發(fā)布時間：2017-05-12 08:03

  本文關鍵詞：華南湘桂地區(qū)深部巖石圈特征及顯生宙演化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大陸深部巖石圈主要包括深部地殼和巖石圈地幔,它的特征與演化是當今固體地球科學研究的重點與前沿方向之一。幔源巖漿巖及其所攜帶的深源地殼-地幔捕虜體是探索和認識大陸深部巖石圈最直接的巖石探針。華南大陸形成、增生與再造過程是我國地球科學領域關鍵的科學問題之一。相對于華南沿海地區(qū),有關華南內陸地區(qū)深部巖石圈特征及其在顯生宙時期演化的認識較為薄弱。本論文研究對象為華南湘桂地區(qū)廣西中-東部和湖南南部的中-新生代幔源巖漿巖(超鉀質煌斑巖和堿性玄武巖)及其中的地殼-地幔捕虜體,通過巖石-礦物學、地球化學和鋯石U-Pb年代學、Lu-Hf同位素地球化學的系統(tǒng)研究,并結合已有認識,來揭示本區(qū)深部巖石圈特征及其在顯生宙時期的演化。玄武質巖石攜帶的地幔捕虜體是可以代表巖石圈地幔的樣品,可以用來反映巖石圈地幔特征及演化過程。本次研究了廣西東部平南和中部馬山地區(qū)新生代玄武質巖石中的地幔捕虜體,包括：尖晶石方輝橄欖巖、貧單斜輝石的二輝橄欖巖、二輝橄欖巖和橄欖二輝輝石巖。廣西地幔巖主要由方輝橄欖巖和貧單斜輝石的二輝橄欖巖所組成,具有適度難熔的礦物組成(橄欖石Mg#值(Mg#o1)=90.2-91.3)；而少量的二輝橄欖巖則顯示了飽滿的礦物特征(Mg#OI=89.3)；橄欖二輝輝石巖的礦物特征不同于橄欖巖捕虜體,具有更加飽滿的組成(Mg#OI=87.5)。地幔捕虜體中單斜輝石的微量元素顯示了從輕稀土虧損型、稀土平坦型到輕稀土富集型的多種特征,通常具有Sr正異常、Nb、Zr、Ti負異常。礦物成分的模擬計算顯示,廣西橄欖巖捕虜體經歷過中度到高度(～10-20%)的熔體抽取,并受到硅酸鹽交代作用的影響。少量的橄欖二輝輝石巖可能是由富Ca硅酸鹽熔體參與的橄欖巖-熔體反應所形成。在寄主巖漿噴發(fā)上升過程中,由于橄欖巖捕虜體/晶與寄主巖漿處于不平衡的狀態(tài),不僅在捕虜體/晶中保留有反應現(xiàn)象,也形成了方輝橄欖巖中環(huán)帶橄欖石(Mg#o1=83-88)和環(huán)帶結構的橄欖石捕虜晶(Mg#OI=75-82)。廣西地幔捕虜體的平衡溫度在860-1080℃,大多數(shù)低于950℃,低于臨近的湖南道縣-寧遠地區(qū)地幔捕虜體的平衡溫度(950 ℃)。綜合已有研究說明,湘桂地區(qū)在長期的演化過程中,受到深大斷裂帶的控制及多種地質作用的影響,使得中-新生代時期本區(qū)深部巖石圈地幔存在明顯的不均一性：湘桂地區(qū)巖石圈地幔主體仍以適度難熔到難熔的古老巖石圈地幔為主,巖石類型為方輝橄欖巖和貧單斜輝石的二輝橄欖巖,并含有少量飽滿的新生地幔物質(如飽滿的二輝橄欖巖和輝石巖)；而少數(shù)幾個受到深大斷裂帶等構造-熱事件強烈影響的地區(qū),例如湖南寧遠-道縣,其深部巖石圈地幔則以飽滿的新增生地幔物質為主體。同一地區(qū)連續(xù)不同時代、不同類型的幔源巖漿巖對于反演巖石成因和源區(qū)特征及動力學過程具重要的意義。本次研究了廣西中-東部地區(qū)的白堊紀超鉀質煌斑巖和古近紀堿性玄武巖。廣西中部龍昌地區(qū)晚中生代白堊紀超鉀質煌斑巖斑晶以黑云母為主,含少量橄欖石和單斜輝石,基質主要為黑云母、鉀長石。龍昌超鉀質煌斑巖具有低SiO2 (50.65-54.60 wt.%),高Mg#(68-71),高地幔相容元素(Cr (345-414 ppm)和Ni (206-349 ppm))的地球化學特征,反映了幔源巖漿的屬性,而高K20(5.6-6.2 wt.%)和K2O/Na2O (3.0-3.8)則顯示了超鉀質巖石的特征。其微量元素表現(xiàn)出強烈富集輕稀土元素、大離子親石元素(如Rb、Ba、Th、U)、虧損高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf)的特點,具有高(87Sr/86Sr)i (0.7136-0.7138)和負sNd(t)值(-9.17--9.45)。廣西龍昌超鉀質煌斑巖巖漿可能是由EM2型富集巖石圈地幔的低度部分熔融所形成。它的EM2型富集巖石圈地幔源區(qū)可能為含金云母的石榴石相(80 km)方輝橄欖巖,源區(qū)受到過早期俯沖交代作用或碳酸鹽交代作用的影響。廣西東部平南和中部馬山地區(qū)古近紀堿性玄武巖斑晶為橄欖石和鈦輝石,基質為鈦輝石、斜長石和鈦鐵氧化物。廣西古近紀玄武巖具有低SiO2(41.31-46.84 wt.%),高Fe2O3T (9.57-11.50 wt.%)、TiO2 (2.16-2.75 wt.%), Mg#值在56-64,富集地幔相容元素(Ni、Cr)的特征。在微量元素上富集輕稀土元素、大離子親石元素和高場強元素,具有Nb、Ta正異常。Sr-Nd同位素顯示了虧損地幔特征,低(87Sr/86Sr)i (0.7042-0.7046)和正εNd(t)值(3.05-4.17)。其元素和Sr-Nd同位素地球化學特征與常見的OIB型堿性玄武巖相似。廣西古近紀堿性玄武巖的原始巖漿應是軟流圈地幔低度部分熔融的產物,并且部分發(fā)生了輕微的軟流圈／巖石圈地幔相互作用。巖漿在上升過程中沒有受到明顯的地殼物質混染,發(fā)生過橄欖石和單斜輝石分離結晶作用。其地幔源區(qū)可能為尖晶石相到尖晶石-石榴石過渡相(80km)的飽滿的二輝橄欖巖�；鹕綆r攜帶的深源地殼捕虜體對于揭示未出露于地表的深部地殼的特征及演化具有重要的研究價值。本次研究了湖南南部道縣地區(qū)中生代玄武巖中的長英質捕虜體(長英質片麻巖和長英質麻粒巖)和鎂鐵質捕虜體。道縣長英質片麻巖捕虜體為片麻狀構造,組成礦物為黑云母+石英+鉀長石+斜長石,顯示了高SiO2 (70.17 wt.%)、Al2O3 (13.97 wt.%)、 K2O (4.63 wt.%),低MgO(1.87 wt.%)的特點,元素含量處于湘桂地區(qū)古生代花崗巖的范圍內。其D.F.值為正值(1.12),結合巖相學特征說明其原巖應為巖漿巖,定名為黑云二長片麻巖/花崗片麻巖。微量元素顯示了輕稀土富集、重稀土平坦的特征,無Eu異常,富集大離子親石元素(Rb、Th),有弱的Zr-Hf正異常。其鋯石多具有核-邊結構,核部為巖漿振蕩環(huán)帶,邊部為均一變質邊,也有少量均一結構鋯石。鋯石U-Pb定年結果給出的不一致線上、下交點年齡分別為～431 Ma和～201Ma�？拷�、下交點的鋯石也分別給出了-427 Ma和-210 Ma的加權平均年齡。鋯石的Lu-Hf同位素結果顯示(176Hf/177Hf)i在0.282268-0.282512,εHf值在-10.8到-4.2,Hf模式年齡TDM2在1.97--1.54 Ga。結合巖相學和鋯石內部結構,說明片麻巖的原巖形成于早古生代(431-427Ma),為古老物質重熔形成的巖漿巖；并在早中生代(210-201 Ma)時期,受到強烈的變質作用影響。道縣長英質麻粒巖捕虜體為粒狀變晶結構,組成礦物為石英+鉀長石+斜長石+斜方輝石。相對于長英質片麻巖,具有低SiO2 (67.6 wt.%)、Al2O3 (12.69 wt.%),高MgO (3.94 wt.%)、K2O (5.87 wt.%)的特征。其微量元素為輕稀土輕度富集、重稀土平坦的特征,有Eu正異常,富集大離子親石元素,虧損高場強元素,與常見的大陸下地殼元素分布相似。長英質麻粒巖的鋯石多為振蕩環(huán)帶的巖漿鋯石或結構均一的鋯石,鋯石U-Pb定年結果給出的不一致線上、下交點年齡分別為～923 Ma和～202 Ma,鋯石Lu-Hf同位素結果顯示(176Hf/177Hf)i值較為集中(0.282190-0.282340),說明不一致線上的鋯石應具有同源特征。εHf值在0.5到-11.9,Hf模式年齡TDM2在2.08-1.74 Ga。長英質麻粒巖應為湘桂地區(qū)古老的深部地殼物質(新元古代,-923 Ma)受到了早中生代時期(～202 Ma)構造-熱事件的影響。道縣鎂鐵質捕虜體均為基性麻粒巖(二輝麻粒巖),粒狀變晶結構,組成礦物為斜方輝石(紫蘇輝石)+單斜輝石+斜長石±尖晶石±鈦鐵礦±黃鐵礦±角閃石�；月榱r具有相似的全巖SiO2含量(44.82-50.77 wt.%),但根據(jù)輝石和斜長石的含量,可以分為：A類富輝石和B類富長石的基性麻粒巖。A類富輝石基性麻粒巖中輝石含量大于斜長石,顯示了低Al2O3 (16.40-19.49 wt.%),高MgO (9.78-13.16 wt.%)的含量,稀土元素具有平坦型特征,虧損Th、U、Nb,有Sr正異常,輕微Eu異常(Eu/Eu*=0.82-1.49)和Zr、Hf負異常,但少量樣品無Nb、Zr/Hf和Sr的異常；而B類富長石基性麻粒巖中斜長石含量大于輝石,顯示了高A12O3(20.66-26.20 wt.%),低MgO(3.58-9.20 wt.%)的含量,稀土元素具有右傾特征,不同程度的虧損重稀土元素、Th、U、Nb,有明顯的Sr、Eu正異常(Eu/Eu*=1.28-4.63)和Zr-Hf負異常�；月榱r中鋯石多具有振蕩環(huán)帶或均一結構,鋯石U-Pb定年結果顯示基性麻粒巖年代學特征可以分為兩類：一類為新增生的幔源巖漿底侵的下地殼物質,即原巖的形成年齡在早中生代(-205 Ma),并且隨后(-198 Ma)發(fā)生了麻粒巖相變質作用,鋯石的(176Hf/177Hf)i在0.282760-0.282907,εHf值在4.1-9.3,TDM1年齡為0.56-0.26 Gm第二類可能為古老的地殼物質發(fā)生再造,即古老地殼物質(-1206 Ma)在早中生代時期(-196 Ma)受到明顯的變質作用影響,其鋯石Hf同位素較為復雜,(176Hf/177Hf)i在0.281306-0.282816,εHf值在-2.4-8.0,TDM1年齡在0.61-2.65 Ga。對華南湘桂地區(qū)的中-新生代幔源巖漿巖及其攜帶的地殼-地幔捕虜體的研究,除了上述反映的本區(qū)深部巖石圈特征以外,也顯示了顯生宙時期華南大陸發(fā)生的多期次構造-熱事件(早古生代、早中生代、晚中生代、早新生代)對本地區(qū)的影響,使得其深部巖石圈(深部地殼和巖石圈地幔)經歷了多階段的改造過程：(1)華南早古生代造山作用(加里東期/武夷-云開造山作用/廣西運動)后期,陸內造山帶的核部發(fā)生的拆沉/構造垮塌作用而導致軟流圈物質上涌,熔融的幔源巖漿加熱深部地殼,導致非造山帶核部的湘桂地區(qū)深部古老的地殼物質熔融而形成巖漿巖,包括道縣長英質片麻巖捕虜體的原巖,形成時代在431-427 Ma。這也說明華南早古生代陸內造山作用的后期,造山帶核部地區(qū)發(fā)生的拆沉/構造垮塌作用對華南東南部影響廣泛,非造山帶核部的湘桂地區(qū)發(fā)生了不同程度的殼-慢作用和深部地殼物質的熔融。(2)晚古生代-早中生代印支期的構造-熱事件對華南深部巖石圈有不同程度的影響,道縣鎂鐵質捕虜體的研究表明,在早中生代印支運動的晚期,湘桂地區(qū)發(fā)生有明顯的巖石圈伸展拉張及軟流圈物質上涌,形成了底侵的幔源巖漿。印支晚期的幔源巖漿在地表并沒有明顯的出露,但卻不同程度的改變或改造了湘桂地區(qū)深部巖石圈特征：(a)鎂鐵質巖漿的底侵作用導致下地殼增生(-205 Ma),并在很短的時間內發(fā)生了麻粒巖相變質作用(-198Ma)；(b)可能有少量幔源巖漿侵入地殼的不同層位或者噴出地表形成玄武質巖石；(c)底侵于下地殼或者侵位于地殼不同層位的幔源巖漿產生的熱異常導致已有的中-下地殼巖石發(fā)生不同程度的變質作用(201-196 Ma),包括中-新元古代(1206-923 Ma)的古老物質和早古生代(431-427 Ma)巖漿巖；(d)另外,這些幔源巖漿可能直接參與或者間接影響深部地殼物質,發(fā)生一定的殼-幔作用,使地殼物質熔融,產生本區(qū)印支晚期花崗巖。(3)中-新生代時期發(fā)生在華南大陸的地幔置換作用/巖石圈減薄和殼-幔巖漿活動,不僅明顯的改造了沿海地區(qū)的深部巖石圈,也不同程度地影響了內陸的湘桂地區(qū)：(a)侏羅紀時期,地幔置換作用與巖漿活動強烈地影響了湖南南部道縣-寧遠地區(qū)；(b)隨著巖石圈伸展和軟流圈上涌作用的加強,到晚中生代-早新生代時期,華南地幔置換作用影響范圍已經到達內陸的廣西中-東部地區(qū)。廣西地幔捕虜體顯示了適度難熔為主體的巖石圈地幔中含有少量飽滿的新生巖石圈地幔,說明該地區(qū)受地幔置換作用的影響程度要低于湖南南部地區(qū)；(c)湘桂地區(qū)晚中生代-旱新生代幔源巖漿巖是地幔置換作用的巖漿巖響應,幔源巖漿巖的反演顯示了其地幔源區(qū)發(fā)生了從EM2型富集巖石圈地幔向軟流圈地幔的轉變,并伴隨有巖石圈減薄和地幔增生作用的發(fā)生。(4)晚中生代-早新生代時期,湘桂地區(qū)所經歷的深部巖石圈作用(地幔置換、幔源巖漿活動)的動力學背景可能與華南內陸東西兩側的雙向動力學過程有關。其中,晚中生代時期,東側的太平洋俯沖作用影響較大,俯沖板片可能并沒有直接影響到湘桂地區(qū)深部巖石圈,但卻導致華南內陸處于巖石圈伸展和下部軟流圈上涌的背景下。早新生代時期,西側的歐亞板塊和印度板塊的俯沖碰撞及其遠程影響,可能使得華南內陸巖石圈處于伸展拉張的環(huán)境。
【關鍵詞】：深部巖石圈 殼-幔捕虜體 幔源巖漿巖 華南 湘桂地區(qū)
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P534.4;P31
【目錄】：

• 作者簡介6-8
• 摘要8-12
• ABSTRACT12-19
• 第一章 前言19-29
• 1.1 論文選題19-20
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀20-27
• 1.2.1 大陸巖石圈地幔及地幔捕虜體研究概述20-21
• 1.2.2 大陸深部地殼及地殼捕虜體研究概述21-22
• 1.2.3 大陸板內幔源巖漿巖成因及其動力學過程研究概述22-23
• 1.2.4 華南深部巖石圈屬性及演化研究概述23-26
• 1.2.5 存在問題26-27
• 1.3 研究內容和工作量27-29
• 第二章 區(qū)域地質背景29-34
• 2.1 大地構造背景29-30
• 2.2 華南幔源巖漿巖中殼-幔捕虜體分布30-31
• 2.3 湘桂地區(qū)地質背景與中-新生代幔源巖漿巖分布31-34
• 第三章 分析方法34-37
• 3.1 巖石薄片BSE圖像與EDS分析34
• 3.2 全巖主量、微量元素分析34-35
• 3.3 全巖Sr-Nd同位素分析35
• 3.4 礦物主量、微量元素分析35-36
• 3.5 鋯石CL圖像、U-Pb定年及微量元素分析36
• 3.6 鋯石Lu-Hf同位素分析36-37
• 第四章 湘桂地區(qū)巖石圈地幔性質及演化37-74
• 4.1 廣西平南-馬山地區(qū)地幔捕虜體巖石學特征37-44
• 4.2 廣西地幔捕虜體礦物化學特征44-64
• 4.2.1 橄欖石44-46
• 4.2.2 斜方輝石46-47
• 4.2.3 單斜輝石47-49
• 4.2.4 尖晶石49-50
• 4.2.5 反演的全巖主量元素特征50-64
• 4.3 廣西地幔捕虜體巖石成因過程64-68
• 4.3.1 部分熔融作用64-65
• 4.3.2 地幔交代作用65-67
• 4.3.3 寄主巖漿與地幔捕虜體/晶反應：環(huán)帶橄欖石成因67
• 4.3.4 橄欖巖-熔體反應：橄欖二輝輝石巖的成因探討67-68
• 4.4 湘桂地區(qū)巖石圈地幔屬性及演化68-72
• 4.4.1 地幔捕虜體平衡溫度68-69
• 4.4.2 湘桂地區(qū)深大斷裂帶對巖石圈地幔演化的影響69-70
• 4.4.3 湘桂地區(qū)中-新生代巖石圈地幔性質及其不均一性70-72
• 4.5 小結72-74
• 第五章 湘桂地區(qū)中-新生代幔源巖漿成因：以廣西幔源巖漿巖為例74-109
• 5.1 廣西中部中生代超鉀質煌斑巖巖石成因及源區(qū)特征74-91
• 5.1.1 野外地質及巖相學特征74-77
• 5.1.2 全巖地球化學與Sr-Nd同位素特征77-85
• 5.1.3 巖石成因及源區(qū)特征85-91
• 5.2 廣西中-東部新生代堿性玄武巖巖石成因及源區(qū)特征91-107
• 5.2.1 野外地質及巖相學特征91-95
• 5.2.2 全巖地球化學與Sr-Nd同位素特征95-103
• 5.2.3 巖石成因及源區(qū)特征103-107
• 5.3 湘桂地區(qū)中-新生代幔源巖漿形成的構造環(huán)境107-108
• 5.4 小結108-109
• 第六章 湖南道縣深部地殼捕虜體組成及鋯石U-Pb年代學的初步研究109-141
• 6.1 道縣地殼捕虜體巖石學特征110-114
• 6.1.1 鎂鐵質捕虜體111-113
• 6.1.2 長英質捕虜體113-114
• 6.2 道縣地殼捕虜體全巖地球化學特征114-123
• 6.2.1 鎂鐵質捕虜體114-118
• 6.2.2 長英質捕虜體118-123
• 6.3 湖南道縣地殼捕虜體鋯石研究123-141
• 6.3.1 道縣地殼捕虜體鋯石形貌學及內部結構123-125
• 6.3.2 道縣地殼捕虜體鋯石U-Pb定年及微量元素特征125-137
• 6.3.3 道縣地殼捕虜體鋯石Lu-Hf同位素特征137-141
• 第七章 湘桂地區(qū)顯生宙深部巖石圈多階段改造141-150
• 7.1 湘桂地區(qū)早古生代后造山巖漿作用與深部過程141-143
• 7.2 湘桂地區(qū)印支期幔源巖漿底侵與深部過程143-145
• 7.3 湘桂地區(qū)中-新生代地幔置換作用及幔源巖漿巖響應145-148
• 7.3.1 湘桂地區(qū)中-新生代地幔置換作用145-146
• 7.3.2 湘桂地區(qū)中-新生代幔源巖漿巖源區(qū)轉變146-148
• 7.4 湘桂地區(qū)晚中生代-早新生代深部動力學過程148-150
• 第八章 主要認識與存在問題150-153
• 8.1 主要認識150-151
• 8.2 存在問題與進一步工作方向151-153
• 致謝153-155
• 參考文獻155-177

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉觀亮;;廣西平南馬練巖群堿性玄武巖及其二輝橄欖巖包體的巖石特征和成因探討[A];中國地質科學院宜昌地質礦產研究所文集（2）[C];1981年

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本文編號：359193