华南赣杭构造带含铀火山盆地岩浆岩的成因机制及动力学背景

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赣杭构造带是我国重要的含铀火山岩带,带上分布有相山、盛源、新路、大洲四个主要含铀火山盆地。对于火山盆地中岩浆岩的形成时代、成因机制及动力学背景的研究相对薄弱或者存在争议。因此,本文选取了相山、新路和大洲三个火山盆地作为研究对象,进行了较为系统的锆石U-Pb年代学、元素地球化学、Sr-Nd-Hf同位素组成等方面的研究,探讨赣杭构造带这些酸性火山-侵入岩体的成因机制及动力学背景。锆石U-Pb年代学研究表明,相山火山侵入杂岩的形成时代在137~132Ma之间;新路盆地中的火山侵入杂岩形成时代在136~133Ma之间;大洲流纹岩的形成时代是127Ma,表明赣杭构造带上的这些含铀火山盆地中的酸性火山-侵入岩是早白垩世岩浆活动的产物。这些含铀火山盆地中的岩浆岩都显示出A型岩浆所特有的地球化学特征,例如:富碱,具有较高的K2O+Na2O含量,较高的Fe2O3*/MgO,富集REE, HFSE和Ga。并具有较低的CaO, MgO和Ti02含量,富集大离子亲石元素,亏损Sr, Ba, P, Eu和Ti。这些酸性岩具有较高的形成温度,并显示出高的Ga/Al比值以及较高的Zr+Nb+Ce+Y含量,在A型花岗岩的判别图解上,大部分数据点都落入了A型花岗岩的范围里面,表面这些酸性岩具有A型花岗岩的地球化学特征。结合近年来其他学者的研究,在赣杭构造带上也发现了一些早白垩世的花岗岩,如白菊花尖花岗岩(126Ma)、大茅山花岗岩(126~122Ma)、铜山花岗岩(129Ma)、三清山花岗岩(135Ma)、灵山花岗岩(132~131Ma)。地球化学研究表明这些酸性岩都具有A型花岗岩的地球化学特征,表明赣杭构造带上存在一条早白垩世(137~122Ma)的A型花岗岩带。相山火山侵入杂岩的εNd(t)值主要变化范围在-6.86到-8.73之间,锆石εHf(t)值集中在-7到-9之间,表明相山火山侵入杂岩具有相同的物质来源,以地壳物质为主。并且全岩的Nd同位素和锆石的Hf同位素都具有中元古代的两阶段模式年龄,表明相山火山侵入杂岩起源于中元古代变质岩,无明显地幔组分的加入。在相山镁铁质微粒包体中含有石英角闪片岩捕掳体,表明镁铁质微粒包体岩浆在进入长英质岩浆房之前和地壳物质发生过同化混染作用,造成镁铁质微粒包体的岩浆成分由玄武质转变为闪长质。相山碎斑熔岩中电气石结核的成因研究表明,电气石结核是由于碎斑熔岩岩浆在演化过程中产生流体不混溶而形成的。碎斑熔岩中电气石的δ11B值在-12%o左右,与大陆地壳的平均δ11B值一致,表明硼来自于地壳,进一步说明了相山碎斑熔岩的物质来源主要是壳源的,无明显地幔物质的加入。新路火山盆地中的杨梅湾花岗岩和大桥坞花岗斑岩的全岩εNd(t)值在-6.5和-3.6之间,锆石εHf(t)值在-7.8到-0.9之间,并且Nd-Hf同位素都具有中元古代的两阶段模式年龄,表明这两个岩体起源于中元古代变质岩。杨梅湾花岗岩和大桥坞花岗斑岩相对于相山火山侵入杂岩具有就较高的全岩εNd(t)值以及锆石εHf(t)值,可能指示了杨梅湾花岗岩和大桥坞花岗斑岩的原岩有少量地幔物质的加入。此外,杨梅湾花岗岩相对于大桥坞花岗斑岩具有相对较高的全岩εNd(t),可能也指示了两个岩体中地幔组分的性质或者比率有所不同。大洲流纹岩的全岩εNd(t)值在-6.39到-5.47之间,锆石εHf(t)值集中在-6到-5之间,并且Nd-Hf同位素都具有中元古代的两阶段模式年龄。大洲流纹岩具有较高的Si02含量(74-77wt.%),并且全岩εNd(t)值和锆石εHf(t)值变化很小,表明了大洲流纹岩的壳幔相互作用并不明显。大洲流纹岩具有很高的Zr含量(1145~802×10-6之间),并具有异常高的形成温度,锆石饱和温度计的研究结果表明,大洲流纹岩形成于~1000℃。大洲流纹岩中的Zr除了分布在少量的锆石斑晶之外,在基质中还含有大量的细小的1-10μm的锆石小晶体,以及<1μm到5μm之间的斜锆石,表明大洲流纹岩中的Zr大部分是在岩浆演化的晚期才沉淀下来的。异常高的形成温度,以及不同的岩浆演化过程,是造成大洲流纹岩具有异常高的Zr含量的主要原因。具有高Zr含量的高温酸性岩的形成所需要的热能和地幔物质有关,大洲流纹岩具有异常高的形成温度也表明了区域上存在地幔物质的上涌。位于赣杭构造带东段的其他A型花岗岩相对于相山火山侵入杂岩具有较高且变化范围较大的全岩εNd(t)值以及锆石εHf(t)值(除了大洲流纹岩),可能指示了赣杭构造带东段的这些A型花岗岩的原岩有少量地幔物质的加入。赣杭构造带东段的这些酸性岩之间的全岩εNd(t)值以及锆石εHf(t)值也具有差异性,全岩εNd(t)值以及锆石εHf(t)值总体上表现出了赣杭构造带位置上从西往东,时间上从早到晚壳幔相互作用越来越强烈。赣杭构造带上这些A型花岗岩的全岩的Nd同位素和锆石的Hf同位素都具有中元古代的两阶段模式年龄,并且Nd同位素的数据点都位于华南中元古界正变质岩和副变质岩的演化区域之间。赣杭构造带上早白垩世A型花岗岩带的确立表明赣杭构造带在这个时间段上是处于一个拉张的构造背景,是由于太平洋板块俯冲之后的板片后撤所引起的拉张环境造成的。持续的拉张作用导致地壳和岩石圈地幔逐渐减薄,上涌并底侵的软流圈地幔引发了事先经过脱水作用发生麻粒岩化的中元古代变质岩(包括正变质岩和副变质岩)的部分熔融形成这些A型花岗岩的初始岩浆,这些初始岩浆遭受到不同程度的地幔组分的加入,并发生了广泛的不同程度的分离结晶作用,从而形成赣杭构造带上面早白垩世的A型花岗岩带。赣杭构造带A型花岗岩带的确立,表明十杭带上都分布有A型花岗岩。华南在晚中生代发生了由太平洋俯冲相关的构造环境向板片后撤引起的拉张环境转变,但太平洋板片后撤发生的时间并不是同时的或者连续的。十杭带南带在163Ma左右发生了由太平洋俯冲相关的构造环境向因板片后撤而引起的拉张环境转变。本文研究表明赣杭构造带上这个构造环境的转变的发生在137Ma,明显晚于十杭带南带。而沿海(浙江省东部和福建省)的A型花岗岩形成时代在110~90Ma,表明构造环境的转变的发生在110Ma。这些现象表明太平洋板块的后撤是不规则的,并且后撤过程是阶段性的,先发生在十杭带南带,再发生在赣杭构造带,最后发生在东南沿海,从内陆往沿海逐渐变年轻。
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