长沟河闪长岩体年代学与地球化学研究——对北祁连东端早古生代岩浆作用过程的限制

作     者：张佳瑶 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何艳红

授予年度：2020年

学科分类：070902[理学-地球化学] 0709[理学-地质学] 070901[理学-矿物学、岩石学、矿床学] 07[理学] 

主      题：北祁连造山带东端 长沟河闪长岩体 早古生代 高铝玄武岩 洋内弧构造环境 

摘      要：近年来的研究表明,北秦岭造山带和北祁连造山带均发育早古生代蛇绿岩、岛弧岩浆杂岩和高压-超高压变质岩,为原特提斯洋的组成部分。秦祁结合部位作为北秦岭造山带和北祁连造山带构造交接部位,是研究北秦岭造山带和北祁连造山带构造交接关系的关键地区,同时也是中国大陆动力学研究的聚焦地点。大量岩浆岩岩石学、地球化学和年代学研究已经为北秦岭造山带和北祁连造山带建立了较为完整的年代学格架。而北祁连造山带东端发育455～440Ma俯冲岩浆,缺乏早古生代早期记录。长沟河闪长岩体位于北祁连造山带东端,发育片麻状构造面理,长期以来被认为是形成于前寒武纪的侵入岩体。本文选取张家川-清水地区郭湾-百家剖面长沟河闪长岩体为研究对象,通过详细的野外地质及岩相学、锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及同位素地球化学分析,对长沟河闪长岩体进行了岩石成因、岩浆源区及构造环境的深入认识,并探讨了北祁连造山带东端早古生代地质演化过程,主要取得了以下认识:(1)张家川-清水地区郭湾-百家剖面长沟河闪长岩体为一个从基性岩到中酸性岩的岩浆杂岩体,岩石组合包括片麻状闪长岩、斜长角闪岩等,以片麻状闪长岩为主,可见到斜长角闪岩构造透镜体。显微镜下斜长角闪岩中角闪石边缘破碎,亚颗粒化,具核幔结构,为动力变质作用的产物,指示该岩体可能经历了韧性剪切带的改造。LA-ICP-MS锆石U-Pb分析两组岩浆锆石的Pb/U年龄为463.3±2.3Ma和443.8±2.6Ma。锆石微量元素分析表明,463.3±2.3Ma和443.8±2.6Ma具有一致的连续的微量元素分布趋势,说明两组年龄晶出于同源封闭的岩浆体系。锆石Hf同位素分析显示约460Ma和约440Ma锆石ε(t)值为6.36～11.57之间,接近ε(t)≥75%亏损地幔演化线,并具有相对年轻的二阶段模式年龄,指示约460Ma和约440Ma发育幔源新生地壳岩浆作用。t-Eu/Eu投图显示,约460Ma的岩浆锆石无Eu异常,与幔源岩浆锆石稀土元素特征一致;而约440Ma的岩浆锆石具有负Eu异常,指示母岩开始发生斜长石的结晶分离,与深熔作用过程一致。因此,约460Ma为长沟河片麻状闪长岩原岩的形成年龄,约440Ma为长沟河片麻状闪长岩深熔岩浆的结晶年龄。长沟河片麻状闪长岩463Ma的原岩形成年龄限制了长沟河闪长岩体为早古生代岩体。(2)长沟河闪长岩体主量元素特征显示其为中钾钙碱性中基性岩体,AlO含量介于15.22%～17.25%,平均为16.48%(16%),为高铝玄武岩。本文样品AlO与MgO相关性不明显且Eu无异常指示了没有斜长石的结晶分异作用,指示了滞后的斜长石成核或斜长石堆晶;CaO/AlO和CaO/NaO比值与FeO/MgO比值的负相关性指示了镁铁矿物优先结晶的特点,与滞后的斜长石成核作用一致。较低的Th/Yb和Th/Ce比值以及变化程度较大的Ba/La和Ba/Nb比值说明俯冲板片流体交代上覆地幔楔发生部分熔融形成长沟河高铝玄武岩,镁铁矿物优先结晶的特点指示了长沟河高铝玄武岩形成于富水岩浆体系。因此,长沟河高铝玄武岩的高铝成因为较低结晶压力且富水的环境下滞后的斜长石成核作用。构造环境判别图解显示长沟河高铝玄武岩为俯冲带上洋内弧构造环境的产物。长沟河463Ma高铝玄武岩为北祁连造山带东端早古生代俯冲作用提供了重要的地质证据。(3)长沟河闪长岩体大地构造位置上位于红土堡弧后盆地北侧,因此推测其为红土堡弧后盆地俯冲作用的产物,这指示了红土堡弧后盆地的俯冲作用至少开始于463Ma之前。