秦嶺商-丹構造帶鎂鐵質、超鎂鐵質巖體研究及其地質意義.pdf

1、秦嶺商-丹構造帶是秦嶺造山帶的主縫合帶，研究該帶對于恢復秦嶺造山帶的形成及演化，以及如何理解揚子、華北兩大板塊的相互作用具有重要意義。本項研究選擇出露于北秦嶺南緣、商-丹構造帶沿線三個著名的鎂鐵質一超鎂鐵質巖體，即松樹溝超鎂鐵質巖體，拉雞廟雜巖體和四方臺鎂鐵質、超鎂鐵質雜巖體為研究對象，在野外地質調查的基礎上，通過巖石學、地球化學、PGE(鉑族元素)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和40Ar-39Ar年代學等研究工作，探討各巖體巖石

2、成因、演化機制和年代學信息，進而為探討秦嶺造山帶的構造演化以及揚子、華北兩大陸塊的相互作用模式提供巖石成因和年代學證據(jù)。主要取得以下主要進展： 1.地球化學和PGE研究表明，松樹溝純橄欖巖體是形成于殼一幔過渡帶的滲濾成因純橄欖巖體，代表大洋巖石圈殘片。主要證據(jù)：(1)地球化學特征顯示微量元素整體上明顯虧損，不相容元素(從Rb到Nb)和L,REE相對ItREE富集；純橄欖巖的PGE含量明顯低于方輝橄欖巖；(2)利用LA-ICP-M

3、S方法對純橄欖巖到方輝橄欖巖過渡帶橄欖石斑晶進行稀土元素分析。分析結果顯示，純橄欖巖中橄欖石斑晶的稀土元素含量明顯高于方輝橄欖巖中的橄欖石斑晶。與0man典型蛇綠巖的地幔橄欖巖對比研究，筆者認為該巖體是經(jīng)過熔體滲濾過程形成的純橄欖巖體。松樹溝超鎂鐵質巖體是蛇綠巖套的重要組成部分。 2.對松樹溝超鎂鐵質巖體的接觸變質帶(主為榴閃巖)及圍巖(主為斜長角閃巖)進行了研究，確定圍巖并不屬于蛇綠巖的組成部分。主要證據(jù)有：(1)接觸變質帶變

4、質成因鋯石定年結果為506 7.4Ma(LA.ICP-MS法)，且鋯石中包裹體的成分為長石，表明斜長角閃巖在巖體侵位前就存在了，已有研究證實斜長角閃巖原巖形成年齡為973Ma(Liu et a1.,2004)。(2)鋯石稀土元素分析表明，多數(shù)鋯石稀土元素含量較低且配分模式一致，基本不具有Eu異常；僅發(fā)現(xiàn)一粒鋯石的稀土整體上明顯具有富集特征，且具有明顯Eu負異常，表明這粒鋯石形成于石榴子石出現(xiàn)之前，其它鋯石則可能形成于石榴子石出現(xiàn)之后。說

5、明圍巖在超鎂鐵質巖體侵位之前就存在了。(3)松樹溝超鎂鐵質巖體變形簡單，而圍巖變形復雜，其變質變形特點更接近于秦嶺群變質雜巖。 3.松樹溝超鎂鐵質巖體接觸變質帶巖石地球化學研究。沿垂直接觸變質帶方向，對14個榴閃巖和斜長角閃巖進行了主、微量元素分析。樣品主量元素含量穩(wěn)定。而稀土元素含量從接觸帶內側到外側逐步升高，表明松樹溝巖體在“熱”侵位過程中，大洋巖石圈地幔流體對圍巖進行了強烈改造，使圍巖稀土部分丟失。近年來對大洋深海鉆探深部

6、所得的強變質改造的巖塊研究證實，由于地幔流體對巖石的改造，稀土元素出現(xiàn)了明顯丟失(Sparks et a1.，1995；Bach et a1.，1996，1998)。 4.沿松樹溝超鎂鐵質巖體接觸變質帶垂直接觸帶的方向，對采集的四個樣品(最外側一個是斜長角閃巖，其它均為榴閃巖)進行了角閃石40Ar-39Ar年代學研究，由內到外，年齡分別為：逐漸變大。其中最靠近巖體的樣品約370Ma，跟侵位時代之間相差約130Ma，表明超鎂鐵質巖

7、體侵位后經(jīng)歷了緩慢的冷卻過程，有可能是巖體侵位后，并沒有立即出現(xiàn)真正意義上的地表抬升。 5.拉雞廟輝長巖體具有LREE富集特征，低TiO2含量(通常小于0.5％)，A/CKN值普遍大于1.1，顯示拉雞廟巖體具有下地殼巖石的特征，Nb和Nb/Ta的極度虧損也證實了這一點。拉雞廟巖體表現(xiàn)出Nb、Ta、Zr、Hf、Ti相對虧損，同時Nb/Ta-Lu/Hf沒有相關性，Nb/Ta-Zr/Hf具有很好的正相關性，說明在成巖過程中，沒有受流體

8、影響，而主要是受部分熔融控制的。而且拉雞廟巖體的Nb極度虧損，Nb/Ta最大值也小于平均地殼比值，顯然不存在大量殼.幔物質交換的可能。我們初步研究認為，拉雞廟巖體是秦嶺洋閉和板塊碰撞以后，俯沖板片斷離，擾動軟流圈，引發(fā)下地殼部分熔融，導致下地殼與軟流圈物質共熔，生成這種具有下地殼巖漿特征的輝長巖和蘇長輝長巖。普遍的Eu的正異常，是長石結晶造成的，表明該巖體成巖過程中受到堆晶作用影響。 6.通過對拉雞廟輝長巖體中占主體的輝長巖中鋯石進行L

9、A-ICP-MS微區(qū)U-Pb同位素測定，結合鋯石CL圖像獲得422±6.8Ma的成巖年齡，和973±60Ma的捕獲鋯石年齡?？紤]到拉雞廟巖體成因具有殼源特征，該成巖年齡代表該地區(qū)商丹洋閉合的下限。973±60Ma(9個點在898Ma-1083Ma之間)的捕獲鋯石年齡，指示了與Grenvillian(～1.3-1.0Ga)(Dalziel，1991；Hoffinan，1991；Moores 1991；Keppie，2001)造山帶時代基本

10、一致的早期構造事件。 7.地球化學研究表明，四方臺雜巖體各種組成巖石的平均SiO2含量在45％-54％之間，在AFM圖中則顯示出鈣堿性系列和拉斑系列共存的特征。全巖地球化學特征與普通幔源巖相比富集REE，尤其富集LREE，具有明顯的Rb、Th、Nb、P、Zr的負異常和Ba、Pb、K、Sm的正異常。輝長巖是該巖體的主體，灰黑色，中粒，地球化學特征顯示其經(jīng)歷殼一幔物質交換。與典型島弧輝長巖對比研究，具有Rb、Th的負異常，結合特殊的

11、巖石組合和緊鄰商-丹斷裂的地質特征，認為四方臺鎂鐵一超鎂鐵質雜巖體，可能是沿商-丹帶發(fā)生俯沖板塊斷離或者山根拆沉，擾動軟流圈，發(fā)生下地殼部分熔融和殼一幔物質交換形成的。普遍的Eu正異常表明成巖過程中受到斜長石堆晶作用的影響。 8.對四方臺雜巖體中輝長巖鋯石進行LA-ICP-MS微區(qū)定年研究，獲得巖體的成巖時代為460±29Ma.獲得的32個測點可明顯的分為4個時段，即：(1)400-500Ma (n=4)； (2)700-900

12、Ma (n=2)； (3)1800-2600Ma(n=20)； (4)2700-2918Ma(n=4)?？赡芊謩e代表了北秦嶺造山帶不同地質時期的構造.巖漿事件的時代信息。其中400-500Ma與北秦嶺地區(qū)表現(xiàn)強烈的加里東運動時限一致，而700-900Ma則可能與830,-740Ma中國中西部地區(qū)響應積極的造成Rodinia超大陸裂解的地幔柱(Li et a1.，2003)活動有關。 9.出露于北秦嶺南緣商丹構造帶內的三個鎂鐵質.

13、超鎂鐵質巖體研究表明：(1)松樹溝超鎂鐵質巖體代表俯沖的大洋巖石圈殘片，由于該巖體長軸方向與商丹斷裂有20-30 的夾角，表明早期大洋的俯沖是北北東向的，侵位年齡為～500-510Ma；(2)拉雞廟雜巖體成巖年齡為～422Ma，其西邊的四方臺雜巖體成巖時代為～460Ma，也代表了各自地區(qū)商丹洋的閉合時限。(3)近年來對出露于商丹構造帶西段的天水關子鎮(zhèn)鎂鐵、超鎂鐵質巖體定年結果發(fā)現(xiàn)，在“古島弧成因的下海子輝長巖”中獲得鋯石SHRIMP年齡

14、為489±10Ma(李曙光等，2006)，董云鵬等(2006)在關子鎮(zhèn)輝長巖中獲得的LA-ICP-MS鋯石年齡為475±4.6Ma.表明關子鎮(zhèn)蛇綠巖代表的洋殼在早奧陶世發(fā)生俯沖作用。因此，本次研究的3個鎂鐵質-超鎂鐵質巖體，以及天水關子鎮(zhèn)巖體，共同記錄了古生代從商丹洋的俯沖到陸一陸碰撞過程。綜合以上從西--東幾個商丹構造帶內鎂鐵質、超鎂鐵質雜巖的定年結果，顯然，秦嶺洋閉合導致的(華北)陸-陸(揚子)碰撞，是先在西部發(fā)生的，而在東部發(fā)生的