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祁连造山带是我国秦-祁-昆中央造山带的重要组成部分,该造山带具有复杂的构造演化历史。其中北祁连造山带被认为是一条早古生代俯冲-碰撞缝合带,目前对该造山带的研究主要集中北祁连西段,造山带东段的构造演化还缺乏较详细的探讨和制约。北祁连造山带东段花岗岩类广泛分布,东段构造-岩浆热事件的研究对探讨造山带东段的构造演化以及东、西段的构造差异具有重要科学意义。东段武威地区花岗岩分布广、岩石种类多样,成为研究上述问题的重要地区。
本文对北祁连造山带东段武威地区花岗岩类进行了调查研究,选取北大坂、莲花山、毛藏寺和黄羊河岩体并对其开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素地球化学综合研究,论文得出如下几点认识:
1.武威地区花岗岩类锆石LA-ICP-MS定年结果表明,北大坂弱变形的花岗闪长岩和片麻状二长花岗岩的年龄一致,均为469 Ma;莲花山花岗闪长岩的年龄为440 Ma;毛藏寺花岗闪长岩的年龄为424 Ma;黄羊河钾长花岗岩的年龄为402 Ma。
2.岩石学和同位素地球化学研究表明,北大坂弱变形的花岗闪长岩和片麻状二长花岗岩属于S型花岗岩,可能来自陆源变沉积岩类的部分熔融,从花岗闪长岩到二长花岗岩岩浆主要受控于Mg-Fe质矿物和斜长石的结晶分异作用;莲花山花岗闪长岩具有明显的埃达克质特征,岩浆来自于增厚新生下地壳的部分熔融;毛藏寺花岗闪长岩具有高Mg#-Cr-Ni特征,推断毛藏寺花岗闪长岩源岩为角闪岩相的基性下地壳变玄武质岩石,成岩过程中有少量幔源物质加入,其成因可能与北祁连洋洋壳的断离作用有关;黄羊河钾长花岗岩地球化学特征上与A型花岗岩的具有亲属性,主要来自陆壳长英质组分的部分熔融。
3.根据武威地区花岗岩类的成因,并结合已有研究结果,我们建议可将北祁连岩浆作用划分为如下4个期次:
(1)在469 Ma之前,北祁连洋的持续俯冲导致一系列弧火山及陆源岩浆作用;
(2)在469~440 Ma之间,中祁连微陆块与阿拉善板块碰撞,陆-陆或弧-陆碰撞使得地壳不断增厚;
(3)440 Ma之后,俯冲洋壳或陆壳开始折返抬升,造山带开始进入碰撞后阶段。由于之前俯冲的洋壳板片的脱水增重,洋壳板片可能最终在~430 Ma发生断离,板片的断离导致碰撞后岩浆峰期的形成;
(4)在晚期(~400 Ma),归因于幔源岩浆的底侵和软流圈地幔的隆升,地壳地热梯度不断增加,从而诱发陆壳物质,包括难熔组分等发生熔融形成偏碱性的黄羊河钾长花岗岩,晚期偏碱性岩石的形成标志北祁连造山带碰撞造山作用的结束。