本文選題：祁連造山帶　切入點：侵入巖　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：祁連造山帶位于青藏高原東北緣,是我國西部一條典型的加里東造山帶。它北與阿拉善地塊相連,南與柴北緣-西秦嶺造山帶相接,東、西分別與鄂爾多斯地塊和塔里木地塊相鄰,是我國中央造山帶的重要組成部分。祁連造山帶早古生代侵入巖廣泛分布,這些巖石記錄了早古生代柴達(dá)木地塊、中祁連地塊和阿拉善地塊碰撞拼合的重要信息。然而,前人的研究集中于北祁連地區(qū),對中祁連地區(qū)的研究比較薄弱。中祁連的東段夾持于北祁連縫合帶和柴北緣-西秦嶺造山帶之間,是理解祁連造山帶構(gòu)造-巖漿演化以及祁連與相鄰造山帶銜接關(guān)系的關(guān)鍵區(qū)域。本文以中祁連東段早古生代侵入巖(積石山巖體、巴米山巖體、黑石山碧體、炳靈寺巖體、樂都巖體、什川巖體,共19個巖性單元)為研究對象,通過野外地質(zhì)、巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、主-微量元素地球化學(xué)以及Sr-Nd-Hf同位素地球化學(xué)的研究,結(jié)合前人研究成果,建立了中祁連東段侵入巖類的年代學(xué)格架,探討了不同類型侵入巖的巖石成因、中祁連東段侵入巖形成的地球動力學(xué)過程以及祁連造山帶東段早古生代的構(gòu)造演化。獲得的主要認(rèn)識有：(1)對積石山巖體、巴米山巖體、黑石山巖體、炳靈寺巖體、樂都巖體和什川巖體17個巖性單元的19個樣品進行了鋯石U-Pb定年,結(jié)果顯示它們的形成年齡為472～427 Ma,集中于460～430 Ma。結(jié)合前人獲得數(shù)據(jù),將中祁連東部早古生代巖漿侵入作用劃分為三個時期：晚寒武世(約490 Ma)、早-中奧陶世(472-467Ma)和晚奧陶世-中志留世(459～427 Ma)。其中,前兩期以中-基性巖石出露為主。晚奧陶世-中志留世的巖石類型多樣,包括埃達(dá)克質(zhì)巖石、中度-強過鋁質(zhì)花崗巖、典型的I型花崗巖-花崗閃長巖、閃長巖、鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石以及中-基性巖墻�？臻g上,中祁連東段南部巖漿作用時間相對早于北部,而且南部中-基性巖石出露更多。(2)早-中奧陶世的積石山中粒閃長巖(472--471 Ma)和細(xì)粒閃長巖(467 Ma)具有較低的SiO2含量(52.07～56.86%)、較高的Mg#(50～57)以及虧損的Sr-Nd-Hf同位素組成((87Sr/86Sr)i=0.7038～0.7041,εNd(t)=+3.6～+4.6,εHf(t)=+10.6～+12.9),且富集Ba、K、Sr等大離子親石元素和輕稀土(LREE),表明它們的源區(qū)為交代地幔。積石山閃長質(zhì)巖石具有較高的Ba/Th (142～816)、Sr/Nd (42.7～63.8)和 Sr/Th(212-1425)比值,暗示它們的母巖漿主要來自俯沖流體交代地幔的部分熔融。(3)晚奧陶世-早志留世的巴米山二長花崗巖(459 Ma)、黑石山花崗閃長巖-黑云母花崗巖(440 Ma)和炳靈寺黑云母花崗巖(432 Ma)具有埃達(dá)克質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征。巴米山二長花崗巖具有高的Na2O (4.79～5.78%)和Ba (859～2116 pp m)含量、低的Th/La(0.09～0.14)和Th/Zr (0.02～0.04)匕值,以及虧損的Sr-Nd-Hf同位素組成((87Sr/86Sr)i=0.7040～0.7050, εNd(t)=+2.8～+3.2, εHf(t)=+6.0～+8.6)。本文認(rèn)為巴米山二長花崗巖主要由大洋板片(蝕變的MORB+上覆的少量沉積物)熔出的熔體經(jīng)一定程度的分離結(jié)晶形成。巴米山石英閃長巖(451 Ma)具有與巴米山二長花崗巖相似的Ba、Sr含量和Sr-Nd-Hf同位素組成,但是其MgO、FeOT、 Cr、Ni和REE(如Y)含量以及Dy/Yb比值比巴米山二長花崗巖高,而Sr/Y和 La/Yb比值比巴米山二長花崗巖低。結(jié)合巖相學(xué)特征,本文認(rèn)為巴米山石英閃長巖母巖漿也來自大洋板片的熔融,但是其包含堆晶礦物相(角閃石和榍石)。黑石山花崗閃長巖-黑云母花崗巖和炳靈寺黑云母花崗巖具有相對富集的Sr-Nd-Hf同位素組成(εNd(t)=-3.9～-0.2),且具有輕度上凹的稀土元素配分模式,可能為鎂鐵質(zhì)下地殼在≥10kbar (對應(yīng)地殼深度≥約35 km)條件下部分熔融產(chǎn)生的,并且源區(qū)殘留角閃石和石榴子石。(4)晚奧陶世-中志留世積石山黑云母花崗巖(452 Ma)和二云母花崗巖(455Ma)、樂都黑云母花崗巖(441 Ma)和二云母花崗巖(431 Ma)以及什川二長花崗巖(427 Ma)均具有較高的Si02含量(70%),且主要為中度-強過鋁質(zhì)的巖石。這些過鋁質(zhì)巖石表現(xiàn)為I-S過渡型花崗巖的特征,通過與拉克倫造山帶S型花崗巖、喜馬拉雅淡色花崗巖以及熔融實驗結(jié)果的對比,認(rèn)為它們的源區(qū)主要為雜砂巖或長英質(zhì)變火成巖。同位素數(shù)據(jù)進一步表明,積石山黑云母花崗巖和二云母花崗巖、樂都黑云母花崗巖和二云母花崗巖主要來自中祁連地塊前寒武紀(jì)基底(正片麻巖)部分熔融產(chǎn)生,而什川二長花崗巖可能為雜砂巖在5 kbar壓力條件下部分熔融產(chǎn)生。這些過鋁質(zhì)花崗巖均具有較明顯的負(fù)Eu異常、較高的Zr飽和溫度(平均值均750℃),且具有相對低的Pb含量(20.4～46.0 ppm)和相對高的Ba含量(182～1049ppm),暗示它們主要來自無水條件下黑云母的脫水熔融。地球化學(xué)和同位素特征表明這些過鋁質(zhì)巖石化學(xué)成分變化并未明顯地受到幔源(和／或板片來源)熔體的加入(或混合)、殘留體不混熔和轉(zhuǎn)熔相夾帶等過程的影響。結(jié)合前人研究,本文認(rèn)為高Si02、中度-強過鋁質(zhì)花崗巖的化學(xué)成分(特別是主量元素)變化主要受源區(qū)的成分及熔融條件(溫度、壓力、水逸度等)的控制。(5)本文還對晚奧陶世-早志留世的中-基性侵入巖的成因進行了研究。巴米山角閃輝長巖(449 Ma)、角閃輝長質(zhì)巖墻以及黑石山角閃輝長巖(438 Ma)均具有較低的SiO2(49.53～51.39%)、較高的MgO (5.44～14.07%, Mg#=57～74)含量以及較富集的Sr-Nd同位素組成((87Sr/86Sr)i=0.7058-0.7069, εNd(t)=-1-9～0.0),表明它們主要源自富集巖石圈地幔地幔的熔融。其中,巴米山角閃輝長巖的MgO(12.38～14.07%)、Cr (1159～1163 ppm)和Ni (220～353 ppm)含量比幔源初始弧玄武質(zhì)巖漿的還高。結(jié)合巖相學(xué)特征,認(rèn)為其主要為富水基性母巖漿經(jīng)過堆晶作用形成。巴米山角閃輝長質(zhì)巖墻具有較高的K2O含量(2.73%)和K20/Na2O比值(1.22),為鉀玄質(zhì)巖石。其較高的Rb/Sr比值(0.15)和較低的Ba/Rb(6.77),表明其母巖漿主要來自含金云母地幔源區(qū)的部分熔融。其相對較高的(87Sr/86Sr)i(0.7058)、較高的Th含量(6.90 ppm)以及相對較低的Ba/Th(92.9)和Sr/Th比值(93.5),表明其源區(qū)可能遭受了俯沖沉積物熔體的交代。黑石山角閃輝長巖具有較低的MgO (5.44%)和較高的A Al2O3 (18.36%),為低鎂-高鋁玄武質(zhì)巖石,可能由幔源玄武質(zhì)巖漿經(jīng)過強烈的鎂鐵質(zhì)礦物(橄欖石、輝石)的分離結(jié)晶形成。黑石山石英閃長巖(447 Ma)具有較高的Mg#(50～61)、相對富集的Sr-Nd同位素組成((87Sr/86Sr)i=0.7051-0.7062, εNd(t)=-2.2～+0.5),表明其母巖漿主要來自巖石圈地幔的部分熔融。巴米山石英閃長質(zhì)巖墻(432 Ma)為準(zhǔn)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖石,地球化學(xué)及同位素特征顯示其可能來自下地殼鎂鐵質(zhì)巖石的部分熔融。樂都石英閃長巖(446 Ma)與花崗閃長巖(452 Ma)具有相對低的SiO2含量(59.43～62.84%),可能主要來自下地殼基性巖石的部分熔融。其相對多變的K2O/Na2O比值(分別為0.88～1.54和0.79～1.25)和較高的Mg#(分別為40～50和48～50)表明它們的形成過程中可能混染了少量基底物質(zhì),并有少量幔源物質(zhì)加入。(6)通過對比中祁連與北祁連早古生代侵入巖的巖石成因、時腩分布可以發(fā)現(xiàn),北祁連早古生代基性侵入體多集中于北祁連西段,而中祁連的基性侵入體多分布于中祁連東段。相比北祁連早古生代基性侵入體,中祁連早古生代基性侵入體的形成時代相對較晚,地幔源區(qū)更加富集。中祁連與北祁連中性侵入巖形成時代相似,與北祁連不同的是,中祁連出露中性侵入巖墻,且一些中性侵入巖中含有板片來源的成分。中祁連與北祁連I型、S型以及過渡型花崗質(zhì)巖石成因相似,與北祁連不同的是,中祁連板片來源埃達(dá)克質(zhì)巖石的形成時代較早、且拆沉下地殼來源的埃達(dá)克質(zhì)巖石未有報道�；谶@些差異,并結(jié)合北祁連、柴北緣、西秦嶺北緣早古生代蛇綠巖、俯沖-碰撞相關(guān)巖漿巖以及中祁連東段基性、中性和酸性侵入巖的時空分布,本文提出中祁連東段早古生代巖漿作用的產(chǎn)生與祁連造山帶以南古大洋(存在于中-南祁連和柴達(dá)木-西秦嶺之間)向北的俯沖及其后的碰撞(或碰撞后)過程相關(guān)。(7)根據(jù)本文研究成果,并綜合區(qū)域資料,本文認(rèn)為中祁連東段早-中奧陶世的中-基性侵入巖形成于俯沖環(huán)境,由俯沖板片脫水誘發(fā)地幔楔部分熔融產(chǎn)生,而中祁連東段晚奧陶世-中志留世侵入巖可能形成于碰撞后環(huán)境。綜合晚奧陶世-中志留世侵入巖的分布及巖石成因,本文認(rèn)為板片斷離模型可以較好的解釋這一時期巖漿作用的產(chǎn)生。俯沖板片斷離,軟流圈物質(zhì)上涌,誘發(fā)斷離板片(MORB+俯沖沉積物)、巖石圈地幔、中-下地殼物質(zhì)的熔融,形成了晚奧陶世-中志留世多種類型巖石,包括板片來源埃達(dá)克質(zhì)巖石、下地殼來源埃達(dá)克質(zhì)巖石、輝長質(zhì)巖石、閃長質(zhì)侵入體、S型、I型和I-S過渡型花崗巖等。(8)本文將祁連造山帶東段早古生代構(gòu)造演化劃分為以下四個階段： 1)晚寒武世-中奧陶世早期中祁連東段兩側(cè)古大洋向北俯沖,形成了中祁連東段、北祁連東段俯沖相關(guān)巖漿巖； 2)中奧陶世中-晚期受古浪運動的影響,中祁連東段兩側(cè)古大洋閉合,陸(弧)-陸碰撞； 3)晚奧陶世-早志留世晚期俯沖板片斷離,北祁連可能由于地殼較厚或斷離較深,導(dǎo)致其巖漿作用的強度弱于中祁連東段； 4)早志留世晚期-中志留世早期,中祁連東段仍受板片斷離的影響,熱逐漸向北擴散,造成地殼熔融,產(chǎn)生了樂都二云母花崗巖和什川二長花崗巖；北祁連東段因地殼明顯加厚,發(fā)生下地殼拆沉,形成了高鎂埃達(dá)克質(zhì)巖石。
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【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P588.1
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本文編號：1601344