哀牢山新元古代岩浆作用及其大地构造意义

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前寒武纪地质是探讨早期大陆地壳的形成与演化及其大陆动力学过程的重要窗口,也是地球科学研究中一个承前启后的关键部分。我国的扬子板块及其周缘地区保存有众多前寒武纪地层、岩石和生物形成与演化的历史记录,同时也蕴藏了大量的矿产资源,显示出了许多独特的地质特征,成为了探索前寒武纪以来地壳演化和成矿机制的天然实验室。  位于扬子板块西南缘的云南哀牢山带,发育有大量元古界地层和前寒武纪岩浆岩,研究这些岩浆岩的时空格架和成因特征对深入理解扬子板块的大陆地壳演化特征及其动力学过程具有重要的科学意义。本论文选择扬子板块西南缘哀牢山地区新元古代岩浆岩为研究对象,通过详细的野外地质考察、岩相学、矿物学和精细的年代学、元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素地球化学的综合研究,并结合相关区域地质资料,来揭示这些岩浆岩的时空分布和岩石成因,并探讨其形成环境和动力学过程,为扬子板块前寒武纪地质演化及其与Rodinia超大陆的关系提供全新的资料。取得了如下主要成果及与进展:  1.弧后扩张作用:~815Ma变基性岩记录  哀牢山带元阳地区出露的变基性岩(斜长角闪岩)呈似层状产出于前人划分的哀牢山群阿龙组内,其围岩是片麻状花岗岩。SIMS、LA-ICPMS锆石U-Pb年代学分析测试表明,采自元阳一碗水地区的二个斜长角闪岩样品给出了814±12Ma和813±11Ma的形成年龄。这些样品的SiO2含量为46.85-49.03wt.%,MgO含量为6.83-11.57wt.%,Mg#在52-68之间。样品的稀土总量较高,轻、重稀土元素分馏程度相对较强,(La/Yb)cn值为6.55-7.52,(Gd/Yb)cn为1.90-2.23,Eu异常不明显(δEu=0.97-1.03)。其Sr-P呈弱负异常,无明显Ti异常。样品的一个显著特征是具有较高的Nb含量(14.28-18.43ppm),类似于富Nb玄武岩(NEB)。其原始地幔标准化蛛网图分布形式和REE配分模式也均与华南云开地区富Nb玄武岩相似,而明显不同于洋岛玄武岩(OIB)和N-MORB。样品的87Sr/86Sr(t)值变化于0.71040-0.70654,εNd(t)为+4.08-+4.39。这些地球化学特征表明样品来源于受板片熔体交代的地幔楔。结合本区存在同时代的类似于埃达克质岩石的花岗闪长岩和具有“正常”岛弧特征的角闪辉长岩,推测这些富Nb斜长角闪岩的形成与哀牢山地区~815Ma弧后盆地的拉张有关。  2.岛弧岩浆作用:~800Ma玄武质岩浆活动记录  分布在哀牢山带东南段金平箐脚地区的玄武质岩石(斜长角闪岩)呈透镜状或似层状产于哀牢山群阿龙组。这些斜长角闪岩样品的SiO2含量为47.08-51.45%,TiO2含量为0.37-0.76%,MgO含量变化于8.827-12.07%,Mg#在71-76之间。样品相对亏损重稀土,其(La/Yb)cn和(Gd/Yb)cn值分别为4.98-5.91和1.60-1.65,Eu具一定程度的负异常(δEu=0.58-0.74);样品具有明显的Nb-Ta和Zr-Hf亏损,P、Ti呈强烈负异常,Sr呈一定程度的正异常,这些地球化学特征与典型的弧岩浆特征类似。样品具有相对富集的Sr-Nd同位素组成,其87Sr/86Sr(t)比值为0.70493-0.70663,εNd(t)变化于-3.45到-2.04。它们的元素和同位素地球化学特征显示其来源于受俯冲沉积物影响的富含斜方辉石地幔源区。LA-ICPMS锆石U-Pb年代学结果表明,斜长角闪岩形成于803±7Ma,结合相关区域地质资料,认为这些岩石的形成与同期的岛弧岩浆作用有关。  3.扬子板块西南缘地壳生长:来自~830-740Ma闪长质岩石的证据  哀牢山带闪长质岩石主要分布在金平箐脚-元阳县城西-新平邦迈一带,其整体走向与哀牢山带的走向基本一致。这些样品的SiO2含量为58.75-69.34%,TiO2含量为0.24-1.11%,MgO含量变化于0.35-6.73%,Mg#在33-76之间。样品相对亏损重稀土,Eu具一定程度的负异常,具有明显的Nb-Ta亏损,P、Ti呈负异常,富集大离子亲石元素K、Rb、Ba。样品的87Sr/86Sr(t)比值为0.70333到0.70784,εNd(t)变化于-4.94到+2.09,εHf(t)为-6.37到+8.50,显示出二种端元(亏损和富集)的Nd-Hf同位素组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果表明,闪长质岩石样品形成于830-740Ma,其相对亏损的Nd和Hf同位素组成与区域上的相关基性岩类似,推测它们可能是新生基性下地壳部分熔融的产物,反映这一时期本区存在地壳的生长;同时它们还具有相对富集的Nd-Hf同位素端元,反映它们源区还有一定比例的地壳物质的加入,它们应该是壳-幔相互作用的产物。  4.~810-760Ma花岗质岩石:哀牢山群形成时代的限定  锆石U-Pb年龄结果显示,哀牢山带新元古代花岗质岩石的形成时代主要集中在810-760Ma。它们主要出露在蒙自蛮耗-金平阿得博-元阳县城西南-红河甲寅-新平邦迈一带以及位于哀牢山群东南段北侧的瑶山群。这套花岗质岩石样品SiO2含量变化范围较大,在68.77-86.99%之间。根据其矿物学和地球化学等特征,这些花岗质岩石可以分为两种类型,一类Ⅰ型花岗岩,这类岩石具有较高的Na2O+K2O含量,低的K2O/Na2O比值和低的A/CNK值(0.90-1.10),表现为弱铝质,为高钾钙碱性系列。另一类是过铝质花岗岩,它们的A/CNK为1.16-1.56,以强过铝质为主,并具有较低的Na2O+K2O含量和较高的K2O/Na2O比值。大部分样品均具有明显的Nb-Ta亏损,富集大离子亲石元素K、Rb、Th和U,P、Ti具较强烈的负异常;相对亏损重稀土,Eu具一定程度的负异常。样品的εNd(t)变化于-3.06到-6.49,其87Sr/86Sr(t)比值变化范围较大,反映它们受后期蚀变影响较大。综合研究认为这些花岗质岩石原岩的形成与同时代的俯冲作用有关,俯冲作用促使基性岩浆底侵使下地壳发生熔融,形成了区域上分布的Ⅰ型花岗质岩石;同时底侵作用还导致古老地壳物质的重熔,从而形成了过铝质花岗岩。结合相关资料,这些新元古代花岗质岩石的识别,表明哀牢山深变质带是一个原岩复杂的大型深变质岩系,所谓的哀牢山群,可能需要重新进行地层细分,其原岩至少包含新元古代中期和三叠纪的岩浆岩及其相关地层,而不是前人认为的全部形成于古元古代。  5.综合相关区域地质资料,认为新元古代时期华南板块应处于Rodinia超大陆的边缘,印度和澳大利亚之间。  本文研究结果显示哀牢山带存在大量与俯冲作用相关的新元古代基性-变基性岩-闪长质岩石-花岗质岩石,结合扬子西缘、北缘和东缘~860-730Ma岩浆岩的地球化学、岩石组合和成因机制等特征以及在攀西-汉南分布有长达1000km的新元古代弧岩浆岩,我们认为新元古代时期扬子和华夏板块周缘广泛存在俯冲作用事件,此时华南应位于Rodinia超大陆的边缘,在澳大利亚板块和印度板块之间。
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