裂解环境。在-2.4Ga之前,包括华北和塔里木陆块在内可能存在一次重要的俯冲、碰撞造山和汇聚拼合,产生了一个稳定的大陆块。
【作者】龚松林；
【导师】陈能松；
【作者基本信息】中国地质大学，矿物学岩石学矿床学，2014，博士
【关键词】古元古代花岗片麻岩；岩石成因；构造环境和演化；超级大陆；中国西北；

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