皖南新元古代巖漿巖同位素年代學和地球化學研究.pdf

1、皖南地區(qū)位于江南造山帶東端，揚子板塊東南緣。對該地區(qū)新元古代巖漿巖的研究不僅對于認識新元古代華南陸塊的大地構(gòu)造演化具有重要意義，而且對于再造新元古代Rodinia超大陸聚合與裂解、地幔柱與裂谷巖漿活動都有重要意義。前人對該地區(qū)新元古代巖漿巖作了大量的研究工作，但仍有許多問題與爭議。本文主要研究對象為皖南新元古代花崗閃長巖(包括休寧、許村和歙縣巖體)、石耳山新元古代花崗巖和伏川基性-超基性巖。通過對各巖漿巖樣品進行鋯石微區(qū)U-Pb定年、全

2、巖主微量元素分析和Sr-Nd同位素分析以及礦物氧同位素分析，來探討皖南新元古代巖漿巖形成與演化的化學地球動力學過程。 LA-ICPMS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，皖南花崗閃長巖中存在兩個時代的巖漿鋯石，對應的U-Pb年齡分別為821±7Ma和881±9Ma，其中較老年齡的分析點多在鋯石核部。這些巖石以富Al2O3為特點，為典型的過鋁花崗巖；其全巖δ18O值高達11.1～13.6‰，顯示了突出的殼源S型花崗巖的特點。但是，這些巖石的

3、εNd(t)值為-2.06～0.02，初始87Sr/86Sr比值為0.7033～0.7087，指示其巖漿源區(qū)含有顯著的初生地殼組分，類似于I型花崗巖的特點。石英、鋯石、石榴石等氧同位素封閉溫度高的礦物保存了巖漿結(jié)晶時的δ18O值，而鉀長石、斜長石等礦物在巖漿冷卻中經(jīng)受不同程度地中低溫熱液蝕變。根據(jù)這些巖石的同位素年代學和地球化學特征，我們將U-Pb年齡881±9Ma左右的鋯石解釋為繼承來源，而年齡821±7Ma的鋯石解釋為同巖漿成因。因

4、此在約900～880Ma，在揚子板塊東南緣的皖南地區(qū)出現(xiàn)過大規(guī)模的幔源巖漿活動。這些新生巖漿巖很快遭受風化沉積作用后，形成低成熟度的沉積巖。大約825Ma熱事件(地幔超柱活動?)使巖石圈地幔及其上覆地殼加熱，導致拉伸加厚地殼內(nèi)部的富水沉積巖重熔形成典型S型花崗巖。在花崗巖漿冷卻過程中，出現(xiàn)的是中低溫熱液蝕變而不是高溫超固相熱液蝕變，指示皖南花崗閃長巖體形成于大陸邊緣前裂谷期而不是裂谷活動高峰期。前裂谷期階段軟流圈地幔物質(zhì)上涌提供了充分的

5、熱源引起地殼加厚部位巖石部分熔融，因此由這種年青沉積物重熔所形成的花崗閃長巖兼具S型花崗巖和初生地殼的巖石學和地球化學特點，從而見證了初生地殼的短周期再循環(huán)。 LA-ICPMS和SHRIMP鋯石U-Pb定年表明，石耳山花崗巖中存在兩個時代的巖漿鋯石，對應的U-Pb年齡分別為777±9Ma和827±15Ma。總體上石耳山花崗巖的特征為高SiO2(74.7～78.5％)、高K2O含量(3.99％～5.64％)和高K2O/Na2O比值

6、(1.5～3.0)，以及很低的基性組分∑TiO2+FeO+MgO含量(1.2％～3.0％)，顯示為高度演化的地殼物質(zhì)。樣品具有LREE富集的右傾模式和強烈的Eu負異常(Eu/Eu*=0.2～0.4)。全巖εNd(t)值為-0.53～+0.72，指示其巖漿源區(qū)含有顯著的虧損地幔組分。樣品的鋯石δ18O值為2.4～7.1‰，石英值為1.88～9.27‰，指示石耳山花崗巖為低δ18O值巖漿巖；較大δ18O值變化范圍，說明其成因與高溫超固相熱液

7、蝕變作用有關(guān)。其余礦物與鋯石相比，大多數(shù)表現(xiàn)出很大的δ18O值變化范圍，表明經(jīng)歷了不同程度的高溫熱液蝕變。根據(jù)這些巖石的同位素年代學和地球化學特征，我們將U-Pb年齡827±15Ma的鋯石解釋為繼承來源，而將年齡777±9Ma的鋯石解釋為同巖漿成因。約825Ma熱事件(地幔超柱活動?)使巖石圈地幔及其上覆地殼加熱，導致拉伸加厚地殼內(nèi)部的初生地殼重熔形成巖漿巖。隨著裂谷的快速打開，約780Ma幔源巖漿沿裂谷帶上涌，同期噴發(fā)了大量的火山巖，

8、而裂谷帶內(nèi)約827±15Ma的巖漿巖重熔形成了石耳山花崗巖。巖漿帶來的熱啟動了中上地殼裂谷帶高溫熱液蝕變，石耳山花崗巖也經(jīng)受了不同程度的高溫水-巖交換，形成不同低δ18O值的花崗巖。較老的繼承鋯石大多被熔融，大量形成的為約777Ma結(jié)晶的巖漿鋯石。形成石耳山花崗巖的初生地殼至少經(jīng)歷了二階段部分熔融成巖過程，因而具有高硅、高鉀和低基性組分等高度演化的地殼物質(zhì)特征。 LA-ICPMS和SHRIMP鋯石U-Pb定年表明，皖南伏川輝長巖

9、中存在三個時代的巖漿鋯石，對應的U-Pb年齡分別為891±13Ma、826±4Ma和764±10Ma。橄欖巖、輝長巖和細碧巖樣品均具有低含量的TiO2(＜1.0％)和P2O5(＜0.2％)，相對虧損Nb和Ta，并且細碧巖微量元素特征類似于弧后玄武巖，表明其巖漿源區(qū)類似于弧后盆地環(huán)境。全巖化學分析燒失量高達2.98～12.78％，表明這些巖石經(jīng)受過強烈的熱液蝕變。全巖εNd(t)值為-2.22～+5.72，反映了不同程度的殼幔混合作用。輝

10、長巖中鋯石δ18O值為4.86‰，略低于正常地幔鋯石值5.3±0.3‰；橄欖巖和輝長巖中造巖礦物δ18O值為0.82～4.32‰，表明巖石遭受了亞固相高溫熱液蝕變。根據(jù)這些巖石的同位素年代學和地球化學特征，結(jié)合區(qū)域新元古代巖漿活動記錄，我們解釋伏川基性-超基性巖不屬于蛇綠巖套，其形成年齡為826±4Ma，對應于前裂谷期雙峰式巖漿活動，在764±10Ma受到同裂谷期巖漿活動的影響而發(fā)生熱液蝕變。因此，伏川基性-超基性巖的形成和演化與約82

11、5Ma起始的華南地幔超柱事件和Rodinia超大陸裂解有關(guān)，類似于弧后裂谷巖漿作用的產(chǎn)物。 由此，我們可以得出皖南地區(qū)新元古代時期由島弧環(huán)境向板內(nèi)裂谷環(huán)境轉(zhuǎn)變的古造山帶大地構(gòu)造演化，其地球動力學機制概括如下：(1)約1000～880Ma，華夏板塊與揚子板塊之間處于洋殼俯沖階段，對應于Rodinia超大陸聚合。洋殼俯沖過程中伴隨著大規(guī)模的島弧巖漿活動，導致四堡期島弧型巖漿巖在揚子板塊東南緣廣泛發(fā)育。在俯沖帶環(huán)境，島弧巖漿巖形成后可

12、能就遭受到快速風化沉積作用，這些島弧碎屑沉積物與同期巖漿巖一起沿著大陸邊緣形成初生地殼；(2)約860～830Ma，華夏板塊與揚子板塊之間的消減拼合結(jié)束，由島弧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘堅錾驮焐綆?gòu)造環(huán)境；(3)約825Ma前裂谷期，幔源物質(zhì)上涌(地幔超柱?)對造山帶下伏巖石圈地幔及其上覆加厚地殼加熱。加厚地殼內(nèi)新元古代早期初生地殼部分熔融形成高δ18O巖漿，并形成大量晉寧期S型巖漿巖，包括皖南新元古代花崗閃長巖和井潭組火山巖。造山帶下伏初生巖石

13、圈地幔部分熔融形成伏川基性-超基性巖。由于該初生巖石圈地幔為經(jīng)過流體交代的地幔楔，伏川基性-超基性巖的形成環(huán)境類似于弧后盆地環(huán)境，因而該套巖石具有類似于弧后盆地蛇綠巖的巖石學和元素地球化學特點。在此拉張型環(huán)境中，皖南新元古代花崗閃長巖內(nèi)部流體活動導致中低溫熱液蝕變；(4)約780Ma地幔柱活動導致華南裂谷快速打開，這一事件也很可能導致了Rodinia超大陸的裂解。幔源巖漿沿裂谷帶上涌，啟動了中上地殼裂谷帶高溫熱液循環(huán)，使得裂谷帶內(nèi)巖石發(fā)