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华夏陆块位于华南板块东南部,其广泛出露的前寒武纪变质基底主要分布在武夷-云开一带。本文以武夷-云开一带前寒武纪变质基底中出露的一些变火成岩(斜长角闪岩、变火山岩、基性岩和花岗片麻岩)为研究对象,在野外地质考察、岩相学观察的基础上,通过详细的年代学、系统的主微量元素、Nd-Hf-Os同位素地球化学综合研究,探讨其岩石成因,并结合区域地质资料,进一步探讨岩石形成的构造背景,为华夏陆块前寒武纪地质演化及其与Rodinia超大陆关系提供全新的资料。取得的主要成果及认识如下:
⑴华夏陆块北缘武夷地区出露于八都群(麻源群)中的泉坑、田后以及邱源岩体主要为片麻状花岗岩,下际岩体为块状二长花岗岩,玉岩岩体为含石榴石黑云片麻岩。主微量元素研究表明下际二长花岗岩、泉坑片麻状花岗岩和玉岩含石榴黑云花岗岩具有S型花岗岩的地球化学特征,如高SiO2、 K2O和Rb含量、高铝饱和指数(A/CNK=1.03-1.42)和Rb/Sr比值、低Sr, REE和镁铁质元素(如Mg,Fe,Ti,Mn和其他过渡族金属元素),这些岩体分别获得U-Pb锆石年龄为:下际岩体(1873~1894Ma)、泉坑岩体(1857~1888Ma)和玉岩岩体(1827~1896Ma),同时还存在有大量的继承锆石(2036-2551Ma)。而田后和邱源岩体的地球化学特征显示其为A2型花岗岩,如低SiO2、铝饱和指数(A/CNK=0.84-1.02)、高Ga/Al、FeOt/(FeOt+MgO)、Rb/Nb和Y/Nb比值,富HFSE(Zr、Nb、Ce、Y),锆石饱和温度为830~854℃。锆石U-Pb定年结果显示邱源岩体和田后岩体的形成年龄分别为(1827~1857Ma)和(~1816Ma)。华夏陆块北缘S型和A型花岗岩的地球化学特征说明它们的成岩环境是大陆板内(裂谷)环境,而不是以往所认为的“古元古代造山带”。该地区古元古代地壳增生事件应该与全球Columbia超大陆演化有关,大量的1.82~1.89Ga锆石可能记录的正是Columbia超大陆聚合向裂解转折的信息。
⑵福建建宁天井坪地区斜长角闪岩共进行了两种不同的高精度U-Pb分析测试(LA-ICPMS和SHRIMP),分别获得(1863±17)Ma和(1863±41)Ma的加权平均年龄,两者年龄结果完全一致,同时获得该样品的变质年龄约为425-436Ma,说明北武夷山地区古元古代斜长角闪岩的结晶年龄为~1.85Ga,后期在425-436Ma左右经历了一次变质事件。根据所有斜长角闪岩样品的微量元素和稀土元素地球化学特征显示华夏古陆古元古代斜长角闪岩具有板内玄武岩的特征,与该区域S型和A型花岗岩(1.82~1.89Ga)几乎是同时形成的,进一步说明1.82~1.89Ga是华夏陆块北缘板内裂谷作用初始阶段。
⑶武夷-云开地区前寒武纪基底中变基性岩(变火山岩、斜长角闪岩和变辉长岩)及基性-超基性岩的精细年代学研究确证了华夏陆块中-新元古代晋宁早期(~0.97Ga)火成岩的存在,这些变基性岩的U-Pb年龄为969-978Ma,Hf模式年龄为0.94-1.40Ga。这些样品属于亚碱性玄武岩,根据其不同地球化学特征划分为四组。第一组样品具有低Nb含量(1.24-4.33ppm),高εNd(t)值(+4.3-+5.2),稀土配分模式和微量蛛网图与N-MORB类似;第二组样品Nb含量从3.13ppm变化到6.48ppm,显示E-MORB玄武岩地球化学特征;第三组样品Nb/La比值为0.60-1.40,Nb/U比值为5.0-83.0,Nb含量为7.18-29.87ppm,εNd(t)值为+2.9-7.0,其地球化学特征显示为富Nb玄武岩;第四组样品轻重稀土高度分异,重稀土分离,εNd(t)值为+2.3-5.6,该微量元素蛛网图与弧火山岩类似。第一组样品源区显示混有弧岩浆物质的N-MORB特征;第二组样品源区显示俯冲流体成分参与的E-MORB特征,可能为弧后盆地构造背景;第三组富Nb玄武岩是年轻俯冲板片熔体交代地幔楔物质后熔融的产物;第四组样品是俯冲板片流体交代地幔楔物质后熔融的产物,以上这些地球化学特征和年代学特征表明华夏陆块沿着武夷-云开地区发育一个早新元古代(~970-910Ma)的弧盆构造体系。
⑷综合早新元古代(0.97Ga)基性岩的地球化学数据和年代学资料以及扬子板块东缘和北缘汇聚带中~1000-750Ma年龄,推测华南新元古代的构造模型可能是:在~0.98-0.91Ga,南极洲Prince Charles造山带向东华夏地区俯冲拼贴,此时在武夷-云开地区和双溪坞地区发育弧盆构造体系;在~910-880Ma,东华夏地区继续向西华夏地区俯冲拼贴,此时武夷-云开地区和双溪坞地区弧后盆地先后关闭;在~830-800Ma,华夏板块和扬子板块沿着江南造山带拼贴导致江南弧后弧盆地关闭,最后形成整个华南陆块。而且此时华南陆块应位于Rodinia超大陆的边缘,处于澳大利亚板块和印度板块之间。