南秦岭新元古代岩浆—沉积作用及地质意义

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华南板块在Rodinia超大陆中的位置一直以来是国内外研究的热点。扬子陆块是华南大陆的重要组成部分,其新元古代构造演化过程也备受关注。扬子陆块周缘广泛发育新元古代岩浆-沉积作用,是解决上述科学问题的关键研究对象。前人的工作主要集中在扬子东南缘和西缘的新元古代岩浆与沉积作用研究,并积累了大量成果。然而,扬子北缘新元古代岩浆岩和沉积岩研究程度相对薄弱,且构造演化存在较大争议。本文选择扬子北缘早新元古代大洪山基性侵入岩、中-晚新元古代随县群沉积岩及晚新元古代基性-超基性岩脉作为研究对象,通过岩相学、锆石年代学、地球化学和Sr-Nd-Pb-Hf-O同位素研究,约束岩浆形成过程、地幔属性及其时空变化,探讨扬子北缘构造体制转换过程,包括早-中新元古代俯冲-伸展过程和晚新元古代裂谷盆地-被动陆缘过程;分析随县群沉积岩物源特征,对比同时期扬子周缘及Rodinia超大陆主要陆块各地层物源异同,进而约束华南与Rodinia超大陆的关系。大洪山基性岩主要由中-细粒辉长岩和辉绿岩组成,侵位于ca.815 Ma。它们的主、微量元素变化范围较大,(La/Yb)N=0.53–3.43。Sr-Nd-Pb同位素组成分别为87Sr/86Sr(i)=0.70295–0.70779,εNd(t)=-2.7+4.1,206Pb/204Pb=17.57–18.46,207Pb/204Pb=15.43–15.56,208Pb/204Pb=37.45–38.12。这些地球化学特征指示大洪山基性岩经历了显著的地壳混染作用。AFC计算表明,岩浆上升过程中受到了5–20%地壳物质混染。大洪山基性岩具低的U/Th(0.18–0.38)、Th/Zr(0.001–0.008)和Nb/Y(0.16–0.36)比值,表明其源区未受俯冲流体或熔体的改造。较原始的基性岩样品显示亏损的Nd-Pb同位素组成,与亏损地幔端元相似,指示其来自软流圈地幔。随县群主要由砂岩和粉砂岩组成,火山岩夹层与之伴生。碎屑锆石U-Pb年龄分三组,其峰值分别为2450 Ma、~1990 Ma和~750 Ma,εHf(t)值范围为-22.5+11.1。随县群碎屑锆石U-Pb年龄峰值和Hf同位素组成与南秦岭前寒武纪岩浆岩一致。这些沉积岩具有高La/Sc(0.91–7.28),Th/Sc(0.56–2.16),低Cr/Th比值(0.94–5.28),与长英质岩浆岩类似。扬子周缘同时期沉积岩碎屑锆石的新元古代U-Pb年龄峰值为770710Ma,其年龄分布与εHf(t)值扬子周缘新元古代岩浆岩一致,显示近源沉积特征。扬子陆块和印度西北缘保存着相似的新元古代沉积地层和碎屑锆石年龄峰值,表明它们具有亲缘关系,二者可能位于Rodinia超大陆边缘位置。基性-超基性岩墙群侵位于ca..680–650 Ma。根据其地球化学特征可划分为N-MORB型、E-MORB型和ARC型。狮子岩辉长岩表现为N-MORB特征,具低Rb/Y(<0.5),Nb/Y(<0.1),Nb/Zr(<0.03),Th/Zr(<0.003),高εNd(t)(+4.3+5.4),低207Pb/204Pb(15.48)和206Pb/204Pb(17.57),其源区为软流圈地幔。银洞山辉石岩为E-MORB特征,具有低87Sr/86Sr(i)(0.70384–0.70410),高εNd(t)(+4.2+5.4)、高Pb同位素(207Pb/204Pb=15.53–15.54,206Pb/204Pb=18.18–18.37)。它们的锆石εHf=+13.1+15.0,δ18O=+4.43+5.17‰。上述特征表明其源区为亏损地幔经历了洋岛物质的俯冲改造。独崇山辉长岩为ARC型特征,具高Nb/Zr(0.07–0.16),Nb/Yb(3.52–20.1),低εNd(-7.1-4.5),正的锆石εHf(-0.5+4.2)和地幔特征δ18O值(+5.41+6.41‰),表明来自俯冲熔体改造的岩石圈地幔,并经历了下地壳混染作用。晚新元古代基性-超基性岩墙群侵入裂谷系火山-沉积岩序列,被浅海-深海沉积覆盖,表明扬子北缘由裂谷盆地向初始洋盆的转换,即原特提斯洋的打开。前人研究表明,扬子北缘早新元古代(>850 Ma)基性岩以钙碱性为主,源区为俯冲物质交代的岩石圈地幔,指示洋壳俯冲过程。Ca.830-815 Ma,基性岩地球化学特征以MORB型为主,地幔源区主要为软流圈地幔,基性岩地幔源区的转变可能与板片断离相关,扬子北缘转换为伸展环境。Ca.820 Ma,陡岭杂岩经历了角闪岩相变质作用,其顺时针P-T轨迹指示弧陆碰撞过程。中-晚新元古代(ca.780–680 Ma),扬子北缘发育大规模火山-沉积岩,其双峰式火山岩组合、低δ18O值和近源沉积等特征,指示形成于伸展环境。晚新元古代(ca.680–635 Ma),基性-超基性岩墙群地球化学特征与现今洋中脊玄武岩类似,结合震旦纪(<620 Ma)碳酸盐岩盖层(如陡山沱组、灯影组),指示扬子北缘初始洋盆的开启,及被动大陆边缘的形成。因此,扬子北缘新元古代构造演化可划分为5个阶段,分别为:(1)>850 Ma板片俯冲;(2)ca.840–820 Ma弧后盆地;(3)ca.820 Ma弧陆碰撞;(4)ca.780–680伸展盆地;(5)<680–635 Ma原特提斯洋开启及被动陆缘沉积。扬子北缘早-中新元古代岩浆-沉积-变质事件类似于典型的增生造山带,在时间尺度和类型上与Rodinia超大陆内部格林维尔期造山事件明显不同。中-晚新元古代裂谷盆地和被动大陆边缘转换过程也不同于Rodinia内部Proto-Pacific Ocean洋的形成过程。扬子北缘与同期塔里木东北缘、印度西北缘具有相似的新元古代构造演化过程,这三个陆块可能连在一起,位于Rodinia超大陆边部。
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