郯廬斷裂帶南段晚中生代巖漿活動(dòng)及其對(duì)巖石圈減薄的指示.pdf

1、本論文對(duì)發(fā)育于郯廬斷裂帶南段上的一些晚中生代巖漿巖，包括滁州火山巖、巢湖侵入巖和廬江火山巖，進(jìn)行了主量元素、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素等地球化學(xué)研究和LA-ICPMS法單顆粒鋯石U-Pb年代學(xué)研究。 通過(guò)這些研究，首先確定了這些巖漿巖的具體形成時(shí)間，認(rèn)識(shí)了它們的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征； 隨后討論了巖漿形成的深部過(guò)程和巖漿源區(qū)組成，并結(jié)合年代學(xué)結(jié)果討論了巖漿演化特征； 最后在區(qū)域?qū)Ρ鹊幕A(chǔ)上，分析了郯廬斷裂帶內(nèi)

2、巖石圈減薄的方式和特點(diǎn)，并討論了該斷裂帶在華北克拉通巖石圈減薄中的作用。 滁州火山巖位于張八嶺隆起北段的東側(cè)邊界上，該火山巖形成于早白堊世，具體噴發(fā)時(shí)期在132～116Ma之間，經(jīng)歷了約16Ma的噴發(fā)歷史。132Ma的噴發(fā)年齡是目前已知的郯廬斷裂帶內(nèi)最早的鈣堿性巖漿巖形成年齡，該年齡應(yīng)最接近郯廬斷裂帶下巖石圈伸展活動(dòng)的開始時(shí)間。 該火山巖是一套中-酸性的、粗安巖/粗面巖/英安巖為主的巖漿巖，巖石屬于高鉀鈣堿性系列、準(zhǔn)鋁質(zhì)

3、、硅過(guò)飽和類型的巖石?；鹕綆r富集LILE和LREE、相對(duì)虧損HFSE和HREE，具有富集的Sr-Nd-Pb同位素組成。 地球化學(xué)特征顯示，早期(～132Ma)和晚期火山巖(123～116Ma)具有一般鈣堿性火山巖的特征，中期火山巖(129～125Ma)則具有類似于埃達(dá)克巖的特征。該火山巖的巖漿來(lái)源于華北克拉通，早期火山巖是EMI型富集地幔和古老華北下地殼源區(qū)混合的結(jié)果，中期火山巖是底侵的幔源物質(zhì)與古老地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融并混合形

4、成的，晚期火山巖的巖漿源區(qū)則主要以古老的下地殼端元為主。 地球化學(xué)特征顯示，滁州火山巖的巖漿起源于殼一幔過(guò)渡帶的深度范圍，隨噴發(fā)時(shí)代的變新巖漿中殼源比例逐漸增加，巖漿源區(qū)逐漸變淺。滁州火山巖的地球化學(xué)及巖漿演化特征不支持巖石圈整體拆沉作用模型，巖漿應(yīng)形成于巖石圈由下至上逐漸減薄的背景下。區(qū)域?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，滁州火山巖比華北克拉通內(nèi)部巖漿活動(dòng)具有更早的開始時(shí)間和較長(zhǎng)期的活動(dòng)歷史，暗示郯廬斷裂帶內(nèi)具有更強(qiáng)烈的巖石圈減薄程度和更長(zhǎng)期的減薄歷

5、史。 與華北克拉通內(nèi)部相比，滁州火山巖具有源區(qū)熔融程度更高、熔融規(guī)模更大、殼一幔相互作用更為強(qiáng)烈、源區(qū)深度更淺等特征，一致證明了郯廬斷裂帶是巖石圈內(nèi)的強(qiáng)減薄帶。 巢湖侵入巖位于張八嶺隆起南段的郯廬斷裂帶內(nèi)，五個(gè)樣品給出的巖體侵位時(shí)間在127～103Ma之間，總體經(jīng)歷了約24Ma的侵位歷史。 該套巖石是一套鋁和硅均過(guò)飽和的、準(zhǔn)鋁質(zhì)向過(guò)鋁質(zhì)過(guò)渡的巖漿巖，巖石富鉀且全堿含量較高。 早期和中早期侵入巖富集LILE

6、、LREE，虧損HREE，無(wú)Eu異常或具有正的Eu異常，是一套埃達(dá)克質(zhì)的二長(zhǎng)花崗巖； 晚期和中晚期侵入巖富集LILE但虧損Ba、Sr，REE總量較低且輕、重稀土分餾較弱，具有負(fù)的Eu異常，是一套A型花崗巖。 先期的埃達(dá)克巖代表了該處巖石圈伸展活動(dòng)的開始階段，而后期的A型花崗巖則代表了巖石圈強(qiáng)烈伸展的時(shí)間。 巢湖侵入巖的巖漿也來(lái)源于古老的華北克拉通，且主要為古老的華北克拉通下地殼，早期巖漿包含少量的富集地幔端元，而

7、晚期巖漿則為更淺的地殼源區(qū)。 地球化學(xué)特征表明該套侵入巖在巖漿侵位過(guò)程中沒(méi)有明顯的中、上地殼混染，巖漿源區(qū)經(jīng)歷了不同程度的部分熔融，并經(jīng)歷了不同造巖礦物和鋯石、磷灰石、褐簾石等副礦物的分離結(jié)晶作用。 隨巖漿侵位時(shí)代的不同，巖漿源區(qū)的殘留相明顯不同，由早到晚源區(qū)殘留從石榴子石到斜長(zhǎng)石再向角閃石過(guò)渡，且由早到晚巖漿源區(qū)是逐漸變淺的。巖漿演化規(guī)律暗示巖漿活動(dòng)的深部動(dòng)力學(xué)過(guò)程為：華北克拉通巖石圈底部的逐漸拆沉減薄造成了軟流圈頂面

8、抬升，導(dǎo)致巖石圈內(nèi)熱流升高，化學(xué)作用逐漸加強(qiáng)，從而出現(xiàn)了不同深度下的下地殼源區(qū)部分熔融。與遠(yuǎn)離斷裂帶的克拉通內(nèi)部相比，郯廬斷裂帶具有更強(qiáng)烈的巖石圈伸展程度、侵入巖具有更淺的巖漿源區(qū)、巖漿源區(qū)具有更強(qiáng)烈的演化程度和更大程度的部分熔融、巖漿活動(dòng)具有更長(zhǎng)期和復(fù)雜的歷史，這一系列的證據(jù)也均證明郯廬斷裂帶是巖石圈減薄中的強(qiáng)減薄帶。 廬江火山巖位于華北克拉通最東南緣的郯廬斷裂帶內(nèi)，巖漿噴發(fā)時(shí)間在125Ma～93Ma之間，經(jīng)歷了約32Ma的噴

9、發(fā)歷史?；鹕綆r具有雙峰式火山巖和玄粗巖巖系的特征，巖石富堿、富鉀，相對(duì)貧MgO、TiO2，具有富集的Sr-Nd-Pb同位素組成。玄武巖和粗面巖樣品富集LILE、LREE并相對(duì)虧損HFSE、HREE，無(wú)明顯Eu異常;流紋巖樣品則相對(duì)虧損Ba、Sr、P、Ti，具有明顯的Eu負(fù)異常。 巖漿巖地球化學(xué)特征表明，該火山巖具有四類不同的源區(qū)背景：早期基性巖(125Ma)的源區(qū)主要為華北克拉通巖石圈地幔，兼有地殼源區(qū)的貢獻(xiàn);流紋巖(120Ma

10、)源區(qū)主要為華北中、下地殼源區(qū);粗面巖(100Ma)為華北下地殼和巖石圈地幔的混合源區(qū);晚期基性巖(93Ma)主要為華北巖石圈地幔源區(qū)，兼有下地殼和軟流圈物質(zhì)的貢獻(xiàn)。 廬江火山巖的地球化學(xué)特征也不支持巖石圈地幔和下地殼的整體拆沉作用模型，巖漿活動(dòng)應(yīng)是在巖石圈底部的持續(xù)減薄作用下，巖石圈內(nèi)熱流逐漸升高、巖漿源區(qū)的熱一化學(xué)狀態(tài)的變化所造成的。不同時(shí)期的巖漿活動(dòng)其地球化學(xué)特征差異較大，反映了巖漿源區(qū)隨巖石圈熱一化學(xué)狀態(tài)的改變而不斷演化

11、和遷移的規(guī)律。 巖石組合、同位素年代學(xué)、地球化學(xué)特征對(duì)比等一系列的證據(jù)表明，位于郯廬斷裂帶上的廬江火山巖，形成于強(qiáng)烈的伸展構(gòu)造背景下，是巖石圈強(qiáng)烈減薄的產(chǎn)物。表明郯廬斷裂帶是巖石圈內(nèi)的強(qiáng)減薄帶，這與滁州火山巖和巢潮侵入巖揭示的信息是一致的。 本文的研究結(jié)果表明，郯廬斷裂帶南段的晚中生代巖漿巖雖然具有不同的巖石類型和地球化學(xué)特征，但巖漿源區(qū)均屬于華北克拉通，且?guī)r漿往往具有殼一?；煸吹奶卣鳌?綜合目前已有的華北克拉通

12、晚中生代巖漿巖資料來(lái)看，郯廬斷裂帶內(nèi)各部位的巖漿活動(dòng)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)、結(jié)束時(shí)間最晚，且?guī)r漿活動(dòng)指示的往往是更為強(qiáng)烈的伸展構(gòu)造背景。這些巖漿巖具有清晰的巖漿演化與源區(qū)遷移規(guī)律，顯示巖漿源區(qū)組成和溫壓條件的不斷改變，源區(qū)的遷移規(guī)律和一系列的地球化學(xué)證據(jù)均不支持巖石圈的整體拆沉作用觀點(diǎn)，巖石圈應(yīng)是以由下至上逐漸拆沉進(jìn)入軟流圈的方式發(fā)生減薄的。 一系列的地球化學(xué)及地質(zhì)學(xué)證據(jù)均表明，郯廬斷裂帶是巖石圈內(nèi)的強(qiáng)減薄帶，這與現(xiàn)今地球物理資料揭示的現(xiàn)