东喜马拉雅构造结东缘构造—岩浆事件及其地球动力学意义

【摘要】青藏高原的形成演化经历了原特提斯洋演化、古特提斯洋演化、新特提斯洋演化和印度-欧亚大陆碰撞等多个阶段的地质事件。这些地质事件均伴随着强烈的岩浆活动。新特提斯洋壳俯冲和印度-欧亚大陆碰撞导致青藏高原南部的拉萨地块广泛发育中-新生代岩浆岩。这些岩浆岩对于研究新特提斯洋演化、青藏高原隆升和地壳增厚等地球动力学过程具有重要的科学意义。本文选择东喜马拉雅构造结东缘的墨脱构造-岩浆岩带内的花岗岩类及其中的基性包体和脉体为研究对象,对它们进行了野外地质观察、岩相学、锆石U-Pb年代学、主量元素和微量元素、Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素组成的综合研究,结合前人对拉萨地块内相关花岗岩的研究成果,探讨了这些花岗岩类和基性侵入岩的岩石成因和拉萨地块东部地区的构造演化历史及地球动力学过程。本文获得了以下几点主要认识：1.获得了墨脱构造-岩浆岩带内16件花岗岩类样品和4件基性侵入体的LA-ICPMS锆石U-Pb年龄数据,年龄结果分布于164-24Ma之间,进一步确立了东喜马拉雅构造结地区中-新生代岩浆活动的年代学格架。根据锆石U-Pb年龄数据、全岩主量元素-微量元素、全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素组成特征以及早期文献关于冈底斯岩浆作用阶段的划分方案,本文将墨脱构造-岩浆岩带的岩浆活动分为4个阶段：(1)164-125Ma,(2)-83Ma,(3)71-45Ma,和(4)30-24Ma。2.中侏罗世-早白垩世花岗岩类Si02变化范围为61.53-71.44wt.%,为准铝质-弱过铝质,具有高K20(K20/Na20=1.02-1.67)的特征,属于高钾钙碱性-钾玄岩系列。中侏罗世-早白垩世所有花岗岩类样品均显示富集大离子亲石元素,相对亏损高场强元素。球粒陨石标准化的稀土元素配分图中轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,有弱的负铕异常。中侏罗世-早白垩世花岗岩类具有较高的初始(87Sr/86Sr)t比值(0.7104-0.7189),εNd(t)值为-8.6到-15.5,Nd同位素两阶段模式年龄(T2DM)为1.6-2.2Ga,锆石Hf同位素组成显示εHf(t)值分别为-15.0±0.4、-16.2±0.4、-17.0±0.6,Hf同位素模式年龄(TDMc)变化于2.1-2.4Ga之间。这些Sr-Nd-Hf同位素数据特征基本一致,表明中侏罗世-早白垩世花岗岩类的岩浆源区均为中元古代地壳物质。本文研究结果认为墨脱中侏罗世岩浆作用可能为新特提斯洋板片向北俯冲的早期产物,并且新特提斯洋壳板片向北持续俯冲形成墨脱晚侏罗世-早白垩世花岗岩类。3.拉萨地块东部地区在早白垩世-晚白垩世期间经历了强烈的地壳增厚过程。同时,研究区同期的岩浆活动总体上呈现向东北方向迁移。根据这两个地质学特征,作者认为在早白垩世时期,拉萨地块东部地区新特提斯洋壳发生低角度俯冲,其时限大约为125-95Ma。4.波隆贡晚白垩世花岗岩类Si02含量为62.55-70.02wt.%,富含K20(K20/Na2O0.90-1.14,表现为弱过铝质,高钾钙碱性岩石特征。样品具有高Sr(917-1372ppm),低Y(7.5-22.1ppm),高Sr/Y(62-122)的特征,显示埃达克质的地球化学特征。该期花岗岩显示明显富集大离子亲石元素,亏损高场强元素的特征,轻重稀土分异明显((La/Yb)N=45-129),样品具有弱的负铕异常。波隆贡晚白垩世埃达克质岩石具有较亏损的Sr-Nd同位素组成和锆石Hf同位素组成。Sr-Nd-Hf同位素都共同证明了新生物质对波隆贡晚白垩世埃达克质岩石的源区贡献明显高于对中侏罗世-早白垩世花岗岩类的源区贡献。晚白垩世花岗岩的主量元素和微量元素数据表明其具有相对较高的MgO含量(1.15-2.61wt.%),高Cr(16.6-51.9ppm)、Ni(9.6-29.4ppm)含量,表明该期埃达克质岩石可能是拆沉下地壳熔融的产物。本次研究根据晚白垩世-始新世花岗岩类Sr/Y比值和Sr-Nd同位素组成的整体性变化,认为研究区在晚白垩世(-83-71Ma)发生了加厚的岛弧根拆沉事件。5.始新世花岗岩类Si02含量变化较大,均为准铝质-弱过铝质,高钾钙碱性-钾玄岩系列。该期花岗岩类具有相似的微量元素分布模式,都相对亏损高场强元素,富集大离子亲石元素,显示出岛弧钙碱性岩浆岩的特征。该期花岗岩类富集轻稀土,亏损重稀土,轻重稀土分异较为明显。相对于52K花岗岩和背崩花岗岩,美日岩体具有较低的Rb、Ba、Th、U、Zr、Hf及LREE含量,表明其源区新生地壳物质贡献较大。古新世-始新世基性包体和脉体的Si02含量为44.60-57.60wt.%,A12O3含量为17.19-20.86wt.%,MgO含量为1.85-5.38wt.%,属于中钾钙碱性-高钾钙碱性系列。在元素原始地幔标准化的蛛网图中,基性岩显示相对富集大离子亲石元素,亏损高场强元素的特征。这些特征显示该期岩石显示高铝玄武岩和玄武质安山岩的地球化学特征。研究区古新世-始新世爆发强烈的岩浆活动,东喜马拉雅构造结地区的下地壳以及岩石圈地幔均发生了大规模的部分熔融,分别形成了上述的花岗岩类和基性岩类。本文研究结果表明在墨脱构造-岩浆岩带内,古新世-始新世花岗岩类和基性侵入体的时空分布都显示北边老(-70Ma)、南边年轻(-50-45Ma)的趋势。这种趋势与冈底斯岩基的年龄变化可以很好地相对比。因此,本文认为在拉萨地块东部地区,新特提斯洋壳在古新世-始新世期间也发生了板片回转过程。其南部的墨脱地区存在的大量始新世(-50Ma)基性包体和脉体暗示了俯冲的新特提斯洋壳可能在此时发生断离作用。6.渐新世弱过铝质二云母花岗岩具有较高的SiO2、K2O含量,相对较低的A12O3(13.3-15.8wt.%)和MgO含量(0.16-1.58wt.%,Mg#=26-48),属于高钾钙碱性岩石。地球化学数据显示东喜马拉雅构造结二云母花岗岩显示高Sr、低Y,高Sr/Y的特征,与冈底斯带中部中新世高Sr/Y型花岗岩显示相似的地球化学特征。渐新世二云母花岗岩类的全岩Sr-Nd同位素数据表明它们显示富集特征,但是显示较大的变化范围,表明其岩浆源区可能具有组成成分不均一性的特征。达木二云母花岗岩和波密二云母花岗岩的(87Sr/86Sr)t变化于0.7063到0.7207,εNd(t)变化于-11.9到-5.9,其岩浆源区可能主要为该地区地壳基底中的变碎屑岩。相反,背崩二云母花岗岩和波隆贡二云母花岗岩显示较低的(87Sr/86Sr)t比值(0.7059-0.7080)和较高的εNd(t)比值(-4.4至+1.5),其岩浆源区可能主要为墨脱地区中-新生代中-酸性侵入岩基底。总体来说,靠近南部的渐新世花岗岩类的岩浆源区中新生地壳物质贡献更大,而源区成熟地壳物质的贡献显示向北逐渐增强。综合本文的年代学研究结果和已发表的年龄数据显示该期岩石呈现两个年龄变化趋势：(1)在东喜马拉雅构造结的东缘和西缘,年龄由南到北变年轻；(2)在冈底斯岩基内部,年龄由东到西变年轻。本文认为这两个年龄变化是由俯冲的印度岩石圈发生穿时断离所引起的。7.东喜马拉雅构造结东缘的墨脱构造-岩浆岩带的前寒武结晶基底可能是中拉萨地块的东延部分,但是其中-新生代岩浆活动属于南拉萨地块的东延部分。本文的地球动力学背景分析显示拉萨地块东部地区的中-新生代构造演化与拉萨地块中部地区相似：新特提斯洋壳俯冲沿南拉萨地块中-东部地区近同时开始于晚三叠世-早侏罗世,最终闭合可能发生在55Ma左右,同时,在拉萨地块内部新特提斯洋壳在白垩纪时期发生低角度俯冲可能是一个发育较为广泛的地质过程。南拉萨地块中-东部地区地质演化最明显的不同发生在晚白垩世。本文的研究表明在拉萨地块东部地区晚白垩世可能发生了洋中脊俯冲、低角度俯冲和加厚地壳拆沉等一系列复杂的地球动力学过程。我们认为造成这种横向上差异的根本原因在于拉萨地块东部地区在新特提斯洋壳俯冲开始之前就存在正常的大陆地壳,而中部地区在此时还是洋内岛弧环境(地壳厚度较小)。在早白垩世(～125-95Ma)洋壳低角度俯冲过程中,东部地区地壳进一步加厚形成榴辉岩根,而中部地区并没有产生这种变化。拉萨地块东部地区的榴辉岩根在晚白垩世早期强烈的热扰动的影响下发生结构性弱化,并最终发生拆沉作用,使原来较为古老的物质被后来的新生物质所替换。8.锆石Hf同位素可能暗示了拉萨地块内部中-新生代三种不同的地壳演化模式：趋势1显示在南拉萨地块中部地区晚三叠世-古新世花岗岩类的锆石Hf同位素接近于地幔演化线,均显示非常亏损的特征,暗示这个过程中有大量的新生地壳物质加入,而在印度-欧亚大陆碰撞过程中有明显的陆壳物质加入；趋势2显示中部的中-北拉萨地块和拉萨地块东部嘉黎断层以北地区具有相似的锆石Hf同位素特征,其早期岩浆主要是古老地壳物质重熔的产物,而到后期有明显的新生地壳物质加入；趋势3主要显示东喜马拉雅构造结地区中侏罗世-早白垩世花岗岩类的锆石εHf(t)约为-15至-20,而晚白垩世-始新世岩浆岩的锆石εHf(t)约为+10至-5。这些数据显示Hf同位素跃变特征。本文认为这种锆石Hf同位素跃变过程可能也是也是由晚白垩世地壳拆沉过程引起的。
【作者】潘发斌；
【导师】张宏飞；
【作者基本信息】中国地质大学，地球化学，2014，博士
【关键词】拉萨地块；东喜马拉雅构造结；花岗岩类；锆石U-Pb年代学；Hf同位素；

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