华北东南缘夹沟深源包体的相平衡模拟和P-T演化

摘要

华北东南缘中生代闪长斑岩中深源包体或捕掳体大多数属于前寒武纪变质基底岩石，出露于徐州-宿州地区。其中，下地壳包体岩石类型主要有（含石榴）斜长角闪岩、榴闪岩、石榴麻粒岩、含石榴角闪斜长片麻岩和花岗片麻岩等;幔源包体岩石包括尖晶石石榴单斜辉石岩、含金云母单斜辉石岩和含尖晶石二辉石岩。本文对石榴斜长角闪岩和石榴麻粒岩两类镁铁质下地壳包体，以及尖晶石石榴单斜辉石岩和含金云母单斜辉石岩两类幔源包体进行了详细的野外观察、岩相学研究和矿物的电子探针分析。鉴于下地壳包体岩石经历过多阶段变质演化和改造而可能影响传统温压计的使用或温度、压力的准确估计，因此，本文除利用传统温压计外，还将相平衡模拟方法首次应用于镁铁质下地壳包体岩石矿物共生关系的判别和峰期变质P-T条件的准确限定。利用传统矿物温压计反演出深源包体岩石经历的不同变质阶段，并通过相平衡模拟对下地壳包体变质进行正演来验证和补充反演结果。结合前人的地质年代学研究构近等温减压的顺时针P-T-t轨迹，指示它们形成于晚古元古代板片俯冲或弧-陆碰撞的构造环境，进一步证明研究区属于胶-辽-吉带的西延并共同构成了华北东部一条古元古代碰撞造山带。
　　镁铁质下地壳包体中的石榴子石呈微弱的环带结构，石榴斜长角闪岩中，由核部至边部XMg为0.25-0.32，逐渐升高;XCa为0.27-0.19，逐渐降低。而在石榴麻粒岩中，由核部至边部XMg和XCa均呈现为逐渐降低，分别为0.25-0.19和0.28-0.17。两类岩石中，以包体形式产出的单斜辉石和基质单斜辉石的核部具有较高的钠和铝含量，w(Na2O)为0.83-1.54％，w（Al2O3）为2.74-7.01％;基质单斜辉石的边部钠和铝的含量相对较低，w(Na2O)为0.24-0.33％,w(Al2O3)为0.68-2.67％。斜长石以中长石为主，不同产状的斜长石钙含量变化很大，以包体形式存在的斜长石钙含量较高，其成分为An27Ab70Or3（石榴斜长角闪岩）和An29Ab69Or3（石榴麻粒岩）;以基质变斑晶和后成合晶产出的斜长石钙含量较低，分别为An5-36Ab62-95Or0-2和An6-48Ab50-94Or0-1（石榴斜长角闪岩），An5-51Ab48-94Or1-2和An32-79Ab21-68Or0-3（石榴麻粒岩）。不同类型角闪石的钛含量有较大差别:棕色角闪石的钛含量较高，w(TiO2)一般为0.53-1.44％;而绿色角闪石钛含量较低，w(TiO2)一般为0.03-0.38％。研究结果证明夹沟镁铁质下地壳包体经历了高压麻粒岩相、低压麻粒岩-高角闪岩相、角闪岩相和绿片岩相变质过程。传统地质温压计限定的前三个变质阶段的温压条件分别为824-844℃/1.5-1.9GPa、667-730℃/1.0-1.3GPa和609-646℃/0.4-0.8GPa。在NCFMASHTO(Na2O-CaO-FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O-TiO2-Fe2O3)体系下，利用石榴子石中最小的X(g)(Fe2+/Fe2++Mg)）等值线和斜长石中最小的Ca(pl)(Ca/(Ca+Na))等值线得到了峰期变质温压的下限范围(850-900℃/1.4-1.6GPa)。P-T视剖面图也提供了减压麻粒岩相阶段的矿物共生组合信息以及变质温压范围(820-850℃/0.9-1.3GPa)，指示岩石经历了中-低压麻粒岩相变质作用。石榴斜长角闪岩和石榴麻粒岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明，峰期高压麻粒岩相、中-低压麻粒岩相和退变角闪岩相变质时间分别为～1.91Ga、～1.83Ga和～1.75Ga。
　　幔源包体包具有典型的不等粒粒状变晶结构，它们的主要组成矿物为单斜辉石、石榴子石和尖晶石，以及少量的角闪石、黑云母或金云母。单斜辉石中的出溶结构说明是上地幔在高温条件下缓慢冷却的结果。围绕尖晶石的石榴子石冠状体的存在指示地幔包体他们形成于尖晶石-石榴子石过渡相的条件下，可能的温压条件为1.6-2GPa、900-1100℃。极高的Mg＃值(62-77)支持了它们的幔源成因。角闪石和金云母的存在，可能反映了地幔包体的原岩性质或组成（含水）和形成构造背景，这与它们产出于华北克拉通边缘相吻合。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究背景和科学意义

1．2 研究现状

1．3 研究目标和研究内容

1．4 工作量小结

第二章 区域地质背景

2．1 华北板块简介

2．2 华北板块东南缘

第三章 分析方法

3．2 Perple_6．7．0程序相平衡模拟

第四章 下地壳包体岩石的变质演化

4．1 岩相学和矿物化学

4．1．1 矿物组合和岩相学结构

4．1．2 矿物化学

4．2 变质阶段划分及温压条件估算

4．2．1 变质阶段划分

4．2．2 传统地质温压计温压估算

4．2．3 相平衡模拟

第五章 地幔包体的岩相学和P-T条件

5．1 地幔包体概述

5．1．1 样品描述

5．1．2 矿物化学

5．2 P-T平衡条件估算

5．3 小结

第六章 古元古代地壳演化与大地构造意义

6．1 峰期变质P-T条件和变质演化

6．2 超高温变质作用

6．3 大地构造意义和古元古代地壳演化

第七章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文