科迪勒拉SSZ型蛇绿岩的地质特征及构造演化:以新疆东准噶尔地区扎河坝蛇绿岩和美国加州Sierra Nevada地区Feather River蛇绿岩为例

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蛇绿岩是保存在大陆上的大洋岩石圈残片,大多数的蛇绿岩都形成于俯冲带之上(supra-subductionzone)的构造环境。根据蛇绿岩岩石组合及其与其他岩石相伴生关系,SSZ蛇绿岩可以分为特提斯SSZ型蛇绿岩和科迪勒拉SSZ型蛇绿岩。前者一般就位于被动大陆边缘之上,并且具有完整的岩石单元组合;而后者通常就位于增生楔之上,岩石剖面肢解,以断层接触为主。后者主要包括岛弧火山岩、侵入岩以及地幔橄榄岩组分,它们经常和俯冲相关的俯冲杂岩和岛弧火山岩类相伴生。这种类型的蛇绿岩各岩石单元之间可以形成相当大的年龄跨度。本论文以新疆东准噶尔地区扎河坝蛇绿岩为主(见第一章至第五章),结合美国加州SierraNevada地区Feather River蛇绿岩(见第六章),来说明科迪勒拉SSZ型蛇绿岩类型的地质特征。  扎河坝蛇绿岩位于中国新疆东准噶尔北部地区,是扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩带的一部分。在区域地质上,东准噶尔地区北邻阿尔泰岛弧以及额尔齐斯构造带,从大地构造划分为(由北向南)以下几个构造单元:达拉特岛弧,扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩带,野马泉岛弧,卡拉麦里蛇绿岩带和将军庙岛弧。本论文对扎河坝蛇绿岩两个区块进行了1∶2000的野外地质填图。填图区域一显示扎河坝蛇绿岩由超基性岩,辉长岩,闪长岩,玄武岩和硅质岩以及基性岩墙和闪长玢岩组成。大部分岩石单元均已断层构造接触,而基性岩墙和闪长玢岩与其他的岩石单元则为侵入接触。超基性岩分布在填图区域一的中部,其主要包括方辉橄榄岩、纯橄榄岩和堆晶辉石岩,但大部分已经蛇纹石化;辉长岩主要分布在填图区域一的西部,局部地区呈小块体侵入于超基性岩之中;玄武岩具有枕状构造和劈理化构造。硅质岩或与玄武岩相伴生,或成一个块体位于超基性岩之中。辉绿岩墙与闪长玢岩侵入到各个岩石单元之中。填图区域二为自南西到北东方向,1公里宽,9公里长的区域,根据岩性的不同可以分为三个部分:超基性岩,凝灰质沉积岩和中酸性火山岩。填图区域二南西部为扎河坝中的超基性岩,其中凝灰质沉积岩及其凝灰岩夹紫红色泥岩非整合沉积于超基性岩之上,与中酸性火山岩为断层接触。而北东部的凝灰质沉积岩以沉积接触覆盖在超基性岩之上,凝灰质沉积岩包括凝灰岩夹紫红色泥岩,凝灰质角砾岩和凝灰质砂岩,凝灰质沉积岩与北东端的中酸性岛弧火山岩断层接触,中酸性火山岩主要包括隐晶质安山岩、安山玢岩、角砾岩以及后期的流纹岩。通过对扎河坝蛇绿岩中的岩石单元进行地球化学主微量元素分析,发现玄武岩、辉绿岩墙和闪长玢岩样品中的一些微量元素(比如Nb,Ta)在原始地幔蛛标准化蛛网图中显示亏损的特征,轻稀土元素相对于重稀土元素富集(球粒陨石标准化);在其他不同的微量元素构造判别图解中,其样品点基本上都投在了岛弧火山岩区域。本文对扎河坝蛇绿岩一些岩石单元及其相关岛弧火山岩和凝灰质沉积岩进行了LA-ICP-MS U-Pb锆石定年分析。测试结果发现,扎河坝蛇绿岩中辉长岩锆石年龄为495.1±3.5 Ma,闪长岩的年龄为458.3±7.2 Ma,玄武岩的年龄为446.6±6.0 Ma。后期侵入的辉绿岩岩墙以及闪长玢岩年龄分别是421.5±4.1 Ma和423.7±6.5 Ma。表明了扎河坝蛇绿岩为一个多期次岩浆活动的产物。在上覆凝灰岩地层中,其下部凝灰质砂岩样品中的碎屑锆石年龄介于410-490Ma之间,说明锆石来自扎河坝蛇绿岩各个岩石单元。其中最年轻的锆石年龄大约为410Ma,代表了凝灰质砂岩沉积年龄的下限。侵入于中酸性火山岩的流纹岩的锆石年龄为280.3±3.7 Ma。结合扎河坝蛇绿岩野外地质特征,扎河坝蛇绿岩与岛弧火山岩密切相关,我们认为其形成于跟俯冲带相关岩浆作用,即俯冲带之上(SSZ)的构造环境。并且扎河坝蛇绿岩经历了大约70 Ma(495-421 Ma),被后期的成熟的(410-280 Ma)的岛弧火山岩所覆盖。因此,我们认为扎河坝蛇绿岩形成于俯冲带之上的多阶段的岛弧演化岩浆作用,属于典型的科迪勒拉SSZ型蛇绿岩。  在区域地质上,尽管扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩带分隔了北部的达拉特岛弧南部的野马泉岛弧,但是,我们认为扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩带是形成在俯冲带之上(SSZ)的岛弧岩浆作用形成的地质体,并且形成于晚寒武世-中奥陶世的岛弧根部,其上为一套泥盆纪至中石炭世的成熟的岛弧火山岩(即达拉特岛弧的一部分),所以我们认为扎河坝阿尔曼太蛇绿岩带不是两个岛弧之间的缝合带,而是和达拉特岛弧一起为一个岛弧综合体。在达拉特岛弧中的后期晚石炭至早二叠的中性及酸性岩石形成于扎河坝-达拉特综合岛弧体系的拉伸环境。  Feather River蛇绿岩带(简称FRB)位于美国加州Seirra Nevada北部地区,Sierra Nevada构造带由西向东分为以下几个构造体:西部带(包括侏罗纪岛弧和Smartville ophiolite complex),中带(包括Calaveras complex,Fiddle complex,SlateCreek complex),Feather River belt,东带(Shoo Fly Complex以及相邻的地层)。其中,Feather River蛇绿岩带长约150公里,主要由蛇纹石化的超基性岩,角闪岩相的变基性岩,以及少量的辉长岩杂岩组成。角闪岩相变基性岩的矿物基本上已重结晶,并且具有很强的构造组构,为FRB的变质底板。变质辉长岩,位于超基性岩之上,占FRB的比重极少,但是在La Porte路旁能发现非常好的露头。这个露头主要由辉长岩组成,但是也包括侵入的岩墙。其中辉长岩和岩墙样品的地球化学特征表明它们形成在俯冲带之上的构造环境。和角闪岩相变基性岩不同的是,变质辉长岩具有岩浆结晶结构,以及缺少一些透入性面理,尽管在一些露头发现一些剪切特征。从变质程度上,这些岩石包括了一些绿纤石阳起石等变质矿物组合。像这种俯冲带之上形成的地壳岩石与角闪岩相变基性岩叠置在一起,说明了角闪岩相变基性岩相对于蛇绿岩有很大的折返距离。在FRB中辉长岩如此之少的比例反映了FRB形成在一个较小的岩浆房的环境。与扎河坝蛇绿岩不同的是,FRB之上没有长期演化的岛弧岩浆作用,但是在FRB之下的为俯冲增生杂岩(Calaveras complex),也是科迪勒拉SSZ型蛇绿岩的典型特征之一。  扎河坝蛇绿岩的岩石组合及地质特征代表了成熟的大洋岛弧的根部以及上覆的岛弧岩浆形成的中基性岩岩石组合,而FRB形成于俯冲带之上,它们通过下伏增生底垫的方式就位在造山带之中。二者均保存于增生型造山带之中,属于典型的科迪勒拉SSZ型蛇绿岩,它们岩石单元以及相伴生的组合特征与分布在特提斯构造域的经典SSZ型蛇绿岩岩石组合特征不同。科迪勒拉SSZ蛇绿岩对研究增生型造山带构造演化具有重要的指示意义。
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