南秦岭晚三叠世东江口岩体岩浆混合机理研究

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岩浆混合作用被认为是导致花岗岩成分变化的主要原因,很多I型花岗岩都具有壳幔混源的地球化学特征,并且其中常发育有大量暗色包体,暗示幔源岩浆在花岗岩形成过程中具有重要的作用。所以,对于岩浆混合作用中的幔源岩浆性质和岩浆混合机理的研究是解决花岗岩成因机制和构造属性的关键问题。位于南秦岭造山带中的东江口岩体具有明显的岩相学分带,并广泛发育暗色包体,是研究岩浆混合机理的典型研究对象。因此,本文通过对东江口岩体中的寄主二长花岗岩、暗色包体和煌斑岩进行系统的岩相学、矿物化学、锆石U-Pb年代学、锆石Lu-Hf同位素及全岩地球化学研究,确定矿物温压条件,厘定岩浆源区性质,探讨岩浆混合机理。取得的主要成果如下:(1)药王堂单元中的煌斑岩为闪斜煌斑岩,其具有较低的Si O2含量(56.54%~61.19%)和K2O含量(1.64%~3.45%),属于钙碱性煌斑岩。根据锆石U-Pb年代学的研究,煌斑岩的206Pb/238U加权平均年龄为220±2Ma,与前人所研究的东江口岩体寄主花岗岩的年龄在误差范围内一致,显示它们为同一时期岩浆作用的产物。煌斑岩富集轻稀土和大离子亲石元素并亏损Nb、Ta等高场强元素,具有低的Nb/U值(平均~4.11)和Ba/Rb值(平均~15.9),结合其锆石εHf(t)值(-7.73~+0.62)及两阶段Hf模式年龄(999~1425Ma),表明煌斑岩应起源于受俯冲流体交代富集的中元古代岩石圈地幔中的含金云母石榴子石二辉橄榄岩的部分熔融作用。此外,煌斑岩中大部分锆石具有较低的稀土总量(~659ppm),并且发育幔源成因的角闪石(Ti O2=2.31%~3.30%),表明其可代表岩浆混合过程中原始的幔源岩浆成分。(2)东江口岩体中的二长花岗岩具有较高的Si O2含量(~68%)、Na2O含量(4.13%~4.19%)和K2O含量(3.15%~3.48%),A/CNK=0.90~0.94,属于准铝质-高钾钙碱性系列,并显示出I型花岗岩的特征。再结合其具有高的Sr含量(689~739ppm)和Sr/Y比值(53~89)、低的Y含量(8.33~12.9ppm)和Yb含量(0.83~1.19ppm)、亏损重稀土等微量元素特征,表明二长花岗岩起源于下地壳中的榴辉岩与石榴子石角闪岩区域的部分熔融作用。此外,二长花岗岩具有高的Mg#值(61~63),并且发育低Ti O2含量(0.61%~0.79%)的壳幔混源型角闪石和较高Mg O含量(13.08%~13.64%)的壳幔混源型黑云母,表明二长花岗岩在形成过程中有幔源岩浆的加入,代表了壳幔岩浆混合作用的产物。(3)沙洛帐单元中的暗色包体为中性岩,属于准铝质、钙碱性-钾玄岩系列。包体具有较低的Si O2含量(50%~62.96%),较高的Cr含量(~306ppm)、Ni含量(~134ppm)和Mg#值(57~78),显示出幔源特征。此外,随着包体中Si O2含量的增加,Fe2O3T含量、Mg O含量及Ca O含量都随之减少。包体发育眼球状石英斑晶、角闪石团块、针状磷灰石等不平衡矿物结构,指示机械混合作用过程;包体中的斜长石为奥长石-中长石(An=15~45),发育环带结构,显示出变化的结晶环境;同时,包体中的角闪石和黑云母都相对富镁,属于壳幔混源型,表现出化学混合作用的特征。(4)岩浆混合作用总体上可分为三个阶段:第一阶段以机械混合作用为主,幔源岩浆上升至约19km时结晶形成幔源型角闪石;随着幔源岩浆的继续上升及进一步岩浆混合,第二阶段不仅存在机械混合还存在化学混合,在约5~10km深度时,混合岩浆结晶形成壳幔混源型的角闪石,随后在上升至约3~5km时,混合岩浆结晶出壳幔混源型的黑云母,并且随着混合程度的增加,暗色包体的成分会逐渐由基性向酸性过渡,其中Si含量会逐渐升高,Ti含量、Ca含量、Mg含量及Fe的含量会逐渐降低;在岩浆混合作用的晚期,主要表现为化学混合,该阶段以发育壳幔混源型的角闪石和黑云母的二长花岗岩为代表。
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