武当地块耀岭河群火山岩年代学、地球化学及其南秦岭前寒武纪构造演化意义

摘要

南秦岭前寒武岩浆活动的特征与性质，对于研究该区前寒武纪构造演化、Rodinia拼接与裂解、地幔动力学以及地壳生长等具有重要的意义。耀岭河群变质火山岩是南秦岭前寒武最为重要的火山岩之一，广泛分布于南秦岭构造带武当地块过渡基底武当岩群之上。前人对耀岭河群火山岩的形成时代、成因等诸方面认识存在分岐，导致对南秦岭前寒武构造演化的争议。本文以耀岭河群火山岩为主要研究对象，在野外详细地质调查的基础上，采用岩石学、地球化学、同位素地质学等多学科结合的方法，对该火山岩组合进行系统研究，特别是对该火山岩套及下伏地层开展颗粒锆石U-Pb法定年工作，对其形成时代精确限定，进而讨论耀岭河群火山岩构造属性及其在南秦岭构造演化中的地位。研究成果如下：
　　 1、耀岭河群火山岩系代表了南秦岭一次大规模岩浆喷发事件。其地表分布广泛，在武当地块主要分布于其周缘，并相对集中于偏北部和西部；深部产出特征总体具有厚度大(达25Km以上)、连续性好的特点。
　　 2、该火山岩为一套由基性火山岩到中酸性火山岩组成的复杂组合，由板内碱性玄武岩和板内拉斑玄武岩及其共生的少量酸性岩石英安岩、流纹岩等组成。基性火山岩主要为亚碱性玄武岩，次为碱性玄武岩及碧玄岩/粗面玄武岩/霞石岩，岩石全铁(FeO)含量很高，整体含量＞10％，一般为13～15％，形成研究区大量的贫磁铁矿点，SiO2含量为43.19～53.10％，贫K2O，一般＜1％，高MgO，一般为5.11～8.80％，总体上具有高铁镁质岩石(Ferrobasahs/Ferropicrites)的高FeO(通常在14％以上)、贫硅、低钾等独特主量元素特征，属富铁拉斑玄武岩-富铁苦橄岩。首次对耀岭河群火山岩中酸性火山岩进行了详细研究，划分出两类不同性质的火山岩：酸性岩A主要属碱流岩-白碱流岩类，酸性岩B主要属流纹英安岩/英安岩类。总体上看二者主量元素差异不大：SiO2含量为65.00～79.85％。(Na2O+K2O)为5.26～9.68％。玄武岩的稀土元素和微量元素与OIB十分相似，强烈富集高场强元素(HFSE)，如Th、Nb、Ta、P、Zr、Hf、HREE，但有明显的Sr负异常和不明显的K、P负异常，明显亏损Rb和Ba，与峨眉山低钛玄武岩相似。酸性火山岩A强烈富集Th、Nb、Ta、La、Ce、Nd、Zr、Sm、Hf等，强烈亏损Ba、K、Sr、P、Ti等，稀土元素特征表现为∑REE很高(339.94～1152.85)，具有强烈的铕负异常(δ Eu0.18～0.32)，与典型的大陆裂谷流纹岩的稀土曲线一致；酸性火山岩B显示K，Rb，Ba，Th，LREE的正异常和Sr，P，Ti，Nb的负异常。Eu具弱负异常(δ Eu0.64～0.88)，表现出与酸性火山岩A迥然不同的微量元素及稀土元素特征而与基性火山岩相似，显示其成因可能与之有关。
　　 3、对耀岭河群火山岩采集了足够大的样品，挑选出13颗锆石，通过颗粒锆石U-Pb法定年，其成岩年龄时代为632±1Ma，测年数据不支持先前有关耀岭河群火山岩形成时代的测年结果及观点(700～1000Ma)。此外，从耀岭河群火山岩下伏地层武当山群变沉积岩组凝灰岩夹层中获得5颗锆石进行U-Pb法年龄测定，结果显示时代为744±36Ma。这些测年结果得到地层、古生物等方面研究成果的支持。
　　 4、主量、微量元素特征及同位素示踪表明：耀岭河群基性火山岩可能起源于南秦岭632±1Ma年左右的小型地幔柱；岩浆源区是由亏损地幔(DM)与富集地幔(EMⅡ)混合而成的，基性火山岩曾遭受地壳物质的混染。
　　 5、将耀岭河群火山岩系置于整个南秦岭地幔柱活动背景中分析：秦岭地幔柱活动中心北早南晚与洋盆的打开北先南后的一致性，表明两者之间应该具有内在联系。夹持于两洋盆之间的武当地块迄今未发现洋盆或缝合带迹象，耀岭河群火山岩大规模喷发，可能是地幔柱活动中心自北至南移动过程中于武当地块的重要表现，即：秦岭北面的商-丹洋盆打开(800±1Ma年左右)——耀岭河群火山岩大规模喷发(632±1Ma，以武当地块为主体)——南面南秦岭与扬子之间的勉略洋盆于晚古生代-中生代(345～200 Ma)打开。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

一、前人研究成果及综述

二、本研究的意义

三、本研究的目标、内容和工作方法

第一章研究区地质背景

第一节 地层

一、武当岩群

二、耀岭河群及上覆地层

第二节 岩浆岩

第二章耀岭河群火山岩分布及地层、岩相特征

第一节耀岭河群火山岩分布特点

一、耀岭河群地表分布

二、耀岭河群空间分布

第二节耀岭河群地层特征

第三节耀岭河群火山岩岩性特征

第三章耀岭河群火山岩岩石化学特征

第一节主量元素特征

第二节稀土元素和微量元素特征

一、基性火山岩特征

二、酸性火山岩特征

第四章耀岭河群火山岩Pb同位素特征

第五章耀岭河群火山岩年代学

第一节耀岭河群火山岩的时代归属

一、样品采集

二、样品同位素测试及结果

第二节耀岭河群下部武当群变沉积岩组时代限定

一、样品采集及岩石特征

二、样品同位素测试及结果

三、讨论及结论

第六章讨论

第一节耀岭河群火山岩形成时代问题

一、对前人同位素测年工作的评述

二、本研究测年结果讨论

第二节耀岭河群火山岩成因

一、耀岭河群基性火山岩成因

二、耀岭河群酸性火山岩成因

第三节耀岭河群火山岩及其南秦岭构造演化

一、南秦岭岩浆活动特征

二、武当地块岩浆活动特色

三、耀岭河群火山岩及其南秦岭构造演化

结论

参考文献

已发表和待发表的论文

致谢