扬子东南缘江绍断裂带新元古代岩浆岩年代学、地球化学及地质意义

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Rodinia超大陆的聚合与裂解是地球科学的重要科学问题之一。华南板块保留有完好的早新元古代岩浆-沉积记录,因此成为研究Rodinia超大陆聚合与裂解的关键地区之一。华南板块普遍被认为是由扬子板块和华夏板块于新元古代早期完成碰撞(~900Ma),形成统一的陆块,标志着Rodinia超大陆的最后聚合。~825Ma的地幔柱事件,被认为是造成Rodinia超大陆最初裂解的重要地质事件,但是驱动地幔柱形成的原因仍然不清楚。华南地块在~900Ma扬子板块和华夏板块聚合至~825Ma地幔柱岩浆活动开始(地幔柱活动以~825Ma高地幔潜能温度的益阳科马提质玄武岩为代表)之前,发育了大量860-830Ma与裂谷相关的岩浆活动,为我们了解~825Ma地幔柱形成之前地幔的物质和热状态的变化提供了可能,也为探索地幔柱的形成提供了资料。本学位论文以扬子东南缘江绍断裂带发育的860-830Ma的岩浆岩,包括璜山双峰式火山岩、梅岭双峰式火山岩、石角辉长岩、北山辉长闪长岩、涅浦闪长岩、璜山闪长岩、江山花岗闪长岩为研究对象。在野外地质考察、岩相学观察的基础上,通过详细的元素地球化学、矿物学、同位素地球化学(Nd-Hf-O)、年代学(锆石U-Pb)的研究,探讨了这些岩浆岩成因,及其驱动新元古代地幔柱形成与Rodinia超大陆裂解的地球动力学机制。本论文取得的主要进展如下:  (1)SIMS锆石U-Pb定年结果表明,扬子东南缘的璜山双峰式火山岩形成于860±9Ma。璜山双峰式火山岩的SiO2含量在55%至70%存在较大的间断。璜山玄武岩属于钙碱性系列,具有亏损的Nd同位素特征(εNd(t)为+4.45至+5.32),表明来源于含水的亏损地幔,随后经历了结晶分异作用。玄武岩微量元素具有亏损高场强元素(Nb-Ta),富集流体有关的大离子亲石元素(Rb,Ba,Sr)类似岛弧岩浆岩的地球化学特征。但是缺乏岛弧岩浆岩特征的Zr-Hf负异常,构造背景判别图上投在板内区,为类岛弧(Arc-like)特征的大陆板内玄武岩。璜山流纹岩出现低δ18O锆石颗粒(δ18O值为-3.5到6.7‰),表明岩浆形成于裂谷环境。依据岩浆岩液相线温度降低(LLD)出现最高Al2O3含量估算的喷发前水含量为3.6%,地球化学特征显示具有角闪石的分离结晶作用。璜山流纹岩具有与玄武岩一致的Nd同位素组成(εNd(t)为+4.92至+5.40),很可能由璜山玄武岩通过结晶分异作用形成。  (2)对梅岭双峰式火山岩进行SIMS锆石U-Pb定年结果表明,火山岩形成于840±5Ma。梅岭双峰式火山岩的SiO2含量在50%至55%存在相对较窄的间断。梅岭玄武岩属于拉斑系列,具典型OIB地球化学特征,为大陆板内玄武岩。璜山流纹岩出现低δ18O锆石颗粒(δ18O值为-0.2到4.9‰),表明岩浆形成于裂谷环境。具有亏损的Nd同位素特征(εNd(t)值为+4.28至+4.72),指示玄武岩为无水的亏损地幔部分熔融形成。梅岭流纹岩εNd(t)值与SiO2呈负相关关系,其演化程度最低的样品εNd(t)值为+5.27,高于同时代的梅岭玄武岩而与~860Ma的璜山玄武岩类似,表明梅岭流纹岩很可能为新生含水的基性岩浆部分熔融形成,并经历了古老地壳物质的混染。  (3)根据北山岩体、江山岩体、璜山岩体的SIMS锆石U-Pb定年结果以及前人石角岩体、浬浦岩体定年结果表明,本次研究的侵入岩形成时代基本相同为~840-830Ma。微量元素均表现出亏损高场强元素(Nb-Ta),富集流体有关的大离子亲石元素(Rb,Ba,Sr)。具类似岛弧岩浆岩的地球化学特征。在基于地球化学构建的构造背景判别图上,中基性岩浆岩落在板内区而不是典型的岛弧区。江山岩体出现低δ18O锆石颗粒(δ18O值为-2.8到5.5‰),表明岩浆形成于裂谷环境。岩相学上均存在角闪石,根据角闪石成分计算岩浆的水含量为~4%,(北山岩体为3.6~5.6%、江山岩体2.7~3.2%、石角岩体2.8~4.6%、璜山岩体4.5~5.5%),均指示较高的含水岩浆条件。侵入岩均具有亏损的Nd同位素组成以及亏损的Hf同位素组成(北山岩体的εNd(t)值为+3.97~+6.70,εHf(t)值为+4.24~+7.66;江山岩体的εNd(t)值为+3.55~+6.35,εHf(t)值为+3.90至+9.80:石角岩体εNd(t)值为+4.90~+6.20,璜山岩体的εNd(t)值为+3.78~+5.34,εHf(t)值为+7.09~+11.68;涅浦岩体的εNd(t)值为+3.19~+4.48),指示了来源于亏损地幔的特征,表明它们是来自于流体交代的亏损地幔。  (4)江绍断裂带发育的新元古代侵入岩和火山岩的岩石学,矿物学和地球化学研究揭示,无论是侵入岩还是火山岩都具有类似岛弧的地球化学特征,并具有较高的水含量。而且含水矿物角闪石在研究区新元古代岩浆岩形成中是普遍存在的。由于微量元素缺乏岛弧岩浆岩特征的Zr-Hf负异常,中基性岩浆岩落在板内区而不是典型的岛弧区,同期伴生840Ma典型OIB特征的梅岭玄武岩。以及岩浆岩出现低δ18O锆石颗粒,表明这些岩浆岩形成于大陆板内裂谷环境。华南新元古代板内岩浆活动从~860Ma富水的钙碱性岩浆活动到~840-830Ma富水的侵入岩的形成,表明华南~825Ma广泛的地幔柱岩浆活动之前,地幔发生了长期的(~30Ma)流体交代作用,导致地幔岩石的固相线降低,并造成了地幔部分熔融形成玄武质岩浆,以及伴生的地壳伸展和裂谷作用。我们认为这些流体很可能来自地球深部地幔过渡带滞留的俯冲板片的脱水。因此,地幔过渡带滞留物质的垮塌和脱水可能是驱动深部地幔物质上涌,地幔柱形成,并最终驱动Rodinia超大陆裂解的重要原因。
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