中国东南部前泥盆纪构造演化

来源 :南京大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:pangpanghai
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华南板块由南东侧华夏陆块和北西侧扬子陆块两个前寒武纪块体组成,二者以江绍断裂带为界;江南造山带是两者之间的新元古代俯冲—碰撞—缝合造山带,其东段由九岭和怀玉两个块体组成。中国东南部包括江南造山带和华夏板块,经历了长期多阶段的地壳演化和大陆再造过程,具有复杂多样的地壳物质组成和构造特征。该地区研究历史很早,研究成果丰硕,但也存在着一些遗留问题,而且是一些研究难度比较大的遗留问题;特别是关于前泥盆纪构造演化的诸多科学问题。本论文选取江南造山带诸暨、江山-淳安、弋阳、元宝山、龙胜地区以及华夏陆块崇义、黎川、建瓯、建宁、陈蔡地区作为重点解剖区,开展了详细野外地质调查,对重点剖面进行了精细观察、系统采样。论文分析了江南造山带各区段前南华纪韧性剪切运动学标志,确认了新元古代古华南洋向江南造山带之下北西向俯冲。此外,江南造山带广泛发育的前南华系区域角度不整合,标志着华夏与扬子陆块的俯冲碰撞造山。论文确定了研究区段各地质体的产状和相互间的接触关系,借助锆石U-Pb定年和Hf同位素分析、岩石地球化学分析以及岩相学观察,探讨了研究区沉积地层、岩浆岩以及变质岩的时代、成因以及构造背景,为探索中国东南部前泥盆纪构造演化提供了关键依据。江南造山带西段桂北龙胜地区发育一系列SE向逆冲断裂,剪切切割区内元古代地层和同时代的蛇绿岩,形成叠瓦状构造。区内岩石组合包括镁铁岩-超镁铁岩组合(包括枕状玄武岩、辉长岩、辉绿岩和橄榄岩)、硅质岩、蛇纹大理岩和碧玉岩夹玄武岩,呈构造团块产出于千枚岩基质中,逆冲断裂控制了块体的产状,整体岩石构造组合类似于构造混杂岩。从辉长岩和辉绿岩中获得了867±10Ma、863±8Ma和869±9Ma的锆石U-Pb结晶年龄,并且锆石的εHf(t)>0。区内辉长岩、玄武岩、滑石岩和蛇纹岩展示LREE富集的配分曲线,并显示明显Nb、Ta和Ti的亏损,表明其形成于与俯冲有关的构造背景,推测大陆弧镁铁岩为原地岩块;千枚岩展示相同的地球化学特征。该地区还报道有MORB型镁铁岩-超镁铁岩,推测其与碧玉岩等为来自于俯冲板块的外来块体。蛇绿混杂岩的基质为研究区的泥砂质千枚岩。综合地质体野外接触关系、测年结果和地球化数据,本论文认为龙胜地区发育弧前增生带蛇绿混杂岩,构造侵位时间晚于870-860Ma。江南造山带桂北元宝山、湘北益阳-浏阳以及浙北诸暨地区发育的元古代基性岩-超基性岩以无根透镜体的形式产出于区内前南华系基底地层或侵入前南华系基底地层。东段弋阳地区南华系登山群中出露安山岩、玄武岩团块,结合不整合面下伏前南华系漆工群岩石构造组合,确认这些安山岩和玄武岩构造团块来自下伏漆工群。江绍断裂带浙北石角地区是江南东段双溪坞群和华夏陆块陈蔡变质群的结合带,区内混合化角闪片岩被石英闪长岩侵入,在石英闪长岩中出露镁铁岩-超镁铁岩残留体;双溪坞群为江南造山带东段一套典型火山沉积层序,而陈蔡群由经历角闪岩相变质的前寒武纪陆缘碎屑物组成。论文通过锆石U-Pb定年方法确定了元宝山辉长岩(854.7±5.3Ma)、弋阳登山安山岩(864.0±14Ma、868 ±7Ma和871±7Ma)、诸暨辉绿岩(863±6Ma)、石角石英闪长岩(854±6Ma、857±5Ma)辉长岩(860± 5 Ma)以及角闪片岩(879 ±10 Ma)的结晶年龄,结晶年龄的可靠性得到锆石CL图像以及Hf同位素数据的证实。这些岩石组合都展示LREE轻微富集的配分曲线以及Nb、Ta亏损的地球化学特征,在地质背景投图上位于岛弧范围内,表明其形成于岛弧背景,与区域地质一致。结合野外地质关系推测江绍断裂带石角地区880-850 Ma的岩石组合形成于活动陆缘背景,不属于华夏陆块,而是江南造山带的一部分,限定了江绍断裂带石角地区华夏与扬子陆块的板块界限。综合野外地质接触关系、测年结果和岩石物质成分特征,确认江南造山带各区段在880-850Ma仍然处于活动陆缘背景。江南造山带东段弋阳地区发育新元古代造山角度不整合面,具有岛弧亲缘性的前南华系地层(漆工群)被南华系地层(登山群)不整合覆盖。碎屑锆石U-Pb定年结果显示漆工群碎屑锆石测年值汇聚成一个900-820 Ma(峰值840 Ma)的单一年龄峰。不整合面上伏登山群底砾岩碎屑锆石U-Pb年龄谱最明显且最年轻的年龄峰位于863-810Ma,另有少量1120-940 Ma和1780-1560 Ma的碎屑锆石。登山群中部杂砂岩碎屑锆石记录到了多期构造-岩浆活动的信息:890-750 Ma、2070-1670 Ma和2550-2385 Ma。锆石Hf同位素数据揭示前南华系地层碎屑锆石大多数具有正的εHf(t)值以及晚中元古代的模式年龄,推测其碎屑物多源自怀玉古火山岛弧;而南华纪盖层碎屑锆石大多数呈负的εHf(t)值,源区复杂。不整合面上下地层年龄谱与野外地质观察相吻合。结合区域地质,确定区域不整合面形成于810-800Ma。对比下伏岛弧序列的碎屑锆石年龄谱将华夏与扬子陆块东段碰撞时间限定在840-810Ma之间。桂北元宝山花岗岩体侵入区内前南华系(四堡群)地层和岛弧镁铁岩-超超镁铁岩组合;道林山地区的花岗岩侵入区内前南华系双溪坞群和南华系河上镇群,并与南华系上墅组辉绿岩、玄武岩共生。从元宝山花岗岩和道林山花岗岩中获得的锆石U-Pb加权平均年龄分别为822.6±5.2、830.7±5.0、823.8±5.3、833.0±5.9Ma和790±5Ma。元宝山花岗岩主要为二云母花岗岩和白云母花岗岩,ACNK=(1.15-1.40),属于典型的S花岗岩并且具有后碰撞型花岗岩的地球化学特征,花岗岩岩浆来自地壳物质的重融(εHf(t)=-18.99—-0.84)。道林山花岗岩为A型钾长花岗岩,ASK=0.91-0.94,具有非造山花岗岩的地球化学特征,与区内同时代的板内基性岩相对应,并且含可观的幔源物质成分(εHf(t)= 7.08-15.08)。本论文认为元宝山花岗岩体形成于835-820Ma左右的后碰撞背景,道林山A型花岗岩成于790Ma左右的大陆裂谷环境。华夏陆块具有元古代基底构造并且经历了长期前寒武纪构造演化,但目前尚缺少元古代变质事件的证据。华夏东段建宁-黎川地区发育前寒武纪岩石构造组合,包括万源群片麻岩和零星被麻源群片麻岩包围的天井坪组角闪岩。万源群副片麻岩中的碎屑锆石大部分展示变质边,通过对变质边定年获得了860 ± 6 Ma和435 ± 5 Ma的谐和加权平均年龄以及442 ± 41 Ma的下交点年龄。万源群碎屑锆石核部年龄在3015-851 Ma之间,展示三个年龄峰:930-865Ma、1850-1200Ma和2650-2400Ma。麻源群片岩中的碎屑锆石大多没有核环构造或变质边很薄,展示三个年龄峰:860-750 Ma、1835-1775Ma和2720-2500 Ma。万源群930-851Ma的锆石核年龄峰和860 Ma以及440 Ma左右的变质年龄将万源群的沉积年龄限定在865-860 Ma;麻源群的沉积年龄可能在600-540 Ma之间。碎屑锆石的年龄谱特征表明万源群可能形成于聚合或碰撞背景。860Ma左右的变质作用表明华夏陆块内部存在860Ma的俯冲或碰撞作用,显示华夏陆块在早新元古代不是一个统一的块体。华夏陆块缺少元古代变质作用的信息可能是由于该区440Ma左右强烈构造岩浆活动叠加改造所致。陈蔡变质群位于华夏陆块北东缘,是华夏陆块的变质基底之一,其原岩以陆缘碎屑物为主并发育少量基性岩和海相碳酸盐,遭受了多期变质作用。本论文通过对陈蔡群混合岩和辉长岩包体进行锆石U-Pb定年,分别获得了438±3Ma和453.2±3.5Ma的加权平均年龄,对应的εHf(t)分别为-2.55-0.02和1.80-5.25。辉长岩包体具有Nb、Ta亏损等岛弧特征。结合陈蔡地区的野外地质关系和区域大地沉积特征,论文认为陈蔡群产出的辉长岩包体453Ma的年龄属于区域混合岩化作用重置原岩年龄的时间,陈蔡地区不存在早古生代幔源岛弧岩浆活动,不支持华夏陆块存在早古生代岛弧岩浆作用的观点。陈蔡群438Ma左右的变质年龄与武夷块体西侧440Ma变质年龄相一致,共同限定了华夏陆块早古生代区域变质作用的时间。针对中国东南部地壳演化的争议,选择前寒武纪信息丰富的华夏崇义、建瓯地区以及江南造山带东段江山-淳安地区开展了碎屑锆石年代学研究。确定了各研究区的典型碎屑锆石年龄谱,江南造山带东段江山泥盆纪地层:470-410Ma、860-740Ma、1200-900Ma、2000-1550Ma、2700-2300Ma,淳安奥陶纪地层:850-740Ma、1000-900Ma、2000-1550Ma、2700-2550Ma。华夏陆块崇义地区奥陶纪地层:2560-2380 Ma、1930-1520 Ma、1300-900、850-730 Ma和670-530Ma;建瓯地区三叠纪地层:2630-2300 Ma、2030-1770 Ma和280-200 Ma。本论文还获得了华夏陆块3.96Ga的碎屑锆石年龄,为目前华夏陆块获得的最老的锆石年龄。研究获得的不同年龄峰分别是对晚太古代陆核生长事件、晚古元古代-中元古代Columbia聚合与裂解事件、晚中元古代-早新元古代Rodinia聚合事件、新元古代中期Rodinia裂解事件、晚新元古代冈瓦纳大陆聚合事件、中国东南部早古生代构造岩浆事件以及中国东南部早中生代印支事件的相应。本论文认为中国东南部保存了五期前寒武纪构造演化事件的信息,包括尚未发现直接证据的泛非事件和华夏陆块的古老结晶基底。研究表明华夏板块不同区段对各期显著岩浆事件的响应有所不同,印证华夏陆块不同区段地壳演化有所差异。华夏陆块较多的太古代自形碎屑锆石表明华夏陆块或邻区可能具有太古代结晶基底。论文还获得了相当明显的泛非事件的信息,这补充了中国东南部泛非事件的研究,推测中国东南部具有很好的冈瓦纳亲缘性。分析结果表明华夏与扬子陆块的构造演化具有明显的差异,虽然它们具有很好的亲缘性。华夏陆块与江南各区段年龄谱的对比证实华夏陆块早古生代晚期发生古陆西扩,随后发生陆内造山事件及对应的变质变形及花岗质岩浆活动;震旦纪到早古生代中国东南部处于稳定沉积环境。
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