东昆仑造山带东段古特提斯域花岗岩类时空分布、岩石成因及其地质意义

【摘要】东昆仑造山带是青藏高原北部的巨型花岗岩浆岩带,主体为古特提斯域Ⅰ型花岗岩类,是研究造山带Ⅰ型花岗岩成因和探究造山带陆壳生长演化的天然实验室。本文以东昆仑造山带东段古特提斯域花岗岩类为主要研究对象,以典型辉长岩类为辅助研究对象,通过野外地质学、岩石学、矿物学、地球化学和年代学等综合分析,查明东昆仑东段古特提斯花岗岩类的岩石类型和时空分布,弄清造山带Ⅰ型花岗岩的岩石成因与动力学背景,探究东昆仑造山带陆壳生长与演化的机制。结合岩浆岩、地层及古生物等多学科资料,探究东昆仑古特提斯构造演化模型。通过系统的岩相学、矿物化学、锆石U-Pb年代学、元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素的综合分析,本文取得了如下主要结论：(1)通过岩石学与年代学的综合研究,全面系统的厘定了研究区晚古生代-早中生代花岗岩类的时空分布规律。东昆仑东段古特提斯域花岗岩浆活动变化于270-185Ma,峰期年龄为252、240和226Ma,各类侵入岩的发育情况符合安第斯型造山带特征,即(辉长岩+闪长岩)：(花岗闪长岩+英云闪长岩)：(花岗岩+淡色花岗岩)=12：60：28；空间上,古特提斯域花岗岩的分布具有北多南少的规律,昆北地体与昆南地体的花岗岩类面积比约7：3;时间上,三叠纪花岗岩类最发育,约占研究区显生宙侵入岩的48%,二叠纪花岗岩类约占18%,侏罗纪岩浆岩最少；整体上,中晚二叠世岩浆作用多分布在昆南地体,而早中三叠世花岗岩类则大多分布在昆北地体,中三叠世之后的岩浆作用则全区均有分布。(2)野外地质和岩相学的研究表明,研究区花岗岩类的岩性以闪长岩、英云闪长岩和花岗闪长岩为主,二长花岗岩和钾长花岗岩次之。根据岩石的岩性及暗色微粒包体的发育情况,可以将其划分为三个阶段,其中,第一阶段为二叠纪-早三叠世花岗岩类(270～238Ma),岩石以闪长岩-英云闪长岩-花岗闪长岩为主,富含暗色微粒包体,同期镁铁质岩浆岩发育。第二阶段为中三叠世富硅花岗岩(238-230Ma),岩性以花岗斑岩-二长花岗岩-钾长花岗岩为主,不含或含极少暗色微粒包体,同期镁铁质岩浆罕见。第三阶段为晚三叠世-早侏罗世花岗岩类(230-185Ma),岩性以(斑状或似斑状)闪长岩-花岗闪长岩为主,岩体富含暗色微粒包体,同期镁铁质岩浆发育。(3)主量元素、微量元素、Sr-Nd-Hf同位素及岩石成因分析表明,研究区不同阶段的花岗岩类具有不同的岩石类型与成因。第一阶段花岗岩类为普通钙碱性-高钾钙碱性准铝质Ⅰ型花岗岩,岩石具有高Mg#(41～49)和低Rb/Sr(0.02～0.45)特征,εNd(t)=-6.5～-4.8,(87Sr/86Sr)i=0.70807～0.70887,εHf(t)=-9.00～-0.75(平均值为-3.70),其中,花岗闪长岩类主要起源于下地壳中元古代变基性岩等基底岩石熔融,源区受到幔源玄武质岩浆影响,而石英闪长岩和包体主要起源于岩浆混合作用,其基性端元主要为富集地幔,酸性单元为下地壳,是壳幔不同比例混合的产物。第二阶段为高分异型高钾钙碱性弱过铝质Ⅰ型花岗岩,岩石具有低Mg(19～39)和高Rb/Sr(0.40～10.83)特征,εNd(t)=-7.8～-4.8,(87Sr/86Sr)i=0.70865～0.71340,εHf(t)=-6.89～-3.90,主要起源于中元古代下地壳长英质杂砂岩类的部分熔融,岩浆经历了长石、黑云母、独居石和钛铁矿等矿物的分离结晶作用,形成了典型高分异Ⅰ型花岗岩特征,而部分同源岩浆则快速上升冷凝,在地壳浅部形成了花岗斑岩。第三阶段为高钾钙碱性准铝质埃达克质Ⅰ型花岗岩,岩石具有高Sr、低Yb和Y特征,其中,早期正常埃达克岩类起源于加厚下地壳的熔融,岩浆过程中没有明显的壳幔作用(223～225Ma,Sr=444～666ppm,Yb=0.85～1.23ppm,Y=9.7～13.2ppm,εHf(t)=-3.41～-1.10),晚期高Mg#埃达克岩则经历了显著的壳幔混合作用,形成同位素较亏损的高Mg#埃达克岩(209～212Ma,Sr=462～880ppm,Yb=0.73～1.42ppm,Y=9.1～16.2ppm,εHf(t)=1.81～4.04).(4)典型镁铁质-长英质杂岩体(白日其利岩体)的研究表明,花岗岩类、镁铁质岩石和包体具有相似的结晶年龄,均集中在250Ma左右。其中,辉长岩类主要分为两类,A类为堆晶成因的斜长岩、橄榄辉长岩和角闪辉长岩,具有较高的Mg#(69～79)、较低的REE总量和极高的正Eu异常(∑REE=1.85～18.46ppm,δEu=1.24～5.33),B类为脉状细粒角闪辉长岩,具有中等的Mg#(48～68)、较高的REE总量和较弱的Eu异常(∑REE=26.16～178.99ppm,平均6Eu=0.91)。B类辉长岩的La/Sm值为1.26～3.96,Sm/Yb值为1.45～2.43,主要起源于富集地幔的低度部分熔融。地幔源区的富集过程受板片俯冲控制,俯冲洋壳携带的沉积物与MORB型地幔物质发生机械混合,混合比例为1：1～2：3,该混合源区在流体等交代作用下发生部分熔融,从而形成了具有岛弧印迹和富集Sr-Nd-Hf同位素组成的基性岩浆。同期的二长花岗岩则起源于中元古代下地壳变基性岩类的部分熔融,源区无明显地幔物质贡献。英云闪长岩、花岗闪长岩和包体是壳幔不同比例混合的产物,其基性端元为起源于富集地幔的镁铁质岩浆,酸性单元为起源于古老下地壳的长英质岩浆。(5)岩相学和矿物学资料表明包体是岩浆混合作用的标志性产物。岩相学上,包体具有典型的不平衡矿物结构,例如斜长石大斑晶、瞳状石英、斜长石和角闪石相互包裹、针状磷灰石等结构,反映两个不平衡的岩浆体系的相互作用。矿物学上,包体中斜长石具有两组截然不同的成分,例如,白日其利包体中斜长石具有拉长石(An=49～61)和钙长石(An=80～92)两类,此外,角闪石具有变化的镁质(Mg#=47～62),可以分为镁普通角闪石和铁普通角闪石,分别对应辉长岩类和花岗闪长岩类中的角闪石。元素地球化学和模拟研究表明,包体起源于富集地幔岩浆与花岗质岩浆的不同比例混合,形成了矿物组合、岩石结构和化学成分多样的包体。(6)岩浆底侵-壳幔混合模型是东昆仑造山带大规模Ⅰ型花岗岩浆成因的主要机制。玄武质岩浆底侵下地壳,不仅为其熔融作用提供了充足的热源,更为壳幔混合提供了足够的物质贡献,还为花岗质岩浆的上升侵位提供了驱动力。玄武岩浆底侵促使下地壳不断熔融,形成花岗质熔体。而底侵的玄武质岩浆则会以注入等形式与花岗质熔体接触,随着花岗质岩浆的冷凝结晶作用,壳幔作用的形式与程度也发生着变化,在不同阶段具有不同的岩石学响应,从而形成零星包体、包体群、同深成岩墙、平直岩墙群等不同形式的镁铁质岩石。研究区发育多期次的基性岩墙群则表明,岩浆底侵-壳幔混合作用贯穿整个东昆仑晚古生代-早中生代古特提斯造山事件。(7)古老岩石圈的重熔是东昆仑晚古生代-早中生代陆壳生长演化的重要方式。该机制与冈底斯和中亚造山带陆壳生长的方式显著不同,后者存在大量新生物质的直接贡献,但东昆仑没有显著的亏损地幔物质贡献,辉长岩类具有富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,εNd(t)=-6.0～-3.9,(87Sr/86Sr)i=0.71002～0.71148,εHf(t)=-2.37～2.77,而花岗岩类具有较大变化范围的同位素组成,其εNd(t)=.7.8～-.1.7,(87Sr/86Sr)i=0.70804～0.71414,εHf(t)=-9.0～3.04,表明其陆壳演化主要是古老地壳与富集地幔不同程度熔融和不同比例混合的结果。(8)综合分析岩浆岩及其他地质资料,修正了东昆仑古特提斯构造演化模型,提出：东昆仑阿尼玛卿古特提斯大洋于中三叠世闭合,二叠纪-早三叠世花岗岩类及辉长岩类形成于俯冲环境,俯冲洋壳携带的沉积物在地幔械深度与MORB型地幔发生混合,并在流体交代下发生部分熔融,熔融产生的镁铁质岩浆底侵东昆仑古老下地壳,并发生广泛的壳幔作用,产生了大量高钾钙碱性闪长岩-花岗闪长岩等俯冲性质Ⅰ型花岗岩类,同期发育岛弧性质辉长岩类：而中三叠世时期,洋盆闭合,地体开始碰撞,深部的玄武质岩浆仍然为下地壳提供热源,促使下地壳上部的长英质杂砂岩类发生熔融,形成了第二阶段的高Si高Rb/Sr的Ⅰ型花岗岩；晚三叠世开始,深俯冲的洋壳发生断离,东昆仑造山带处于碰撞后伸展环境,深部地幔岩浆上涌,再次底侵至已经加厚的下地壳底部,促使加厚地壳发生熔融,伴随着壳幔作用的进行,形成了高钾钙碱性高Mg#埃达克质Ⅰ型花岗岩及同期的OIB型辉长岩类。
【作者】熊富浩；
【导师】马昌前；
【作者基本信息】中国地质大学，矿物学、岩石学、矿床学，2014，博士
【关键词】东昆仑造山带；Ⅰ型花岗岩；时空分布；岩石成因；壳幔作用；构造演化；

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