华北克拉通南缘早前寒武纪岩浆活动和地壳生长

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 5次 | 上传用户:lcp396526202
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华北克拉通是我国最古老的克拉通地块,普遍认为其由微陆块碰撞拼合而成,但对于微陆块间的碰撞时间、碰撞机制及碰撞过程均存在较大分歧。中部造山带是探讨华北克拉通早前寒武纪地质演化的一个关键研究区域,太华群和登封群变质杂岩作为中部造山带南段地区最重要的早前寒武纪基底岩石,记录了华北克拉通早前寒武纪构造演化过程的重要信息。本文对鲁山地区太华群变质杂岩和嵩山地区登封群变质杂岩的各类代表性岩石进行详细的锆石SIMS U-Pb定年、锆石原位Hf同位素以及全岩主量、微量元素和Hf-Nd同位素分析,解析其岩浆源区、岩石成因机制及其构造背景,揭示区域的早前寒武纪岩浆活动和变质作用的时空分布特征,系统认识华北克拉通南缘早前寒武纪地壳生长机制,为探讨华北克拉通早前寒武纪地质演化过程提供信息。(1)鲁山太华群变质杂岩记录的早前寒武纪岩浆活动及构造背景的时空变化鲁山太华群变质杂岩主要由TTG片麻岩和斜长角闪岩组成。锆石SIMS U-Pb定年结果显示鲁山太华群变质杂岩记录了四期中太古代晚期-新太古代早期岩浆活动(2.88–2.87 Ga、2.87–2.81 Ga、2.81–2.78 Ga和2.78–2.72 Ga)和至少两期变质事件(2.79–2.77Ga和1.94–1.92 Ga)。中太古代晚期的斜长角闪岩(2.88–2.87Ga)和TTG片麻岩(2.87–2.81 Ga)构成中太古代核部地区,新太古代早期的斜长角闪岩(2.81–2.78 Ga)和TTG片麻岩(2.78–2.72 Ga)呈带状分布于中太古代岩石的外围。2.88–2.87 Ga斜长角闪岩(Amp-1型)富集轻稀土和大离子亲石元素而亏损Nb-Ta-Ti,其原岩为岛弧岩浆岩;2.87–2.81 Ga片麻岩(TTG-1型)具有较低的MgO、Cr、Ni含量和正的全岩εHf(t)和εNd(t)值,其原岩由加厚的新生下地壳部分熔融形成。2.81–2.78 Ga斜长角闪岩(Amp-2型)具有平坦的稀土配分曲线,微量元素蛛网图显示Nb-Ta-Ti负异常,其原岩为弧后扩张阶段形成的弧后玄武岩。2.78–2.72 Ga的TTG片麻岩主要为稀土总量低并且稀土配分曲线具有强烈Eu正异常的TTG-2型,少量为REE含量较高并且稀土配分曲线Eu异常不明显的TTG-1型。TTG-2型片麻岩的全岩εHf(t)和锆石εHf(t)主要为正值,其原岩为加厚新生下地壳部分熔融并经历斜长石堆晶的产物;同期TTG-1型片麻岩具有较高的MgO、Cr、Ni含量,全岩εHf(t)和εNd(t)值变化较大,原岩为加厚下地壳部分熔融的产物,并且有玄武质岩浆加入。鲁山太华群变质杂岩记录了中太古代晚期-新太古代早期活动大陆边缘的俯冲、弧-陆碰撞和碰撞后伸展过程。(2)嵩山登封群变质杂岩记录的早前寒武纪岩浆活动及构造背景的时空变化嵩山登封群变质杂岩主要由新太古代晚期的斜长角闪岩和TTG片麻岩组成,为典型的花岗-绿岩带建造。三皇寨斜长角闪岩记录了登封群中最古老的岩浆活动年龄(2658±4 Ma),具有轻稀土和大离子亲石元素富集、高场强元素(如Nb-Ta-Ti)亏损以及正的全岩εHf(t)和εNd(t)值的特征,为早期岛弧相关的新生镁铁质地壳残余。新太古代末期的石牌河斜长角闪岩(2492±7 Ma)具有平坦的REE配分曲线,微量元素蛛网图显示轻微的Nb-Ta-Ti负异常,全岩εHf(t)和εNd(t)为正值,其原岩为弧后伸展背景下交代地幔楔大比例熔融的产物。嵩山东部地区(会善寺和大塔寺一带)和西部(石牌河、何家沟和陆家沟一带)分别发育了两期新太古代晚期的TTG岩浆活动(2.57–2.55 Ga和2.55–2.50 Ga),它们都显示高Si O2、Na2O,低Mg#、Cr、Ni,以及高[La/Yb]N、Sr/Y和低[Yb]N、Y的特征。嵩山东部地区的早期TTG片麻岩具有变化的全岩Hf-Nd同位素特征(εHf(t)=-2.14–4.64;εNd(t)=0.11–3.35),其原岩为早期加厚地壳在石榴子石和角闪石稳定域部分熔融的产物。而嵩山西部地区的晚期TTG片麻岩全岩Hf-Nd同位素更为亏损(εHf(t)=5.59–6.08;εNd(t)=2.42–3.86),指示一个相对新生的源区,其原岩由平俯冲板片部分熔融形成。与晚期TTG岩浆活动近同期的变闪长岩具有较高的[La/Yb]N、Sr/Y、Mg#、Cr、Ni、Sr、Ba以及强烈的Nb-Ta-Ti负异常,显示赞岐岩的特征,为受俯冲流体/熔体交代的地幔楔部分熔融的产物。因此,嵩山地区登封群变质杂岩反映了华北克拉通中部造山带南段在新太古代晚期的板片俯冲、弧-陆碰撞及碰撞后伸展过程。(3)华北克拉通中部造山带南段早前寒武纪构造演化规律华北克拉通中部造山带南段的早前寒武纪岩浆活动在时空分布上呈现东、西两侧向中间地区逐渐年轻的趋势。东侧的鲁山地区和西侧的华山-小秦岭西北部地区的太华群变质杂岩记录了中部造山带南段最早的岩浆活动(中太古代晚期-新太古代早期),嵩山地区的登封群变质杂岩和华山-小秦岭北部地区的太华群变质杂岩记录了新太古代晚期的岩浆活动,靠近中部的熊耳山地区以及华山-小秦岭东南部地区则记录了古元古代的两期岩浆活动。中部造山带南段地区在中太古代晚期-新太古代晚期处于俯冲、弧-陆碰撞的挤压环境,古元古代早期由挤压环境转变为伸展环境,发育大量近同期的基性和中酸性岩浆。中部造山带南段地区在古元古代晚期经历了两阶段变质作用(1.97–1.91 Ga和1.87–1.82 Ga),早阶段(1.97–1.91 Ga)变质作用明显较强,与近南北向的碰撞造山过程有关,而晚阶段(1.87–1.82 Ga)变质作用反映了东西向碰撞造山过程,与东、西部陆块的最终碰撞拼合相关。(4)华北克拉通南缘早前寒武纪地壳生长鲁山地区太华群变质杂岩和嵩山地区登封群变质杂岩的全岩Hf-Nd同位素和锆石Hf同位素总体上较亏损,表明中太古代-新太古代晚期为华北克拉通南缘重要的地壳生长时期,为活动大陆边缘的水平增生过程,以俯冲和弧-陆碰撞为主。熊耳山和华山-小秦岭地区古元古代斜长角闪岩和片麻岩的全岩Hf-Nd同位素和锆石Hf同位素总体较低,并且变化较大,古元古代为华北克拉通南缘重要的地壳再循环阶段,亦存在少量的地壳生长。
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