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东喜马拉雅构造结西缘构造—岩浆事件及其地球动力学意义

作　者: 郭亮
导　师: 张宏飞
学　校: 中国地质大学
专　业: 地球化学
关键词: 拉萨地块东喜马拉雅构造结林芝杂岩锆石U-Pb年代学 Hf同位素
分类号: P542
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

南拉萨地块(狭义上的冈底斯带)出露的花岗岩类和火山岩形成于新特提斯洋板片向北俯冲以及随后印度-欧亚板块的碰撞阶段。近年来,随着测试技术的提高,大批高质量的锆石U-Pb年代学资料陆续报道,基本建立了南拉萨地块内岩浆岩的年代学格架。这些研究主要集中在南拉萨地块的中部,然而对于这些岩浆岩在东西走向上变化研究相对较少,并且很少有关于南拉萨地块变质作用的研究。本文以东喜马拉雅构造结西缘(南拉萨地块东段)出露的花岗岩类和高级变质基底林芝杂岩为研究对象,通过对其进行详细的野外地质观察、岩相学研究、全岩主量-微量元素、Sr-Nd同位素、锆石U-Pb定年和Hf同位素组成研究,讨论了东喜马拉雅构造结西缘出露的花岗岩类和变质岩的岩石成因,通过与南拉萨地块中部对比,进一步揭示了南拉萨地块东段的构造热演化历史。本研究获得的主要认识如下：1. LA-ICP MS锆石U-Pb定年结果显示,东喜马拉雅构造结西缘出露花岗岩类形成于～165Ma、90～80Ma、66～48Ma和26～22Ma四个阶段,与南拉萨地块中部的冈底斯岩基岩浆活动时间基本一致。2.中侏罗世(～165Ma)片麻状花岗岩的锆石εHf(t)值为+1.4～+3.5,低于南拉萨地块中部同时期的冈底斯岩基,反映其岩浆主要来自于地壳物质的部分熔融,但不排除有少量地幔物质的贡献,与新特提斯洋板片向北俯冲有关。晚白垩世(90～80Ma)花岗岩类岩浆源区多样,其中～83Ma花岗闪长质片麻岩的锆石εHf(t)值为+7.3～+10.7,反映其原岩岩浆来自新生地壳物质的部分熔融。～81Ma的含榴黑云母花岗岩中的锆石含大量继承锆石,且锆石Hf同位素组成变化较大,εHf(t)值为-0.9～+6.2,可能为源自新生地壳和古老地壳物质部分熔融产生的岩浆发生岩浆混合作用的产物。～80Ma的卧龙岩体具有埃达克质岩石的特征,Sr-Nd-Hf同位素组成显示其岩浆主要源自新生地壳物质的部分熔融,同时混染了少量古老地壳物质(林芝杂岩)。结合区域上存在同时期的高温变质作用,该埃达克质岩石可能为新特提斯洋中脊俯冲导致增厚下地壳发生熔融的产物。晚白垩世-始新世(66～48Ma)花岗岩类岩石成因复杂,其中～66Ma的花岗岩具有埃达克岩的特征,锆石εHf(t)值为-3.8-1.3,为新特提斯洋板片回转导致增厚下地壳发生部分熔融的结果。古新世(～61Ma)花岗岩经历强烈的构造变形和变质作用,锆石ε种)值为+5.4～+8.0,反映其岩浆来自新生地壳物质的部分熔融。两河口岩体(～49Ma)和始新世花岗岩捕虏体(～50Ma)都具有埃达克质岩石的特征,它们的初始(87Sr/86Sr)i=0.706939～0.708162,εNd(t)为-6.7～-4.3,锆石εHf(t)值为-11.8～-0.2。Sr-Nd-Hf同位素组成显示,它们主要源自林芝杂岩的部分熔融,同时有新生地壳物质的加入。天坡龙岩体(～53Ma)不具有埃达克质岩石的特征,锆石εHf(t)值为+5.3～+7.7,反映其岩浆主要源自新生地壳物质的部分熔融。始新世花岗岩类的形成可能与新特提斯洋板片的断离作用有关。板片断离导致软流圈地幔上涌并加热上覆地壳,使地壳不同深度的岩石发生部分熔融,由加厚的下地壳发生部分熔融形成埃达克质岩石,由较浅部地壳物质发生部分熔融形成非埃达克质岩石。渐-中新世(26～22Ma)花岗岩类都具有埃达克质岩石的特征,Sr-Nd-Hf同位素组成反映其主要源自林芝杂岩的部分熔融,同时混染了少量的新生地壳物质,为印度板块的断离作用导致增厚的拉萨地块下地壳发生部分熔融的结果。3.对林芝杂岩麻粒岩相变质单元中的含榴斜长角闪岩和不纯大理岩进行了详细研究。含榴斜长角闪岩的峰期变质矿物组合为石榴子石+斜方辉石+高Ti角闪石+斜长石+石英+金红石,退变质矿物组合为斜长石+低Ti角闪石+石英+金红石。峰期矿物组合中的石榴子石、石英和角闪石中含有大量的针状金红石出溶体,指示其经历了高温变质作用。利用石英中Ti含量(TitaniQ)温度计获得含榴斜长角闪岩峰期变质温度为803-924℃。全岩主量-微量元素、Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素组成显示含榴斜长角闪岩的原岩为亚碱性岛弧玄武岩。锆石U-Pb定年结果显示其原岩岩浆结晶年龄为89.3±0.6Ma,变质年龄为81.1±0.8Ma。不纯大理岩中的碎屑岩浆锆石的年龄为86～167Ma,变质年龄为81.4±0.5Ma。碎屑岩浆锆石的年龄分布和Hf同位素组成与南拉萨地块侏罗纪-白垩纪花岗岩类的年龄分布和Hf同位素组成相似,反映其原岩碎屑物源主要来自冈底斯岩浆弧,沉积环境为弧前盆地。南拉萨地块东部的弧前盆地和岛弧岩浆岩同时在～81Ma发生高温麻粒岩相变质,说明弧前盆地有异常高的热量输入。结合区域上存在同期埃达克质岩石,本文认为晚白垩世高温麻粒岩相变质作用与新特提斯洋中脊俯冲有关。4.林芝杂岩中地壳深熔作用发育,多期长英质岩脉间的穿插关系反映林芝杂岩经历了多期地壳深熔作用。对四个代表性的露头中的混合岩的淡色体和长英质岩脉进行了锆石U-Pb定年和Hf同位素组成研究。结果显示林芝杂岩主要经历了65～63Ma、50～48Ma和30～25Ma三期地壳深熔事件。脉体中的继承锆石的年龄分布和锆石Hf同位素组成反映其母岩主要为林芝杂岩中的变沉积岩和片麻状花岗岩,少部分为古老的基性地壳物质。同时区域上还发育与三期深熔事件相对应的变质事件。这三期变质-深熔事件与南拉萨地块古-中新世冈底斯岩浆活动在时间上是耦合的。本文认为65～63Ma、50～48Ma和30-25Ma深熔-变质事件分别与新特提斯洋板片的回转、断离和印度板块断离所诱发的地幔热扰动有关。5.对林芝杂岩中不同层位的变沉积岩类进行了碎屑锆石U-Pb年代学研究。在林芝杂岩下段,石英云母片岩和变质粉砂岩互层产出,并被变流纹岩所覆盖。石英云母片岩和变质粉砂岩中的碎屑锆石主要存在1000～1250Ma和1400～1800Ma两个年龄群,其中最年轻的碎屑锆石的谐和年龄为1006±51Ma,变流纹岩的原岩年龄为507±4Ma,因此林芝杂岩下段变沉积岩的原岩沉积年龄为1006～507Ma之间。这些变沉积岩明显不同于同时期的特提斯喜马拉雅和高喜马拉雅地层中的碎屑锆石年龄分布特征,而与澳大利亚板块西部碎屑岩类的碎屑锆石年龄分布特征相似,因此支持拉萨地块在古生代时位于澳大利亚北缘的观点。林芝杂岩中段和上段变沉积岩形成于234～165Ma之间,碎屑锆石主要存在330～370Ma、450～650Ma、1000～1250Ma和1400～1800Ma四个年龄群,其物源主要来自拉萨地块本身,其中大量330-370Ma碎屑锆石反映拉萨地块内存在强烈的泥盆纪-石炭纪岩浆活动。6.全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素组成显示,东构造结西缘出露的花岗岩类的岩浆主要源自古老(0.9～1.5Ga)地壳物质的部分熔融,明显不同于南拉萨地块中部的花岗岩类,反映东构造结西缘南拉萨地块存在中元古代地壳基底。南拉萨地块中部与东部花岗岩类在Sr-Nd-Hf同位素组成上的差异,反映了在印度-欧亚板块汇聚过程中,南拉萨地块中部以地壳生长为主,而东部则以地壳物质再循环为主。7.南拉萨地块中部和东部具有相似的构造热演化历史。中侏罗世-晚白垩世(165～80Ma)时,新特提斯洋板片向北俯冲于南拉萨地块之下,在俯冲带之上发育岛弧岩浆作用。-80Ma时,新特提斯洋中脊发生俯冲,并导致弧前盆地和岛弧地区都发生了高温麻粒岩相变质作用,同时导致底侵的新生玄武质下地壳发生部分熔融形成埃达克质岩浆。由于俯冲的洋壳是年轻的,且具有高的温度和低的密度,因此具有较大的浮力,俯冲板片将从正常角度俯冲转为平板俯冲。68～40Ma时,俯冲板片发生回转作用,岛弧岩浆作用重新开始启动。同时在板片回转的拖拽力下,软流圈地幔顺着板块回转的方向注入,导致上覆地壳发生变质和深熔作用。在～50Ma时,俯冲的特提斯洋壳发生断离,导致地壳不同尺度的岩石发生了变质和深熔作用,增厚下地壳发生部分熔融形成埃达克质岩石。渐-中新世(26～22Ma)时,持续俯冲的印度板块发生断离,导致早期加厚的南拉萨地块下地壳发生部分熔融形成埃达克质岩。

全文目录

作者简介  5-7
摘要  7-10
ABSTRACT  10-17
第一章前言  17-23
  §1.1 选题依据及研究意义  17-19
  §1.2 研究现状及存在问题  19-21
    1.2.1 研究现状  19-20
    1.2.2 存在问题  20-21
  §1.3 研究目标及内容  21-22
    1.3.1 研究目标  21
    1.3.2 研究内容  21-22
  §1.4 实际工作量  22-23
第二章区域地质背景  23-29
  §2.1 拉萨地块地质概况  23-25
  §2.2 东喜马拉雅构造结地质概况  25-29
    2.2.1 构造单元划分及各自地质特征  25-27
    2.2.2 东喜马拉雅构造结地区的印度-欧亚板块碰撞时限  27-29
第三章分析方法  29-35
  §3.1 全岩主量元素  29-30
    3.1.1 样品粗碎与细碎  29
    3.1.2 全岩主量元素分析  29-30
  §3.2 全岩微量元素  30
  §3.3 全岩Sr-Nd同位素  30-32
    3.3.1 样品制备  31
    3.3.2 Sr和Nd的化学分离  31-32
  §3.4 锆石U-Pb定年和微量元素分析  32-33
    3.4.1 锆石靶制备  32-33
    3.4.2 锆石阴极发光(CL)图像  33
    3.4.3 锆石U-Pb年龄和微量元素含量分析  33
  §3.5 锆石Lu-Hf同位素  33-34
  §3.6 矿物电子探针分析  34-35
第四章东构造结西缘花岗岩类的岩石成因  35-56
  §4.1 花岗岩类的野外地质及岩相学特征  36-40
    4.1.1 中侏罗世花岗岩类  36-37
    4.1.2 晚白垩世花岗岩类  37-38
    4.1.3 古-始新世花岗岩类  38-39
    4.1.4 渐-中新世花岗岩类  39-40
  §4.2 锆石U-Pb年代学  40-45
    4.2.1 中侏罗世花岗岩类  40
    4.2.2 晚白垩世花岗岩类  40-43
    4.2.3 古-始新世花岗岩类  43-44
    4.2.4 渐-中新世花岗岩类  44-45
  §4.3 岩石地球化学及Sr-Nd-Hf同位素组成  45-50
    4.3.1 中侏罗世花岗岩类  45
    4.3.2 晚白垩世花岗岩类  45-48
    4.3.3 古-始新世花岗岩类  48-50
    4.3.4 渐-中新世花岗岩类  50
    4.3.5 变质基底的Sr-Nd同位素特征  50
  §4.4 岩石成因  50-54
    4.4.1 中侏罗世花岗岩类的岩石成因  50-51
    4.4.2 晚白垩世花岗岩类的岩石成因  51-53
    4.4.3 古-始世花岗岩类的岩石成因  53-54
    4.4.4 渐-中新世花岗岩类的岩石成因  54
  本章小结  54-56
第五章东构造结西缘变质与地壳深熔作用  56-77
  §5.1 晚白垩世高温变质作用及其地质意义  56-66
    5.1.1 岩相学特征  57
    5.1.2 石英中Ti含量及峰期变质温度计算  57-59
    5.1.3 锆石微量元素、U-Pb年龄和Hf同位素组成  59-60
    5.1.4 地球化学及原岩性质  60-63
    5.1.5 高温变质作用  63-64
    5.1.6 高温麻粒岩相变质时代  64
    5.1.7 晚白垩世(～81Ma)新特提斯洋中脊俯冲  64-66
  §5.2 古-中新世多期变质-深熔事件及其地质意义  66-76
    5.2.1 野外地质及岩相学特征  66-68
    5.2.2 锆石微量元素、U-Pb年龄和Hf同位素组成  68-73
    5.2.3 混合岩和深熔脉体的母岩性质  73-74
    5.2.4 东构造结西缘变质-深熔作用的时代  74-75
    5.2.5 地质意义  75-76
  本章小结  76-77
第六章林芝杂岩碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义  77-89
  §6.1 野外地质及岩相学特征  77-80
  §6.2 碎屑锆石U-Pb年代学  80-85
    6.2.1 锆石形态及CL图像特征  80
    6.2.2 碎屑锆石U-Pb年龄及其分布特征  80-85
  §6.3 林芝杂岩的形成时代  85-87
  §6.4 碎屑锆石的物源及其地质意义  87-88
  本章小结  88-89
第七章东构造结西缘南拉萨地块的基底属性及其构造演化  89-94
  §7.1 东构造结西缘南拉萨地块的基底属性  89-91
  §7.2 东构造结西缘南拉萨地块的构造演化  91-94
主要结论  94-96
致谢  96-97
参考文献  97-116
附表1 东喜马拉雅构造结西缘花岗岩类和变质岩类全岩主量和微量元素数据  116-120
附表2 东喜马拉雅构造结西缘花岗岩类和变质基底的Sr-Nd同位素数据  120-121
附表3 东构造结西缘花岗岩类和林芝杂岩的LA-ICP MS锆石U-Pb同位素数据  121-141
附表4 东构造结西缘花岗岩类和变质岩类的锆石微量元素分析结果  141-150
附表5 东喜马拉雅构造结西缘花岗岩类和变质岩类锆石Hf同位素分析结果  150-156

东喜马拉雅构造结西缘构造—岩浆事件及其地球动力学意义

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