西准噶尔晚古生代蛇绿岩形成与演化的地球化学制约

摘要

中亚造山带是全球显生宙最大的增生型造山带,发育多条蛇绿岩是其最重要的特点之一。西准噶尔位于中亚造山带西南缘,为研究中亚造山带古生代时期构造演化关键地区。该地蛇绿混杂岩广泛分布,晚古生代主要包括达尔布特和克拉玛依等两条蛇绿混杂岩带,其中萨尔托海、白碱滩和吐孜托浪格三段剖面较为典型。新发现的吐孜托浪格蛇绿混杂岩是克拉玛依蛇绿混杂岩带在 NE方向上的延伸。本文选择这三段蛇绿混杂岩进行详细的岩石地球化学和铂族元素及 Re-Os同位素研究,并结合前人资料,探讨西准噶尔晚古生代两条蛇绿混杂岩的成因关系,为恢复其古构造格局提供制约等。
　　三段蛇绿混杂岩两侧均以断层与石炭纪地层构造接触,局部被第四系覆盖。三条不同剖面均表现出典型的网结状构造,主要以强烈韧性变形的蛇纹岩基质和相对变形较弱的构造岩块组成。构造岩块有蛇绿岩的成员和外来岩块,其中地幔橄榄岩主要以方辉橄榄岩为主,壳层岩石组合主要包括辉长岩、玄武岩等,其中混杂有硅质岩、角闪石化辉长岩和葡萄石化角闪岩岩块。外来岩块主要包括凝灰岩和洋岛型玄武岩等。
　　在蛇绿岩形成时代方面,LA-ICPMS锆石 U-Pb测年显示,白碱滩蛇绿岩和吐孜托浪格蛇绿岩的时代分别为373±5Ma和373±9Ma,其中年轻的石炭纪数据可能是锆石遭受蜕晶化作用使得年龄变轻的缘故。因此,该蛇绿岩均形成于中晚泥盆世,这与前人对萨尔托海蛇绿岩定年得出的391Ma,388Ma、375Ma和368Ma等数据结果总体一致。蛇绿岩构造侵位时代尚缺乏直接的年代学制约,但根据萨尔托海一带钉合岩体等的限定,萨尔托海蛇绿岩构造侵位最晚不超过309Ma。
　　于吐孜托浪格、白碱滩和萨尔托海蛇绿混杂岩中均识别出了洋岛型玄武岩。这些洋岛玄武岩均具有轻稀土富集的稀土配分模式,且富集高场强元素,无 Ta-Nb-Ti负异常。这些洋岛型玄武岩虽然不是蛇绿岩的成员,但它们的出现表明古准噶尔洋盆内曾有热点活动,在俯冲消减时由于具有正地形而更易于保存。
　　蛇绿岩的成员均一致地表现为 SSZ型地球化学特征。玄武岩和辉长辉绿岩类,在稀土配分曲线上非常类似于 N-MORB,但在蛛网图上多显示有微弱的 Nb-Ta负异常,表明其都兼具 MORB和 IAT的特征;萨尔托海铬铁矿岩和地幔橄榄岩的铂族元素(PGE)整体显示从 Ir到 Pd的右倾配分曲线,PPGE整体相对于 IPGE亏损,但Pt和 Pd有明显的分异,大多有 Pd正异常,这表明橄榄岩和铬铁矿岩都可能遭受了熔体的改造。白碱滩橄榄岩具有类似的特征,且其 Re-Os同位素体系的研究得出其187Re/188Os和187Os/188Os分别为0.3731和0.1255,分别低于原始上地幔的0.4346和0.1296,表现为亏损,显示其具有 SSZ型蛇绿岩的特点。白碱滩凝灰岩的 PGE特征和 Re-Os同位素揭示其 PGE主要源于陆壳。吐孜托浪格蛇绿岩地幔橄榄岩的 PGE分布近于平坦型,而玄武岩为 IPGE亏损而 PPGE富集型。总之,三段蛇绿混杂岩中壳层岩石的 PGE多具有 IPGE亏损而 PPGE富集的分布模式,多存在 Ru的负异常;而地幔橄榄岩和铬铁矿岩等均具有 IPGE富集而 PPGE亏损的分布模式,多具有 Pd的富集,有明显的 Pd/Pt分异。因此,本次获得的地球化学资料显示其产于俯冲带之上的扩张环境,结合区域地质特征,认为其可能为成熟的弧后盆地环境。
　　因此,达尔布特蛇绿混杂岩带和克拉玛依蛇绿混杂岩带在时代、组成、构造环境和地质构造特征上极其相似,空间上基本平行,且阿克巴斯套以及吐孜托浪格一带的蛇绿混杂岩均斜交于达尔布特断裂。因此,它们原本应属于一条蛇绿岩带,只是在后期构造改造过程中被错断成两条,可能是遭受达尔布特断裂带的左行走滑所致。

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第一章 绪 论

1.1 选题依据及意义

1.2 蛇绿岩及其形成演化的研究现状

1.3 西准噶尔晚古生代蛇绿岩研究存在的主要问题

1.4 研究思路及内容

1.5 完成主要工作量

1.6 创新与特色

第二章 分析方法

2.1 岩相学方法

2.2 矿物化学分析方法

2.3 U-Pb 年代学方法

2.4 全岩地球化学分析方法

2.5 铂族元素含量及 Re-Os 同位素

2.6 数据处理方法

第三章 区域地质概况

3.1 地层

3.2 侵入岩

3.3 蛇绿（混杂）岩带

3.4 区域构造

第四章 白碱滩蛇绿混杂岩

4.1 白碱滩蛇绿混杂岩地质特征

4.2 白碱滩蛇绿岩岩石组合及其岩石学特征

4.3 白碱滩蛇绿岩岩石地球化学特征

4.4 白碱滩蛇绿混杂岩中玄武岩地球化学特征

4.5 白碱滩蛇绿混杂岩中凝灰岩全岩地球化学

4.6 白碱滩蛇绿混杂岩铂族元素和 Re-Os 同位素地球化学特征

4.7 白碱滩蛇绿岩形成时代的锆石 U-Pb 年代学

第五章 吐孜托浪格蛇绿混杂岩

5.1 吐孜托浪格蛇绿混杂岩地质特征

5.2 吐孜托浪格蛇绿岩岩石组合及其岩石学特征

5.3 吐孜托浪格蛇绿岩地幔橄榄岩的矿物化学特征

5.4 吐孜托浪格蛇绿岩岩石地球化学特征

5.5 吐孜托浪格蛇绿混杂岩中的洋岛玄武岩

5.6 吐孜托浪格蛇绿混杂岩铂族元素特征

5.7 吐孜托浪格蛇绿岩形成时代的锆石 U-Pb 年代学

5.8 吐孜托浪格蛇绿混杂岩地球化学特征小结

第六章 萨尔托海蛇绿混杂岩

6.1 萨尔托海蛇绿混杂岩地质特征

6.2 萨尔托海蛇绿岩岩石组合及其岩石学特征

6.3 萨尔托海蛇绿岩地球化学特征

6.4 萨尔托海蛇绿岩的铂族元素特征

6.5 萨尔托海蛇绿岩构造侵位时代上限

6.6 萨尔托海蛇绿混杂岩地球化学特征小结

第七章 三段蛇绿混杂岩的综合对比及其成因关系探讨

7.1 地质剖面及岩石组合对比

7.2 形成侵位时代对比

7.3 蛇绿岩地球化学特征对比及其构造环境探讨

7.4 蛇绿混杂岩带中洋岛型玄武岩的对比

7.5 达尔布特断裂带与两条蛇绿混杂岩带的构造关系

7.6 西准噶尔晚古生代蛇绿岩形成演化模式

第八章 结论、存在问题及展望

8.1 结论

8.2 存在问题及展望

参考文献

图版及说明

攻读学位期间取得的研究成果

致谢