哀牢山古特提斯洋的俯冲与闭合:碎屑沉积与岩浆作用记录

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 : 0次 | 上传用户:long5139
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云南中部的哀牢山构造带保留了大量的古特提斯演化地质记录,是研究古特提斯洋的关键地区之一。但是该地区经历了后期多阶段强烈的构造变形,尤其是新生代印度-亚欧大陆碰撞事件的叠加,使构造带内绝大部分地层与岩浆系统都遭受了不同程度的变形改造,表现出不同程度的透镜化、混杂化和无序化,在缝合带或混杂岩带内表现尤为显著。因此,尽管前人对该地区的蛇绿岩,俯冲和碰撞相关的岩浆岩进行了大量的研究,也取得了许多重要成果,但是在哀牢山古特提斯洋俯冲过程和闭合时限等重要科学问题上仍然存在很大的争议:尽管目前学术界大多数观点认为哀牢山洋是通过向西俯冲于印支板块之下而逐渐消减的,但也有学者认为是向东俯冲于华南板块之下的;在哀牢山洋闭合时限问题上,更是观点众多,跨度巨大,涵盖了泥盆纪至晚三叠世。哀牢山构造带及其邻区广泛分布有二叠纪-三叠纪碎屑沉积岩,同时在哀牢山变质杂岩带中保留有与哀牢山洋演化相关的岩浆记录,这些碎屑沉积岩和岩浆岩对哀牢山构造带晚古生代-早中生代的大地构造演化历史重建的意义此前一直没有得到足够的重视。本论文选取哀牢山变质杂岩中的二叠纪-三叠纪岩浆岩以及整个构造带和邻区的二叠纪-三叠纪碎屑/变碎屑沉积岩为研究对象,开展了U-Pb年代学、锆石原位Hf-O同位素、矿物学、全岩元素及Sr-Nd同位素地球化学分析,厘定了岩浆岩的形成时代、成因机制和源区特征;限定了碎屑沉积岩的源区组成及沉积环境,从而为哀牢山洋的俯冲过程及其最终闭合的时限提供了可靠的限制。本研究取得以下重要进展:(1)阐明了哀牢山缝合带两侧二叠纪-中三叠世碎屑沉积岩形成于弧前或者弧后盆地沉积环境,晚三叠世碎屑沉积岩形成于前陆盆地沉积环境印支东缘二叠纪沉积岩具有相对较低的SiO2含量(平均71.4 wt.%)、K2O/Na2O(平均0.65)比值以及较高的Fe2OT3+MgO(平均6.96 wt.%)含量和Al2O3/SiO2(平均0.20)比值,较低的化学风化指数(CIA;47–74,平均59)和较高的成分变化指数(ICV;0.70–1.29,平均1.03),其地球化学组成与典型的大陆岛弧区硬砂岩组成相似,可能形成于弧前或者弧后盆地环境。印支东缘晚三叠世碎屑沉积岩化学组成上与二叠纪样品存在很大的差异,含有较高的SiO2(平均81.9 wt.%)含量、K2O/Na2O(平均8.48)比值和较低的(Fe2OT3+MgO)(平均5.26 wt.%)含量和Al2O3/SiO2(平均0.12)比值,较高CIA(77–84;平均80)值和较低ICV(0.52–1.12;平均0.79)值,其地球化学组成与典型的被动大陆边缘的硬砂岩组成相似,可能形成于前陆盆地。印支东缘中三叠世样品的化学组成变化较大,其主量元素组成变化范围宽,CIA(52–84;平均69)与ICV(0.50–1.14;平均0.88)值变化范围大,其物源组成既有来自成熟的克拉通内部物质也有活动大陆边缘岛弧物质。华南板块西缘早-中三叠世碎屑沉积岩显示单一的280–237 Ma碎屑锆石年龄组,其峰值年龄为254–251 Ma,其εHf(t)值主要为正值,范围介于-16.66至+9.11之间。该种单年龄组单年龄峰的碎屑锆石谱征以及对应的碎屑锆石Hf同位素组成,指示其沉积环境很可能为弧前盆地,沉积物源主要来自华南西缘的二叠纪-三叠纪岩浆岛弧。印支板块东缘中三叠世碎屑沉积岩样品中的碎屑锆石具有296–236 Ma单一的年龄组,显示单峰的碎屑锆石年龄谱特征,峰值为246–242Ma。老于300 Ma的碎屑锆石很少,约占总的碎屑锆石颗粒的35%。296–236 Ma年龄组中的碎屑锆石的Hf同位素组成变化非常大,其εHf(t)值主要为负的,范围介于-18.95至+10.12之间。该种单年龄组单年龄峰的碎屑锆石谱征以及对应的碎屑锆石Hf同位素组成,指示其沉积环境很可能为弧后盆地,碎屑沉积物主要来自印支东缘二叠纪-三叠纪的太忠-李仙江岛弧。华南板块西缘与印支板块东缘的晚三叠世碎屑沉积岩具有相似的碎屑锆石年龄谱,均显示多年龄组的特征(290–230 Ma,500–400 Ma,850–700 Ma,1000–900 Ma,2000–1800 Ma和2500–2400Ma),且相同的年龄组的碎屑锆石具有相似的Hf同位素组成,指示两个板块沉积盆地的沉积物源相似,其沉积环境很可能前陆盆地,其沉积物源主要为二叠纪-三叠纪岛弧岩浆岩、板块内部早古生代-前寒武纪火成岩或者再循环的沉积岩。(2)论证了哀牢山变质杂岩带中三叠世辉长质闪长岩-花岗闪长岩是哀牢山洋东向俯冲形成的岛弧残留;揭示了辉长质闪长岩为沉积物熔体交代地幔楔部分熔融的产物,而花岗闪长岩是同时代辉长质岩浆分离结晶的产物哀牢山变质杂岩带中的辉长质闪长岩的二次离子质谱(SIMS)锆石U-Pb定年结果显示,其形成时代为235±2 Ma,样品具有较低的SiO2含量(49.55–54.39wt.%)和K2O/Na2O(0.31–0.40)比值,高MgO(4.96–5.99 wt.%)和Mg#(48–57)。所有样品均富集大离子亲石元素(比如,Rb、Ba和U)而亏损高场强元素(比如,Nb、Ta和Ti)。辉长质闪长岩具有低((87)Sr/(86)Sr)i(0.7046–0.7050)和锆石δ18O(5.76–6.59‰)值,高εNd(t)(+3.63至+4.22)和锆石εHf(t)(+9.9至+12.6)值。辉长质闪长岩的地球化学组成及其同位素模拟结果指示,其最有可能是哀牢山洋东向俯冲的过程中,3%5%俯冲沉积物熔体交代地幔楔的部分熔融形成。哀牢山变质杂岩带中的花岗闪长岩的SIMS锆石U-Pb定年结果显示,其形成时代为237±2 Ma,样品具有较高的SiO2(64.64–70.98 wt.%),低MgO(0.85–1.58 wt.%)含量和Mg#(36–41)。样品显示富集大离子亲石元素(比如,Rb、Ba和U)而亏损高场强元素(比如,Nb、Ta和Ti)。花岗闪长岩的全岩Sr-Nd同位素和其锆石Hf-O同位素组成与同时代辉长质闪长岩相似,但变化范围相对较大,具有低((87)Sr/(86)Sr)i(0.7037–0.7046)和锆石δ18O(6.25–7.20‰)值,高εNd(t)(+2.90至+4.64)和锆石εHf(t)(+9.9至+14.1)值。在主量元素与微量元素哈克图解中,花岗闪长岩与同时代的辉长质闪长岩显示良好的岩浆演化趋势。瑞利分馏模拟结果显示,哀牢山中三叠世花岗闪长岩很可能是同时代辉长质岩浆通过40%角闪石、30%单斜辉石、30%斜长石的分离结晶的产物,其同位素组成的变化是由于其源区组成的不均一性造成的。(3)在哀牢山变质杂岩带中首次厘定了晚二叠世富Nb玄武岩,该套玄武岩是来自相对富集的洋岛玄武岩(OIB)型峨眉山地幔柱物质和洋中脊玄武岩(MORB)型亏损地幔物质在尖晶石稳定域二元混合哀牢山变质杂岩带中的富Nb玄武岩的SIMS锆石U-Pb定年结果为261±2Ma,与峨眉山地幔柱活动时代一致,其锆石δ18O值加权平均值为5.53±0.15‰,与幔源岩浆平衡的锆石氧同位素组成一致。样品具有较低的SiO2(46.12–48.33wt.%)含量和(La/Yb)N(2.6–3.0)比值,较高的MgO(7.04–8.41 wt.%)和Nb(10.1–11.5 ppm)含量和Nb/La(1.2–1.3)和Nb/U(41.90–49.91)比值,显示Nb-Ta和Eu正异常,εNd(t)较高,介于+5.65至+6.21。微量元素和同位素二元混合模拟结果指示,这些晚二叠世富Nb玄武岩可能是来自古特提斯洋的MORB型亏损地幔物质与来自峨眉山大火成岩省OIB型富集地幔物质混合。(4)揭示了哀牢山古特提斯洋二叠纪-三叠纪的大地构造演化及其与峨眉山大火成岩省之间的关系二叠纪-中三叠世,哀牢山洋是通过双向俯冲消减,并最终在晚三叠世闭合。哀牢山洋向东俯冲于华南板块之下,在华南板块西缘形成一个二叠纪-三叠纪岛弧,该岛弧主体可能已经被剥蚀了。哀牢山变质杂岩带中三叠世(ca.235–237 Ma)岛弧型辉长质闪长岩和花岗闪长岩可能是该岛弧的残留,该岛弧系统为华南板块西缘的早-中三叠世弧前盆地提供大量的碎屑物质。哀牢山洋向西俯冲于印支板块之下,在印支板块东缘形成二叠纪-三叠纪太忠-李仙江岛弧,该岛弧系统为印支板块东缘的二叠纪-中三叠世汇聚型盆地(弧前/弧后盆地)提供大量的碎屑物质。晚三叠世时期,碎屑沉积物的沉积环境转变为碰撞型盆地,如前陆盆地,沉积物源发生巨大变化,由原来的二叠纪-三叠纪岛弧岩石为主转变为大陆内部成熟的岩石为主,且华南西缘晚三叠世碎屑沉积物与印支东缘晚三叠世碎屑沉积物具有相同的碎屑锆石年龄谱征和Hf同位素组成。因此我们推测,哀牢山洋于晚三叠世早期最终闭合,印支与华南板块碰撞,两个板块的沉积盆地物源相通。晚二叠世(ca.261 Ma)时期,哀牢山洋壳向东俯冲过程中,俯冲板块后撤所引起地幔回流,造成区域上的拉张和强烈的幔源岩浆作用,同时使华南板块之下的峨眉山大火成岩省OIB型富集物质流向俯冲带,并与哀牢山洋MORB型亏损地幔物质发生混合,成为哀牢山富Nb玄武岩的源区。
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