造山带地壳的深熔作用：北大别混合岩地球化学研究

摘要

造山带的演化和部分熔融关系密切。大别-苏鲁造山带是典型的大陆碰撞型造山带，在其演化的不同阶段发生了深熔作用，是研究造山带地壳深熔作用理想地区。本学位论文对作为深熔作用产物的北大别混合岩进行了系统的岩石学和地球化学研究，对混合岩的形成机制、部分熔融性质、深熔作用时限、熔体演化、矿物响应等进行了详细讨论，为造山带地壳在折返和碰撞后阶段的深熔作用提供了有力证据，丰富了造山带化学地球动力学。
　　对北大别混合岩进行了岩石学、矿物学和地球化学研究，结果表明混合岩是由水致部分熔融形成。北大别混合岩以发育大颗粒嵌晶状角闪石为特征，角闪石自形发育，且颗粒边界晶面发育，指示其为转熔矿物。角闪石中含有黑云母、石英和斜长石包裹体，角闪石-斜长石温压计结果说明混合岩形成的温压条件为:700-751℃和3.5-5.2kbar，该温压条件显著低于黑云母脱水熔融的固相线，表明发生部分熔融的反应为:黑云母+石英+斜长石+流体=转熔角闪石+熔体。混合岩中淡色体含量显著高于基底片麻岩中含水矿物分解所能产生的熔体量，也指示了北大别混合岩是造山带地壳水致部分熔融形成。含水的转熔矿物（角闪石）、低于含水矿物固相线的温压条件和高的熔体含量是区分水致部分熔融和脱水部分熔融的标志。混合岩中淡色体具有明显不同的地球化学和矿物学组成，指示熔体形成后经历了复杂的演化过程。淡色体具有英云闪长质到花岗质的组成，相较于中间体，具有高的SiO2，Na2O，Sr,和Ba，低的CaO，FeO，MgO，TiO2和MnO2。部分淡色体表现为高La/YbN比值，低的HREE含量，无或弱Eu异常，是北大别花岗质片麻岩部分熔融后，转熔角闪石残留源区形成的熔体;大多数部分熔融的初始熔体经历了岩浆演化过程，形成了具有高HREE和低La/YbN比值的淡色体，是这是富含HREE的转熔矿物角闪石夹带进入熔体的结果，部分淡色体具有显著Eu正异常和低REE含量的特征，表明在结晶分异过程中，发生了长石的堆晶。
　　对北大别混合岩的年代学和同位素地球化学进行了研究，混合岩具有显著不同的氧同位素组成和原岩年龄，既有新元古代的遭受过高温热液蚀变的低δ18O值的岩石，也有来自太古代晚期到古元古代早期的高δ18O值古老地壳经历了碰撞后的混合岩化作用。新元古代年龄和低的锆石δ18O值是华南板块的独有特征，表明北大别混合岩原岩来自于华南板块。进入片麻岩中引起水致部分熔融的流体可能来源于和具有不同的氧同位素组成的原岩具有相似组成的岩石在深部的脱水，因此流体的氧同位素组成继承自源区的不均一性。北大别混合岩的Sr-Nd同位素总体和基底花岗质正片麻岩类似，表明混合岩的形成机制为北大别片麻岩的原地部分熔融。混合岩化的年代为早白垩世，和早期埃达克岩的年龄一致，是造山带地壳在不同层位深熔作用的产物。部分熔融所需热源来自于构造体制由挤压到伸展的转换时升高的热流值，说明大别造山带开始伸展的时间不晚于150Ma。
　　对北大别混合岩中多相生长的锆石进行了原位的锆石U-Pb定年和微量元素分析，识别出原岩锆石，变质锆石和两阶段的深熔锆石，揭示了混合岩的复杂演化历程。原岩锆石具有高的Th/U比值(＞0.1)和中等的U含量，陡峭的稀土配分型式，中等到强烈的Eu负异常和显著的Ce正异常，和典型的岩浆锆石特征一致，锆石U-Pb定年给出新元古代的年龄，代表了混合岩原岩为来自新元古代的岩浆岩。变质锆石具有平坦的重稀土配分型式(Yb/Gd=1.7～7.2)，低的HREE、Na+Ta、Y、Th、U含量，低的Th/U(＜0.1)比值，轻微的Eu负异常到正异常(0.85～1.44)，指示变质锆石为榴辉岩相变质锆石，混合岩经历了三叠纪(211～230Ma)的超高压榴辉岩相变质。
　　深熔钻石的研究表明存在两期的部分熔融，第一期深熔发生在晚三叠-早侏罗纪(188～206Ma)，锆石具有高的HREE、Na+Ta、Y、U含量，低的Th/U比值(0.01～0.12)，极其陡峭的MREE-HREE配分型式(Yb/Gd=79～738)和显著的Eu负异常，这些微量元素特征说明锆石结晶于深熔熔体。锆石Ti温度为698～868℃，达到了实验得到的多硅白云母脱水熔融的温度，表明超高压含水矿物多硅白云母在热折返阶段发生脱水部分熔融;
　　第二期深熔发生在碰撞后早白垩纪(116～141Ma)，锆石具有中等的U含量，变化的Th/U比值(0.03～1.04)，陡峭的稀土配分型式(Yb/Gd=14～80)和显著的Eu负异常(0.14～0.78)，锆石Ti含量温度计计算给出的温度为699～821℃，高于含水条件下花岗岩固相线和黑云母脱水熔融的固相线，表明造山带地壳的经历了水致部分熔融和脱水部分熔融。早期深熔作用和深俯冲陆壳从地幔深度的热折返阶段相关，晚期深熔和碰撞后造山带从挤压到伸展构造转换相关。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 大陆深俯冲和超高压变质作用

1．1．2 造山带的深熔作用

1．1．3 混合岩的研究现状

1．2 研究内容和意义

1．2．1 研究内容

1．2．2 研究方法

1．2．3 研究目的和意义

1．3 论文工作量小结

第二章 区域地质背景

2．1 大别造山带构造分带和岩石特征

2．2 大别造山带超高压变质岩的变质时代

2．3 大别造山带超高压变质岩的变质历史和折返机制

2．4 大别造山带超高压变质岩的原岩性质

2．5 超高压变质岩的部分熔融

2．6 大别造山带碰撞后岩浆作用

2．7 北大别混合岩

2．8 样品描述

第三章 样品处理及分析方法

3．1 全岩粉末样品制备

3．2 全岩主量元素分析

3．3 全岩微量元素分析

3．4 全岩Rb-Sr-Sm-Nd-Pb同位素分析

3．5 矿物主量元素分析

3．6 矿物微量元素分析

3．7 锆石外部形态和内部结构分析

3．8 锆石U-Pb定年和微量元素分析

第四章 造山带地壳水致部分熔融和熔体演化

4．1 引言

4．2 北大别混合岩岩相学

4．3 分析结果

4．3．1 全岩主微量元素

4．3．2 矿物主微量元素

4．4 讨论

4．4．1 温压条件

4．4．2 转熔矿物

4．4．3 熔体量

4．5 淡色体组成的控制因素：地球化学模拟

4．6 小结

第五章 造山带地壳水致部分熔融流体来源

5．1 引言

5．2 结果

5．2．1 全岩主微量和Sr-Nd同位素组成

5．2．2 锆石年龄

5．2．3 矿物氧同位素

5．3 讨论

5．3．1 混合岩化的年代和成因

5．3．2 原岩属性和流体来源

5．3．3 构造意义

5．4 小结

第六章 深俯冲陆壳折返过程中多期熔融

6．1 引言

6．2 锆石学

6．3 锆石U-Pb年龄和微量元素的解释

6．4 构造意义

6．5 小结

第七章 结论

参考文献

附录

致谢

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