郯庐断裂带南段肥东地区中酸性岩成因及对区域隆升指示

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郯庐断裂带南段肥东地区属扬子陆块北缘,广泛发育有新元古代和晚中生代的中酸性侵入岩,分别为新元古时期扬子陆块与华夏陆块的拼合和郯庐断裂晚中生代的构造-岩浆活化的产物。本文在对肥东地区岩浆岩进行详细地质调查基础上,对区内不同时代的代表性中酸性岩体开展了锆石U-Pb定年、Hf同位素示踪,全岩主微量研究,据此探讨了他们的成因及成岩背景。对岩浆岩的锆石、磷灰石开展了(U-Th)/He低温热年代学工作,据此解译了该地区晚中生代以来垂向上抬升-剥蚀的历史。肥东地区西山驿复式岩体位于研究区中部,主要组成岩性包括花岗片麻岩和花岗闪长岩。锆石U-Pb定年结果表明花岗片麻岩形成时间为809±5Ma,属新元古代中期。全岩地球化学及锆石Hf同位素结果显示,花岗片麻岩为富硅、富钾、过铝质岩石,具有富集LILE和LREE,亏损HFSE,Eu负异常明显的“弧”微量元素特征,岩石类型上属造山作用后伸展背景下的A2型花岗岩。高度富集、均一的锆石Hf同位素组成(εHf(t)=-17.46~-13.56,avg.=-15.29;tDM2=2545-2792Ma)以及接近地壳范围的高场强元素Nb/Ta比值(~14.9),指示岩浆源区为太古代古老陆壳,以上特征显示肥东地区存在新元古代为弧环境的岩浆活动。肥东地区西山驿复式岩体内花岗闪长岩和尖山花岗岩的锆石U-Pb定年结果表明其成岩时代分别为124±3Ma和130±1Ma,形成于早白垩纪世,与中国东部岩石圈大规模的减薄对应。西山驿花岗闪长岩和尖山花岗岩主量元素显示二者属过铝质、高钾钙碱性岩石,Ti O2和P2O5随Si O2升高而持续降低,指示岩浆演化过程中存在富含P或Ti矿物(包括磷灰石、钛铁矿和榍石等)分离结晶。微量元素显示,两者均显示出富集的LILE和LREE,亏损HFSE,Eu负异常不明显(avg.δEu=0.99),以及高Sr/Y、La/Yb值,低Mg O、Mg#、Cr、Ni值等地球化学特征,表明两者均为低镁埃达克质岩,源于为加厚下地壳部分熔融。同时,西山驿复式岩体中花岗闪长岩和尖山花岗岩中发育大量的继承锆石,U-Pb定年显示其峰值分别为2.07Ga和1.94Ga,结合Hf同位素结果,显示肥东地区晚中生代中酸性岩浆的源区为华北板块下地壳基底。肥东地区西山驿复式岩体中花岗片麻岩锆石(高程~230m)和尖山花岗岩(高程~80m)锆石、磷灰石(U-Th)/He测年显示,花岗片麻岩锆石(U-Th)/He年龄为122±7Ma,花岗岩锆石、磷灰石(U-Th)/He年龄分别为101±6Ma和78±5Ma,结合尖山花岗岩的锆石U-Pb定年(130Ma)结果和各自同位素体系的平均封闭温度反演得到,肥东地区的热历史主要分为四个阶段:第Ⅰ阶段(~130Ma)为快速冷却阶段,主要与岩体侵位有关;第Ⅱ阶段(123-102Ma)为缓慢冷却阶段,隆升速率为7.14m/My,冷却速率为0.21°C/My,郯庐断裂带的活动主要以左行平移为主;第Ⅲ阶段(101-78Ma)为为快速冷却阶段,隆升速率为166.7m/My,冷却速率为5°C/My,中国东部在白垩世末期,表现为统一的挤压构造事件,可能与西太平洋板块再次向NNW方向低角度俯冲对应;第Ⅳ阶段(78-0Ma),肥东地区趋于稳定。
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