华南早侏罗世岩浆岩时代、成因机制及其构造意义

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活动大陆边缘岩浆岩是了解深部地幔热状态,探求区域甚至全球构造事件的重要窗口。华南早侏罗世的岩石组合为双峰式火山岩和辉长岩-A型花岗岩+/-正长岩,它们呈近东西向分布于湘东南-赣南/粤北-闽西南地区,与大部分华南中生代岩浆岩平行于海岸线分布有异。虽然这套岩石组合被普遍认为在裂谷环境中形成,但裂谷的形成时间与形成机制依然存在较大争议。本文以赣南早侏罗世的双峰式火山岩和辉长岩-A型花岗岩+/-正长岩作为主要研究对象,通过系统的锆石U-Pb年代学、岩相学、矿物化学、元素地球化学和Sr-Nd同位素以及原位锆石Hf同位素分析,并结合前人的研究成果,探讨了早侏罗世岩浆岩的岩石成因,限制了华南早侏罗世的地幔热状态与部分熔融条件,以及侵入岩结晶的物理化学条件,并对华南早侏罗世构造演化提供制约。本论文获得主要进展如下:  (1)高精度SIMS和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明,赣南地区发育的双峰式火山岩和辉长岩-A-型花岗岩+/-正长岩的岩石组合形成于190-186 Ma,结合区域同期岩浆活动的高精度年龄,显示华南该期岩浆岩形成年龄在195-185Ma,属于早侏罗世。区域上该期岩浆事件持续时间在~10 Ma,盆地规模的双峰式火山岩的喷发持续时间小于5 Ma。  (2)华南早侏罗世双峰式火山岩的玄武岩属于拉斑质玄武岩,其中低演化程度的岩石具有高Nb/La(>0.9)、εNd(t)(≥+3.55)、和Nb/Th(>8),表明它们来自软流圈地幔物质的部分熔融。玄武岩Nb/La与Nb/Th、Th/Ta、Zr/Nb、εNd(t)具有良好相关性,说明它们受到岩石圈地幔和/或地壳的混染,但是Nb/U与SiO2/MgO、Nb/La与MgO没有相关性,表明地壳混染不占主导地位。稀土元素特征(如La、Dy、Yb)与Zn/Fe和Fe/Mn特征说明玄武岩的源区为含有石榴子石和尖晶石的橄榄岩源区。采用橄榄石添加法获得了玄武岩的原始岩浆,利用原始岩浆成分计算出华南早侏罗世玄武岩形成的地幔潜能温度(TP)约为1383~1407℃(平均1400℃),与正常MORB的TP高值相似;计算出熔融压力(Pf)为1.9~2.1 GPa,限制了华南早侏罗世岩石圈厚度小于70 km,这种地幔热状态和岩石圈厚度类似于北美盆岭省,而与来自核幔边界的地幔柱有明显的差异。双峰式火山岩的流纹岩具有典型的A-型花岗岩特征,它们的化学成分不同于玄武质岩石和沉积岩的实验熔体(如SiO2、FeO、CaO、Al2O3),而与结晶分异来源的峨眉山流纹岩与Parana流纹岩更为相似。通过Pele软件模拟结晶分异过程可知,在1060~950℃时Fe-Ti氧化物的大量结晶造成了SiO2的快速上升(从~53%变化到~68%),并因此形成Daly间隔。  (3)辉长岩-花岗岩+/-正长岩系列岩石中辉长岩与同时期玄武岩的地球化学特征相似,具较高的εNd(t)值(程龙:-0.8~+5.2,车步:-0.8~+2.3,霞岚:+1.7~+6.3),和高的Nb/La比值(程龙:1.25,车步:1.12,霞岚:1.77),表明它们与玄武岩一样来自于软流圈地幔的部分熔融。花岗岩都属于典型的A型花岗岩,它们的Nb/La最高为1.0,最高εNd(t)值为+1.2,表明有大量新生地壳物质的加入。在Sr-Zr和V-Zr图上,它们与流纹岩一样都落在结晶分异线上。因此,这些花岗岩更有可能是由同期基性岩浆的结晶分异加地壳物质混染形成,与同时期玄武岩/辉长岩比较,它们略微偏小的εNd(t)值(程龙:-1.64~-1.39,寨背:-6.55~+0.58,温公:-2.80~+1.20,陂头:-6.29~-5.35),表明受到较多古老地壳物质的混染。  (4)黄埠正长岩具有高K2O含量(4.22%~6.06%),与同时代塔背正长岩都属于典型的钾玄质岩石。它们可以分成正Eu异常和负Eu异常两种类型,前者SiO2<66%,富含斜长石;后者SiO2>66%,以钾长石为主。正长岩最高Nb/La为1.87,Nb/U为61,εNd(t)值为+5.15,表明源区与软流圈地幔有关;它们具有高钾、强烈Sr异常,以及高Rb/Sr、低Ba/Rb特征,表明源区可能存在金云母。在ISr-εNd(t)图解上,这些正长岩落入软流圈地幔熔体与岩石圈地幔熔体的混合线上,说明它们由上述两种熔体混合形成。这些正长岩Nb/La与Nb/U、Nb/Ta和εNd(t),以及SiO2-εNd(t)值都具有较好相关性,表明受到了地壳混染。δEu<1的正长岩具有更富集的Sr-Nd同位素,可能受到了更大比例的地壳混染。  (5)辉长岩角闪石-斜长石压力计获得的形成压力为4-6 Kbar,对应深度大约为12-20 km,角闪石和单斜辉石温度计获得的结晶温度在1160-900℃,表明发生结晶分异的岩浆房处于中上地壳部位,原始基性岩浆的温度不低于1160℃,辉长岩最终的结晶温度在~900℃。与典型层状岩体的对比可知,程龙与车步辉长岩可能位于基性岩浆房顶部,霞岚辉长岩包括了岩浆房的中下部。  (6)华南早侏罗世基性岩都具有板内玄武岩的地球化学特征,都来自软流圈地幔的部分熔融;酸性岩属于与伸展有关的A-型花岗岩,来自同期基性岩的结晶分异,上述表明华南早侏罗世岩浆岩形成于板内伸展环境。印支造山带的垮塌与早中生代平板俯冲洋壳的断裂和拆沉,可能是造成华南岩石圈减薄与软流圈上涌,并发生部分熔融的主要机制。
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