华北板块北缘中段中元古代晚期花岗岩类特征及其构造意义

在西昆仑北缘早前寒武纪变质地层中,笔者等识别出大量不同时代的片麻状花岗岩,其中包括新元古代片麻状花岗岩。获得最新的新元古代片麻状花岗岩的单颗粒锆石shrimp年龄为815±57ma,片麻状花岗岩的岩石学特征反映它们形成于裂解构造背景,结合对区域上新元古代地层及中元古代末期构造事件的研究,笔者认为新元古代片麻状花岗岩反映了古塔里木板块作为rodinia超大陆一员发生裂解的时间,这对研究古塔里木板块在rodinia超大陆中的位置及中国rodinia超大陆裂解的研究提供了重要的地质依据。

通过对内蒙古达茂旗合教地区具有明显构造意义的新太古代s型花岗岩的主量元素、微量元素及shrimp锆石u-pb年代学的研究,为揭示华北板块北缘新太古代末的构造环境提供了进一步的证据。合教花岗岩的主量元素特征表明它是高分异的强过铝s型花岗岩;其里特曼指数σ为0.54～0.57,属于低钾钙碱性岩石。稀土元素总量为243.8～427.1μg/g。球粒陨石标准化分配模式显示lree相对富集,hree相对亏损;(la/yb)n为14.88～18.18,eu具有较大的负异常(eu*/eu=0.31～0.65);模式图总体呈一右倾的海鸥型。微量元素显示nb,ta,zr,hf,ti等高场强元素相对亏损。合教花岗岩的微量元素组成表明其来源于正常厚度的大陆地壳,形成于低压高温的后碰撞环境,相当于澳大利亚拉克伦造山带的s型花岗岩。合教花岗岩的shrimp锆石u-pb年龄为2556±8ma,属于新太古代晚期。合教强过铝s型花岗岩反映在新太古代晚期华北板块北缘中段可能发生了一次陆-陆碰撞事件,也表明固阳地区同时期的赞岐岩可能形成于后碰撞环境而非板片消减带。

本文在野外地质调查基础上,通过对西准噶尔花岗岩类年代学的研究,厘定各期构造岩浆事件的时限,反演西准噶尔造山带构造演化过程。研究结果表明,西准噶尔岩浆活动划分为3个时期。晚志留世—早泥盆世花岗岩类主要为谢米斯台花岗岩类、赛尔花岗岩类及阿克乔克花岗岩类,结合区域地质背景及阿克乔克花岗闪长岩具有典型的埃达克岩地球化学特征,推测阿克乔克埃达克岩可能是大洋板片俯冲过程中经过脱水发生部分熔融形成的;早石炭世花岗岩类主要分布在扎尔马—萨吾尔岩浆弧地区,这一时期的花岗岩类可能是额尔齐斯蛇绿岩所代表的古大洋向南俯冲脱水引发上覆地幔楔部分熔融或者部分熔融形成的玄武岩浆底侵作用引起中、下地壳物质部分熔融的结果,指示俯冲的古大洋在早石炭世期间未闭合碰撞;晚石炭世—早二叠世的花岗岩类在整个西准噶尔地区都有分布,形成于后碰撞构造环境,表明西准地区进入了陆内构造演化阶段。

南岭地区新元古代花岗岩表现出了一定的共性:片麻状构造和过铝质特征。南岭西段岩体可归属于s型花岗岩,主要源自基底变沉积岩石的部分熔融,成岩过程中有少量幔源组分的参与;东段岩体为铝质a型花岗岩,源自还原性的长英质火成岩,有变沉积物的参与。这些花岗岩可能形成于"短期的地幔柱活动+长时限的俯冲"的构造背景中。

华南板块北缘东段武功山地区出露大面积的片麻状花岗岩,前人在该区工作时认为属混合成因的“混合岩”,本次工作证实属同熔性花岗岩。采用岩石谱系单位法进行研究,共划分出5个单元,归并为2个超单元。其成岩年龄(u-pb法)分别为(462.3±3.2)ma、(409.4±5.1)ma,属加里东期造山花岗岩。后又经印支—燕山期伸展滑覆构造的叠加、改造,形成片麻状花岗岩。

大别地块北缘、合肥盆地南缘的侏罗系凤凰台组()底部冲积扇砾岩中发现花岗岩类砾石,占砾石体积的5%~10%.对精选出的两个花岗岩砾石样品中钾长石、黑云母、角闪石和全岩进行rb-sr同位素测定,利用等时线定年方法计算,获得(428±20)和(430±54)ma两个年龄,表明侏罗纪大别山物源区曾发育早古生代花岗岩类岩浆侵入岩.根据岩石地球化学分析判别它们具有碰撞后隆升花岗岩的成因特征.

天山造山带的中天山隆起带中广泛出露着新元古代花岗岩类岩石。获得了东天山星星峡和西天山温泉地区片麻状花岗岩中锆石的shrimpu-pb年龄,分别为(942±7)ma(2σ)和(919±6)ma(2σ)。这些花岗岩以特有的粗粒、巨大的眼球状片麻结构为特征。主元素数据表明它们属于过铝质的二长花岗岩,具有高sio2(≥70%)、高k2o+na2o(7%～≥8%),且k2o>na2o。这些新元古代花岗岩类岩石具不同的ree含量,但它们有近于平行的ree分布曲线和明显的eu负异常,同时代的星星峡混合岩具有较高的ree含量,明显富集lree。它们的微量元素蛛网图几乎完全相同,均有明显的nb、sr、ti、p负异常。基于nd同位素组成研究,其εnd(t)在-4至～0之间,nd模式年龄tdm为2.0～1.6ga。由于放射成因sr同位素组成非常高,不可能得到精确有意义的sr同位素初始值。上述特征均表明这些新元古代花岗岩形成于大陆边缘构造环境,由古元古代地壳重熔并经历了高度的结晶分异作用而形成。综合近年来发表的关于天山各地段,诸如温泉、赛里木湖以东、拉尔敦达坂、巴仑台和星星峡等地区较为可靠的锆石u-pb年龄数据,我们认为天山新元古代花岗岩类岩石主要形成于960～910ma。结合塔里木盆地周边古老地块年龄的研究结果,可以推断在早新元古代时期塔里木周边和天山的古老地块可能曾组成rodinia超大陆的一部分。

板块构造与花岗岩的成因分类

:依据采自全国范围内750个有代表性的大中型花岗岩类岩体上的767件组合样的实测分析数据,本文计算并提出了天山-兴安造山系、中朝准地台、昆仑-祁连-秦岭造山系、滇藏造山系、扬子准地台、华南-右江造山带、喜马拉雅造山带等中国七大构造单元花岗岩类和不同构造单元碱长花岗岩、正长花岗岩、二长花岗岩中sio2、al2o3、fe2o3、feo、mgo、cao、na2o、k2o、h2o+、co2、tfe2o3、ag、as、au、b、ba、be、bi、cd、cl、co、cr、cs、cu、f、ga、ge、hf、hg、li、mn、mo、nb、ni、p、pb、rb、s、sb、sc、se、sn、sr、ta、th、ti、tl、u、v、w、zn、zr、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu和y等近70种化学元素和成分的丰度,探讨了不同构造单元花岗岩类岩石的岩石化学特征和微量元素丰度的特征及其区域分布。

吉黑东部花岗岩类分布广泛,形成历史漫长,岩石类型齐全.按成因类型划分,以i型为主,a型次之,s型较少,m型极少.各类型花岗岩副矿物组成具有明显特点,因此可以利用副矿物和其组合特征作为划分花岗岩成因类型的判别标志.

内蒙古乌拉特中旗乌梁斯太岩体位于华北板块北缘中段,岩性以黑云二长花岗岩为主。它具有较高的sio_2,(74.69%～76.16%)、na_2o+k_2o(8.63%～9.62%)、rb(73×10~(-6)～200×10~(-6))含量和10000×ga/al(3.21～3.32)、rb/sr(3.27～8.68)比值,较低的cao、ba和sr含量,碱性指数ai=mol(k_o+na_2o)/al_2o_3)≥0.90,属于碱性a型花岗岩。稀土球粒陨石标准化图解上,轻稀土相对富集,eu负异常较为明显,δeu=0.03～0.06;在原始地幔标准化蛛网图上,亏损ba、sr、p、nb、ta和ti,富集rb、k;这些特征类似中国东北二叠纪a型花岗岩。在判别图解上,所有样品均显示了a_2型(后碰撞)花岗岩特征。其形成可能与后碰撞板块断离作用有关。乌梁斯太岩体的形成过程可能为,俯冲板片断离导致软流圈物质上涌,发生底侵作用,底侵的玄武质岩浆的加热作用以及地壳伸展的减压效应导致中下地壳的脱水部分熔融,随后经历了分离结晶和晚期的交代作用。乌梁斯太岩体中的锆石shrimpu-pb年龄为277±3ma,表明其形成时代并非原来认为的三叠纪,而是早二叠世晚期。

早期碰撞造山带的研究是探索板块构造早期体制的前缘领域。五台山地貌高差巨大(达2437m)、山体雄伟、地质露头连续完整,是我国早前寒武纪地质研究的经典地区和认识大陆克拉通早期地壳演化的窗口,已成为世界早前寒武纪碰撞造山带的典型实例。围绕五台山构造样式的深入研究,对于揭示早期板块构造演化及中浅地壳构造层次具有重要的地质意义。大量的野外地质调查及构造横剖面研究表明,五台山东冶亚群为华北克拉通的早期沉积盖层,它以开阔复式向形为特征,不整合于造山杂岩及其前陆冲断带和前陆盆地之上。区域变质相的分布及豆村亚群主期褶皱枢纽指示,五台山花岗岩—绿岩区向西南掀斜,出露了新太古代碰撞造山带不同构造单元(造山杂岩及前陆冲断带和前陆盆地)中浅层次上连续而完整的构造剖面。前陆冲断带以沉积岩系大规模平卧褶皱和逆断层、蛇绿岩混杂带和基底构造活化为特征。造山杂岩发育低角度逆断层和复杂叠加褶皱,伴随不同时期花岗岩类的侵位。从浅部层次向深部,绿岩带复式褶皱逐渐被与ttg杂岩构造叠置的表壳岩构造岩片取代,构造面理由陡立趋于平缓。与世界其他花岗岩—绿岩区相比,五台山区完好保留了造山带挤压构造及其前陆盆地沉积,指示早期碰撞造山过程的强烈构造缩短和大规模地壳隆升作用,是研究早期板块碰撞造山过程的重要例证。

柴北缘构造带中元古代鹰峰环斑花岗岩主要造岩矿物的研究结果表明,该岩体具pyterlitic型环斑结构,各主要矿物均具多世代特征。钾长石主要以卵形斑晶出现,出溶钠长石条纹极发育,出溶后主晶成分为or94.57ab5.25an0.18,钠长石条纹为or0.71ab97.59an1.7,推算出球斑均一化成分为or66.41ab32.95an0.64。岩浆结晶的斜长石以更长石为主,由于不同程度的蚀变使an降低成为钠质长石。黑云母多有不同程度的蚀变,析出磁铁矿和钛铁矿,析出铁后黑云母的n(fe)/n(fe+mg)=0.5~0.63,属mg-fe2+-和fe2+-黑云母,原成分应更富铁。鹰峰岩体在矿物组成及主要矿物特征上与典型环斑花岗岩的相似,但也存在一些差异,这些差异有的是起因于加里东期的变质改造,有的反映了岩体形成环境和过程的特性。

本文对扬子板块西北缘南一里岩体进行了系统的地球化学研究,探讨了该岩体的岩石成因、成岩物质来源及其地质意义。该岩体具有高sio2(70.27%～71.21%)、al2o3(14.97%～16.19%)、k2o(3.11%～3.83%)含量,a/cnk=1.04～1.08,以低y(<10.01×10-6)和hree(e.g.yb<0.70×10-6)为特征,富集rb、th、u、k、sr,亏损ba、nb、ta、p和ti,稀土总量73.55×10-6～93.86×10-6。eu异常不明显(0.67～0.83)。具有较高的sr/y(33.01～50.53)和(la/yb)n(15.30～23.04)比值及强分异的稀土元素组成。结合岩体产出的时空位置,表明南一里岩体形成于典型的后碰撞构造环境,可能是三叠纪华北和扬子板块的碰撞作用导致该区地壳明显增厚,在伸展-减薄的构造体制下,地壳中变玄武质和泥质岩石通过角闪岩脱水发生部分熔融形成。

本文对出露于勉略缝合带南侧碧口地区的阳坝岩体进行了系统的岩石学、锆石u-pb年代学和地球化学研究研究,重点讨论了阳坝岩体的岩石成因、成岩物质来源及其地质意义。岩体的主体岩性为花岗闪长岩,其中广泛发育代表岩浆混合作用的暗色微粒包体。锆石la-icp-ms定年结果表明阳坝花岗闪长岩的成岩年龄为215．4±8．3ma,晚于秦岭造山带的主造山期。地球化学特征上,寄主花岗闪长岩显示部分埃达克岩的地球化学特征,具体表现为sio2≥56％,al2o3>15％,na2o>k2o,mg#(50．8-54．5)>47,富集lile和lree,sr>900μg/g,sr／y比值(65-95)>65,负eu异常不明显(δeu=0．84-0．89),亏损hree、y(y=9．51-14．5μg／g,yb=0．74-1．20μg／g,y／yb=11．12-15．10),ree强烈分异((la／yb)n=22．18-29．51),但是,花岗闪长岩相对高的k2o含量和hree相对平坦的特征更类似于中国东部中生代c型埃达克岩,暗示其可能是由加厚基性下地壳脱水部分熔融形成的,岩石的高mg#暗示其受到地幔物质混染。暗色微粒包体显示钾玄岩的地球化学特征,具体表现为sio2≤63％,σ(4．54-6．18)>3．3,k2o含量(4．22％-6．04％)高,大多数样品k2o／na2o>1;在k2o-sio2图中,所有样品均落入钾玄岩区域,暗色微粒包体强烈富集lile和lree及明显的nb、ta和ti负异常暗示其可能起源于曾经受到俯冲流体交代的富集地幔。harker图解上,寄主花岗闪长岩和暗色微粒包体的主量和微量元素表现出混合成因的演化趋势,表明岩体可能是富集的岩石圈地幔发生部分熔融产生的基性岩浆和其所诱发的加厚下地壳酸性岩浆混合的产物。结合秦岭地区已有研究成果,本文的研究认为阳坝岩体的形成可能代表了西秦岭地区在秦岭主造山晚期或造山期后发生的下地壳的拆沉作用和幔源岩浆的底侵作用。

中元古代鹰峰岩体的主体是环斑花岗岩,与其共生的岩石有石英闪长岩—奥长花岗岩和辉绿岩。环斑花岗岩高碱(na2o+k2o=8.49%～9.39%)、富钾(k2o/na2o=1.12～1.43),铝近饱和,高铁镁比值[(σfeo)/mgo=4.91～7.19];富rb、ba、ga、th、zr、nb、ta,贫cr、ni、v;高σree(392.24×10-6～594.76×10-6),稀土元素强分异[(la/lu)n=12.67～17.09],弱铕负异常(δeu=0.58～0.78),显示碱性花岗岩的特征,与密云环斑花岗岩相似。石英闪长岩—奥长花岗岩具钙碱性系列岩石的特征;与环斑花岗岩相比,其rb、ba、ga、nb、ta、th、hf、zr低,而ni、cr、v高;σree较低(σree=77.04×10-6～129.85×10-6),轻重稀土分异明显,但(la/lu)n的比值较小(11.62～14.06),铕异常更弱(δeu=0.69～0.93)。辉绿岩具低碱、高σfeo的特征,属拉斑玄武质,与洋中脊拉斑玄武岩相比,k2o等不相容元素高,具大陆拉斑玄武质的特征。辉绿岩的isr(1776ma)为0.7066,εnd(1776ma)为+3.6,环斑花岗岩的isr(1776ma)为0.7181,εnd(1776ma)为-5.5,显示辉绿岩起源于年轻的地幔,花岗质岩浆主要源自古老的地壳。综合分析显示,这些侵入岩形成于伸展背景,是北半球中元古代非造山环斑花岗岩的成员之一,在加里东期卷入到柴北缘造山带的古老地壳中。这在世界上提供了一个古老克拉通及环斑花岗岩卷入古生代造山带的一个实例。

在阿尔泰南缘的多摩拉克布拉克地区,新发现含石榴子石和白云母的淡色花岗岩侵入于早石炭世南明水组火山沉积地层中。la-icp-ms锆石u-pb测年结果表明,淡色花岗岩形成于311±3ma的晚石炭世早期。该淡色花岗岩的发现及其年龄的确定,结合区域岩浆岩、变质岩和沉积学等资料分析,表明阿尔泰造山带南缘在~311ma前完成碰撞过程,并从此进入后碰撞时代。该发现为进一步研究阿尔泰造山带晚古生代构造演化提供了新的证据。

湘东北位于扬子板块东南缘江南造山带中段,出露的新元古代花岗岩有长三背、大围山和葛藤岭等岩体,同属于九岭岩体的一部分。湘东北新元古代花岗岩sio2含量变化于60%~72%、cao为0.6%~3%、na2o为1.98%~3.72%、k2o为2.95%~4.99%之间,a/cnk>1.1,富集k、rb、ba等大离子亲石元素(lile)和轻稀土元素(lree/hree=3.1~10.5)、eu负异常明显(δeu=0.37~0.58),而nb、ta、ti等高场强元素(hfse)相对亏损。这些特征表明湘东北新元古代花岗岩来源于过铝质熔体,岩石类型上类似于富黑云母过铝花岗岩类(cpg),可能来源于富黑云母的变泥质沉积岩的熔融,如中元古代冷家溪群变质沉积岩等,形成于同碰撞环境,可能与陆壳加厚导致的剪切重熔有关。

结合石平川地区钾长花岗岩的空间分布、岩相学、岩石地球化学特征以及矿体分布特征,分析了钾长花岗岩与成矿的关系,认为钾长花岗岩为该区的主要控矿因素之一,为直接的找矿标志,为该区的找矿提供了重要的依据。

在吐鲁番地区底坎尔南的中天山构造带,新发现含电气石和石榴石的淡色花岗岩侵入于富铝泥质片岩系中。shrimpu—pb锆石年代学分析,表明淡色花岗岩的形成不晚于354±16ma,同时还给出了600～1200ma的原岩继承锆石年龄。淡色花岗岩的发现及其形成年龄的确定,表明中天山在354ma前具有与陆缘弧背景相似的构造环境,并在354ma前完成碰撞过程,为进一步研究古生代天山构造演化提供了新的证据。

以冀西石湖金矿麻棚岩体为研究对象,分别对斑状花岗岩、花岗闪长岩及石英闪长岩的岩石化学成分、微量元素及稀土元素进行了系统测定。岩体的sio2平均含量为67.77%,略低于同处一个构造岩浆岩带的ne端紫荆关王安镇石英正长岩体(68.78%)。麻棚岩体稀土元素总量较高,介于136.41×10-6~167.45×10-6之间,稀土元素配分曲线为右倾斜型。lree/hree比值介于12.50~18.75之间,平均16.07,属轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型。综合麻棚岩体岩石学、微量元素及稀土元素特征研究认为,麻棚岩体的成因类型为ⅰ型花岗岩。

依据采自全国范围内约750个有代表性的大、中型花岗岩类岩体上的768件组合样的实测分析数据,这里计算并提出了碱长花岗岩、正长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、石英二长岩、石英二长闪长岩等中国不同岩石类型的花岗岩类岩石近七十种化学元素或成份的丰度,探讨了中国不同花岗岩类岩石的岩石化学特征和微量元素丰度的特征。