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新元古代是地质历史上全球构造运动和岩浆活动最剧烈的时期之一。伴随着格林威尔造山运动(1.3~1.0 Ga),西伯利亚、澳大利亚等一些古陆块以劳伦古陆为中心汇聚形成了Rodinia超大陆。超大陆的裂解、相应的岩浆活动、雪球地球事件、寒武纪生命大爆发等地质事件涉及全球性的古板块运动、气候变迁、生命演化等一系列重大科学问题,已经成为近年来国际地球科学研究的热点和前沿。我国扬子地块以发育大量新元古代岩浆岩,并被认为可能与该时期全球超大陆的裂解和重建有着紧密关系而受到国内外地学界的广泛关注。围绕该区前寒武纪地壳生长再造历史及新元古代岩浆岩的时代、形成的构造背景以及大地构造属性等科学问题,国内外学者做了大量的同位素年代学、元素和同位素地球化学、岩石学和地层学研究,取得了丰硕成果,全面提高了人们对华南新元古代岩浆活动及大地构造演化的认识。
但是,对于华南新元古代岩浆岩的成因机制和形成动力学背景认识仍存在很大的分歧。目前主要有以下三种观点:
①板块-岛弧假说,认为新元古代时期华南是一个被消减的大洋岩石圈俯冲带包围的陆块,不同地区的新元古代岩浆岩对应不同的岛弧岩浆作用,扬子地块则位于Rodinia超大陆的边缘,在1.0~0.75Ga时为活动大陆边缘。
②地幔柱-裂谷假说,认为在830~740Ma期间,扬子板块位于Rodinia超大陆的中心,Rodinia超大陆下存在一个超级地幔柱,该超级地幔柱不仅导致了超大陆的裂解,而且引发了广泛的新元古代双峰式岩浆活动。
③板块-裂谷假说,提出早期岩浆主要为弧陆碰撞造山带拉张垮塌的产物,可以既有新生地壳熔融又有古老地壳再造的产物;晚期岩浆岩主要为大陆裂谷活动的产物。
黄陵地区历来是进行新元古代岩浆事件研究的热点地区,其特殊性主要体现在:
①黄陵地区靠近扬子板块北缘,属板块构造的结合部位,可能记录着丰富的壳幔相互作用信息;
②黄陵岩基内部出露有长英质-镁铁质复合岩墙群,有些研究者认为可能代表了地幔柱活动的产物,也意味着该区壳幔相互作用的多样性和复杂性;
③黄陵地区是扬子板块最早发现有太古代岩石出露的地区。这些客观的地质条件均使得黄陵地区成为研究和认识新元古代岩浆事件本质及扬子早期地壳增生再造历史的关键场所。
围绕黄陵岩基长英质岩石的成因,不同学者提出了:
①是华南地幔柱活动及Rodinia超大陆裂解过程的产物;
②与岛弧岩浆作用或秦岭古洋壳向扬子陆块俯冲作用有关等不尽统一但颇具代表性的观点。这使得继续深化对黄陵岩基不同单元岩石的研究显得十分必要。
越来越多的研究表明,幔源岩浆在许多花岗岩类的形成过程中起了非常重要的作用,提供地壳熔融所需的热能和直接的物质输入,花岗岩类中广泛存在的大量暗色微粒包体是这一过程的直接体现。这使得暗色微粒包体成为认识花岗岩形成过程中幔源岩浆参与的关键环节之一。目前对暗色微粒包体的成因主要有四种认识:
①围岩捕掳体;
②源岩残留;
③同源岩浆早阶段的析离体;
④不同性质岩浆不完全混合的残留。黄陵岩基各单元岩石中均发育暗色微粒包体,尤其以在三斗坪英云闪长岩中较为多见,它们多为深灰至灰黑色,大小不一,呈条带状、椭球状或不规则状出露,与寄主岩呈截然或不截然接触。部分暗色微粒包体的长轴具定向性,显示出流动构造的特征。无论这些暗色微粒包体是何种成因,都可能会对认识黄陵岩体成因、壳幔相互作用及地壳增生再造等提供新的信息。然而,对此类包体的相应研究还不多见。
本文以黄陵岩基中的三斗坪岩体及其暗色微粒包体为研究对象,应用锆石U-Pb年代学、Hf同位素,并结合全岩主、微量元素组成,研究暗色微粒包体与寄主岩三斗坪岩体的成因、关系及它们形成的深部动力学背景,并对比扬子北缘汉南地区新元古代基性侵入体的研究成果,进一步探讨扬子地块北缘对Rodinia超大陆裂解的地质响应。
三斗坪英云闪长岩具有变化较大的SiO2(54.95~68.44%)、较低的K2O(0.67~1.55%)、Na2O(3.21~4.11%)和较高的Al2O3(15.42~18.38%)含量,Fe2O3、CaO、MgO含量分别为3.76~8.44%、3.62~8.27%、1.55~4.67%,而暗色微粒包体则具有低的SiO2(48.11~55.93%)、K2O(0.86~1.41%)、Na2O(2.70~4.12%)和较高的Fe2O3(7.52~9.81%)、CaO(7.44~9.16%)、MgO(4.98~7.40%)、Al2O3(15.64~19.56%)含量。暗色微粒包体较寄主岩具有更高的Fe2O3、CaO、MgO、A12O3含量和低的SiO2、 K2O、Na2O含量。三斗坪英云闪长岩为低钾准铝质岩,暗色微粒包体则为中钾准铝质岩。它们具有相似的REE配分模式,LREE富集,轻重稀土元素分异程度较小,LaN/YbN比为2~7.4,没有明显的Eu异常,富集大离子亲石元素(LILE),如Ba、Sr,亏损高场强元素(HFSE),如Th、Nb、Ta、Zr、Hf等,表明三斗坪岩体及其暗色微粒包体具有与大陆地壳和岛弧岩浆岩具有相似的元素地球化学特征。
锆石U-Pb年代学结果表明,三斗坪岩体的两个英云闪长岩给出了相似的结晶年龄,分别为816.2±7.5Ma和822±6.3Ma;三个暗色微粒包体也给出了相似的三组年龄,分别为819±11Ma、816.6±7.6Ma和819.8±8.6Ma。这表明暗色微粒包体与寄主岩三斗坪英云闪长岩几乎是同时形成在820Ma左右。此外,三斗坪岩体的两个英云闪长岩的£Hf(t)值分别为-1.22~-0.09、-6.95~4.14;三个暗色微粒包体的£Hf(t)值分别为-1.25~+3.69、-8.52~-4.45、-6~-1.48。
与扬子北缘汉南地区新元古代基性-超基性岩体对比发现,本文研究的暗色微粒包体所代表的基性岩浆端元源区性质与罗家坝基性侵入体的源区可能具有相似性。如两者的REE配分模式均较平坦,LREE较富集,轻重稀土分馏不明显,没有明显的Eu异常,均富集LILE,亏损HFSE,具有明显的Pb正异常等。暗色微粒包体的Ba/Nb(47~88),Ba/La(18~25),Ba/Th(111~739),Sr/Nb(91~163)和Pb/Nb(0.55~1.16)值与罗家坝侵入体的Ba/Nb(22~80),Ba/La(13~24),Ba/Th(107~500),Sr/Nb(56~183)和Pb/Nb(0.28~1.65)值相似。说明它们的源区可能具有相似性。
上述特征表明,黄陵地区可能在820Ma就存在基性岩浆活动,三斗坪岩体的成因可能是主体的地壳深熔,并叠加有地幔组份不同程度贡献的壳幔岩浆混合产物。因此,三斗坪英云闪长岩中锆石的Hf同位素不同程度的受到了基性岩浆的扰动。岩体中锆石最低的εHf(t)(-6.95)最接近源区岩石的Hf同位素组成,对应的Hf两阶段模式年龄为1.98Ga,说明三斗坪岩体主体可能是由老于古元古代地壳的深熔作用形成。岩体中的暗色微粒包体则是两种不同性质岩浆不完全混合的残留。暗色微粒包体锆石中最高的£Hf(t)值(+3.69)和最年轻的Hf模式年龄(1395Ma)最能反映混合岩浆中的基性端元组成,且这种基性岩浆端元可能起源于尖晶石二辉橄榄岩地幔源区。三斗坪英云闪长岩可能形成于扬子地块广泛的古元古代地壳深熔事件,形成构造背景可能与新元古代早期弧-陆碰撞有关。