江南造山带的形成与演化 ——来自新元古代岩浆岩的启示

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华南板块作为前寒武纪Rodinia超大陆的重要组成部分,其新元古代构造演化、成矿事件、成磷事件、“雪球地球”记录和埃迪卡拉纪多细胞生命演化受到了学术界的广泛关注。然而,由于地学界对扬子板块和华夏陆块碰撞缝合(即江南造山带的形成)的时间和机制存在不同的认识,也进一步导致新元古代时期华南板块是位于Rodinia超大陆的中心还是边缘的争论持续了30多年。虽然江南造山带形成于新元古代的观点已经基本成为共识,但其形成的准确时间目前尚无定论(830 Ma vs.880 Ma),这也是对江南造山带870~800 Ma岩浆岩和沉积岩是地幔柱成因,亦或是俯冲碰撞成因不同认识的关键。因此,正确认识华南板块新元古代构造演化、动力学机制及其在Rodinia超大陆的古地理位置对全球新元古代重大地质事件的解译具有重要的意义。本文以江南造山带中850 Ma董岭A型花岗岩、850~825 Ma伏川蛇绿岩和805Ma城步S型花岗岩为研究对象,通过详细的野外地质踏勘、岩相学、锆石U-Pb年代学、矿物元素地球化学、全岩地球化学和同位素地球化学等手段,探讨江南造山带中850~800 Ma花岗岩和伏川蛇绿岩的形成时代、岩石成因、物质源区和构造指示。然后结合江南造山带中已有的研究成果,重新约束扬子板块东南缘新元古代构造演化过程,探讨江南造山运动与全球格林维尔造山运动的关系,限定华南板块在Rodinia超大陆的古地理位置。得到的主要认识和结论如下:(1)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明董岭花岗岩形成于850 Ma。董岭花岗岩具有高K2O+Na2O(7.44~9.09 wt.%)和低Mg O(0.07~0.5 wt.%)、Ca O(0.16~1.21wt.%)含量,其高Fe OT/(Fe OT+Mg O)和Ga/Al比值以及高HFSE含量表明其具有A型花岗岩特征。董岭花岗岩具有右倾的REE配分模式和明显的Eu负异常(Eu*=0.32~0.70)。该花岗岩具有负的全岩εNd(t)(-14.6至-8.6)和锆石εHf(t)(-12.8~-4.4)值,并且其古元古代二阶段Nd-Hf模式年龄为2.01~2.69 Ga。锆石饱和温度计表明初始岩浆的最低温度为850℃,形成于350~700 MPa的压力环境下。地球化学特征指示董岭花岗岩是古老的麻粒岩相变沉积物部分熔融的产物,形成于扬子板块东南缘弧陆碰撞后的扩张环境。(2)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明伏川蛇绿岩形成于850~825 Ma。矿物地球化学研究表明伏川蛇绿岩与IBM俯冲体系的弧前洋壳地层序列相似。伏川方辉橄榄岩记录的高温(1000~1200℃)、低压(深度<30 km)、高度熔体抽取(>18%)等信息表明其可能经历了弧前玄武岩和玻安岩熔体的抽取。堆晶辉长岩中存在两种类型的单斜辉石,分别对应于弧前玄武质岩浆(低Mg#)和玻安质岩浆(高Mg#)。结合前人的研究,伏川蛇绿岩中存在从弧前玄武岩到玻安岩再到含水钙碱性岛弧岩浆岩的演化顺序,指示了从初始俯冲到成熟俯冲的转变,类似于IBM弧前环境。来自印度、西伯利亚和阿拉伯—努比亚地盾的新元古代蛇绿岩也具有与IBM弧前蛇绿岩相似的特征,表明在新元古代(约850 Ma)Rodinia超大陆外围可能已经广泛发育了冷俯冲和现代板块构造。这也可能是Rodinia超大陆裂解的地球动力触发点。(3)LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明城步叶溪江和报木坪S型花岗岩形成于ca.805 Ma。这两个岩体稀土元素含量低,且成分高度变化(∑REE=47~115ppm),其REE分异特征明显([La/Sm]N=2.83~3.78;[Gd/Yb]N=1.34~2.31)且具有明显的负Eu异常(Eu*=0.34~0.57)。温压地球化学参数表明这两个岩体形成于低温(730~791℃)和中—低压力条件。全岩具有高A/CNK(>1)和低Fe OT/(Fe OT+Mg O)(0.55~0.77)值,富铝矿物(白云母)的存在证明它们具有S型花岗岩亲缘性。叶溪江和报木坪花岗岩具有一致的εNd(t)(-5.7~-6.6)和锆石εHf(t)(-0.3~-3.8)值。继承锆石年龄(840~2600 Ma)和对应Hf同位素成分(εHf(t)=+2.1~-13.0)变化较大。其中一颗新元古代继承锆石具有异常亏损的Hf同位素特征,其εHf(t)值为+5.4和模式年龄为1.14 Ga,表明叶溪江和报木坪花岗岩体的物质源区是新生和古老地壳的混合体。全岩和同位素地球化学特征指示这些花岗岩来源于新生的深埋沉积物,并且侵位于碰撞相关的构造环境中。(4)结合前人的研究资料,本研究提出新元古代850~820 Ma扬子板块东南缘存在从初始俯冲向成熟岛弧俯冲演化的趋势,类似于现代IBM弧—弧后俯冲演化系统。扬子板块和华夏陆块在820~805 Ma碰撞(江南造山带形成),然后在~805Ma碰撞结束,华南板块进入裂谷盆地发育阶段。其中江南造山带的形成时间(820~805 Ma)明显晚于全球格林维尔造山运动。结合华南板块成冰系与劳伦大陆西部和澳大利亚Adelaide地槽碎屑锆石KDE年龄谱图存在鲜明差异,但与印度大陆有很强的相似性等地质事实,以及扬子周缘存在长期的板片俯冲环境,说明华南板块应该位于Rodinia超大陆的边缘位置。
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