西秦嶺-東昆侖造山帶蛇綠巖及島弧型巖漿巖的年代學(xué)和地球化學(xué)研究——對(duì)特提斯洋演化的制約.pdf

1、中國(guó)大陸中部東-西走向的“中央造山系”是我國(guó)北方(以華北和塔里木為代表)和南方(以華南和羌塘為代表)兩大陸塊群碰撞拼合的結(jié)合部，其形成與原特提斯洋和古特提斯洋的演化密切相關(guān)?！爸醒朐焐较怠睎|段是華北和華南陸塊碰撞形成的秦嶺-大別一條造山帶；西段西秦嶺以西撒開分為兩支：北部的北祁連造山帶和南部的昆侖造山帶，中間夾有眾多微陸塊。查明秦嶺-大別造山帶與祁連-昆侖造山帶及夾于其中的微陸塊的銜接、拼合關(guān)系是中國(guó)大陸諸多陸塊構(gòu)造演化研究的關(guān)鍵問題，

2、而西秦嶺-東昆侖造山帶正是東西銜接、轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵區(qū)域?！爸醒朐焐较怠薄扒?祁-柴-昆”地區(qū)沿各主要縫合帶保存了大量與原特提斯洋和古特提斯洋構(gòu)造演化有關(guān)的蛇綠巖和島弧巖漿巖。精確測(cè)定區(qū)內(nèi)出露的蛇綠巖和島弧巖漿巖的年齡與地球化學(xué)性質(zhì)，不僅為西秦嶺和東昆侖造山帶的演化，而且對(duì)查明中國(guó)中西部眾多造山帶與東部秦嶺-大別造山帶的銜接關(guān)系及特提斯洋的演化提供重要制約。前人研究成果及尚存問題分別是： ①東秦嶺地區(qū)厘定出“商-丹”和“勉-略”兩條重

3、要的縫合帶；早古生代華北陸塊南緣的“商-丹洋”(屬原特提斯構(gòu)造域)發(fā)育有完整的“弧-盆”體系，晚古生代“勉-略洋”(屬古特提斯構(gòu)造域)的打開使南秦嶺微陸塊從岡瓦納大陸分離。其中“商-丹”帶向西如何延伸是秦嶺構(gòu)造研究的關(guān)鍵問題之一，前人依據(jù)地層對(duì)比提出的“商-丹縫合帶西延與西秦嶺天水-武山縫合帶相連”的觀點(diǎn)尚缺乏西秦嶺地區(qū)蛇綠巖和島弧巖漿巖的可靠地球化學(xué)和年代學(xué)數(shù)據(jù)。此外，“商-丹洋弧-盆”體系演化歷史中的一些重要事件尚缺乏同位素年齡的制

4、約，如“商-丹洋”洋殼的初始形成時(shí)代，二郎坪弧后盆的開啟時(shí)代及“商-丹洋盆”閉合時(shí)代等。 ②西秦嶺以西的“祁-柴-昆”地區(qū)存在眾多與岡瓦納陸塊具有較強(qiáng)親緣性的微陸塊，它們彼此之間為早古生代縫合帶所分割。新元古代-早古生代時(shí)期總體呈現(xiàn)原特提斯“多島洋”的構(gòu)造格局，本文工作開展之前積累的年代學(xué)數(shù)據(jù)顯示該“多島洋”的南部邊界是“東昆中斷裂帶”，而更向南的“東昆南斷裂帶”因?yàn)閮H有晚古生代蛇綠巖年齡數(shù)據(jù)報(bào)道，被認(rèn)為屬于古特提斯構(gòu)造域。但西

5、段布青山地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的早古生代蛇綠巖暗示東昆南斷裂帶東段阿尼瑪卿地區(qū)也可能存在尚未被發(fā)現(xiàn)的早古生代蛇綠巖，或者布青山地區(qū)與阿尼瑪卿地區(qū)具有不同的演化歷史。澄清這一問題涉及原特提斯“多島洋”的南界問題，并需要對(duì)該帶蛇綠巖開展更深入的年代學(xué)研究。 ③現(xiàn)代印度洋 MORB表現(xiàn)出的特殊同位素特征是否繼承自特提斯洋是地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。前人依據(jù)中國(guó)西部特提斯構(gòu)造域(包括新特提斯、古特提斯和原特提斯)蛇綠巖均具有“印度洋MORB型同位素組成

6、特征”判定現(xiàn)代印度洋MORB表現(xiàn)出的特殊同位素特征是從特提斯洋繼承而來(lái)的。但是前人用于Pb同位素示蹤的特提斯蛇綠巖中具M(jìn)ORB特征的玄武巖和輝長(zhǎng)巖樣品普遍存在不同于現(xiàn)代大洋MORB的元素Pb的正異常，因此，使用這些蛇綠巖Pb同位素示蹤獲得的“印度洋地幔大體上繼承了特提斯洋地?！钡恼J(rèn)識(shí)尚存在疑問。④隨著古特提斯和新特提斯洋的閉合，中國(guó)東部和西部在中一新生代分別發(fā)生了若干大陸碰撞構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。中國(guó)東部大陸是三疊紀(jì)華北陸塊和華南陸塊碰撞形成。中國(guó)

7、西部大陸是中一新生代羌塘、拉薩地塊和印度陸塊與古生代時(shí)已與華北陸塊拼合的青藏高原諸多微陸塊(從北向南包括中祁連、南祁連、柴達(dá)木、東昆北和東昆南等)接連發(fā)生碰撞拼合形成的。這東、西兩套碰撞構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在“中央造山系”結(jié)合部——西秦嶺和“祁-柴-昆”地區(qū)會(huì)發(fā)生什么構(gòu)造響應(yīng)是一個(gè)令人感興趣的科學(xué)問題。 針對(duì)上述四個(gè)科學(xué)問題，本文對(duì)西秦嶺-東昆侖造山帶蛇綠巖和島弧型巖漿巖及部分中生代構(gòu)造-巖漿事件開展地球化學(xué)和年代學(xué)研究，獲得的結(jié)果和新認(rèn)識(shí)

8、主要是： 1 西秦嶺早古生代“天水-武山”洋及其“弧-盆”構(gòu)造體系的年代學(xué)格架本文對(duì)西秦嶺地區(qū)沿天水-武山構(gòu)造帶及其鄰近地區(qū)發(fā)育的蛇綠巖和巖漿巖開展了系統(tǒng)的地球化學(xué)和鋯石SHRIMP U-Pb及角閃石<'40>Ar/<'39>Ar年代學(xué)研究，判明了它們各自形成的構(gòu)造環(huán)境和時(shí)代。從而清晰地給出了西秦嶺早古生代“天水-武山洋”及其弧-盆體系的年代學(xué)格架，支持“商-丹縫合帶西延與天水-武山縫合帶相連”的論斷。 武山蛇綠混雜巖位

9、于“天水-武山”構(gòu)造帶西部。該蛇綠混雜巖中的樺林溝輝長(zhǎng)巖和鴛鴦鎮(zhèn)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖樣品LREE富集，(La/Yb)<,N>分別為7.1和10.8，Nb、Ta、Ti顯著虧損，顯示它們形成于島弧環(huán)境：鋯石SHRIMP U-Pb年齡分別是440±5Ma和456±3。關(guān)子鎮(zhèn)和武山島弧巖漿巖樣品的低ε<,Nd>(t)值(-3.8～-6.9)表明關(guān)子鎮(zhèn)古島弧和武山古島弧都是華北陸塊南緣的近陸古島弧。“天水-武山”斷裂以北的秦嶺群北側(cè)，沿清水-紅土堡一帶出露

10、有酸性和基性火山巖。它們的SiO<,2>含量變化于47.69％～50.80％和68.83％～70.14％，顯示具有“雙峰式”火山巖的特征。清水“陳家河群”“雙峰式”火山巖中的玄武巖與紅土堡玄武巖具有相似的痕量元素和Sr-Nd同位素組成。高放射成因Pb同位素組成，特別是高<'207>Pb/<'204>Pb比值表明這些玄武巖的形成與俯沖帶有關(guān)。兩件清水新城英安巖樣品的鋯石SHRIMP U-Pb年齡447±8 Ma和448±8與已報(bào)道的紅土堡

11、玄武巖年齡443.4±1.7Ma接近。據(jù)此提出“陳家河群”火山巖形成于弧后盆初始拉張階段，而不是前人建議的“形成于島弧環(huán)境”。 2 東昆南構(gòu)造帶存在晚震旦-早奧陶世的洋盆首次在東昆南構(gòu)造帶花石峽-瑪沁區(qū)段內(nèi)發(fā)現(xiàn)具有晚震旦-早奧陶世鋯石SHRIMP U-Pb年齡的古洋殼殘片。形成于晚震旦世(555±9 Ma)的苦海輝長(zhǎng)巖LREE略富集((La/Yb)<,N>=5.15)，高Ni(102 ppm)含量，Nb、Ta略虧損，這些特征類似

12、于OIB；形成于早寒武世(535±10 Ma，)的瑪積雪山輝長(zhǎng)巖LREE虧損((La/Yb)<,N>=0.61)，高Ni(160 ppm)含量，Nb、Ta不虧損，顯示典型的MORB特征。而德爾尼閃長(zhǎng)巖(493±6 Ma)LREE富集((La/Yb)<,N>=52.64)，Ni含量(18ppm)低，Nb、Ta顯著虧損，顯示典型的IAB的特征，因此其年齡指示了古洋殼消減的時(shí)代。上述蛇綠混雜巖的定年結(jié)果與已報(bào)道的布青山早古生代蛇綠巖共同表明東

13、昆南構(gòu)造帶存在不同于“勉-略”構(gòu)造帶的晚新元古代-早古生代演化歷史。 3 蛇綠巖變質(zhì)過程中元素Pb的引入及對(duì)Pb同位素組成的影響——對(duì)“印度洋MORB型同位素特征”起源的制約特提斯蛇綠巖的Pb同位素組成被用于判斷印度洋地幔特殊的同位素組成是否繼承自特提斯洋地幔，而我們首次明確指出MOR型蛇綠巖樣品中存在Pb的正異常有可能影響Pb同位素對(duì)其地幔源區(qū)的示蹤效果。為查明引起MOR型蛇綠巖Pb正異常的原因，本文對(duì)比樣品采用不同預(yù)處理方法

14、(酸淋洗與未淋洗)和不同測(cè)試方法(ICP-MS與同位素稀釋法)分析所得元素Pb含量的差異，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致蛇綠巖樣品元素Pb正異常的因素是：①ICP-MS分析流程的高本底Pb；②地表作用過程中樣品表面吸附的Pb；③變質(zhì)流體作用引入的Pb。 樣品的Nb/Pb(指示流體活動(dòng)強(qiáng)度的指標(biāo))與δPb(指示Pb正異常程度的指標(biāo))負(fù)相關(guān)，表明MOR型蛇綠巖樣品中的過量Pb與蛇綠巖構(gòu)造侵位過程或其后變質(zhì)流體的活動(dòng)有關(guān)，蛇綠巖樣品的實(shí)測(cè)Pb同位素組成是變

15、質(zhì)流體和未改造MORB相混合的結(jié)果。因此，本文只選擇那些具有最小δPb的樣品來(lái)進(jìn)行蛇綠巖地幔源區(qū)的Pb同位素示蹤。按照這種方法，重新分析獲得的中國(guó)西部原特提斯、古特提斯和新特提斯洋MOR型蛇綠巖樣品同位素?cái)?shù)據(jù)，顯示“印度洋MORB型同位素特征”大體上繼承自特提斯洋地幔，這與前人的論斷一致；但同時(shí)發(fā)現(xiàn)印度洋相比古特提斯洋，其地幔源區(qū)具有相對(duì)低的ε<,Nd>和高的<'206>Pb/<'204>Pb值，推測(cè)與古特提斯洋關(guān)閉過程中地殼物質(zhì)再循環(huán)

16、進(jìn)入地幔有關(guān)。 4 西秦嶺與“祁-柴-昆”地區(qū)對(duì)中國(guó)東、西部晚古生代-中生代大陸碰撞構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)——年代學(xué)記錄陸-陸斜向碰撞構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致平行活動(dòng)陸緣的大型走滑斷裂。清水新城糜棱巖化英安巖樣品中黑云母<'40>Ar/<'39>Ar坪年齡355.2±2.6 Ma，指示了“陳家河斷裂”走滑運(yùn)動(dòng)時(shí)代。武山北李家河剖面花崗質(zhì)糜棱巖樣品的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為951±13 Ma，表明原巖花崗巖形成于新元古代；而白云母<'40>

17、Ar/<'39>Ar坪年齡226.8±2.2 Ma代表了這-花崗巖發(fā)生糜棱巖化作用的時(shí)代，表明“天水-武山斷裂”在這一時(shí)期發(fā)生走滑運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)構(gòu)造年齡分別與“商-丹洋”和“勉-略洋”的閉合時(shí)代一致，表明這些陸緣斷裂的走滑運(yùn)動(dòng)是華北陸塊，北秦嶺微陸塊、南秦嶺微陸塊及華南陸塊碰撞拼合作用的結(jié)果。因此，355Ma指示了南秦嶺與北秦嶺斜向碰撞的時(shí)代，而227Ma指示了華南與南秦嶺斜向碰撞的時(shí)代。對(duì)于沒有超高壓變質(zhì)巖出露的縫合帶，本文觀察到的陸緣