华南新元古代地幔柱活动岩石学记录——来自玄武岩证据.pdf

摘要华南新元古代地幔柱活动的岩石学记录—来自玄武岩的证据摘要近10年的研究表明,华南新元古代中期()大规模的岩浆作用对探讨新元古代全球地球动力学演化具有重要意义,比如Rodinia超大陆的裂解和导致其裂解的地幔柱/超级地幔柱活动,华南在Rodinia超大陆中的位置,以及华南新元古代中期构造环境等。目前关于华南新元古代中期构造环境存在“地幔柱”和“岛弧"两种截然不同的观点。尽管越来越多的证据支持华南新元古代地幔柱模型,比如放射性岩墙群、广泛分布的的板内岩浆活动、大规模的地壳抬升和去顶,以及具有地幔柱来源特征(0IB型)的岩浆,但是由于(1)缺乏地慢柱活动直接相关的高温熔岩的报道;(2)缺乏对同期大陆溢流玄武岩省的确认;以及(3) 部分壳源岩石和玄武岩所呈现出的所谓的岛弧岩浆的地球化学特征(不同程度亏损i亩场强元素,如Nb、Ta等),地幔柱模式也遭到许多研究人员的质疑。华南新元古代中期()玄武岩浆活动是解决这一问题的关键之一。本文在系统总结华南新元古代玄武质岩石的基础上,选择华南中部益阳高温科马提质玄武岩和扬子西北缘最大的玄武岩省(碧口群玄武岩)为研究对象,通过详细的野外地质调查、室内岩相学、元素地球化学,同位素地球化学(Sm-Nd、、 )和SHRIMP锆石年代学等的综合研究来探讨华南新元古代中期广泛分布的玄武岩所蕴涵的动力学意义,进而为华南新元古代的动力学演化和构造环境之争提供新的制约。本论文取得了如下主要研究进展: 1、SHRIMP锆石U-Pb年代学的研究表明,益阳科马提质玄武岩的年龄为(823 4-6)Ma(2a)。这套玄武岩具有典型的枕状构造和鬣刺结构,拉长的橄榄石骸晶可以达到5毫米长。除了少数高分异的样品外,大部样品在地球化学组成上表现出典型科马提质玄武岩的特征,比如高MgO(—%)、Ni(183-661 ppm)和 Cr(677-l 672ppm),低Ti02(-%)、A1203(1 —%)和FeO1(—1 %)。地球化学模拟表明,在消除大约5%的橄榄石的结晶分之后,其原始岩浆为典型科马捉岩:MgO≈20%、Fe01≈l 1%、Si02≈47%、Ti02≈%、A1203≈10%、 Ni≈860 ppm和Cr≈l 780ppm。如此高的MgO含量意味着异常高的熔体温度王选策:(>1500℃),即形成于异常热的地幔柱,其地幔潜能温度(Tp)要比正常的软流圈地幔(MORB地幔源区)高-2600C。一825Ma益阳高温科马提质玄武岩是华南新元古代中期地幔柱活动最为有力的岩石学证据。 2、,Sm-: eNd(t)=--,eHf(t)=+3到+5,yOs(t)=+ll到+132。其原始岩浆呈现高Os 含量(600ppt)和高放射成因初始Os同位素(1,Os(t)=+10)的特征,与全球典型地幔柱来源玄武质岩石一致。vOs(t)与Mg#、Nb*、0s含量、eNd(t)、eHfi(t)之间的显著相关性表明,在益阳科马提质玄武岩的形成过程中地壳同化混染作用是不可忽视的,纠正了以前关于益阳科马提质玄武岩没有遭受地壳混染的认识。 、(榴辉岩)和远洋沉积物。 3、碧口群玄武岩主要成分为拉斑质,从地层上可划分为上、下两部分。 8214-7Ma、811 4-12Ma。。前者的原始岩浆具有富Si和贫FeO、(SCLM)来源熔体的特征,。下部玄武岩的eNd(t)和￡Hf(t)值变化较大而且与La/Sm、 Th]Ta和MgO呈显著负相关,表明在形成过程中有明显地壳物质的贡献。个别富MgO富Si02样品(05BK61、05BK62)表现出独特的地球化学特征,极有可能是SCLM中石榴辉石岩脉体直接部分熔融的产物。上部玄武岩的微量元素配分模式和特征微量元素比值(Nb舢=394-5;NbFLa=-:Nb/Th= -)。同时,其原始岩浆富FeO、MgO和Ti02,贫Si02。元素和Nd—Hf同位素的综合研究表明,其地幔源区中可能有再循环组分。数值模拟显示两者的部分熔融条件为:熔体温度>13500C(