华南构造演化有关的几个重要科学问题研究

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华南由位于江绍断裂带北西侧的扬子地块(包括其东南缘的江南造山带)和南东侧的华夏地块组成;每个块体内部由若干个地体构造组成。前人在1990年代就已经提出,这两个块体在新元古代通过俯冲-碰撞形成了江南造山带;经20多年实践验证,这一认识已被广泛接受。然而,由于受当时研究的技术和测试手段限制,两个块体的碰撞时间、机制以及在显生宙的再造等问题尚存在诸多研究空间;近10年突飞猛进的先进分析测试手段为解决这些遗留问题提供了重要保障。在导师的悉心指导下,本论文选取华南新元古代-晚中生代多阶段构造演化过程中遗留的几个重要科学问题进行了研究,取得了一系列新资料和新认识。第一个问题涉及两个块体拼合带特别是萍乡以西区段拼合带位置的厘定及其与造山作用有关的几何学、运动学特征。在前人工作的基础上,本论文运用沉积大地构造方法,通过系统的野外地质路线调查和走向追索,根据拼合带两侧反差明显的地层序列和岩石组合特征,确定了湖南境内扬子与华夏拼合带南界的位置,为萍乡-祁东-茶林断裂。通过对绍兴-江山-萍乡-祁东-茶林新元古代拼合带和赣东北地体拼贴带韧性变形的儿何学和运动学研究,以及若干区段变质-变形剖面的连续观察,系统测量了剪切面理、拉伸线理等产状要素,观察了XZ面上的野外运动学标志,并系统观察定向薄片XZ面上的非同轴不对称矿物与岩石组构,拍摄了显微照片,进而在研究区确定出前南华系至少存在两期韧性变形剪切动向,分别是早期朝SE方向运移和晚期沿NE-SW方向左旋走滑。第二个问题涉及江南造山带中段扬子和华夏地块的碰撞拼合时间问题。通过对江南中段发育较为完好的新元古代角度不整合面上下岩层的野外观察和系统采样,开展了碎屑锆石U-Pb年龄谱和Lu-Hf同位素研究,从中获得江南中段湘北地区冷家溪群和望城地区板溪群的最大沉积年龄值,分别是~825 Ma和797±14 Ma。结合前人在邻区对板溪群的分析结果,我们推测板溪群的沉积底界年龄为800 Ma。据此,将华夏与扬子地块在江南中段的碰撞造山时间限定于825到800 Ma。自形碎屑锆石的物源分析揭示,板溪群与冷家溪都具有单一的新元古代年龄峰(968-820 Ma);结合江南造山带上广泛分布的新元古代早期弧岩浆岩及蛇绿混杂岩年龄数据,我们推测江南造山带是这些自形碎屑锆石的主要源区,而其少量的古元古代及新太古代碎屑锆石则分别源自华夏和扬子地块。同时,对华夏和杨子两个块体的年龄谱与全球其他块体年龄谱进行了对比,明确了这两个块体在Rodinia超大陆中的位置。第三个问题是有关江南造山带东段伏川蛇绿岩的形成时间、机制和演化过程的问题。在详细的野外地质调查基础上,我们在伏川蛇绿岩中识别出了若干条发育于皖南歙县伏川蛇纹石化超镁铁岩中的长英质花岗岩墙。经锆石U-Pb年代学分析,两个岩墙的锆石U-Pb年龄分别是841.2±5.5 Ma和839.7±4.6 Ma;主量元素上具有过铝质、高硅、高钾、高K2O/Na2O比,以及低MgO、Fe2O3和CaO的特征;微量元素上,轻稀土富集,具有明显的Eu、P、Ti负异常与Pb正异常,分异指数很高,锆石饱和结晶温度低等特征,表明其属于壳源S型花岗岩。此外,该岩墙中的锆石普遍具有正的εHf(t)值,一阶段模式年龄揭示其源岩为中元古代晚期-新元古代早期的新生大陆地壳。根据前人研究,认为伏川蛇绿岩中这套花岗岩墙的成因最可能是蛇绿岩在运移过程中,位于推覆岩片之下的洋壳物质经部分熔融而形成的花岗岩。定向薄片观察表明,伏川蛇绿混杂岩中发育顶朝SE的运动学动向。我们认为,伏川蛇绿混杂岩与围岩在野外的SE倾向是由于830-~800 Ma期间发生的碰撞挤压与褶皱变形的产物,顶朝SE的运动学动向指示怀玉地体朝九岭地体的下冲。我们的运动学研究结果否定了新元古代扬子地块向华夏地块俯冲的假想模式。第四个问题涉及中国东南部早古生代晚期构造岩浆事件的成因机制问题。关于这一问题,通过近10年大量的沉积学、构造地质学和火成岩岩石学等方面的研究,绝大多数学者认为中国东南部早古生代晚期构造-岩浆事件属于板内构造作用,不存在大洋板块俯冲的物质证据。这一认识也被本研究所证实。然而,近年国内部分学者根据出露于江绍新元古代蛇绿混杂岩带龙游地区的石榴角闪岩所做的少量岩石学和年代学研究,将其解释为华南早古生代碰撞造山成因。鉴于此,在详细的野外观察、采样的基础上,我们对该石榴角闪岩进行了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和矿物化学研究,并利用先进的P-T视剖面图法,算得了进变质(0.67~0.75 GPa/685~719℃)、峰期变质(0.9-1.1 GPa/760-778℃)和退变质(~0.68 GPa/~767℃)三阶段的变质温压条件。年代学研究表明,龙游石榴角闪岩中的锆石普遍发育核环构造,其核部的锆石U-Pb为879±11 Ma,对应的Th/U值大于0.1;亮白色变质成因的环部和细小颗粒锆石的年龄为446±5 Ma,对应的Th/U比值多数小于0.1;表明龙游石榴角闪岩的原岩形成于新元古代(879 Ma),而变质作用发生在早古生代晚期(446 Ma)。全岩地球化学数据揭示,龙游石榴角闪岩的原岩是E-MORB型的基性岩浆岩。EPMA分析表明,以包裹体状存在于石榴子石和单斜辉石变晶内部的长石为钙长石,而分布于石榴子石和单斜辉石外围附近的斜长石An值在44~66之间;没有发现指示绿辉石分解形成的富钠长石(钠长石或更长石),指示龙游石榴角闪岩不是由高压榴辉岩退变而来。三期变质温压条件共同构成一个顺时针演变的P-T轨迹,指示龙游榴闪岩的原岩经历了一个造山期挤压→被埋藏→折返抬升的动力学过程。结合区域地质背景,我们重建了该岩石的形成过程:新元古代古华南洋向扬子陆块俯冲→引发弧后拉张和幔源岩浆上涌结晶,形成E-MORB型基性岩→志留纪期间,遭受了板内中高级变质作用,形成石榴角闪岩。第五个问题是关于华南内陆地区晚中生代花岗岩的时代、类型和形成机制问题。我们重点对研究相对薄弱的赣西武功山变质核杂岩、湘北连云山花岗岩穹窿、湘赣鄂边界花岗岩群、粤西北连山岩体等花岗质岩体进行了研究。通过构造运动学、锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素地质学、全岩地球化学等方法的研究,揭示了武功山质核杂岩的核部岩体侵位时间为晚侏罗世(158~154 Ma),而湘赣鄂边界地区花岗质岩体群和粤西北连山岩体的锆石U-Pb年龄也都属于晚侏罗世(153~145 Ma)。岩石地球化学方面的分析显示,除了粤西北连山岩体为埃达克质花岗岩外,其余3个地区的花岗岩都属壳源过铝质的S型花岗岩或高分异的S型花岗岩,源自古-中元古代大陆壳物质的部分熔融。通过对花岗岩及其围岩的锆石Hf同位素分析以及物源投图,确定武功山岩体和湘赣鄂边界地区花岗岩不是源自其围岩(新元古代-早古生代沉积岩)的部分熔融,而是源自更深层次壳源物质的部分熔融,而粤西北连山埃达克质花岗岩则是在正常大陆地壳深度(30-40 km)和相对低压背景下部分熔融的产物,源自一个高Sr/Y比值的源区。结合区域地质背景,我们认为晚中生代古太平洋板块朝华南板块俯冲的前锋(大陆岩浆弧)位置在湘南的长城岭-宁远一带,而出露于此带北西方向的大面积燕山期岩体则属于壳源S型花岗岩,其成因机制很可能与玄武质岩浆的底侵作用或多板块汇聚作用下的板内岩浆作用有关。
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