全吉地块元古代（变）沉积碎屑岩的成因和构造演化

【摘要】全吉地块夹持在柴达木北缘构造带和祁连构造带之间,是塔里木陆块东南缘微陆块群的重要成员之一。在整个微陆块群,全吉地块是一个具有克拉通性质的古陆块残片,具有变质基底和未变质盖层的典型二元地壳结构的微小陆块。全吉地块的基底自老到新由德令哈杂岩、古元古代达肯大坂岩群和中元古代万洞沟群组成,它们彼此之间呈构造接触；盖层由新元古代以来的火山-沉积岩岩层组成。自其克拉通性质被人们认识以来,全吉地块的组成、构造属性和早期地壳演化等基本地质科学问题日益受到关注。全吉地块基底和盖层都发育变质的或未变质的碎屑沉积岩,但主要发育在基底的达肯大坂岩群和盖层的全吉群砂岩系当中。这些变质的或未变质的碎屑沉积岩保存了全吉地块前寒武纪地壳演化和构造演化及其与中国克拉通早期演化关系的重要信息。然而,目前对该地块的研究还主要集中在厘定岩浆-变质-构造序列与时代等方面,而对于元古代(变质+未变质)沉积碎屑岩缺乏全面和深入的研究,部分内容仍有待系统展开。本文对全吉地块达肯大坂岩群的副片麻岩和全吉群的砂岩系开展了系统的地质学、岩相学、年代学和地球化学等研究,厘定了它们的岩石共生组合、分析了岩石的成因、碎屑物的物源区、源区组成和地壳生长与再造史、沉积盆地或物源区的构造环境,探讨了全吉地块在元古代时期的地壳演化、构造演化及其与中国境内其它克拉通演化关系,为探索我国三大陆块之间的早前寒武纪和全球超大陆的演化关系提供了重要约束。全吉地块基底达肯大坂岩群分上、下两个亚岩群。下亚岩群分布在地块东部的乌兰东呼德生山一带,上亚岩群分布在德令哈一带。乌兰地区副片麻岩系为达肯大坂下亚岩群的变质碎屑沉积岩系,其变质岩石主要有斜长片麻岩、变粒岩、浅粒岩和云母石英片岩,夹斜长角闪岩,局部大理岩等岩石,为一套片麻岩-云英片岩-大理岩变质建造,原岩建造为碎屑岩-碳酸盐岩建造,形成于2.32-2.24Ga之间。该副片麻岩系的稀土总量较高,稀土元素配分图显示LREE相对富集、HREE相对亏损、轻重稀土分馏明显(LaN/YbN=11-21)的右倾型模式,并具弱至中等的Eu负异常(δEuN=0.65～0.86),其微量元素特征与澳大利亚后太古宙页岩(PAAS)相同或相似。全岩Nd同位素εNd(t)=-2.06-+3.41,Nd模式年龄在2.70-2.81Ga之间。碎屑锆石Hf同位素εHf(t)=-10.2～9.5,TDM1=2.44-3.77Ga,TDM2=2.60-4.12Ga。全岩Nd和碎屑锆石Hf同位素组成显示物源区在-2.5-2.8Ga之间发生过地壳生长事件。碎屑锆石U-Pb年龄谱、锆石微量元素和全岩地球化学特征指示其物源区主要为2.37Ga和-2.46Ga的中酸性岩浆事件,而再循环物质中记录有～2.6Ga、～2.8Ga和-3.0Ga的岩浆事件,指示其源区组成以～2.37-2.39Ga和～2.47Ga的中酸性岩浆岩为主。碎屑物只经历了一次简单的风化、剥蚀、搬运和沉积过程,其物源区为近源的下伏德令哈杂岩花岗岩片麻岩。该花岗片麻岩的岩浆源区属于大陆岛弧或者活动大陆边缘的构造环境。德令哈副片麻岩系组成了达肯大坂岩群上亚岩群的绝大部分,其变质岩石类型包含石英岩、云母片岩、浅粒岩、变粒岩、片麻岩等。在一个南-北向剖面上,德令哈副片麻岩系自北而南可划分为北、中、南等3个岩性段。北岩性段为巨厚石英岩-石榴云母片岩岩段；中岩性段为(含石墨)石英片岩-变粒岩-浅粒岩岩段；南岩性段为含碳(石墨)云母石英片岩-矽线石榴黑云母石英片(麻)岩岩段。该副片麻岩系富含矽线石、蓝晶石、石榴子石和十字石等富Al矿物,经矿相镜下反射光鉴定确认该副片麻岩系普遍含有石墨矿物。主量元素特征显示德令哈副片麻岩总体富铝(Al203含量可达26%)、贫钙,为一套富Al富C的变质沉积碎屑岩,具有孔兹岩系变质建造的矿物学、岩石学和地球化学特征。因此,其原岩建造为一套富碳的长石石英砂岩-石英砂岩-砂质泥岩-泥岩建造。微量元素显示LREE相对富集、HREE平坦的右倾型模式(LaN/YbN=3-18)和中等Eu负异常(εEuN=0.32-0.84)的典型后太古宙沉积岩特征,与典型北美页岩组合和澳大利亚后太古宙页岩的微量元素特征相似。碎屑锆石U-Pb年龄谱中最小的年龄峰值和副片麻岩最早变质峰期年龄将德令哈副片麻岩系原岩的沉积年龄约束在2.17-1.92Ga之间。全岩Nd同位素εNd(t)=-5.93～-1.48,Nd模式年龄在2.51-2.92Ga之间。碎屑锆石Hf同位素εHf(t)=-8.6-+9.3,TDM1=2.36-2.78,TDM2=2.40-3.07。全岩Nd和碎屑锆石Hf同位素组成显示物源区在～2.5-2.8Ga之间发生过地壳生长事件。碎屑锆石U-Pb年龄谱、锆石微量元素和全岩地球化学特征指示其物源区主要组成为-2.38-2.45Ga和～2.2Ga的中酸性岩浆岩为主。-2.38-2.45Ga碎屑物也源于下伏德令哈杂岩,而～2.2Ga碎屑物的物源区可能为全吉地块以西的塔里木陆块东南缘的阿克塔什塔格一带,但不排除直接来自快速堆积的近源火山碎屑的可能性。-2.38-2.45Ga和～2.2Ga碎屑物源区的岩浆岩源区均属于大陆岛弧或者活动大陆边缘的构造环境,但已存资料无法限定沉积盆地的构造环境。然而据副片麻岩系中的2.1-1.84Ga斜长角闪岩透镜体原岩被认为形成于岛弧环境,因此该沉积盆地可能发育在与岛弧有关的构造环境。全吉群分布在全吉地块的中西部全吉山和欧龙布鲁克山一带。全吉山一带的全吉群自下而上为南华系麻黄沟组、枯柏木组和石英梁组砂岩,震旦系红藻山组、黑土坡组、红铁沟组和皱节山组。南华系地层皆为沉积碎屑岩,震旦系地层普遍发育碳酸盐岩。麻黄沟组砂岩主要为岩屑砂岩,枯柏木组砂岩主要有岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和燧石岩屑砂岩,石英梁组砂岩主要石英砂岩和燧石岩屑砂岩,少量长石燧石岩屑砂岩；红藻山组砂岩岩性为石英砂岩和燧石岩屑石英砂岩,皱节山组砂岩为石英砂岩岩屑砂岩。全吉群从底部到顶部,砂岩中的长石含量越来越少,SiO2含量也逐渐升高(从枯柏木组的77.65%升到石英梁组的86.09%,最后在红藻山组和皱节山组中其含量最高,达93.90-94.44%)；粘土填隙物也趋于降低,磨圆度趋于圆状,分选性趋好,反映砂岩的成分成熟度和结构成熟度越来越高。砂岩稀土元素配分图式总体显示LREE相对富集,HREE相对亏损,轻重稀土分馏(LaN/YbN=7-45)的右倾型式,微量元素显示Ba、Nb、Sr相对强烈亏损(或负异常),而Th、U、La、Ce、Pb和Zr、Hf相对富集(或正异常)的特征。碎屑锆石U-Pb年龄谱显示碎屑物源区存在复杂的古元古代热事件,包括～1.79Ga、～1.85Ga、～1.95Ga、～1.99Ga、～2.2Ga、～2.31Ga、～2.4Ga和～2.48Ga等时期的热事件,太古代热事件信息相当微弱。锆石Hf同位素组成指示碎屑物源区在～2.1-2.2Ga和～2.5-2.8Ga发生过重要的地壳生长事件。全吉群南华系砂岩的物源区主要源于中、东部基底德令哈杂岩和达肯大坂岩群上、下亚岩群,震旦系砂岩的物源来自全吉地块西部,如全吉山以西的鹰峰地区,以及可能包括更远的塔里木陆块东南缘。全吉群的沉积盆地是一个复合沉积盆地,是夭折了的三叉裂谷分支盆地,其演化过程与坳拉槽相似。全吉地块在元古代经历了相当复杂的构造演化史。全吉地块元古代(变)碎屑沉积岩中碎屑锆石U-Pb年龄谱显示明显的年龄峰和年龄槽,包括2.60-2.37Ga年龄峰、2.37-2.2Ga年龄槽和2.2-1.75Ga年龄峰。华北、塔里木和扬子陆块至今尚无公认曾经存在一个新太古代-古元古代之交的Kenorland超大陆,全吉地块也没发现2.60-2.37Ga的裂谷型双峰式岩浆岩套。因此,全吉地块2.60-2.37Ga事件可能与未知微陆块汇聚有关的岛弧或活动大陆边缘岩浆事件。大规模的后碰撞花岗岩侵位发生在2.39-2.37Ga,在构造静寂了150Myr(2.37-2.2Ga年龄槽)后,于2.2-1.75Ga之间,Columbia超大陆汇聚进入俯冲-增生-碰撞构造过程。因此,全吉地块新元古代—古元古代可能的构造演化序列可以描述如下：-2.6-2.4Ga全吉地块开始卷入了与未知微陆块汇聚有关的俯冲-增生造山过程,造山后大陆的伸展引发了～2.37-2.39Ga花岗岩体侵位和～2.41Ga的低压高温变质作用。2.2-1.80Ga期间首先发育～2.2Ga形成于岛弧环境的酸性岩浆事件,随后发育两期区域碰撞变质作用。-1.96-1.90Ga发生了第一期碰撞造山作用,全吉地块的-2.39-2.37Ga花岗片麻岩及古元古代副片麻岩系在碰撞过程中卷入造山带中。-1.85-1.82Ga期间伴随洋壳向西俯冲发生低P/T型角闪岩相变质作用,在弧后地区,随着局部构造拉张而发生镁铁质岩墙群侵位。随后,在～1.82-1.80Ga发生了第二期碰撞变质作用,镁铁质岩墙群发生中P-T型角闪岩相变质作用。在～1.80Ga发育了后造山成因的鹰峰环斑花岗岩。中元古代末—新元古代初全吉地块响应了全球Greenville造山事件,发生碰撞绿片岩相变质作用,全吉地块鹰峰地区基性岩脉的发育和形成于裂陷槽环境的全吉群共同响应了全球Roidina超大陆的裂解事件。塔里木陆块和华北陆块在太古代-古元古代时期的地壳和构造演化上相似,但与扬子陆块存在一定差别。全吉地块在～2.6-2.8Ga、～2.5Ga、～2.2-2.3Ga和～2.0Ga发生了重要的地壳生长事件,发育-2.4Ga和～2.2Ga的岩浆岩、2.17-1.92Ga的孔兹岩系,发生～1.96-1.90Ga和～1.85-1.80Ga两期变质事件,这些事件和岩石地质体都明显不同于扬子陆块,与塔里木陆块、华北陆块的中部陆块和西部陆块基底相似,表明具有相似的地质演化历史和亲缘性。在新元古代以来,全吉地块与塔里木和扬子陆块的最后克拉通化都发生在南华系。然而,全吉群底部未发育裂谷型火山岩或火山碎屑岩,其唯一的冰碛层(红铁沟组)仅相当于与塔里木陆块东北缘最上部的汉戈尔乔克组冰碛层相当,且与华北陆块南缘罗圈组冰碛层在层位和冰期特征等方面具有一定的可比性和相似性。这或许表明,震旦末期,全吉地块与华北陆块南缘和塔里木陆块东缘已经彼此接近。
【作者】张璐；
【导师】陈能松；
【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】全吉地块；元古代(变)沉积碎屑岩；源区和盆地环境；构造属性；前寒武纪构造演化；

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