扬子板块西南缘元谋杂岩前寒武纪构造-岩浆事件及其对超大陆演化的响应

摘要

前寒武纪尤其是太古宙至古元古代时期,是了解早期地球形成、演化及其地球动力学过程的关键时期,该时期所经历的构造-岩浆-热事件和动力学过程是地学界关注的前缘课题。扬子板块是中国古老的克拉通之一,相比于其北缘广泛报道出露有太古宙-古元古代早前寒武纪结晶基底,其西南缘古元古代至太古宙岩石出露较少,研究程度相对较低,制约了我们对扬子地块早期大陆地壳形成和演化过程的全面认识。因此,扬子板块西南缘地区是否存在古老结晶基底一直是众多地质学者研究探索的重要科学问题。最近我们对位于扬子板块西南缘康滇地区中南部的元谋杂岩开展了深入的研究,发现普登岩群出露有含古元古代至太古宙年龄信息的花岗质片麻岩、混合岩化片麻岩、石榴石云母石英片岩和角闪岩,且明显遭受了晚期强烈的叠加变质-变形作用。本文在详细的野外宏观构造观测基础上,通过详细的显微-阴极显微构造特征观测、岩石矿物EBSD晶格优选定向分析、电子探针成分分析、锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素及全岩地球化学分析等实验技术方法,重点阐明片麻岩形成时限、岩石成因类型及演变过程,探究古元古代-新元古代时期构造动力学背景。同时通过矿物对温压计算限定研究区变质-变形阶段的温压条件,为扬子西缘康滇地区元谋杂岩前寒武纪构造-岩浆作用与演变规律研究提供直接的地质依据。主要获得以下几点认识:(1)通过LA-ICPMs锆石U-Pb测年,花岗片麻岩、变沉积岩和角闪岩中锆石核部获得了四组年龄,分别为2589–2300 Ma,2200–1770 Ma、1580–1200 Ma及1100–1000 Ma。这些锆石均为岩浆成因,具有岩浆震荡环带和高Th/U比值(>0.4),表明扬子板块西南缘存在2589–2300 Ma的岩浆事件。锆石边部的Th/U比值较低(<0.1),呈现出2组年龄峰值区间,即980–840 Ma和780–750 Ma。(2)锆石Lu-Hf同位素分析表明,获得新太古代至古元古代早期(2589–2300Ma)的锆石核,具有正εHf(t)值,二阶段模式(TDM2)年龄为2760–2688 Ma,表明其岩浆来源于亏损地幔物质且在新太古代-古元古代存在地壳增生事件。进一步揭示出扬子板块西南缘新太古代-古元古代(2589–2300 Ma)存在明显的岩浆活动,其可能为更古老大陆或克拉通汇聚期造山事件在扬子板块西缘的响应。古元古代中晚期(2200–1770 Ma),εHf(t)值主要为负值,对应的TDM2年龄为2800–2400 Ma,表明岩浆来源于古老(新太古代)地壳物质并伴有少量亏损地幔物质加入,该时期与哥伦比亚超大陆的聚合时期相呼应。中元古代早期(1580–1200 Ma)锆石主要具有正的εHf(t)值和二阶段模式年龄1739–2487 Ma,其岩浆来源于地幔物质和古老地壳物质,表明该时期存在地壳的增生与再造事件。(3)锆石变质边部年龄(约980–840和780–750 Ma的两个主要年龄组)记录的地质事件为新元古代罗迪尼亚超大陆在扬子板块西南缘的响应,εHf(t)值为负值(-10.0–-2.1),表明岩浆源于古老地壳物质,并存在地壳再造事件。锆石边部的变质年龄与区域叠加变质和部分熔融事件有关。(4)花岗片麻岩样品为具过铝质特征的S型花岗岩。稀土及微量元素配分模式图显示其具有轻稀土元素相对重稀土元素富集,Eu呈显著负异常,且具有Rb、K、Th、U和Pb元素富集,Ba、Nb、Ta、Sr和Ti元素亏损的特征。Eu负异常通常被认为与富斜长石的岩石部分熔融过程中斜长石作为难熔残余相的存在有关,强烈的Ti亏损表明岩浆源区可能存在金红石或磷灰石残留相,而样品中U和Th的正异常表明,它们可能受到变质流体的影响。(5)元谋杂岩深变质岩系依次经历了明显三个阶段变形-变质及剥露特征:即进变质-变形阶段(M1-D1)、峰期变质-变形阶段(M2-D3)、退变质-变形和剥露阶段(M3-D3)。高温变形-变质作用与区域锆石变质边部年龄(约980–750 Ma)相对应,该期变质事件是扬子板块西南缘区域构造-热-变质事件的响应。受退变质作用影响,目前通过角闪石-斜长石矿物对温压计算获得高温韧性变形-变质作用环境至少达高角闪岩相,计算温度在620–690℃之间,压力范围为0.8–0.95 Gpa,且具有顺时针的P-T演化路径。

目录

摘要

abstract

第一章 引言

1.1 选题依据和科学意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 超大陆汇聚和裂解过程

1.2.2 哥伦比亚超大陆

1.2.3 罗迪尼亚超大陆

1.2.4 扬子板块在超大陆演化的地位

1.3 存在的关键科学问题

1.3.1 扬子板块西南缘是否存在太古宙-古元古代结晶基底

1.3.2 扬子板块西缘太古宙-古元古代-中元古代岩石单元的构造属性

1.4 研究内容与技术路线方案及已完成工作量

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方案及技术路线

1.4.3 已完成工作量

1.5 特色及创新点

第二章 区域地质概况

2.1 扬子板块前寒武纪太古宙-古元古代结晶基底

2.1.1 扬子板块北缘与西北缘

2.1.2 扬子板块西南缘

2.2 康滇地区及元谋杂岩

第三章 研究方法及测试技术手段

3.1 野外宏观地质观测

3.2 显微构造(OM+CL)特征观测与分析

3.3 晶格优选定向(EBSD)分析

3.4 电子探针成分分析(EMPA)与温压估算

3.5 锆石U-Pb年代学分析

3.6 全岩(主、微量元素)分析

3.7 锆石Lu-Hf同位素分析

第四章 元谋杂岩变形-变质特征

4.1 区域构造单元及构造特征

4.1.1 元谋杂岩变质基底

4.1.2 元谋杂岩侵入岩浆岩

4.1.3 元谋杂岩盖层系统

4.2 区域宏观变形-变质作用及期次特征

4.2.1 早期进变质作用阶段(M

-D

)

4.2.2 峰期变质-变形作用阶段(M

-D

)

4.2.3 退变质-变形作用阶段(M

-D

)

4.3 区域显微变形-变质作用及期次特征

4.3.1 早期进变质-变形作用阶段(M

-D

)

4.3.2 峰期变质-变形作用阶段(M

-D

)

4.3.3 退变质-变形作用阶段(M

-D

)

4.4 区域深成侵入岩的变质-变形特征

4.5 小结

第五章 元谋杂岩古-新元古代岩浆事件的限定

5.1 样品岩相学与锆石U-Pb年代学特征

5.1.1 样品岩相学特征

5.1.2 花岗片麻岩锆石U-Pb年龄

5.1.3 长英质片麻岩锆石U-Pb年龄

5.1.4 角闪岩锆石U-Pb年龄

5.1.5 石榴石云母石英片岩锆石U-Pb年龄

5.2 锆石Lu-Hf同位素结果

5.3 小结

第六章 岩石地球化学特征及构造背景

6.1 主微量元素地球化学特征

6.1.1 花岗片麻岩

6.1.2 长英质片麻岩

6.1.3 石榴石云母石英片岩

6.1.4 角闪岩

6.2 岩石成因及构造环境

6.3 小结

第七章 岩石变质-变形温压条件限定

7.1 岩石全岩和锆石Ti饱和温度计估算结果

7.1.1 锆石Ti温度计

7.1.2 岩石全岩锆石饱和温度计

7.2 电子探针成分及矿物对温压计结果

7.2.1 样品特征

7.2.2 变质温压计算结果

7.3 矿物EBSD组构特征及变形条件限定

7.3.1 样品特征

7.3.2 角闪石组构特征

7.3.3 石英组构特征

7.4 小结

第八章 讨论

8.1 扬子板块西缘太古宙-古元古代变质结晶基底

8.2 扬子板块西缘太古宙-古元古代构造-岩浆演化

8.3 扬子板块西南缘中-新元古代构造-热变质演化

8.4 扬子板块西南缘变质-变形作用响应

第九章 主要结论与下一步工作设想

9.1 主要结论

9.2 下一步工作设想

参考文献

附录