古亚洲洋南段裂解与闭合——来自北山地区牛圈子新元古代和晚古生代火成岩的约束

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大洋的裂解产生与闭合是全球板块构造的主要特征。新元古代时罗迪尼亚超大陆裂解产生古亚洲洋,至古生代时大洋俯冲-闭合形成世界最大的造山带之一的中亚造山带是全球重要的地质事件。北山地区处于中亚造山带最南缘,是研究古亚洲洋演化过程的关键位置。但该区仍未发现与古亚洲洋裂解相关的岩浆证据,且洋盆的闭合时限也存在争论。本文对北山地区中部牛圈子区域代表性的岩浆岩开展斜锆石和锆石U-Pb同位素年代学、全岩主、微量和Sr-Nd同位素地球化学研究,首次识别出与古亚洲洋裂解相关的新元古代辉长岩,也揭示出与分支洋盆闭合相关的晚泥盆世花岗岩,对填补北山地区的构造演化空白,以及完善古亚洲洋的裂解与消亡具有重要意义。主要取得以下认识:1.首次在北山地区发现与古亚洲洋裂解相关的板内(大陆)裂谷环境的新元古代辉长岩,其LA-ICP-MS斜锆石U-Pb年龄为767.9±9.2 Ma,指示形成时代为新元古代中期。岩石具有低Si O2(47.22–50.24 wt%)、K2O(0.19–0.99wt%)和Na2O(1.43–2.70 wt%),高Ca O(11.57–12.28 wt%)和Mg O(8.06–8.31 wt%),Mg#值为55,Al2O3为12.80–13.14 wt%,P2O5为0.26–0.37wt%,属于亚碱性拉斑系列;εNd(t)值为2.55–3.19,富集Th、U,亏损Rb、Ni、Ta、Ti和中等负Eu异常,La/Nb(1.59–1.70)、Nb/Ta(14.06–14.95)、Ce/Pb(10.71–11.61)和Th/Nb(0.29–0.31)比值接近地壳值;Cr(89.40–97.36ppm)和Ni(104–117 ppm)低于原始地幔玄武质岩浆。此外,在玄武岩构造判别图解中辉长岩位于板内(大陆)裂谷环境。这些特征表明辉长岩源于亏损地幔,且地壳同化混染在岩浆演化过程中扮演重要角色,形成于板内(大陆)裂谷环境。2.钾长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为376±2.1 Ma,形成于晚泥盆世。岩石高Si O2(68.29–71.65 wt%)、K2O(6.55–7.13 wt%)和Na2O(4.59–5.47wt%),低Ca O(0.91–1.50 wt%)和Mg#(5.18–25.71),K2O/Na2O比值为1.07–1.60,Al2O3为14.17–14.91 wt%,A/CNK值为0.75–0.86,高10000Ga/Al(4.13–4.95)、Y/Nb(3.19–4.60)和Rb/Nb(8.49–11.96)值,(Zr+Nb+Ce+Y)为410–543 ppm,岩浆形成温度为903–950℃;εNd(t)值为+1.87–+2.20;富集Th、U和K,亏损Ba、Sr、P、Ti,显著的Eu负异常,低Zr/Hf(15.84–18.44)和Nb/Ta值(6.72–7.53);构造环境判别图中落入后碰撞区域。综合指示为A2型花岗岩,源于下地壳部分熔融,形成在后碰撞伸展构造环境。3.二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为374.4±2.4 Ma,形成于晚泥盆世。岩石具有高Si O2(70.38–73.31 wt%)、K2O(7.03–7.65 wt%)和Na2O(4.52–5.36 wt%),低Ca O(0.57–0.86 wt%)特征,K2O/Na2O比值为1.31–1.56,Mg#值5.08–21.78,Al2O3为13.25-14.27 wt%,A/CNK值0.77–0.84,10000Ga/Al值为3.75–4.43,(Zr+Nb+Ce+Y)为354-491 ppm,高的Y/Nb(3.68–5.31)和Rb/Nb(11.51–14.09)值,岩浆形成温度为877–931℃;富集Th、U,亏损Ba、Sr、P、Ti,强烈Eu负异常,低Zr/Hf(16.39–17.92)和Nb/Ta值(7.06–8.01)。这些特征指示为A2型花岗岩,其源于下地壳部分熔融,形成在后碰撞伸展构造环境。4.结合区域构造演化和前人研究,表明新元古代辉长岩形成于板内(大陆)裂谷构造背景,是罗迪尼亚超大陆裂解的响应,指示古亚洲洋南段开始形成;晚泥盆世钾长花岗岩和二长花岗为形成于后碰撞伸展构造背景的同期岩浆活动,指示红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带所代表的古亚洲洋南段分支洋盆已经闭合。即本文认为古亚洲洋在北山地区于新元古代中期(767 Ma)裂解形成,晚泥盆世之前(376–374 Ma)该分支大洋已经闭合。
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