苏鲁造山带内多期部分熔融及其大地构造意义

论文摘要

部分熔融作用是贯穿碰撞造山带板片俯冲、折返和造山带垮塌各阶段的重要地质过程,其产生的熔流体可强烈改变地壳的流变学性质,触发和促使深俯冲板片折返,促进元素迁移和地壳分异,并引发壳幔相互作用和造山带垮塌。因此,研究部分熔融作用是解译造山带复杂演化过程的关键切入点之一。然而,由于后期构造变形、变质作用和岩浆活动叠加,部分熔融作用证据易被抹除。此外,即使在同一造山带中,不同板片位置部分熔融的时间、温压条件、尺度、机制和熔体成分亦存在明显差异。因此,准确解析造山带内多期部分熔融作用的证据、时限、机制和源区以及熔体成分,仍需深入和系统的研究,并对比不同实例。作为世界上规模最大、出露最好的超高压变质带之一,大别-苏鲁造山带已成为研究碰撞造山带内熔流体活动的天然实验室。带内完好地保存多类型、多期次部分熔融产物,为深入研究碰撞造山带内多期部分熔融作用提供了便利条件。本论文运用高精度构造-岩石野外填图、岩相学、显微构造、锆石年代学和全岩主微量-同位素地球化学等多种分析方法对苏鲁造山带桃行和海阳所两个地体内的部分熔融产物进行系统研究:在桃行识别出首例赋存于超高压榴辉岩的原位浅色体囊,并限定榴辉岩部分熔融时间和初始熔体成分,提出榴辉岩部分熔融由绿辉石分解主导的新机制,为完善榴辉岩部分熔融理论提供关键数据;探明了海阳所地体内多期部分熔融事件的时间和机制,进而厘清海阳所地体长期处于争论的地质演化历史和大地构造属性。近期相关研究已很好地阐述超高压榴辉岩内熔流体的产生、演化和结晶等科学问题。然而,由于后期熔体迁移混合、结晶分异、熔体抽离以及退变质过程的叠加,准确限定天然榴辉岩中初始熔体成分和熔融机制依然面临挑战。而在经历部分熔融的桃行榴辉岩内新发现的原位浅色体囊为解决上述问题提供了契机。桃行榴辉岩部分熔融的岩相学证据包括:（1）斜长石细脉沿矿物颗粒边界分布,围绕多硅白云母、石英和黝帘石等矿物生长,并在三联点位置呈现极小的二面角;（2）由斜长石、自形角闪石及少量的钾长石和绿帘石组成的原位浅色体囊保存于大颗粒石榴石、黝帘石和绿辉石等矿物围限的区域。细粒残余绿辉石（硬玉分子含量为25–45 mol%）散布于浅色体囊中,与榴辉岩中大颗粒绿辉石（硬玉分子含量为39–56 mol%）相比,硬玉分子含量明显下降。上述现象表明熔融反应由绿辉石分解主导。基于子矿物成分和相应体积百分比,本论文估算了47个原位浅色体囊的主量元素成分和14个浅色体囊的微量元素成分,结果显示:浅色体囊具有中等的Si O2（57.48–65.71 wt%）,高的Na2O（6.73–9.48 wt%）、Al2O3（19.31–22.50 wt%）以及相对低的Fe2O3T（0.07–4.09 wt%）、Mg O（0–5.31 wt%）、Ca O（2.11–5.22 wt%）、K2O（0.12–1.33 wt%）和Ti O2（0.01–0.20 wt%）含量;浅色体囊与基质中大颗粒绿辉石具有相似的微量组成,在经原始地幔标准化的微量元素蛛网图中均表现出大离子亲石元素、U、Pb、Zr、Hf和Ti富集而Th和Ta亏损特征。浅色体囊的微量元素配分特征和较高的Na2O含量均佐证绿辉石分解主导了部分熔融反应。通过地质温压计限定的P–T轨迹显示,超高压榴辉岩发生绿辉石分解部分熔融的温压条件为1.2–1.6 GPa和690–780℃;随后熔体穿越湿固相线时（0.8–1.1 GPa;530–650℃）冷却结晶。通过SS-LASS锆石测年技术对2个含浅色体囊的榴辉岩样品的锆石边部进行定年,获得的加权平均年龄为215 Ma,这些锆石边部结晶温度（567–639℃）与浅色体囊结晶温度近似,表明浅色体囊结晶时间约为215 Ma。由于复杂的变质和构造演化历史,位于苏鲁造山带内的海阳所地体,其来源于扬子还是华北克拉通仍存在争议。海阳所地体主要由一起经历多期褶皱变形的花岗质片麻岩和变基性岩组成,其中花岗质片麻岩赋存沿面理顺层分布的浅色体细脉;晚期未发生褶皱的浅色花岗岩脉切穿了上述岩性单元。CL图像显示花岗质片麻岩和浅色体的锆石大多发育具振荡环带的核部和发光较亮的增生边,部分锆石具有发光较暗的核部或幔部。于具振荡环带锆石核部获得2.86–2.68 Ga的谐和207Pb/206Pb年龄。发光较暗和较亮锆石区域得到的加权平均年龄为1817–1812 Ma。其中,发光较暗锆石区域具有平坦的重稀土配分、低Th/U比值和较高的结晶温度（829–875°C）;而发光较亮边部表现出陡峭的重稀土配分、较高的Th/U比值和结晶温度（859–880°C）。锆石发光较暗和较亮锆石区域的εHf（t=1813 Ma）为-18.3-10.8,这些锆石区域与具振荡环带核部在锆石内Hf同位素演化线上（176Lu/177Hf=0.001）。上述数据表明花岗质片麻岩在麻粒岩相变质作用叠加过程中发生部分熔融,熔体顺面理迁移汇聚并结晶为浅色体。花岗质片麻岩年代学数据所反映的地质历史与胶北地体相似,指示在并置苏鲁造山带之前海阳所地体归属于华北克拉通。变基性岩中部分锆石呈现出核-边结构,此外还有一些新生颗粒。其中,锆石核部具跨度较大的207Pb/206Pb年龄（1866–1726 Ma）,并呈现变化的重稀土配分;边部和新生锆石颗粒表现出典型岩浆锆石的稀土配分特征,其加权平均年龄为825 Ma。因此,变基性岩原岩于825 Ma侵位至花岗质片麻岩中,而古元古代锆石核部为岩浆上升过程于围岩中捕获。浅色花岗岩脉中的锆石具有核-幔-边结构。继承锆石核部具776–701 Ma的谐和206Pb/238U年龄,与苏鲁造山带内的花岗质片麻岩原岩年龄一致。锆石增生幔部和边部的加权平均年龄分别为220 Ma和162 Ma,二者均赋存多相固体包裹体且呈现陡峭的重稀土配分、Ce正异常和Eu负异常,表明其结晶于熔体,分别记录了深俯冲板片折返和苏鲁造山带垮塌阶段的部分熔融作用;此外,浅色花岗岩脉Sr–Nd同位素组成表明其部分熔融的源区为苏鲁造山带内的花岗质片麻岩。综上所述,海阳所地体早期地质演化历史与华北克拉通东南缘的胶北地体相似,基性岩浆岩于825 Ma侵位至花岗质片麻岩内,在三叠纪扬子与华北克拉通碰撞期间海阳所地体卷入俯冲隧道并发生褶皱变形,随后并置到苏鲁造山带中。这些研究表明,在大陆碰撞过程中,上盘地壳亦可卷入俯冲隧道,发生强烈褶皱变形,而后折返并剥露至地表。综合前人和本论文对苏鲁造山带多期部分熔融作用相关研究成果,提出苏鲁造山带演化模式:1)在碰撞过程中（240 Ma）,华北克拉通东南缘亦卷入到俯冲隧道,发生强烈构造变形。而深俯冲扬子地壳局部富水,促使极少量岩石发生水饱和熔融;2)在深俯冲板片折返过程中（220 Ma）,超高压地体中片麻岩普遍经历部分熔融作用并形成混合岩和同折返岩浆岩。由于全岩组成、P–T轨迹和含水量存在差异,苏鲁造山带中榴辉岩部分熔融过程由不同机制主导（如含水矿物脱水熔融;名义无水矿物脱羟基形成的超临界流体分异;绿辉石分解熔融）。而被卷入至俯冲隧道的华北克拉通东南缘地壳亦折返并构造叠覆于苏鲁地体之上,在随后的漫长地质历史中被逐步风化剥蚀,仅少量华北克拉通地壳残余仍保存于苏鲁造山带中;3)在碰撞后阶段（160 Ma）,受太平洋板块俯冲至东亚大陆之下的影响,苏鲁造山带中的地壳开始活化,随后发生广泛的部分熔融作用,在苏鲁造山带北部和胶北地体形成大规模晚侏罗世岩浆岩体。该期部分熔融作用表明苏鲁地体可能已处于造山带伸展垮塌初始阶段。

论文目录

作者简历

摘要

Abstract

第一章引言

1.1 选题依据及研究意义

1.1.1 选题依据

1.1.2 研究意义

1.2 研究现状

1.2.1 大陆俯冲带和部分熔融作用

1.2.2 超高压变质岩石发生部分熔融的证据

1.2.3 超高压变质岩部分熔融所产生的熔体成分

1.2.4 超高压变质岩石部分熔融的机制

1.3 研究目标及拟解决的关键问题

1.3.1 研究目标

1.3.2 拟解决的关键问题

1.3.3 创新点

1.4 研究内容及方案

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.5 论文主要工作量

第二章区域地质概况

2.1 大别-苏鲁造山带地质背景

2.1.1 构造位置和岩石特征

2.1.2 大别-苏鲁超高压地体的P–T–t轨迹

2.1.3 大别-苏鲁造山内的多期岩浆活动

2.2 桃行地质背景

2.2.1 地理位置和出露岩性

2.2.2 年代学和变质P–T轨迹研究

2.2.3 桃行地体内的熔流体活动

2.3 海阳所地体地质背景

2.3.1 胶辽吉带地质概况

2.3.2 海阳所地质概况和大地构造归属

第三章样品采集与分析方法描述

3.1 样品采集及预处理

3.2 扫描电镜和阴极发光分析

3.3 电子探针分析

3.4 全岩主微量元素分析

3.5 全岩Sr–Nd同位素分析

3.6 锆石U–Pb同位素定年和微量元素分析

3.7 锆石Lu–Hf同位素分析

第四章桃行超高压榴辉岩的部分熔融作用

4.1 前言

4.2 野外描述

4.3 岩石学研究

4.3.1 岩相学观察

4.3.2 部分熔融的岩相学证据

4.3.3 矿物主量元素组成

4.3.4 矿物微量元素组成

4.4 全岩地球化学研究

4.5 超高压榴辉岩初始熔体成分的估算

4.6 年代学研究

4.6.1 锆石U–Pb定年结果

4.6.2 锆石微量元素组成

4.7 桃行榴辉岩P–T演化轨迹约束

4.8 本章讨论

4.8.1 桃行超高压榴辉岩的部分熔融机制

4.8.2 超高压榴辉岩部分熔融的熔体成分

4.8.3 桃行超高压榴辉岩部分熔融的时限

4.9 本章小结

第五章海阳所地体内多期部分熔融作用

5.1 前言

5.2 野外接触关系和岩相学研究

5.2.1 野外构造接触关系

5.2.2 岩相学研究

5.3 全岩地球化学研究

5.3.1 全岩主微量元素组成

5.3.2 全岩Sr–Nd同位素组成

5.4 锆石年代学研究

5.4.1 锆石形态及包裹体

5.4.2 锆石U–Pb定年结果

5.4.3 锆石微量元素组成和结晶温度

5.4.4 锆石Hf同位素组成

5.5 浅色花岗岩脉中多硅白云母的成分

5.6 本章讨论

5.6.1 花岗质片麻岩中浅色体的来源

5.6.2 浅色花岗岩脉中锆石记录的多期部分熔融

5.6.3 海阳所地体的大地构造演化历史

5.7 本章小结

第六章苏鲁造山带演化过程探讨

1.8 Ga）变质原岩的成因'> 6.1 大别-苏鲁造山带中古老（>1.8 Ga）变质原岩的成因

6.2 苏鲁造山带内多期部分熔融作用及其演化过程

第七章结论

致谢

参考文献

附录

附表1 苏鲁造山带内桃行榴辉岩内石榴石、单斜辉石、多硅白云母、角闪石、斜长石、黝帘石等矿物的主量元素组成

附表2 苏鲁造山带桃行超高压榴辉岩中浅色体囊中及附近矿物的微量元素（ppm）组成

附表3 苏鲁造山带桃行榴辉岩的全岩主量（wt%）和微量（ppm）元素组成

附表4 苏鲁造山带桃行榴辉岩中浅色体囊内矿物的主量（wt%）组成

附表5 苏鲁造山带桃行榴辉岩中浅色体囊的主量成分（wt%）

附表6 苏鲁造山带桃行榴辉岩中浅色体囊的微量成分（wt%）

附表7 苏鲁造山带桃行含浅色体囊榴辉岩的锆石U-Pb定年结果

附表8 苏鲁造山带桃行含浅色体囊榴辉岩的锆石微量元素（ppm）

附表9 苏鲁造山带海阳所地体中岩石的全岩主量（wt%）和微量元素（ppm）组成

附表10 苏鲁造山带海阳所浅色花岗岩脉的全岩Sr–Nd同位素组成

附表11 苏鲁造山带海阳所地体锆石年龄、微量元素、Hf同位素组成一览

附表12 苏鲁造山带海阳所地体花岗质片麻岩、浅色体、变基性岩、浅色花岗岩脉的锆石LA-ICP-MS U–Pb定年结果

附表13 苏鲁造山带海阳所地体花岗质片麻岩、浅色体、变基性岩、浅色花岗岩脉的锆石微量元素组成（ppm）

附表14 苏鲁造山带海阳所地体花岗质片麻岩、浅色体、变基性岩、浅色花岗岩脉的锆石结晶温度

附表15 苏鲁造山带海阳所地体花岗质片麻岩、浅色体、变基性岩、浅色花岗岩脉锆石Lu–Hf同位素组成

附表16 苏鲁造山带海阳所地体浅色花岗岩脉中的多硅白云母成分

文章来源

类型: 博士论文

作者: 冯鹏

导师: 王璐

关键词: 部分熔融,苏鲁造山带,超高压榴辉岩,浅色体,锆石

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学,地质学

单位: 中国地质大学

基金: 国家自然科学基金面上项目(41572182,41272225,),中国地质大学(武汉)腾飞计划项目(CUG-G1323511572)

分类号: P548;P581;P597

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000274

总页数: 280

文件大小: 8361K

下载量: 76

苏鲁造山带内多期部分熔融及其大地构造意义

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢