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大别-苏鲁超高压造山带内广泛分布有大量的高压/超高压变质岩石,其原岩性质、岩石成因、形成构造环境及其在深俯冲过程中对上地幔特征影响的研究都还存在着比较大的争议,而这些争议的解决都需要更多变质岩原岩研究成果的支持。本论文选择苏鲁造山带东北部荣成超高压地体内的片麻岩进行岩石地球化学、同位素地球化学和锆石年代学分析,用以研究变质岩的原岩性质、岩石成因及其形成的构造环境,并进一步探讨扬子板块北缘中晚元古代岩浆活动的期次。
荣成片麻岩具有Nb、Ta、P和Ti负异常,较低的Sr/Y比值和较高的Ba/La、Ba/Nb、Ba/Zr比值,多显示显生宙岩浆弧的地球化学特征。该特征和700~80.Ma的原岩年龄及1.92~2.21 Ga的平均地壳生成年龄共同指示荣成地体归属于扬子板块。LREE富集,HREE配分型式平坦,轻、重稀土分异程度中等,弱的Eu负异常和正异常,表明片麻岩原岩岩浆的残留体以角闪石为主,原岩岩浆多来源于中下地壳(26~33 km)。
按照全岩εnd(t)和锆石εHf(t)值的大小,荣成片麻岩可以划分为三类。I类片麻岩具有最高的εnd(t)和εHf(t)值,变化范围分别为-6~-3和-2.9~13.4,表明该类片麻岩原岩形成时有亏损地幔或新生地壳物质的明显加入,壳-幔相互作用与岩浆混合形成了该类片麻岩的原岩。II类片麻岩具有中等的εNd(t)和εHf(t)值,变化范围分别为-9~-7和-15.8~-1.4,对应有相对较高的TDM2(Nd)(1.99~2.31 Ga)和TDM2(Hf)(1.76~2.67 Ga),表明该类片麻岩原岩主要是古元古代地壳物质部分熔融作用的产物。III类片麻岩具有最小的εnd(t)(-15~-10)和εHf(t)(-18.6~-14.8)值,对应有最大的TDm2(Nd)(2.47~2.64 Ga)和TDM2(Hf)(2.6~2.84 Ga),表明该类片麻岩原岩是太古代陆壳物质重熔作用的产物,也证明荣成地体存在有太古代的古老基底。地球化学特征上三类片麻岩也有一定的差别,从I类至III类片麻岩稀土元素和微量元素含量逐渐降低,锆石饱和温度也逐渐降低。相对于II类和III类片麻岩,I类片麻岩显示出更多伸展构造环境作用下的地球化学特征,该特征受源区的影响相对较小,能够更好地指示荣成片麻岩原岩形成于伸展的裂谷构造环境当中,该观点也得到了报道的榴辉岩和辉长岩研究成果的支持。
统计结果表明荣成片麻岩原岩形成年龄存在~728 Ma和~783 Ma两个峰值,峰值之间相差50 Ma左右。扬子板块北缘普遍存在的~750 Ma岩浆活动在荣成片麻岩内却几乎没有显示,这说明扬子板块北缘晚元古代岩浆活动不是一期持续的岩浆作用过程,而可能是三期岩浆活动的结果。