北苏鲁乳山辉长—闪长岩及其基性岩石包体的锆石U-Pb年代学和地球化学研究

论文摘要

华北克拉通东部显生宙岩石圈破坏及其深部过程研究是我国固体地球科学的重要议题。近年的许多资料表明,将华北东部南缘岩石圈地幔演化与扬子大陆向华北地块的深俯冲进行有机联系可以为探讨华北克拉通的改造、破坏等深部过程提供有意义的约束。造山带内火成岩的地球化学特征是它们形成时地球动力学背景信息的最直接载体,能揭示出块体结合部位丰富而复杂的壳幔相互作用信息。本文以北苏鲁乳山市宫家辉长—闪长岩、上口辉石闪长岩及其中的基性岩石包体为研究对象,同时兼顾邻区同时代的三佛山花岗岩,在对它们进行详细的锆石U-Pb年代学、岩相学、地球化学和同位素地质学分析的基础上,细致讨论了它们的岩石成因、源区性质及所揭示的壳幔相互作用及岩石圈地幔演化信息,反演了华北东部南缘中生代—新生代岩石圈减薄等深部过程。获得了如下的主要认识:1.宫家辉长—闪长岩和上口辉石闪长岩是分别位于乳山市东南部宫家村和东北部上口村的两个独立小岩体。宫家岩体从早到晚由中—细粒黑云母辉长岩、中—粗粒黑云母辉长岩、细粒黑云母辉石闪长岩和中—细粒黑云母辉石闪长岩构成,以细粒黑云母辉石闪长岩为主体。上口岩体出露不完整,仅见到偏中性的辉石闪长岩单元。宫家岩体中的基性岩石包体类型包括黑云母橄榄辉石岩、含长单斜辉石岩、单斜辉石岩及黑云母辉长岩等四种类型,以黑云母辉长岩为主,主要分布在第三期侵位的细粒黑云母辉石闪长岩之中。2.宫家辉长—闪长岩中四个相带岩石的形成时代较接近,为114±1Ma～111±1Ma,上口辉石闪长岩的侵位结晶年龄为110.5±1Ma,它们同属早白垩世晚期岩浆活动的产物。宫家岩体中的黑云母橄榄辉石岩包体也获得了111.5±1Ma的206pb/238U加权平均年龄。3.宫家辉长—闪长岩和上口辉石闪长岩均显示出高钾钙碱性—钾玄岩系列的特点,具有高Al2O3、低MgO,富集轻稀土、大离子亲石元素和Pb,强烈亏损Nb、Ta、Zr、Hf,Ti等高场强元素和类似EMII型地幔的Sr-Nd同位素组成,这些特征相似于华北东部南缘中生代幔源火成岩。宫家和上口岩体与富集的大陆岩石圈地幔在软流圈上涌的伸展背景下减压熔融有关,并伴随着橄榄石、单斜辉石、磷灰石及铁钛氧化物等矿物的分离结晶。其地幔源区以相对富单斜辉石的尖晶石相为主,深度小于80kin,并具有亲华北南缘的特点。该地幔源区不同于华北古生代金伯利岩中橄榄岩捕掳体所代表的以方辉橄榄岩为主的难熔型地幔,也与新生代碱性玄武岩中橄榄岩捕掳体指示的主元素饱满、同位素亏损的新生大洋型地幔有差别,是遭受了来自俯冲的扬子大陆板片释放的熔/流体交代改造而演化的产物,但改造程度弱于华北南缘早白垩世早期方城玄武岩和沂南辉长代表的岩石圈地幔,显示俯冲的扬子陆壳物质对上覆岩石圈地幔的交代改造自下而上是不均匀的。4.宫家辉长—闪长岩中基性岩石包体的显微结构和岩石组合不同于邻区太古代或元古代超镁铁质岩块和华北克拉通东部中生代闪长岩中捕获的来自岩石圈地幔或壳幔过渡带的深源捕掳体。相反,它们具有的火成结构、与寄主岩相似的岩石化学和同位素组成,说明其成因与寄主岩浆在侵位上升时发生高压分异结晶或析离有关。四类包体各不相同的主元素、微量元素组成,显示其可能为寄主岩浆演化的不同阶段产物。5.对三佛山花岗岩的研究主要集中在王家口和潘家含斑二长花岗岩和尚岭正长花岗岩,它们形成于早白垩世晚期（～110Ma）,是一套高钾钙碱性系列的岩浆,具有高SiO2、低FeOt、MgO的特点,Na2O/K2O均小于1,富集轻稀土、大离子亲石元素（如Sr、Ba）,Sr-Nd同位素组成与邻区幔源岩石十分接近。它们是早白垩世软流圈上涌和华北东部岩石圈减薄的伸展背景下古老的陆壳物质发生重熔,形成的酸性熔体与幔源岩浆混合后再经历分离结晶的演化产物。它们具有中稀土下凹、重稀土富集的稀土配分模式,表明酸性岩浆的熔融源区残留相以含有角闪石为特征,基本无加厚地壳的必要矿物相石榴子石,揭示～110Ma时该地区地壳已恢复到正常厚度,暗示此时的岩石圈减薄已达到峰期。6.结合已有的研究成果和本文资料,华北克拉通东部南缘中—新生代岩石圈地幔演化的过程可能可以解释为:早中生代扬子大陆向华北深俯冲,破坏了华北南缘原有的地幔对流体系,加剧了软流圈的活动性能,引起岩石圈地幔的热—机械侵蚀和化学侵蚀减薄;苏鲁超高压变质带折返时释放的流体和俯冲板片熔融形成的硅质熔体不断地穿透并交代改造上覆华北古老岩石圈地幔楔,使之转变为高度富集的地幔;在中晚侏罗世时,软流圈继续抬升,引起原先的交代富集地幔熔融,形成的幔源岩浆或底侵在下地壳、壳幔过渡带,并同时诱发俯冲的扬子陆壳发生重熔形成花岗质岩浆;早白垩世郯庐断裂带的大幅左行平移走滑引起软流圈物质以郯庐断裂带为中心大幅上涌,导致上覆岩石圈地幔和地壳的强烈伸展,伴随岩石圈地幔的侧向挤出减薄,富集的岩石圈地幔同时发生大规模熔融而被消耗,岩石圈地幔减薄达到峰期,幔源岩浆同时烘烤地壳,诱使地壳发生重熔形成酸性岩浆,在合适的部位还形成壳幔混合花岗质岩浆。晚白垩世—新生代,太平洋板块快速向华北陆内斜向俯冲导致含深海远洋沉积物的俯冲洋壳软流圈发生混熔,加快了岩石圈地幔减薄,软流圈地幔于古近纪开始趋于冷却回沉,形成现今新生的大洋型地幔,实现对原有的富集型岩石圈地幔的置换。这一模式在华北东部南缘具有普遍意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与选题依据
• 1.1.1 华北岩石圈演化研究的科学意义
• 1.1.2 中生代华北岩石圈演化的深源岩石示踪研究现状
• 1.1.3 华北岩石圈演化研究的新方向
• 1.1.4 本文的选题思路
• 1.2 选题的来源、目的和意义
• 1.3 选题研究方案
• 1.3.1 野外调查研究
• 1.3.2 室内分析研究
• 1.3.3 工作计划
• 第二章 区域地质概况
• 2.1 华北克拉通区域地质简况
• 2.2 胶东区域地质概况
• 2.2.1 胶东区域构造
• 2.2.2 胶东区域地层分布及组成
• 2.2.3 岩浆岩时空分布及特点
• 2.2.4 苏鲁超高压变质带
• 第三章 样品调研、制备与分析测试
• 3.1 昆嵛山花岗岩岩体地质及年代学
• 3.2 样品采集
• 3.3 样品制备与分析测试技术
• 第四章 乳山辉长—闪长岩及其基性岩石包体的岩石学特征及锆石U-Pb年代学
• 4.1 乳山辉长—闪长岩的岩石学特征
• 4.2 乳山辉长—闪长岩中基性包体的岩石学特征及分类
• 4.3 乳山辉长—闪长岩及岩石包体年代学
• 4.3.1 宫家辉长—闪长岩年代学
• 4.3.2 宫家岩体中基性岩石包体年代学
• 4.3.3 上口辉石闪长岩年代学
• 4.4 本章小结
• 第五章 乳山辉长—闪长岩及其基性岩石包体的地球化学特征
• 5.1 主量元素地球化学特征
• 5.1.1 宫家辉长—闪长岩
• 5.1.2 上口辉石闪长岩
• 5.1.3 宫家岩石包体
• 5.2 稀土及微量元素特征
• 5.2.1 宫家辉长—闪长岩
• 5.2.2 上口辉石闪长岩
• 5.2.3 宫家岩石包体
• 5.3 Sr-Nd同位素组成
• 5.4 乳山辉长—闪长岩及岩石包体的成因及源区性质
• 5.4.1 宫家辉长—闪长岩的岩石成因
• 5.4.2 宫家辉长—闪长岩的源区性质
• 5.4.3 上口辉石闪长岩的岩石成因及源区特点
• 5.4.4 宫家岩石包体的成因
• 5.5 本章小结
• 第六章 三佛山花岗岩的年代学及其地球化学特征
• 6.1 三佛山花岗岩的岩石学特征
• 6.2 三佛山花岗岩的锆石U-Pb年代学
• 6.3 三佛山花岗岩的地球化学及同位素组成特征
• 6.3.1 主量元素
• 6.3.2 稀土和微量元素
• 6.3.3 Sr-Nd同位素组成
• 6.4 三佛山花岗岩的岩石成因及源区
• 6.5 本章小结
• 第七章 华北东部南缘晚中生代—新生代岩石圈演化
• 7.1 华北东部中—新生代岩石圈减薄及其主要学术争论
• 7.2 华北东部及其邻区中—新生代的重大地质事件
• 7.3 华北东部岩石圈地幔交代改造的持续性及不均一性
• 7.4 华北东部南缘晚中生代—新生代岩石圈地幔演化
• 第八章 主要结论、创新点与存在的问题
• 8.1 主要结论
• 8.2 创新点
• 8.3 存在的主要问题
• 致谢
• 参考文献