华西北全吉地块西段古元古代岩浆-变质作用及构造演化

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jshaczcl
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全吉地块位于中国西北,是一个克拉通残块,由古元古代中-深变质结晶基底和中-新元古代未变质沉积盖层组成,与华北克拉通的克拉通类似。已有研究表明全吉地块在古元古代早期发生了区域性的碰撞后花岗岩浆作用,在古元古代晚期响应全球Columbia超大陆的汇聚而先后发生了两期构造热事件;然而对古元古代早期碰撞后花岗岩浆作用的时间跨度仍不清楚,对古元古代晚期第一期构造热事件的岩浆-变质事件链的认识仍不完整。本论文以全吉地块西段全吉山地区基底岩系中的三个岩性单元为对象,即全吉山变花岗质岩株单元、变镁铁质岩墙单元和正长花岗质岩脉单元,综合应用地质学、岩相学、矿物学、年代学和地球化学等研究方法系统揭示它们的地质产状、岩石类型、形成年龄、岩石成因、源区性质和构造环境,并对变镁铁质岩石单元的变质作用特征进行初步探讨。本研究不仅完善了全吉地块古元古代晚期构造热事件链,而且为认识中国和全球古元古代板块构造运行样式和古大陆演化提供了新约束。全吉山变花岗质岩株单元是一个2.37–2.34 Ga中-酸性侵入岩套,构成全吉山地区结晶基底岩系的主体。其原岩主要包括二长闪长岩、二长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和英云闪长岩等岩石类型,岩石组分显示准铝质到弱过铝质特征,总体属于高钾钙碱性I型花岗岩,个别为A2型花岗岩,部分岩石具有埃达克质地化特征。岩石的MgO(1.37–4.09 wt.%)、Cr(7.66–79.2 ppm)和Ni(2.34–19.3 ppm)含量较低,Sr/Y值(11.5–4.09)变化范围较大。同时,Nd-Hf同位素(εNd(t)=-2.1+2.3,TDM2=2.57–2.92 Ga;εHf(t)=-1.8+2.3,TDM2=2.76–3.02 Ga)表现为古老地壳再造特征。复杂的组分特征表明原岩岩浆源自增厚之后不同构造深度的中-新太古代镁铁质下地壳岩石部分熔融。复杂多样的岩石组分特征及岩浆源区与后碰撞构造阶段多源区物质熔融形成的组分多样岩浆产物相吻合。因此,全吉山(变质)岩体与全吉地块中-东段产出的2.39–2.37 Ga变花岗质侵入体同属于后碰撞岩浆作用产物,侵位时间总体相近稍有先后,共同指示一个约50 Myr甚至时间跨度更长的后碰撞岩浆作用过程。变镁铁质岩墙单元主要呈岩墙状(部分被构造肢解为断续排列的构造透镜体)产出,主要岩性有斜长角闪岩、变辉长岩和变辉绿岩(麻粒岩)。原岩岩浆侵入于1.95–1.94 Ga,岩石组分具亚碱性玄武质岩石特征,呈现从拉斑玄武岩过渡至钙碱性玄武岩的演化系列。相较于幔源初始熔浆,MgO(3.02–6.86 wt.%),Ni(5.34–90.4 ppm)和Cr(6.71–169 ppm)组分较低,表明这些镁铁质岩石是初始岩浆不同程度结晶分异演化的产物。鉴别筛选出仅受轻微地壳混染但影响程度可忽略不计的样品,其微量和稀土元素组分显示出不同程度的LILE和LREE富集和显著Nb-Ta负异常,结合具复合的幔源Hf同位素特征(εHf=+10.3+4.6,TDM=1.94–2.16 Ga;和εHf=-3.3-0.8,TDM=2.37–2.46 Ga),表明岩浆源区可能为受俯冲流体改造的富集岩石圈地幔+富集软流圈地幔。镁铁质岩墙侵位不久之后即于1.93–1.92 Ga遭受区域变质作用,峰期的高角闪岩相变质阶段发育棕绿色普通角闪石+单斜辉石+斜长石,若干变辉绿岩发育紫苏辉石+单斜辉石组合,峰期后退变角闪岩相条件。峰期高角闪岩相-麻粒岩相变质温度压力条件为780–800℃和8.0 Kbar,显示为与碰撞相关的中P/T型高级区域变质作用类型,一致于全吉地块东部已获得的同类研究结果。全吉山变镁铁质岩墙形成于同期区域汇聚构造背景之下,具有显著的弧岩浆地化特征,复合的幔源属性和弧后伸展构造属性以及随后不久遭受的中P/T型区域变质作用改造,共同指示原岩岩浆产于活动大陆边缘的弧后盆地。并由此推断其侵位不久之后记录的中P/T型变质作用性质为弧-陆碰撞性质。正长花岗质岩脉单元呈岩脉状侵入于全吉山变花岗质岩株单元并切割其面理构造和变镁铁质岩墙单元。岩石呈弱片麻状和块状两种构造类型,锆石U-Pb定年揭示片麻状岩脉和块状岩脉侵入年龄分别为1.90–1.87 Ga和1.90–1.86 Ga,前者早于后者侵入。但两类岩石矿物成分均主要为钾长石、石英和少量黑云母,岩石组分均为高SiO2(67.99–76.99 wt.%)、高钾富碱(K2O=5.28–7.83 wt.%;K2O+Na2O=8.67–11.34 wt.%),准铝质-弱过铝质,显示高分异花岗岩特征。岩石属于I型和A型花岗岩,且多数岩石具C型埃达克质岩石地球化学特征。锆石Hf同位素组成(εHf(t)=–7.9–1.3和TDM2=2.71–3.04 Ga)表明岩浆来源于中-新太古代古老陆壳部分熔融,与围岩显示相同或相似的源区特征。正长花岗质岩石单元紧接于1.93–1.92 Ga中P/T型碰撞变质作用之后侵入,属于后碰撞伸展阶段的岩浆作用产物。本文的研究成果完善了全吉地块基底中古元古代第一期构造演化的关键岩浆-变质事件链,同时对全球古元古代2.45–2.20 Ga的锆石年龄槽对应的板块构造运行样式的解释和Columbia超大陆汇聚过程的构造演化特征提供了重要启示:(1)全吉地块在古元古代早期的2.44–2.37 Ga之间的前碰撞阶段存在一个近70Myr的板块俯冲期,进入2.39–2.34 Ga的后碰撞阶段存在一个50Myr的后碰撞岩浆作用和板块俯冲停滞期,即在一些学者认为的板块俯冲减缓或停滞的2.45–2.20 Ga年龄槽内先后发生过板块俯冲和俯冲停滞。因此,本论文和华北克拉通乃至全球同时期岩浆作用性质及构造演化关系的最新研究成果共同表明,整个古元古代早期的板块构造活动并非要么连续俯冲或要么完全停滞,而是呈彼消此长的、俯冲与停滞交替的幕式运行样式。(2)全吉地块在古元古代晚期经历的两期俯冲-增生-碰撞造山-碰撞后伸展演化过程时限可进一步分别约束在1.96–1.86 Ga和1.86–1.77 Ga;两个构造热事件与华北克拉通最终联合克拉通化的多阶段过程相同步,也与全球Columbia超大陆多阶段汇聚演化过程相响应。此外,全吉地块与华北克拉通西-南缘古元古代基底岩系及其记录的岩浆-变质-沉积事件的系统比对表明,全吉地块与华北克拉通部分微陆块在古元古代具有密切的构造亲缘关系,并一同经历了古元古代晚期克拉通化过程。在此过程中,全吉地块可能并入了华北克拉通,并与其一同构成Columbia全球联合超大陆的一部分。
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