塔里木大火成岩省晚期岩浆事件与演化过程

摘要

塔里木早二叠世大火成岩省是我国继峨眉山大火成岩省得到国际公认后的又一个重要的大火成岩省，它位于我国西北部塔里木盆地内，包括了一系列早期喷发的玄武岩类和晚期侵入的基性-超基性岩-正长岩等。前人已经对塔里木早二叠世大火成岩省中大陆溢流玄武岩和基性-超基性侵入岩的岩石成因和岩浆动力学机制进行了深入的研究，本文对塔里木大火成岩省中研究程度较弱但具有重要科学意义的中酸性侵入岩的成因开展了较系统的研究，对进一步探讨塔里木大火成岩省的岩浆演化具有重要的科学意义。通过对塔里木大火成岩省重要组成部分的瓦吉里塔格层状杂岩体上部的闪长岩和正长岩体和塔西北哈拉峻和巴什索贡花岗岩体及相关岩石的锆石年代学、Hf同位素、全岩地球化学和Sr-Nd-Pb同位素地球化学的分析和研究，为进一步限定塔里木大火成岩省的岩浆动力学提供了新证据，取得了以下研究成果和主要认识。
　　瓦吉里塔格杂岩体属于塔里木早二叠世大火成岩省晚期岩浆作用的重要产物，其岩浆源区特征指示了一个FOZO型的地幔源区，并且其中有多期次的辉绿岩墙的侵位。闪长岩和碱性辉绿脉岩的锆石U-Pb年龄分别为275.2±1.2 Ma和281.4±1.7Ma。瓦吉里塔格的正长岩类和闪长岩都具有相似的SiO2含量（51.9至57.3 wt.％），较高的全碱含量（Na2O+K2O=8.3-14.3 wt.％），其中，霓霞正长岩和正长斑岩都具有A型花岗岩的地球化学特征。碱性辉绿脉岩具有和正长岩类相似的地球化学特征，在微量元素配分图解上也具有相似的趋势。而闪长岩则有比较低的Al2O3含量、稀土含量以及较高的Mg＃指数。闪长岩和正长岩类都具有比较低的初始87Sr/86Sr比值（0.7034至0.7046）和相对高的εNd(t)值（0.1至4.1）和锆石εHf(t)值（-0.9至4.4）。闪长岩和正长岩的Sr-Nd同位素与该杂岩体中的基性-超基性岩相似，指示了一个FOZO型的地幔源区。另一方面，锆石的Hf同位素也指示了FOZO型的组分可能是塔里木大火成岩省的源区。综合地化和同位素的特征，瓦吉里塔格正长岩类和闪长岩都可能是FOZO型地幔源区经过分异结晶后侵位，并且经历过一定程度的地壳混染的岩石单元。
　　系统地对塔西北较广泛出露的4个花岗岩体进行研究，其年代学结果与塔里木早二叠世大火成岩省晚期岩浆活动时间吻合，而地球化学分析表明这些花岗岩均记录了亏损的地幔柱组分底侵下地壳的岩浆活动。巴什索贡碱性花岗岩的锆石U-Pb定年结果表明，其形成年龄为277±2.1 Ma，与哈拉峻花岗岩的形成年龄相似，均和塔里木大火成岩省晚期岩浆活动时间吻合。这4个花岗岩体地球化学特征上均具有相对较高的K2O、Na2O以及全碱含量K2O+Na2O，明显富集高场强元素和大离子亲石元素，具有高的Ga/Al×104值和明显的Eu负异常，塔西北出露的花岗岩体均为A型花岗岩，成因与OIB型软流圈起源的岩浆的底侵相关，并且有比较低的εNd(t)值和较老的Nd模式年龄，还有和古老岩石圈地幔的岩浆混合作用有关。与同时期的瓦吉里塔格和小海子杂岩体都有相似的源区特征，但呈现了更多的地壳混染和结晶分异作用，整体都属于塔里木早二叠世大火成岩省晚期岩浆活动的产物，但是这些A型花岗岩更多的记载了亏损的地幔柱物质底侵下地壳的岩浆活动。
　　研究表明，塔里木柯坪地区印干剖面玄武岩夹层沉积岩的3个样品碎屑锆石U-Pb年龄中最年轻的一组年龄峰值介于284-291 Ma之间，与前人对塔里木早二叠世大火成岩省大规模溢流玄武质岩浆事件相吻合。此外，这些碎屑锆石中还保存了塔里木哥伦比亚超大陆聚合、罗迪尼亚超大陆的聚合和裂解等一系列岩浆事件的信息。其中，具有二叠纪年龄的锆石εHf(t)值在-10至4之间，平均值为-4.8，Hf同位素亏损地幔模式年龄TDMHf为802-1365Ma，表明这些二叠纪锆石的源区特征表现为古老的富集岩石圈地幔的熔融。通过对柯坪地区这些夹层沉积岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素成分研究，有助于进一步厘定塔里木早二叠世大火成岩省的时空特征和源区演化的模型。
　　通过对塔里木大火成岩省不同岩石单元的年代学和地球化学的研究，在时间上厘清了早、晚两期的岩浆作用，塔里木地幔柱在晚期的岩浆通道中上涌侵位至塔里木地块边缘地壳厚度较薄的地区，形成一系列基性-超基性岩-正长岩和花岗岩类，均属于塔里木早二叠世大火成岩省的产物;空间上对于不同地区出露的侵入岩的岩石成因与地幔柱的关系进行了梳理，幔源岩浆沿岩浆通道上涌侵位，并且经历了不同程度的结晶分异作用，侵位于地壳浅部，形成了基性-超基性岩和正长岩类，而底侵下地壳形成的镁铁质岩浆进一步分异结晶，形成中酸性的岩浆上涌，在地壳浅部侵位后形成了大量A型花岗岩。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究意义及选题依据

1．2 国内外研究现状

1．2．1 大火成岩省与地幔柱研究现状

1．2．2 塔里木大火成岩省研究现状

1．3 主要研究内容、实验方法及工作量

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 实验方法

1．3．3 完成的主要工作量

2 区域地质背景和研究区地质概况及样品岩相学特征

2．1 塔里木盆地地质概况

2．2 塔里木大火成岩省地质概况

2．3 本文研究区地质概况及样品岩相学特征

2．3．1 瓦吉里塔格地区地质概况和样品岩相学特征

2．3．2 皮羌及哈拉峻地区地质概况和样品岩相学特征

2．3．3 巴什索贡地区地质概况和样品岩相学特征

2．3．4 柯坪地区地质概况及样品岩相学特征

3 塔里木大火成岩省时空演化特征

3．1 瓦吉里塔格中酸性岩年代学特征

3．1．1 锆石U-Pb年龄

3．1．2 锆石Lu-Hf同位素

3．2 巴什索贡花岗岩体年代学特征

3．3 柯坪地区玄武岩夹层沉积岩碎屑锆石年代学特征

3．3．1 锆石U-Pb年代学

3．3．2 锆石Lu-Hf同位素

3．4 塔里木大火成岩省时空演化特征

3．4．1 塔里木大火成岩省早期岩浆活动

3．4．2 塔里木大火成岩省晚期中酸性岩浆活动

3．5 小结

4 中酸性岩主微量元素和同位素地球化学特征

4．1 瓦吉里塔格杂岩体中碱性岩地球化学特征

4．1．1 主量元素

4．1．2 微量元素

4．1．3 同位素地球化学

4．2 皮羌及哈拉峻地区侵入岩地球化学特征

4．2．1 主量元素

4．2．2 微量元素

4．2．3 同位素地球化学

4．3 巴什索贡花岗岩体地球化学特征

4．3．1 主量元素

4．3．2 微量元素

4．3．3 同位素地球化学

5 塔里木大火成岩省晚期的岩浆演化

5．1 塔里木大火成岩省晚期侵入岩的岩石成因

5．1．1 塔里木瓦吉里塔格杂岩体中碱性岩的岩石成因

5．1．2 塔里木西北缘花岗岩类的岩石成因

5．2 塔里木大火成岩省的动力学演化

6 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历及在学期间所取得的科研成果