秦嶺商-丹構(gòu)造帶鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)巖體研究及其地質(zhì)意義.pdf

1、秦嶺商-丹構(gòu)造帶是秦嶺造山帶的主縫合帶，研究該帶對(duì)于恢復(fù)秦嶺造山帶的形成及演化，以及如何理解揚(yáng)子、華北兩大板塊的相互作用具有重要意義。本項(xiàng)研究選擇出露于北秦嶺南緣、商-丹構(gòu)造帶沿線三個(gè)著名的鎂鐵質(zhì)一超鎂鐵質(zhì)巖體，即松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體，拉雞廟雜巖體和四方臺(tái)鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)雜巖體為研究對(duì)象，在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過(guò)巖石學(xué)、地球化學(xué)、PGE(鉑族元素)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年和40Ar-39Ar年代學(xué)等研究工作，探討各巖體巖石

2、成因、演化機(jī)制和年代學(xué)信息，進(jìn)而為探討秦嶺造山帶的構(gòu)造演化以及揚(yáng)子、華北兩大陸塊的相互作用模式提供巖石成因和年代學(xué)證據(jù)。主要取得以下主要進(jìn)展： 1.地球化學(xué)和PGE研究表明，松樹(shù)溝純橄欖巖體是形成于殼一幔過(guò)渡帶的滲濾成因純橄欖巖體，代表大洋巖石圈殘片。主要證據(jù)：(1)地球化學(xué)特征顯示微量元素整體上明顯虧損，不相容元素(從Rb到Nb)和L,REE相對(duì)ItREE富集；純橄欖巖的PGE含量明顯低于方輝橄欖巖；(2)利用LA-ICP-M

3、S方法對(duì)純橄欖巖到方輝橄欖巖過(guò)渡帶橄欖石斑晶進(jìn)行稀土元素分析。分析結(jié)果顯示，純橄欖巖中橄欖石斑晶的稀土元素含量明顯高于方輝橄欖巖中的橄欖石斑晶。與0man典型蛇綠巖的地幔橄欖巖對(duì)比研究，筆者認(rèn)為該巖體是經(jīng)過(guò)熔體滲濾過(guò)程形成的純橄欖巖體。松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體是蛇綠巖套的重要組成部分。 2.對(duì)松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體的接觸變質(zhì)帶(主為榴閃巖)及圍巖(主為斜長(zhǎng)角閃巖)進(jìn)行了研究，確定圍巖并不屬于蛇綠巖的組成部分。主要證據(jù)有：(1)接觸變質(zhì)帶變

4、質(zhì)成因鋯石定年結(jié)果為506 7.4Ma(LA.ICP-MS法)，且鋯石中包裹體的成分為長(zhǎng)石，表明斜長(zhǎng)角閃巖在巖體侵位前就存在了，已有研究證實(shí)斜長(zhǎng)角閃巖原巖形成年齡為973Ma(Liu et a1.,2004)。(2)鋯石稀土元素分析表明，多數(shù)鋯石稀土元素含量較低且配分模式一致，基本不具有Eu異常；僅發(fā)現(xiàn)一粒鋯石的稀土整體上明顯具有富集特征，且具有明顯Eu負(fù)異常，表明這粒鋯石形成于石榴子石出現(xiàn)之前，其它鋯石則可能形成于石榴子石出現(xiàn)之后。說(shuō)

5、明圍巖在超鎂鐵質(zhì)巖體侵位之前就存在了。(3)松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體變形簡(jiǎn)單，而圍巖變形復(fù)雜，其變質(zhì)變形特點(diǎn)更接近于秦嶺群變質(zhì)雜巖。 3.松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體接觸變質(zhì)帶巖石地球化學(xué)研究。沿垂直接觸變質(zhì)帶方向，對(duì)14個(gè)榴閃巖和斜長(zhǎng)角閃巖進(jìn)行了主、微量元素分析。樣品主量元素含量穩(wěn)定。而稀土元素含量從接觸帶內(nèi)側(cè)到外側(cè)逐步升高，表明松樹(shù)溝巖體在“熱”侵位過(guò)程中，大洋巖石圈地幔流體對(duì)圍巖進(jìn)行了強(qiáng)烈改造，使圍巖稀土部分丟失。近年來(lái)對(duì)大洋深海鉆探深部

6、所得的強(qiáng)變質(zhì)改造的巖塊研究證實(shí)，由于地幔流體對(duì)巖石的改造，稀土元素出現(xiàn)了明顯丟失(Sparks et a1.，1995；Bach et a1.，1996，1998)。 4.沿松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體接觸變質(zhì)帶垂直接觸帶的方向，對(duì)采集的四個(gè)樣品(最外側(cè)一個(gè)是斜長(zhǎng)角閃巖，其它均為榴閃巖)進(jìn)行了角閃石40Ar-39Ar年代學(xué)研究，由內(nèi)到外，年齡分別為：逐漸變大。其中最靠近巖體的樣品約370Ma，跟侵位時(shí)代之間相差約130Ma，表明超鎂鐵質(zhì)巖

7、體侵位后經(jīng)歷了緩慢的冷卻過(guò)程，有可能是巖體侵位后，并沒(méi)有立即出現(xiàn)真正意義上的地表抬升。 5.拉雞廟輝長(zhǎng)巖體具有LREE富集特征，低TiO2含量(通常小于0.5％)，A/CKN值普遍大于1.1，顯示拉雞廟巖體具有下地殼巖石的特征，Nb和Nb/Ta的極度虧損也證實(shí)了這一點(diǎn)。拉雞廟巖體表現(xiàn)出Nb、Ta、Zr、Hf、Ti相對(duì)虧損，同時(shí)Nb/Ta-Lu/Hf沒(méi)有相關(guān)性，Nb/Ta-Zr/Hf具有很好的正相關(guān)性，說(shuō)明在成巖過(guò)程中，沒(méi)有受流體

8、影響，而主要是受部分熔融控制的。而且拉雞廟巖體的Nb極度虧損，Nb/Ta最大值也小于平均地殼比值，顯然不存在大量殼.幔物質(zhì)交換的可能。我們初步研究認(rèn)為，拉雞廟巖體是秦嶺洋閉和板塊碰撞以后，俯沖板片斷離，擾動(dòng)軟流圈，引發(fā)下地殼部分熔融，導(dǎo)致下地殼與軟流圈物質(zhì)共熔，生成這種具有下地殼巖漿特征的輝長(zhǎng)巖和蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖。普遍的Eu的正異常，是長(zhǎng)石結(jié)晶造成的，表明該巖體成巖過(guò)程中受到堆晶作用影響。 6.通過(guò)對(duì)拉雞廟輝長(zhǎng)巖體中占主體的輝長(zhǎng)巖中鋯石進(jìn)行L

9、A-ICP-MS微區(qū)U-Pb同位素測(cè)定，結(jié)合鋯石CL圖像獲得422±6.8Ma的成巖年齡，和973±60Ma的捕獲鋯石年齡?？紤]到拉雞廟巖體成因具有殼源特征，該成巖年齡代表該地區(qū)商丹洋閉合的下限。973±60Ma(9個(gè)點(diǎn)在898Ma-1083Ma之間)的捕獲鋯石年齡，指示了與Grenvillian(～1.3-1.0Ga)(Dalziel，1991；Hoffinan，1991；Moores 1991；Keppie，2001)造山帶時(shí)代基本

10、一致的早期構(gòu)造事件。 7.地球化學(xué)研究表明，四方臺(tái)雜巖體各種組成巖石的平均SiO2含量在45％-54％之間，在AFM圖中則顯示出鈣堿性系列和拉斑系列共存的特征。全巖地球化學(xué)特征與普通幔源巖相比富集REE，尤其富集LREE，具有明顯的Rb、Th、Nb、P、Zr的負(fù)異常和Ba、Pb、K、Sm的正異常。輝長(zhǎng)巖是該巖體的主體，灰黑色，中粒，地球化學(xué)特征顯示其經(jīng)歷殼一幔物質(zhì)交換。與典型島弧輝長(zhǎng)巖對(duì)比研究，具有Rb、Th的負(fù)異常，結(jié)合特殊的

11、巖石組合和緊鄰商-丹斷裂的地質(zhì)特征，認(rèn)為四方臺(tái)鎂鐵一超鎂鐵質(zhì)雜巖體，可能是沿商-丹帶發(fā)生俯沖板塊斷離或者山根拆沉，擾動(dòng)軟流圈，發(fā)生下地殼部分熔融和殼一幔物質(zhì)交換形成的。普遍的Eu正異常表明成巖過(guò)程中受到斜長(zhǎng)石堆晶作用的影響。 8.對(duì)四方臺(tái)雜巖體中輝長(zhǎng)巖鋯石進(jìn)行LA-ICP-MS微區(qū)定年研究，獲得巖體的成巖時(shí)代為460±29Ma.獲得的32個(gè)測(cè)點(diǎn)可明顯的分為4個(gè)時(shí)段，即：(1)400-500Ma (n=4)； (2)700-900

12、Ma (n=2)； (3)1800-2600Ma(n=20)； (4)2700-2918Ma(n=4)?？赡芊謩e代表了北秦嶺造山帶不同地質(zhì)時(shí)期的構(gòu)造.巖漿事件的時(shí)代信息。其中400-500Ma與北秦嶺地區(qū)表現(xiàn)強(qiáng)烈的加里東運(yùn)動(dòng)時(shí)限一致，而700-900Ma則可能與830,-740Ma中國(guó)中西部地區(qū)響應(yīng)積極的造成Rodinia超大陸裂解的地幔柱(Li et a1.，2003)活動(dòng)有關(guān)。 9.出露于北秦嶺南緣商丹構(gòu)造帶內(nèi)的三個(gè)鎂鐵質(zhì).

13、超鎂鐵質(zhì)巖體研究表明：(1)松樹(shù)溝超鎂鐵質(zhì)巖體代表俯沖的大洋巖石圈殘片，由于該巖體長(zhǎng)軸方向與商丹斷裂有20-30 的夾角，表明早期大洋的俯沖是北北東向的，侵位年齡為～500-510Ma；(2)拉雞廟雜巖體成巖年齡為～422Ma，其西邊的四方臺(tái)雜巖體成巖時(shí)代為～460Ma，也代表了各自地區(qū)商丹洋的閉合時(shí)限。(3)近年來(lái)對(duì)出露于商丹構(gòu)造帶西段的天水關(guān)子鎮(zhèn)鎂鐵、超鎂鐵質(zhì)巖體定年結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在“古島弧成因的下海子輝長(zhǎng)巖”中獲得鋯石SHRIMP年齡

14、為489±10Ma(李曙光等，2006)，董云鵬等(2006)在關(guān)子鎮(zhèn)輝長(zhǎng)巖中獲得的LA-ICP-MS鋯石年齡為475±4.6Ma.表明關(guān)子鎮(zhèn)蛇綠巖代表的洋殼在早奧陶世發(fā)生俯沖作用。因此，本次研究的3個(gè)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖體，以及天水關(guān)子鎮(zhèn)巖體，共同記錄了古生代從商丹洋的俯沖到陸一陸碰撞過(guò)程。綜合以上從西--東幾個(gè)商丹構(gòu)造帶內(nèi)鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)雜巖的定年結(jié)果，顯然，秦嶺洋閉合導(dǎo)致的(華北)陸-陸(揚(yáng)子)碰撞，是先在西部發(fā)生的，而在東部發(fā)生的