大別造山帶碰撞后花崗質(zhì)巖漿作用地球化學對去山根過程及山根結(jié)構的制約.pdf

1、大別造山帶的去山根作用被推斷發(fā)生于早白堊世。埃達克質(zhì)巖，被解釋為加厚/拆沉榴輝巖相下地殼熔體，可以對去山根作用過程及現(xiàn)今已再循環(huán)的山根地殼的性質(zhì)和結(jié)構提供關鍵性制約。前人關于花崗巖類的研究主要集中于北大別，本文系統(tǒng)地研究了其他構造單元花崗巖類的年代學，主、微量元素和放射成因同位素地球化學。本論文研究目標是：（1）鑒于通常用于鑒別埃達克質(zhì)巖石的高Sr/Y和La/Yb 特征可以有多種成因，本文提供能更有效鑒別加厚地殼熔融成因的埃達克質(zhì)巖石新

2、的地球化學特征；（2）全面查明高鎂埃達克質(zhì)巖石與低鎂埃達克質(zhì)巖石的地球化學差異及造成這一差異的熔體/地幔反應機制，為識別源自拆沉加厚下地殼的熔體提供依據(jù)；（3）查明大別山低鎂和高鎂埃達克質(zhì)巖石的時空分布特征，為去山根過程的啟動機制提供制約；（4）應用埃達克質(zhì)巖石和花崗巖的Sr-Nd-Pb 同位素組成示蹤大別山地殼結(jié)構及山根組成，為碰撞造山帶地殼增厚機制提供制約。本文的主要結(jié)論如下：
　　 1.低鎂埃達克質(zhì)巖地球化學特征與識別大別

3、山低鎂高Sr/Y 花崗巖類（HSG）除了高Sr/Y和低Y 含量外，相對普通花崗巖類，還具有如下獨特的地球化學特征：在Sr vs.CaO和Sr vs.SiO2 圖解上形成具有更高Sr 含量的獨立趨勢，和彼此正相關耦合的高Sr/Y,(La/Yb)N,(Dy/Yb)N,和Nb/Ta（最高分別可達225，153,3.1和19.5）。這些地球化學特征只能被加厚大陸下地殼在高壓下以富石榴子石，貧長石和含金紅石為殘留相部分熔融解釋。已發(fā)表的其它成因的

4、假埃達克巖不具有這些特征。因此，加厚下地殼熔體可以由以上綜合地球化學特征識別。
　　 2.高鎂埃達克質(zhì)巖地球化學特征：熔體/地幔反應如何影響熔體組成大別山高鎂HSG具有高Sr/Y(31～100)和(La/Yb)N(16～48)，高SiO2(57.2～68.9wt.％)和Mg＃(44～63).它們的Sr-Nd-Pb 同位素以低εNd(t)(-24.9 ～-14.3)，輕微富集的87Sr/86Sri(0.7057 ～ 0.7077)

5、,和低206Pb/204Pb(15.59 ～ 16.60)為特點。它們和其他沿郯廬南段分布的同類巖石同屬拆沉下地殼成因的高鎂埃達克質(zhì)巖。高鎂埃達克質(zhì)巖與大別低鎂埃達克質(zhì)巖相比除了具有較高的MgO、Cr、Ni 含量外，還具有如下特征：（1）較低的(La/Yb)N，(Dy/Yb)N，Sr/CaO和Sr/Y 比值；（2）在相同SiO2 時具有較低的Al2O3，Na2O，和La，Sr 含量；（3）在相同MgO 情況下，具有比普通地幔玄武質(zhì)巖漿序

6、列更高的MgO/FeOt，Ni 含量和Ni/Co。這些特征只能用高鎂埃達克質(zhì)巖來自拆沉下地殼部分熔融，并經(jīng)歷熔體/地幔反應解釋。在熔體/地幔反應過程中，主要生成斜方輝石，熔體體積增加，可分別解釋特征（1）和（2）。熔體/地幔反應時的固相為富集斜方輝石，無石榴石的礦物組合，它具有比地幔部分熔融時殘留相以橄欖石為主的礦物組合更低的Kd(MgO，bulk)和更高的Dni(bulk)和Dni/Dco(bulk)，可解釋特征（3）。
　　

7、 3.高鎂埃達克質(zhì)巖在大別造山帶的時空分布及對去山根作用啟動機制的啟示年代學研究表明雖然大別造山帶山根加厚下地殼的部分熔融（產(chǎn)生低鎂埃達克質(zhì)巖）發(fā)生時間在143～130 Ma，但是高鎂埃達克質(zhì)巖年齡集中在131-130 Ma，說明去山根作用直到131～130 Ma 時才發(fā)生。低鎂埃達克質(zhì)巖在大別造山帶各個構造單元均有分布，說明在早白堊世以前，加厚山根下地殼在大別造山帶普遍存在。但是高鎂埃達克質(zhì)巖似乎只分布在大別造山帶的東-南緣，靠近郯廬

8、斷裂。這與低鎂埃達克質(zhì)巖的分布顯著不同，說明郯廬斷裂可能在誘發(fā)大別造山帶去山根過程方面起到關鍵作用。Nb-Pb 同位素顯示大別山南側(cè)的埃達克質(zhì)巖漿可能與同時代長江斷裂活動有關。
　　 本文指出大別山埃達克質(zhì)巖和碰撞后巖漿作用主要分布在東大別山和北部的北淮陽帶和北大別帶的空間分布特征，依據(jù)郯廬斷裂演化歷史，以及本實驗室先期的模擬實驗，提出在早白堊世大規(guī)模左行走滑可以導致大別造山帶沿三疊紀碰撞縫合線拉分引張，從而導致了造山帶山根加厚

9、下地殼的初始熔融。隨后在131-130 Ma左右，隨著沿著斷裂帶區(qū)域從壓扭性環(huán)境向引張性環(huán)境轉(zhuǎn)變，導致大別造山帶東緣沿郯廬斷裂帶的一些榴輝巖碎塊的拆沉（delamination and foundering）。
　　 4.Sr-Nd-Pb 同位素組成及其對山根組成和增厚機制的制約大別山普通花崗巖類的87Sr/86Sr(I)，εNd(t)和206Pb/204Pb(I)的變化范圍分別為0.7062 ～ 0.7105(除一個Rb/Sr

10、,87Sr/8 6Sr(I)為0.6993的樣品外)，-25.5 ～-12.7，和15.51 ～ 16.85；低鎂埃達克質(zhì)巖的Sr-Nd-Pb 同位素變化范圍分別為0.7055 ～0.7087，-27.8 ～-13.8和15.69 ～ 17.16。除普通花崗巖類具有略高的87Sr/86Sr(I)外，普通花崗巖，低鎂埃達克質(zhì)巖和高鎂埃達克質(zhì)巖的Sr，Nd和Pb 同位素組成基本類似，具有低Sr和Pb 同位素初始比值和低 Nd(t)。大別花崗

11、巖類與華北HSG的同位素對比表明，華南陸塊下地殼較華北陸塊下地殼具有較高的Th/U，因而在相同206Pb/204Pb 時，具有較高的208Pb/204Pb。這些同位素證據(jù)表明山根加厚地殼由華南古老下地殼組成。
　　 北大別埃達克質(zhì)巖具有異常高的Th/U（最高可達51）和貧U 特征，反映它們的源區(qū)曾經(jīng)歷過俯沖脫水。Th/U和208Pb/206Pb 沒有相關性說明該脫水事件可能與三疊紀深俯沖有關。北大別埃達克質(zhì)巖的低鎂特征說明該脫水

12、（深俯沖）基性下地殼在早白堊世并未被巖石圈地幔覆蓋，因此可能已經(jīng)反卷（roll-back）。該深俯沖脫水鎂鐵質(zhì)下地殼在北大別山根底部一直保留到早白堊世。
　　 來自其它構造單元，包括北淮陽，的埃達克質(zhì)巖的Th/U(6.0±1.8，1SD)接近平均大陸下地殼組成。這說明有部分基性華南下地殼被楔入到深部縫合線以北，插入華北下地殼當中。
　　 據(jù)此提出大別造山帶山根因華南下地殼在俯沖板片斷離后深俯沖鎂鐵質(zhì)下地殼反卷（Roll

13、back），并在山根底部居留（北大別），在晚三疊到侏羅紀繼續(xù)俯沖的華南陸殼的縮短（南大別和宿松帶）和向華北地殼楔入（北淮陽）導致山根地殼增厚的模型。
　　 5.花崗巖類和折返超高壓巖石的Nd 同位素脫藕及對造山帶地殼結(jié)構的制約大別——蘇魯碰撞后花崗巖類的εNd(130 Ma)顯著低于超高壓榴輝巖和片麻巖，而Nd 同位素模式年齡顯著老于后者，表現(xiàn)出加厚鎂鐵質(zhì)山根與折返的超高壓榴輝巖和片麻巖巖片存在Nd 同位素脫藕。這一觀察表明折返

14、的超高壓巖石的原巖主要是先期卷入大陸深俯沖的華南陸塊北緣以新元古代地殼為主的較年輕地殼，而加厚山根下地殼主要以后續(xù)俯沖的華南板塊內(nèi)部較古老的下地殼物質(zhì)為主。這一過程導致發(fā)生陸殼深俯沖和超高壓變質(zhì)作用的碰撞造山帶陸殼（如大別山）的縮短量遠大于未發(fā)生的陸殼深俯沖和超高壓變質(zhì)作用的碰撞造山帶（如秦嶺）。
　　 北大別碰撞后基性巖的Sr-Nd-Pb 同位素與埃達克質(zhì)巖具有高度相似性和與折返超高壓巖片的差異，說明它們地幔源區(qū)主要受來自于拆