桐柏—大别造山带高压单元岩石地球化学特征及其地质意义

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangfuliangez
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论文以目前研究程度相对较低的桐柏-大别造山带高压单元岩石的地球化学特征为主要研究内容,重点讨论了高压单元岩石间的相互关系以及高压单元面理化花岗岩的成因,同时还根据最新获得的高压单元岩石Pb同位素资料对原有的桐柏-火别造山带Pb同位素三维地球化学结构进行了修正和完善,并对东秦岭超高压变质带的构造归属进行了Pb同位素地球化学约束,以期从高压单元岩石地球化学特征的角度对上述研究中存在的不足和分歧做出相应补充,并提出新的认识。概括起来主要得出以下几点认识: 一、获得了一套桐柏-大别造山带高压单元各主要岩类元素和同位素组成的较系统可靠的第一手地球化学数据,深化了桐柏-大别造山带高压单元的地球化学研究程度。 在充分野外调研和岩相学观察的基础上,选取了高压单元代表性岩石榴辉岩、钠长绿帘角闪岩、白云钠长片麻岩和面理化花岗岩样品近50件进行了配套的主量元素、微量元素和Pb-Sr-Nd同位素分析,其中样品的粉碎以及微量元素和Pb-Sr-Nd同位素数据的测定主要由作者自己动手完成,并在不同实验室或用不同实验方法对分析结果进行了检验。论文所得出的实验结果是准确可信的。 二、初步探讨了高压单元岩石间的相互关系,认为Ⅰ型榴辉岩和Ⅱ型榴辉岩具有不同的原岩性质,Ⅱ型榴辉岩、钠长绿帘角闪岩和白云钠长片麻之间存在退变质的演化关系,而面理化花岗岩的形成与高压变质岩系没有直接关系。 三、对高压单元面理化花岗岩形成的岩浆源区和构造背景进行了地球化学研究,指出高压单元面理化花岗岩与超高压单元面理化花岗岩是同源同期岩浆演化的产物,它们同为A型花岗岩,形成于230Ma~210Ma的碰撞后伸展构造环境,其岩浆来源于超高压变质岩系岩石快速折返过程中的减压退变质、混合岩化和部分融熔作用。 高压单元面理化花岗岩和超高压单元面理化花岗岩具有非常相似的地球化学特征,它们总体具有高硅、富碱,低Al、Ti,贫Ca、Mg,富含高场强元素Nb、Ta、zr、Hf、Y,贫过渡族金属元素Sc、V、Co等A型花岗岩的地球化学特征。它们在Ga/A1对各元素成因判别图解和(Zr+Nb+Ce+Y)~(K<,2>O+Na<,2>O)/CaO、(Zr+Nb+Ce+Y)~FeO*/MgO成因判别图解上也主要落在 A 型花岗岩的范围内。元素地球化学特征以及Pearce构造判别图解、Maniar和Piccoli构造判别图解初步表明它们形成于碰撞后构造环境。它们还具有相似的Pb同位素、Rb-sr同位素、Sm-Nd同位素组成以及T<,2DM>值,其中高压单元面理化花岗岩的I<,sr>值、ε Nd(230)值和T<,2DM>值分别为0.71193~0.85011、-15.21~2.52和1.23~2.07Ga,而超高压单元面理化花岗岩的l<,sr>值、εNd(230)值和T<,2DM>值分别为0.70812~0.82199、-14~-1和1.34~2.09Ga。这些相似的地球化学特征初步表明,高压单元面理化花岗岩和超高压单元面理化花岗岩是同源同期岩浆演化的产物,它们之间的主要区别是:从超高压单元面理化花岗岩到高压单元面理化花岗岩,负Eu异常增强,Rb/Sr比值和氧逸度增高,岩石由相对富Ca、Mg、Na向相对贫Ca、Mg、富K方向演化,表明高压单元面理化花岗岩的岩浆演化程度高于超高压单元面理化花岗岩。 同位素岩浆源区示踪结果表明,高压单元面理化花岗岩、超高压单元面理化花岗岩和超高压变质岩系岩石具有相似的Pb同位素、Sm-Nd同位素组成范围和T<,2DM>值,这进一步说明高压单元面理化花岗岩和超高压单元面理化花岗岩具有相同或相近的岩浆源区,它们共同的岩浆源区应与超高压变质岩系岩石有关,而与大别核部杂岩、桐柏杂岩及高压变质岩系岩石没有直接关系。结合野外观察及超高压单元面理化花岗岩的地质学、同位素年代学和地球化学研究结果,推测高压单元面理化花岗岩应形成于230Ma~210Ma的碰撞后伸展构造环境,其岩浆物质来源于超高压变质岩系岩石快速折返至中、下地壳过程中,在板块断离或软流圈物质上涌等作用所提供的热动力驱动下的减压退变质、混合岩化和部分熔融作用,Pb同位素三维地球化学结构的研究证实了这一推测的合理性。 四、建立和完善了桐柏一大别造山带Pb同位素三维地球化学结构,证明东大别、西大别和桐柏地区的高压变质岩系是统一的构造岩石单元,它们在地壳结构垂向剖面上所处的构造层次高于超高压变质岩系;通过对东秦岭官坡超高压变质岩片岩石Pb同位素组成的研究,证明它向东不能与大别超高压变相连。 在广泛收集桐柏一大别造山带各基底、超高压单元、北淮阳变质岩系和侵入于以上各构造岩石单元的白垩纪花岗岩类的Pb同位素资料基础上,结合论文获得的高压单元岩石和东秦岭官坡超高压岩片岩石的Pb同位素结果,对原有的桐柏一大别造山带Pb同位素三维地球化学结构图进行了修改和完善,并对东秦岭官坡超高压变质岩片的构造归属进行了地球化学约束,得到以下认识: (一)新的桐柏一大别造山带Pb同位素地球化学结构平面图将高压单元和超高压单元区分开来,并勾画出了高压单元与大别核部杂岩、桐柏杂岩、超高压单元、绿帘蓝片岩单元和北淮阳变质岩系的界线,同时对超高压单元岩石(<206>pb/<204>Pb)130Ma值的上限和北淮阳变质岩系岩石(<206>pb/<204>Pb)<,130Ma>值的下限进行了修正,得到超高压单元岩石(<206>pb/<204>Pb)<,130Ma>值的变化区间主要为17.4~17.8,高压变质岩系岩石主体为17.8~18.2,北淮阳变质岩系岩石主体为>18.2的结果。论文还根据桐柏地区和大别地区高压变质岩系岩石主量元素、微量元素和Pb-Sr-Nd同位素组成一致的特征,结合野外区域追索和观察工作,认为桐柏地区和东大别、西大别地区的高压单元是可以相连的,它们应属于同一构造岩石单元。 (二)在桐柏—大别造山带晓天—磨子潭断裂一线以南块体的地球化学垂向构造剖面中,从下部岩系到上部岩系,放射性成因Pb同位素组成表现为增高趋势,Pb同位素组成的这种规律性变化在识别不同构造岩石单元在地壳垂向结构中的上、下层次关系时是非常有效的。高压变质岩系岩石放射成因Pb同位素组成总体高于超高压单元岩石、大别核部杂岩和桐柏杂岩,所以在桐柏—大别造山带地壳垂向剖面中,高压变质岩石系所处的构造层次应在超高压单元之上,这与前人区域构造分析所得出的地壳结构模型非常吻合。 (三)东秦岭秦岭岩群和二郎坪岩群Pb同位素组成明显不同于大别超高压变质带,它们分别属于两个不同的构造块体。东秦岭官坡超高压变质岩片的Pb同位素组成为:<’206>Pb/<204>Pb=18.089~18.772,<207>Pb/<204>Pb=15.571~15.631,<208>Pb/<204>Pb=38.299~38.829,与秦岭岩群和二郎坪岩群一致,而明显高于大别超高压变质岩。同时东秦岭官坡超高压变质带与大别超高压变质带分别形成于早古生代和三叠纪,并且分别位于商丹断裂带北南两侧并沿造山带近平行延展,在时间上和空间上都不可能相连,因此,东秦岭官坡超高压变质带与大别超高压变质带应是两个不同的构造带,在中央造山带内至少发育有两条超高压变质带。 以上研究所得出的认识是初步的和探索性的,关于高压单元面理化花岗岩岩浆结晶年龄的同位素年代学工作、桐柏—大别造山带Pb同位素地球化学结构的进一步完善、东秦岭官坡超高压变质岩片的继续研究以及如何更好地发掘利用所得到的高压单元岩石地球化学资料等问题都是今后的研究工作中要重视的问题。
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