江南造山带中段新元古代汇聚的岩浆与沉积作用记录

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江南造山带被普遍接受为扬子陆块和华夏陆块的拼合带,是正确理解华南前寒武纪地质演化的前提,也是深入剖析华南显生宙陆内再造机理及大规模花岗岩浆作用和成矿作用的关键因素。但是,目前对江南造山带的构造属性和聚合时间尚存在激烈的争论,且现有研究多集中在东段和南西段,对于连接东西两段的江南造山带中段研究相对较为薄弱。   江南造山带中段冷家溪群地层内发育有新元古代中基性岩石,在代表冷家溪群和板溪群之间角度不整合的沧水铺群发育有含火山质砾石的林家湾组砾岩和银珠坝组火山集块岩。探讨这些中基性岩浆岩的时空分布格架及岩石成因,限定冷家溪群和板溪群的沉积时代及沧水铺群的构造背景对约束江南造山带的构造属性和聚合时间具有重要意义。本学位论文选取江南造山带中段新元古代岩浆岩与沉积岩为研究对象,在野外地质考察、岩相学观察及矿物学分析的基础上,通过详细的元素地球化学、Sr-Nd同位素地球化学、锆石U-Pb年代学的综合研究,以求揭示这些岩浆岩的时空分布和岩石成因,并进一步探讨其构造背景,为江南造山带新元古代的构造演化及华南的前寒武纪构造背景提供新的资料。取得的主要进展有:   1)识别出了~850 Ma的N-MORB型弧后盆地玄武岩   江南造山带中段湘东北和赣西北地区冷家溪群内基性岩主要为玄武质岩石,它们顺层侵位于冷家溪群及双桥山群内。样品均属拉斑玄武岩系列,SiO2为49.43-52.07%,MgO变化于7.36-9.04%,Mg#变化于68-57。其(La/Yb)cn为0.27-0.62,亏损轻稀土元素,类似于N-MORB特征。样品高度不相容元素(如U和Ti)比N-MORB更为亏损,Sr呈正异常(Sr/Sr*=1.22-5.09),明显不同于弧火山岩及洋岛玄武岩,而更类似于弧后盆地玄武岩。其87Sr/86Sr初始值为0.70796-0.71126,εNd(t)值变化于1.30-9.36之间。其SIMS、SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明,采自于湘东北文家市的两个样品给出了860±20 Ma和838±12Ma的形成年龄,采自于赣西芳溪地区的粗粒玄武岩给出了854±28Ma的形成年龄。地球化学特征表明样品来源于受到板片流体和再循环沉积物组分影响的N-MORB源区。结合其弧地球化学标志及样品中~1800 Ma和~2500 Ma捕虏锆石的发育,推断文家市-芳溪基性岩应代表了江南造山带中段~850 Ma的弧后盆地背景产物。   2)识别出了~840 Ma具枕状构造和似“鬣刺结构”的弧玄武岩   湘东北浏阳文家市和益阳石咀塘地区出露的变玄武岩均具枕状构造和似“鬣刺结构”。似“鬣刺结构”的主要成分经电子探针分析为单斜辉石,初步的温度估算表明其形成温度<1370度。样品的SiO2变化于48.78-53.71%,MgO变化于8.28-14.35%,Mg#为77-66。(La/Yb)cn=2.65-3.98,稀土元素整体呈“右倾型”。富集大离子亲石元素,亏损高场强元素(Nb-Ta,Zr等),P和Ti呈明显负异常(Ti/Ti*=0.62-0.85),与弧岩浆模式相近。87Sr/86Sr初始值为0.70259~0.71081,εNd(t)值为-0.37~-4.86。所有样品呈现LOI越高,MgO越高的趋势,所以变玄武岩样品的高MgO现象可能为蚀变引起。变玄武岩样品的微量元素配分图同时具有E-MORB和弧组分特征,暗示其起源于富集难熔地幔源区,后期受到了弧组分流体交代作用。上覆于文家市变玄武岩之上的凝灰岩样品给出了839±13 Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄,该年龄解释为变玄武岩喷发的最小年龄。   3)限定了沧水铺群银珠坝组高镁安山岩的形成时代及其地球化学特征,认为其形成于碰撞后背景   沧水铺群由银珠坝组火山岩和林家湾组砾岩组成,区域上分隔了代表弧-弧后盆地环境的冷家溪群和代表夭折裂谷环境的板溪群。对银珠坝组两个火山岩样品进行SIMS和SHRIMP锆石U-Pb定年结果分别为824±7 Ma和822±28 Ma,代表了银珠坝组火山岩的形成年龄。这套火山岩SiO2为57.52-73.80%,MgO变化于1.01-6.81%之间,Mg#变化于29-71之间,高于正常的弧火山岩,属高镁安山岩-英安岩。其(La/Yb)cn=9.7-16.0,亏损重稀土元素,且富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,明显区别于MORB和OIB,而类似于典型的弧火山岩。Sr的弱负异常不同于典型埃达克岩中Sr的正异常。87Sr/86Sr初始值为0.7051~0.7123,εNd(t)值变化于-2.30~-4.65。英安岩和安山岩样品具有相似的演化趋势和元素及同位素组成,表明它们应该产自高镁安山质岩浆,而后经历了广泛的分异作用。高镁安山岩相对高的Cr、Ni含量和Mg#指示了一个经历过早期玄武质熔体抽离的难熔地幔源区。然后受到了俯冲沉积物来源的流体组分的交代作用。结合相关的地质资料,推断银珠坝组高镁安山岩形成于碰撞后阶段。   4)确定了沧水铺群林家湾组砾岩火山质砾石的形成时代及其地球化学特征,认为其源自同碰撞阶段形成的火山岩地区   林家湾组砾岩中的火山质砾石为典型的英安质火山结构,其全岩成分分析大部分为英安质,少部分为流纹质,无银珠坝组高镁安山质成分砾石。砾石的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为835±15Ma,老于银珠坝组高镁安山岩的年龄,解释为源自同碰撞阶段形成的火山岩。结合相关资料认为沧水铺群的层序应该是林家湾组砾岩在下,银珠坝组火山岩在上,形成于约835-825Ma的同碰撞-碰撞后阶段。   5)对冷家溪群和板溪群沉积时代进行了碎屑锆石约束,结合沉积学特征,限定冷家溪群为弧后盆地复理石建造   冷家溪群为一套沉积韵律发育的巨厚的碎屑岩、泥质岩及含凝灰质细碎屑岩的复理石建造,区域上为弧后盆地环境,其碎屑锆石最小年龄峰值在~860Ma,侵入地层的花岗岩年龄不超过828 Ma,其中的凝灰岩和火山岩夹层的年龄在831~840Ma之间,所以冷家溪群及其相当地层应沉积于约860-830Ma的弧后盆地,而不是之前认为的中元古代。板溪群为一套杂砂岩、板岩、片岩、凝灰岩混杂的低温低压型变质地层,区域上为夭折裂谷环境,其碎屑锆石最小年龄峰值在790-810Ma,板溪群底部火山岩的喷发年龄在814±12Ma,侵入到其中的花岗岩的年龄不超过806±9 Ma,其中的凝灰岩和斑脱岩的锆石U-Pb年龄在719~809Ma,所以板溪群及其相当地层应沉积于约810-720Ma的夭折裂谷环境。冷家溪群和板溪群及其相当地层的碎屑锆石年龄谱系明显不同于华夏陆块、崆岭杂岩和扬子西缘,结合其锆石形态学,主要沉积物源应为扬子陆块。   6)结合相关资料,初步提出了江南造山带、乃至华南的新元古代演化模型   综合前人对于双溪坞地区拼合事件的研究成果,江南造山带新元古代造山事件很可能以多期增生拼贴过程为特征,演化阶段可分为:(a)~880 Ma时,双溪坞弧拼贴到华夏陆块,本文称之为“双溪坞造山带”;(b)860-838 Ma时,江南地区处于弧-弧后盆地的背景下,发育弧岩浆作用,而此时双溪坞地区进入板内-裂谷环境;(c)835-825 Ma时,江南地区处于同碰撞-碰撞后阶段,本文称之为“江南晋宁期造山带”,该造山作用导致了江南冷家溪弧后盆地的关闭;(d)<810 Ma,江南、乃至华南地区进入板溪期夭折裂谷演化环境。
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