華北板塊北緣中段中元古代晚期花崗巖類特征及其構造意義

在西昆侖北緣早前寒武紀變質地層中,筆者等識別出大量不同時代的片麻狀花崗巖,其中包括新元古代片麻狀花崗巖。獲得最新的新元古代片麻狀花崗巖的單顆粒鋯石shrimp年齡為815±57ma,片麻狀花崗巖的巖石學特征反映它們形成于裂解構造背景,結合對區(qū)域上新元古代地層及中元古代末期構造事件的研究,筆者認為新元古代片麻狀花崗巖反映了古塔里木板塊作為rodinia超大陸一員發(fā)生裂解的時間,這對研究古塔里木板塊在rodinia超大陸中的位置及中國rodinia超大陸裂解的研究提供了重要的地質依據(jù)。

通過對內蒙古達茂旗合教地區(qū)具有明顯構造意義的新太古代s型花崗巖的主量元素、微量元素及shrimp鋯石u-pb年代學的研究,為揭示華北板塊北緣新太古代末的構造環(huán)境提供了進一步的證據(jù)。合教花崗巖的主量元素特征表明它是高分異的強過鋁s型花崗巖;其里特曼指數(shù)σ為0.54～0.57,屬于低鉀鈣堿性巖石。稀土元素總量為243.8～427.1μg/g。球粒隕石標準化分配模式顯示lree相對富集,hree相對虧損;(la/yb)n為14.88～18.18,eu具有較大的負異常(eu*/eu=0.31～0.65);模式圖總體呈一右傾的海鷗型。微量元素顯示nb,ta,zr,hf,ti等高場強元素相對虧損。合教花崗巖的微量元素組成表明其來源于正常厚度的大陸地殼,形成于低壓高溫的后碰撞環(huán)境,相當于澳大利亞拉克倫造山帶的s型花崗巖。合教花崗巖的shrimp鋯石u-pb年齡為2556±8ma,屬于新太古代晚期。合教強過鋁s型花崗巖反映在新太古代晚期華北板塊北緣中段可能發(fā)生了一次陸-陸碰撞事件,也表明固陽地區(qū)同時期的贊岐巖可能形成于后碰撞環(huán)境而非板片消減帶。

本文在野外地質調查基礎上,通過對西準噶爾花崗巖類年代學的研究,厘定各期構造巖漿事件的時限,反演西準噶爾造山帶構造演化過程。研究結果表明,西準噶爾巖漿活動劃分為3個時期。晚志留世—早泥盆世花崗巖類主要為謝米斯臺花崗巖類、賽爾花崗巖類及阿克喬克花崗巖類,結合區(qū)域地質背景及阿克喬克花崗閃長巖具有典型的埃達克巖地球化學特征,推測阿克喬克埃達克巖可能是大洋板片俯沖過程中經過脫水發(fā)生部分熔融形成的;早石炭世花崗巖類主要分布在扎爾馬—薩吾爾巖漿弧地區(qū),這一時期的花崗巖類可能是額爾齊斯蛇綠巖所代表的古大洋向南俯沖脫水引發(fā)上覆地幔楔部分熔融或者部分熔融形成的玄武巖漿底侵作用引起中、下地殼物質部分熔融的結果,指示俯沖的古大洋在早石炭世期間未閉合碰撞;晚石炭世—早二疊世的花崗巖類在整個西準噶爾地區(qū)都有分布,形成于后碰撞構造環(huán)境,表明西準地區(qū)進入了陸內構造演化階段。

南嶺地區(qū)新元古代花崗巖表現(xiàn)出了一定的共性:片麻狀構造和過鋁質特征。南嶺西段巖體可歸屬于s型花崗巖,主要源自基底變沉積巖石的部分熔融,成巖過程中有少量幔源組分的參與;東段巖體為鋁質a型花崗巖,源自還原性的長英質火成巖,有變沉積物的參與。這些花崗巖可能形成于"短期的地幔柱活動+長時限的俯沖"的構造背景中。

華南板塊北緣東段武功山地區(qū)出露大面積的片麻狀花崗巖,前人在該區(qū)工作時認為屬混合成因的“混合巖”,本次工作證實屬同熔性花崗巖。采用巖石譜系單位法進行研究,共劃分出5個單元,歸并為2個超單元。其成巖年齡(u-pb法)分別為(462.3±3.2)ma、(409.4±5.1)ma,屬加里東期造山花崗巖。后又經印支—燕山期伸展滑覆構造的疊加、改造,形成片麻狀花崗巖。

大別地塊北緣、合肥盆地南緣的侏羅系鳳凰臺組()底部沖積扇礫巖中發(fā)現(xiàn)花崗巖類礫石,占礫石體積的5%~10%.對精選出的兩個花崗巖礫石樣品中鉀長石、黑云母、角閃石和全巖進行rb-sr同位素測定,利用等時線定年方法計算,獲得(428±20)和(430±54)ma兩個年齡,表明侏羅紀大別山物源區(qū)曾發(fā)育早古生代花崗巖類巖漿侵入巖.根據(jù)巖石地球化學分析判別它們具有碰撞后隆升花崗巖的成因特征.

天山造山帶的中天山隆起帶中廣泛出露著新元古代花崗巖類巖石。獲得了東天山星星峽和西天山溫泉地區(qū)片麻狀花崗巖中鋯石的shrimpu-pb年齡,分別為(942±7)ma(2σ)和(919±6)ma(2σ)。這些花崗巖以特有的粗粒、巨大的眼球狀片麻結構為特征。主元素數(shù)據(jù)表明它們屬于過鋁質的二長花崗巖,具有高sio2(≥70%)、高k2o+na2o(7%～≥8%),且k2o>na2o。這些新元古代花崗巖類巖石具不同的ree含量,但它們有近于平行的ree分布曲線和明顯的eu負異常,同時代的星星峽混合巖具有較高的ree含量,明顯富集lree。它們的微量元素蛛網(wǎng)圖幾乎完全相同,均有明顯的nb、sr、ti、p負異常?；趎d同位素組成研究,其εnd(t)在-4至～0之間,nd模式年齡tdm為2.0～1.6ga。由于放射成因sr同位素組成非常高,不可能得到精確有意義的sr同位素初始值。上述特征均表明這些新元古代花崗巖形成于大陸邊緣構造環(huán)境,由古元古代地殼重熔并經歷了高度的結晶分異作用而形成。綜合近年來發(fā)表的關于天山各地段,諸如溫泉、賽里木湖以東、拉爾敦達坂、巴侖臺和星星峽等地區(qū)較為可靠的鋯石u-pb年齡數(shù)據(jù),我們認為天山新元古代花崗巖類巖石主要形成于960～910ma。結合塔里木盆地周邊古老地塊年齡的研究結果,可以推斷在早新元古代時期塔里木周邊和天山的古老地塊可能曾組成rodinia超大陸的一部分。

板塊構造與花崗巖的成因分類

:依據(jù)采自全國范圍內750個有代表性的大中型花崗巖類巖體上的767件組合樣的實測分析數(shù)據(jù),本文計算并提出了天山-興安造山系、中朝準地臺、昆侖-祁連-秦嶺造山系、滇藏造山系、揚子準地臺、華南-右江造山帶、喜馬拉雅造山帶等中國七大構造單元花崗巖類和不同構造單元堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖中sio2、al2o3、fe2o3、feo、mgo、cao、na2o、k2o、h2o+、co2、tfe2o3、ag、as、au、b、ba、be、bi、cd、cl、co、cr、cs、cu、f、ga、ge、hf、hg、li、mn、mo、nb、ni、p、pb、rb、s、sb、sc、se、sn、sr、ta、th、ti、tl、u、v、w、zn、zr、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu和y等近70種化學元素和成分的豐度,探討了不同構造單元花崗巖類巖石的巖石化學特征和微量元素豐度的特征及其區(qū)域分布。

吉黑東部花崗巖類分布廣泛,形成歷史漫長,巖石類型齊全.按成因類型劃分,以i型為主,a型次之,s型較少,m型極少.各類型花崗巖副礦物組成具有明顯特點,因此可以利用副礦物和其組合特征作為劃分花崗巖成因類型的判別標志.

內蒙古烏拉特中旗烏梁斯太巖體位于華北板塊北緣中段,巖性以黑云二長花崗巖為主。它具有較高的sio_2,(74.69%～76.16%)、na_2o+k_2o(8.63%～9.62%)、rb(73×10~(-6)～200×10~(-6))含量和10000×ga/al(3.21～3.32)、rb/sr(3.27～8.68)比值,較低的cao、ba和sr含量,堿性指數(shù)ai=mol(k_o+na_2o)/al_2o_3)≥0.90,屬于堿性a型花崗巖。稀土球粒隕石標準化圖解上,輕稀土相對富集,eu負異常較為明顯,δeu=0.03～0.06;在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖上,虧損ba、sr、p、nb、ta和ti,富集rb、k;這些特征類似中國東北二疊紀a型花崗巖。在判別圖解上,所有樣品均顯示了a_2型(后碰撞)花崗巖特征。其形成可能與后碰撞板塊斷離作用有關。烏梁斯太巖體的形成過程可能為,俯沖板片斷離導致軟流圈物質上涌,發(fā)生底侵作用,底侵的玄武質巖漿的加熱作用以及地殼伸展的減壓效應導致中下地殼的脫水部分熔融,隨后經歷了分離結晶和晚期的交代作用。烏梁斯太巖體中的鋯石shrimpu-pb年齡為277±3ma,表明其形成時代并非原來認為的三疊紀,而是早二疊世晚期。

早期碰撞造山帶的研究是探索板塊構造早期體制的前緣領域。五臺山地貌高差巨大(達2437m)、山體雄偉、地質露頭連續(xù)完整,是我國早前寒武紀地質研究的經典地區(qū)和認識大陸克拉通早期地殼演化的窗口,已成為世界早前寒武紀碰撞造山帶的典型實例。圍繞五臺山構造樣式的深入研究,對于揭示早期板塊構造演化及中淺地殼構造層次具有重要的地質意義。大量的野外地質調查及構造橫剖面研究表明,五臺山東冶亞群為華北克拉通的早期沉積蓋層,它以開闊復式向形為特征,不整合于造山雜巖及其前陸沖斷帶和前陸盆地之上。區(qū)域變質相的分布及豆村亞群主期褶皺樞紐指示,五臺山花崗巖—綠巖區(qū)向西南掀斜,出露了新太古代碰撞造山帶不同構造單元(造山雜巖及前陸沖斷帶和前陸盆地)中淺層次上連續(xù)而完整的構造剖面。前陸沖斷帶以沉積巖系大規(guī)模平臥褶皺和逆斷層、蛇綠巖混雜帶和基底構造活化為特征。造山雜巖發(fā)育低角度逆斷層和復雜疊加褶皺,伴隨不同時期花崗巖類的侵位。從淺部層次向深部,綠巖帶復式褶皺逐漸被與ttg雜巖構造疊置的表殼巖構造巖片取代,構造面理由陡立趨于平緩。與世界其他花崗巖—綠巖區(qū)相比,五臺山區(qū)完好保留了造山帶擠壓構造及其前陸盆地沉積,指示早期碰撞造山過程的強烈構造縮短和大規(guī)模地殼隆升作用,是研究早期板塊碰撞造山過程的重要例證。

柴北緣構造帶中元古代鷹峰環(huán)斑花崗巖主要造巖礦物的研究結果表明,該巖體具pyterlitic型環(huán)斑結構,各主要礦物均具多世代特征。鉀長石主要以卵形斑晶出現(xiàn),出溶鈉長石條紋極發(fā)育,出溶后主晶成分為or94.57ab5.25an0.18,鈉長石條紋為or0.71ab97.59an1.7,推算出球斑均一化成分為or66.41ab32.95an0.64。巖漿結晶的斜長石以更長石為主,由于不同程度的蝕變使an降低成為鈉質長石。黑云母多有不同程度的蝕變,析出磁鐵礦和鈦鐵礦,析出鐵后黑云母的n(fe)/n(fe+mg)=0.5~0.63,屬mg-fe2+-和fe2+-黑云母,原成分應更富鐵。鷹峰巖體在礦物組成及主要礦物特征上與典型環(huán)斑花崗巖的相似,但也存在一些差異,這些差異有的是起因于加里東期的變質改造,有的反映了巖體形成環(huán)境和過程的特性。

本文對揚子板塊西北緣南一里巖體進行了系統(tǒng)的地球化學研究,探討了該巖體的巖石成因、成巖物質來源及其地質意義。該巖體具有高sio2(70.27%～71.21%)、al2o3(14.97%～16.19%)、k2o(3.11%～3.83%)含量,a/cnk=1.04～1.08,以低y(<10.01×10-6)和hree(e.g.yb<0.70×10-6)為特征,富集rb、th、u、k、sr,虧損ba、nb、ta、p和ti,稀土總量73.55×10-6～93.86×10-6。eu異常不明顯(0.67～0.83)。具有較高的sr/y(33.01～50.53)和(la/yb)n(15.30～23.04)比值及強分異的稀土元素組成。結合巖體產出的時空位置,表明南一里巖體形成于典型的后碰撞構造環(huán)境,可能是三疊紀華北和揚子板塊的碰撞作用導致該區(qū)地殼明顯增厚,在伸展-減薄的構造體制下,地殼中變玄武質和泥質巖石通過角閃巖脫水發(fā)生部分熔融形成。

本文對出露于勉略縫合帶南側碧口地區(qū)的陽壩巖體進行了系統(tǒng)的巖石學、鋯石u-pb年代學和地球化學研究研究,重點討論了陽壩巖體的巖石成因、成巖物質來源及其地質意義。巖體的主體巖性為花崗閃長巖,其中廣泛發(fā)育代表巖漿混合作用的暗色微粒包體。鋯石la-icp-ms定年結果表明陽壩花崗閃長巖的成巖年齡為215．4±8．3ma,晚于秦嶺造山帶的主造山期。地球化學特征上,寄主花崗閃長巖顯示部分埃達克巖的地球化學特征,具體表現(xiàn)為sio2≥56％,al2o3>15％,na2o>k2o,mg#(50．8-54．5)>47,富集lile和lree,sr>900μg/g,sr／y比值(65-95)>65,負eu異常不明顯(δeu=0．84-0．89),虧損hree、y(y=9．51-14．5μg／g,yb=0．74-1．20μg／g,y／yb=11．12-15．10),ree強烈分異((la／yb)n=22．18-29．51),但是,花崗閃長巖相對高的k2o含量和hree相對平坦的特征更類似于中國東部中生代c型埃達克巖,暗示其可能是由加厚基性下地殼脫水部分熔融形成的,巖石的高mg#暗示其受到地幔物質混染。暗色微粒包體顯示鉀玄巖的地球化學特征,具體表現(xiàn)為sio2≤63％,σ(4．54-6．18)>3．3,k2o含量(4．22％-6．04％)高,大多數(shù)樣品k2o／na2o>1;在k2o-sio2圖中,所有樣品均落入鉀玄巖區(qū)域,暗色微粒包體強烈富集lile和lree及明顯的nb、ta和ti負異常暗示其可能起源于曾經受到俯沖流體交代的富集地幔。harker圖解上,寄主花崗閃長巖和暗色微粒包體的主量和微量元素表現(xiàn)出混合成因的演化趨勢,表明巖體可能是富集的巖石圈地幔發(fā)生部分熔融產生的基性巖漿和其所誘發(fā)的加厚下地殼酸性巖漿混合的產物。結合秦嶺地區(qū)已有研究成果,本文的研究認為陽壩巖體的形成可能代表了西秦嶺地區(qū)在秦嶺主造山晚期或造山期后發(fā)生的下地殼的拆沉作用和幔源巖漿的底侵作用。

中元古代鷹峰巖體的主體是環(huán)斑花崗巖,與其共生的巖石有石英閃長巖—奧長花崗巖和輝綠巖。環(huán)斑花崗巖高堿(na2o+k2o=8.49%～9.39%)、富鉀(k2o/na2o=1.12～1.43),鋁近飽和,高鐵鎂比值[(σfeo)/mgo=4.91～7.19];富rb、ba、ga、th、zr、nb、ta,貧cr、ni、v;高σree(392.24×10-6～594.76×10-6),稀土元素強分異[(la/lu)n=12.67～17.09],弱銪負異常(δeu=0.58～0.78),顯示堿性花崗巖的特征,與密云環(huán)斑花崗巖相似。石英閃長巖—奧長花崗巖具鈣堿性系列巖石的特征;與環(huán)斑花崗巖相比,其rb、ba、ga、nb、ta、th、hf、zr低,而ni、cr、v高;σree較低(σree=77.04×10-6～129.85×10-6),輕重稀土分異明顯,但(la/lu)n的比值較小(11.62～14.06),銪異常更弱(δeu=0.69～0.93)。輝綠巖具低堿、高σfeo的特征,屬拉斑玄武質,與洋中脊拉斑玄武巖相比,k2o等不相容元素高,具大陸拉斑玄武質的特征。輝綠巖的isr(1776ma)為0.7066,εnd(1776ma)為+3.6,環(huán)斑花崗巖的isr(1776ma)為0.7181,εnd(1776ma)為-5.5,顯示輝綠巖起源于年輕的地幔,花崗質巖漿主要源自古老的地殼。綜合分析顯示,這些侵入巖形成于伸展背景,是北半球中元古代非造山環(huán)斑花崗巖的成員之一,在加里東期卷入到柴北緣造山帶的古老地殼中。這在世界上提供了一個古老克拉通及環(huán)斑花崗巖卷入古生代造山帶的一個實例。

在阿爾泰南緣的多摩拉克布拉克地區(qū),新發(fā)現(xiàn)含石榴子石和白云母的淡色花崗巖侵入于早石炭世南明水組火山沉積地層中。la-icp-ms鋯石u-pb測年結果表明,淡色花崗巖形成于311±3ma的晚石炭世早期。該淡色花崗巖的發(fā)現(xiàn)及其年齡的確定,結合區(qū)域巖漿巖、變質巖和沉積學等資料分析,表明阿爾泰造山帶南緣在~311ma前完成碰撞過程,并從此進入后碰撞時代。該發(fā)現(xiàn)為進一步研究阿爾泰造山帶晚古生代構造演化提供了新的證據(jù)。

湘東北位于揚子板塊東南緣江南造山帶中段,出露的新元古代花崗巖有長三背、大圍山和葛藤嶺等巖體,同屬于九嶺巖體的一部分。湘東北新元古代花崗巖sio2含量變化于60%~72%、cao為0.6%~3%、na2o為1.98%~3.72%、k2o為2.95%~4.99%之間,a/cnk>1.1,富集k、rb、ba等大離子親石元素(lile)和輕稀土元素(lree/hree=3.1~10.5)、eu負異常明顯(δeu=0.37~0.58),而nb、ta、ti等高場強元素(hfse)相對虧損。這些特征表明湘東北新元古代花崗巖來源于過鋁質熔體,巖石類型上類似于富黑云母過鋁花崗巖類(cpg),可能來源于富黑云母的變泥質沉積巖的熔融,如中元古代冷家溪群變質沉積巖等,形成于同碰撞環(huán)境,可能與陸殼加厚導致的剪切重熔有關。

結合石平川地區(qū)鉀長花崗巖的空間分布、巖相學、巖石地球化學特征以及礦體分布特征,分析了鉀長花崗巖與成礦的關系,認為鉀長花崗巖為該區(qū)的主要控礦因素之一,為直接的找礦標志,為該區(qū)的找礦提供了重要的依據(jù)。

在吐魯番地區(qū)底坎爾南的中天山構造帶,新發(fā)現(xiàn)含電氣石和石榴石的淡色花崗巖侵入于富鋁泥質片巖系中。shrimpu—pb鋯石年代學分析,表明淡色花崗巖的形成不晚于354±16ma,同時還給出了600～1200ma的原巖繼承鋯石年齡。淡色花崗巖的發(fā)現(xiàn)及其形成年齡的確定,表明中天山在354ma前具有與陸緣弧背景相似的構造環(huán)境,并在354ma前完成碰撞過程,為進一步研究古生代天山構造演化提供了新的證據(jù)。

以冀西石湖金礦麻棚巖體為研究對象,分別對斑狀花崗巖、花崗閃長巖及石英閃長巖的巖石化學成分、微量元素及稀土元素進行了系統(tǒng)測定。巖體的sio2平均含量為67.77%,略低于同處一個構造巖漿巖帶的ne端紫荊關王安鎮(zhèn)石英正長巖體(68.78%)。麻棚巖體稀土元素總量較高,介于136.41×10-6~167.45×10-6之間,稀土元素配分曲線為右傾斜型。lree/hree比值介于12.50~18.75之間,平均16.07,屬輕稀土元素富集、重稀土元素虧損型。綜合麻棚巖體巖石學、微量元素及稀土元素特征研究認為,麻棚巖體的成因類型為ⅰ型花崗巖。

依據(jù)采自全國范圍內約750個有代表性的大、中型花崗巖類巖體上的768件組合樣的實測分析數(shù)據(jù),這里計算并提出了堿長花崗巖、正長花崗巖、二長花崗巖、花崗閃長巖、石英二長巖、石英二長閃長巖等中國不同巖石類型的花崗巖類巖石近七十種化學元素或成份的豐度,探討了中國不同花崗巖類巖石的巖石化學特征和微量元素豐度的特征。