北祁连造山带东端早古生代岩浆事件及其地质意义

摘要

研究区位于甘肃省东部清水-张家川地区，大地构造位置处于祁连造山带和北秦岭造山带的接合部位，并且横跨在中国中部南北向构造带上，是古亚洲构造域、特提斯构造域和太平洋构造域的复合叠加部位，因而该研究区是研究中国大陆动力学特征的关键地区。区内构造活动强烈，发育多期次、多阶段的岩浆作用。本文选取甘肃清水-张家川地区马鹿剖面闪长岩和花岗质片麻岩为研究对象，在前人研究工作的基础上，通过岩浆岩岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学以及Sr-Nd同位素地球化学对北祁连造山带东端早古生代岩浆演化过程进行了探讨，得到以下认识:
　　(1)马鹿剖面出露的闪长岩由斜长石，石英，碱性长石，角闪石以及黑云母组成，被命名为阎家店闪长岩，是秦-祁结合部位的最大的闪长岩体，主要分布于北部张家川恭门镇-阎家店-马鹿镇和南部百家-李家河-长沟河地区。该岩体从北至南受毛家磨等多条NWW向延伸的断层影响，逐渐具有平行定向构造，发育糜棱组构-片麻状构造。本文样品采自南部糜棱岩化闪长岩，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为418Ma±3.2Ma，表明岩石形成时代为晚志留世。样品具有高SiO2＞56％，Al2O3＞15％，Na2O＞3.5％，高Sr(1039×10-6～1168×10-6)，低Yb(1.11×106～1.44×10-6)和Y(12.6×10-6～16.1×10-6)，较高的Sr/Y(64.6～92.4)和(La/Yb)N(18.77～22.26)比值，无或微弱的Eu异常，与埃达克岩的地球化学特征相似。低Na/K，Nb/U和Ce/Pb比值以及负的εHf(t)值的地球化学特征指示南部阎家店闪长岩体主要起源于壳源物质的部分熔融。但是，样品高MgO含量以及Mg＃表明存在地幔物质的加入，说明其有可能是碰撞加厚的基性下地壳拆沉与地幔橄榄岩交代作用的结果。阎家店闪长岩体南部样品相对北部样品具有更低的Yb、Y含量和更高的Y/Yb，(Ho/Yb)N和Nb/Ta比值，指示南部样品源区主要残留相为石榴子石+金红石，北部样品源区主要残留相为角闪石，表明南部样品的源区深度高于北部样品。因此，北祁连造山带东端自～440Ma到～418Ma地壳厚度在不断地加厚。
　　(2)马鹿剖面中出露的花岗质片麻岩由角闪黑云斜长片麻岩、片麻状闪长岩、斜长角闪岩组成，1∶25万天水幅地质图中划分为早中元古代陇山群。在Si-(al+fm)-(c+alk)判别图解中，样品均投在火山岩区域，表明其为正变质岩。样品SiO2＞55.46％，Na2O＞2.85％，K2O/Na2O＞1.1，A/CNK＜1.1，87Sr/86Sr初始比值(0.705153～0.705627)小于0.708，与Ⅰ型花岗岩地球化学特征相似。对角闪黑云斜长片麻岩和片麻状闪长岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，得到了两期岩浆年龄444.1±1.0Ma和420.6±1.5Ma和一期变质年龄418Ma。角闪黑云斜长片麻岩(444Ma)富集轻稀土元素和大离子亲石元素、亏损高场强元素，具有岛弧岩浆特征。εHf(t)值变化范围较大(-8.17～9.66)，既记录了亏损地幔的Hf同位素信息，又记录了富集陆壳组分的特征，指示其形成于活动大陆边缘;片麻状闪长岩(420Ma)具有相对较低的SiO2和较高的Mg＃，与角闪黑云斜长片麻岩相比具有较高的Ce/Pb、Nb/U比值，指示岩浆源区存在更多弱分异幔源物质的加入。斜长石反环带结构指示陇山杂岩具有开放的岩浆体系，可能存在多期次的岩浆活动。同时，低的86Sr/87Sr初始比值，正的εHf(t)值以及年轻的模式年龄指示岩浆源区记录了较强的新生地壳抽取事件。结合区域演化历史，～420Ma时碰撞挤压作用已经停止，岩石圈伸张导致大量的幔源基性岩浆上升，地幔的上涌不仅造成了早期加厚地壳的失稳拆沉，同时也是造成先存岩石变质的主要原因。
　　(3)北祁连造山带东端经历了新元古代以来长期而复杂的构造演化过程，在早古生代经历了板块的俯冲消减、碰撞拼合以及随后的拉张伸展。本文通过对甘肃清水-张家川地区马鹿剖面早古生代岩浆作用(北部阎家店闪长岩和南部陇山杂岩)的研究，结合区域地质研究结果探讨了北祁连造山带东端早古生代晚期(450Ma～420Ma)构造环境以及演化阶段。陇山杂岩中～444Ma黑云斜长片麻岩具有富集轻稀土元素和大离子亲石元素、亏损高场强元素的岛弧岩浆特征以及变化范围较大εHf(t)值(-8.17～9.66)特征，指示其形成于大陆边缘弧，与北祁连洋向北俯冲相关。陇山杂岩中～420Ma片麻状闪长岩具有相对较低的SiO2和相对较高的Mg＃，与角闪黑云斜长片麻岩相比具有较高的Ce/Pb、Nb/U比值，表明岩浆源区存在更多幔源物质的加入。低的86Sr/87Sr初始比值，一致正的εHf(t)值，进一步说明了420Ma存在软流圈地幔上涌形成大量新生地壳，俯冲挤压作用已经开始向伸展阶段演化。～420Ma阎家店闪长岩具有低的Na/K，Nb/U和Ce/Pb比值以及负的εHf(t)值特征和高的Mg＃，说明其为陆壳部分熔融的产物，且受到了地幔组分的添加，应伸展背景加厚下地壳拆沉的产物。以上证据共同指示北祁连造山带东端在～420Ma开始从碰撞挤压向伸展的构造环境转变。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及其科学意义

1．2 秦岭-祁连结合部位及周边研究现状和存在问题

1．2．1 研究现状

1．2．2 存在问题

1．3 研究目的和内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 研究思路及路线

1．5 工作量统计

2．1 中央造山带

2．2 祁连造山带

2．3 北祁连造山带东端物质组成

2．3．1 区域岩石地层单元

2．3．2 北祁连造山带东端侵入岩体

3．1 剖面和样品描述

3．2 分析方法

3．2．2 锆石LA-ICP-MS分析

3．2．3 锆石Hf同位素分析

3．2．4 Sr-Nd同位素分析

3．2．5 电子探针分析

第四章 阎家店岩体测试分析结果

4．1 阎家店闪长岩长石探针分析

4．1．1 矿物特征

4．1．2 成分特征

4．2 阎家店闪长岩体岩石地球化学

4．3 阎家店闪长岩锆石U-Pb年代学

4．4 阎家店闪长岩体Lu-Hf同位素

第五章 陇山杂岩测试分析结果

5．1 陇山杂岩长石探针分析

5．1．1 矿物特征

5．1．2 成分特征

5．2 陇山杂岩岩石地球化学

5．3 陇山杂岩锆石U-Pb年代学

5．4 陇山杂岩Lu-Hf同位素

5．5 陇山杂岩Sr-Nd同位素

第六章 讨论

6．1 阎家店闪长岩体岩石成因、岩浆源区及地质意义探讨

6．1．1 阎家店闪长岩岩石成因

6．1．2 阎家店闪长岩物质源区

6．1．3 构造背景与意义

6．2 陇山杂岩成岩时代、岩石成因、岩浆源区及地质意义探讨

6．2．1 陇山杂岩成岩时代

6．2．2 陇山杂岩的成因

6．2．3 陇山杂岩岩浆源区

6．2．4 构造背景以及地质意义

6．3 北祁连造山带东端早古生代晚期构造地质演化过程

结论

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢