西南天山古生代洋盆演化%3a来自岩石学的记录.pdf

2 7 8 矿物岩石地球化学通报2 7 卷增刊 中亚 显生宙增生造山与陆壳生长 西南天山古生代洋盆演化来自岩石学的记录 王超1 ’2 ，刘良1 ，罗金海1 ，车自成1 1 ．西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室，西安7 1 0 0 6 9 l 2 ．中国地质调查局西安地调中心，西安7 1 0 0 5 4 南天山造山带为中天山南缘断裂带以南的天 山地区。在震旦纪一早古生代，它是卡拉库姆一塔 里木板块和哈萨克斯坦板块之间伸展形成的一个 宽阔的古洋盆 V o l k o v a ，1 9 9 9 。在洋盆演化过程 中，古大陆边缘和沉积盆地构造类型频繁转换，在 碰撞期及其后构造变形复杂多样，岩浆和变质作用 强烈，保存有亚洲大陆形成演化的重要信息。 岩浆作用是造山带构造发展和构造环境变迁 的行为体现。南天山两侧的两条蛇绿岩带和花岗 岩带，对于认识该造山带的演化过程具有重要意 义。本文在作者最新对南天山造山带的蛇绿混杂 岩、岛弧花岗岩和后碰撞岩浆作用的岩石成因、源 区性质及其形成时代研究的基础上，综合前人对南 天山造山带中的蛇绿岩 或蛇绿混杂岩 、高压一超 高压变质岩和花岗岩等的研究资料，来讨论南天山 古生代的洋盆演化过程。为深入认识古亚洲洋消 减闭合过程、中亚造山一成矿作用及大陆地壳增生等 重大地学问题提供约束资料。 巴雷公镁铁一超镁铁质岩套出露于西南天山 阔克萨彦岭地区，代表了南天山古生代洋盆的洋壳 残片。岩石学和地球化学特征表明；超镁铁质岩石 主要为蛇纹石化橄榄岩，主量和微量元素特征显示 该橄榄岩的T i 、烈含量低，C r 1 6 0 4 ．0 5 ～3 8 6 3 ．5 4 p g ／g 、N i 1 7 1 9 ．7 3 ～2 3 7 5 ．2 3p g ／g 和M g ’值 0 ．9 0 - - 一0 ．9 2 高；样品的稀土总量非常低，强烈亏 损 ∑R E E 0 ．2 8 ～0 ．3 5 ￡t g ／g ，Y b 0 ．1 ～0 ．1 1 c I ，呈宽缓的U 型R E E 配分模式；原始地幔标准 化蛛网图显示，强烈富集R b 、U 和s r ，从L I L E 到 H R E E ，元素含量自左向右随不相容性的逐渐降低， 呈右倾标准化微量元素配分型式；橄榄岩熔融程度 为2 0 ％- 。2 5 ％，为俯冲带氧化条件下的熔融产物。 上述特征显示俯冲板片流体与俯冲带上地幔楔物 质的相互作用，具有俯冲带型地幔橄榄岩特征。镁 铁质岩石主要为洋岛拉斑岩石系列，P 20 5 O ．3 3 ％ ～0 ．7 5 ％ 、T i 0 2 2 ．4 9 ％～3 ．7 0 ％ 、T F e 20 3 1 2 ．6 9 ％～1 5 ．6 3 ％ 含量高，富集轻稀土，L R E E ／ H R E E 分异明显， L a ／Y b N 介于3 ．6 6 ～6 ．5 4 ；C r 2 8 ．9 3 “ - - 1 2 3 ．9 9p g ／g 、C o 4 4 ．0 4 ～5 2 ．4 0 ／| g ／g 和 N i 2 5 ．6 1 一．, 6 3 ．0 4p g ／g 含量低，且N i 、C r 与M g O 呈正相关，指示其母岩浆在岩浆房中或上升途中经 受了橄榄石和尖晶石分离结晶作用。Z r ／N b 7 ．0 6 ～7 ．9 9 和Z r ／H f 3 5 ．9 8 ．- 一3 7 ．5 3 值低，推测其可能 来自于含石榴子石的富集地幔的深部熔融。Z r ／Y - N b ／Y 和N b ／T h - Z r ／N b 图解显示，其源区具有 E M l 一E M 2 型地幔端员组分混入，可能主要有再循 环的发生并交代熔融作用的深部大洋岩石圈的 参与。 锆石L A ．I C P L M SU P b 定年结果表明，巴雷公 洋岛火山岩的结晶年龄为4 5 0 士2M a 。区域年代学 数据说明南天山古生代蛇绿岩 蛇绿混杂岩 可能 均形成于晚奥陶世一早志留世，属于早古生代。巴 雷公镁铁一超镁铁质岩石指示南天山古洋盆在晚 奥陶世三早志留世期间已演化成为成熟的多岛洋 盆，早期可能发生过洋内俯冲事件。结合地球化学 和地质特征，说明南天山蛇绿岩应为同一古洋盆中 的蛇绿混杂岩带。南天山蛇绿岩混杂岩中D 2 一C l 化石分布的广泛性 L i uY ，2 0 0 1 ，王超等，2 0 0 7 ，表 明南天山洋盆的深水环境一直持续到早石炭世，古 洋盆的洋壳残片在俯冲构造侵位时成为蛇绿混杂 岩的一部分。 南天山南缘断裂带的欧西达坂岩体主要由石 英闪长岩、二长花岗岩和花岗斑岩组成，并且显示 万方数据 2 7 卷增刊矿物岩石地球化学通报 2 7 9 了强烈的后期变形特征。地球化学特征显示，二长 花岗岩的S i 0 2 含量介于6 5 ．1 6 ％～7 5 ．5 0 ％，M g 值低 O ．2 3 N 0 ．4 1 ，A ／C N K - - - - 0 ．8 6 ～1 ．1 5 ，为过铝 一强过铝质，钙碱一高钾钙碱系列花岗岩； L a ／ Y b N - - - - 4 ．4 0 - - ．6 ．3 2 ，6 E u 0 ．5 8 ～0 ．7 7 。与二长花 岗岩相比，石英闪长岩的s i 0 2 含量较低 5 5 ．4 6 ％～ 5 8 ．2 9 ％ ，相对富钛、钙、铁、铝和M g O 等；A ／C N K - - - - 0 ．8 8 - - - 1 ．0 4 ，M 9 8 值高 0 ．4 5 ～0 ．5 0 ，为钙碱性 系列。二长花岗岩的 L a ／Y b N 7 ．8 4 ～9 ．4 8 ，6 E u O ．5 2 “ - - 0 ．7 8 。在原始地幔标准化蛛网图上，样品 均明显富集R b 、B a 、T h 、K 等大离子亲石元素和 L R E E ，亏损N b 、T a 、P 、T i 等高场强元素。而二长 花岗岩表现为更加亏损N b ，T a 、P 、T i 等元素，并具 有明显的S r 负异常。欧西达坂岩体中的石英闪长 岩和二长花岗岩均为钠质，具有高的N a 2 0 和C a O 含量。该岩体高的A l 。0 3 、L a ／N b 、T h ／T a 值和原始 地幔标准化图解中N b T i 的负异常说明，该套岩石 形成于板块边缘环境或来自岛弧环境下的陆壳源 区。石英闪长岩可能来源于镁铁质岩浆底侵导致 的下地壳部分熔融，二长花岗岩可能来自中下地壳 的无水熔融。 二长花岗岩L A - I C P - M S 微区定年获得了两组 年龄4 2 1 土3M a ，2 7 3 土2M a ，前者为结晶年龄，后 者代表了南天山后碰撞伸展走滑作用的时代。欧 西达坂岩体体现了南天山洋早古生代向南短暂而 局部平坦的低角度板片俯冲。南天山南缘岛弧岩 浆分布的局域性和年代学数据的相对集中，说明这 种俯冲作用可能发生在早古生代，并且是短暂而局 部的。中天山南缘的岛弧岩浆岩带代表了南天山 洋向中天山一伊犁板块北向俯冲的产物，目前主要 发育于四个年龄阶段4 7 9 ～4 3 6M a 、4 1 9 ～3 9 3 M a 、3 7 0 ～3 6 6M a 和3 5 4 一- - 3 1 3M a 。中天山南缘的 高压变质年龄主要集中于4 1 5 ～3 9 0M a 和3 7 0 ～ 3 4 5M a 两个年龄段之间。岛弧岩浆侵位和高压变 质时代说明南天山洋向北具有长期、多阶段的俯冲 作用。由此推测，在早古生代南天山洋可能存在双 向俯冲，从而形成同一洋盆中的蛇绿岩在南天山南 北两侧的就位和两侧的两条早古生代岛弧岩浆岩 带；而在晚古生代南天山洋一直向北俯冲、碰撞，形 成岛弧岩浆岩带和高压一超高压变质岩石。 巴雷公花岗岩出露于西南天山阔克萨彦岭蛇 绿混杂岩南侧。地球化学特征显示，该岩石富碱 K 2 0 N a 2 0 8 ．2 5 ％～8 ．7 2 ％ 8 ％ 、富钾 K 2 0 ／N a 2 0 1 ．3 4 ～1 ．5 6 、准铝质 A ／C N K 一 0 ．9 4 - - - ．1 ．0 5 ，为高钾钙碱性一钾玄岩系列；岩石富 集大离子亲石元素和轻稀土，亏损S r 、P 等大离子 亲石元素及N b 、T i 等高场强元素，具有中等负铕异 常 6 E u 0 ．4 9 - - - 0 ．5 9 ，具有向A 型花岚岩过渡的 后碰撞高钾花岗岩特征；岩石的N d ／T h 1 ．6 4 ～ 3 ．1 9 、T h ／U 5 ．9 5 ～7 ．1 1 、N b ／T a 7 ．2 6 ～9 ．1 7 值和高K O ／N a 。0 值、低S r ／B a 值特征表明，巴雷 公花岗岩来源于中下地壳物质的部分熔融，残留相 为斜长角闪岩。L A - I C P - M S 微区原位U P b 定年 结果表明，该花岗岩的结晶侵位年龄为2 7 3 土2M a 。 综合南天山已有研究成果，推测南天山造山带后碰 撞花岗质岩浆活动主要发生在2 8 2 2 5 9M a 之间， 具有从高钾钙碱系列 2 8 2 ～2 6 6M a 向碱性系列 2 6 6 - - 一2 5 9M a 演化的特征，暗示一个后碰撞阶段 的造山带垮塌、陆壳连续伸展减薄的过程。巴雷公 高钾花岗岩应为南天山造山带碰撞造山峰期变质 后垮塌过程中的第一个阶段，或碰撞造山到后造山 的一个转折阶段的中下地壳熔融的产物，指示南天 山西段古洋盆在中二叠世以前已经闭合，西南天山 已进入后碰撞演化阶段，代表了古亚洲洋南部的闭 合和中亚南部增生造山作用的结束。 万方数据 西南天山古生代洋盆演化来自岩石学的记录西南天山古生代洋盆演化来自岩石学的记录 作者王超， 刘良， 罗金海， 车自成 作者单位王超西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,西安,710069;中国地质调查局,西安地 调中心,西安,710054， 刘良,罗金海,车自成西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验 室,西安,710069 刊名 矿物岩石地球化学通报 英文刊名BULLETIN OF MINERALOGY, PETROLOGY AND GEOCHEMISTRY 年，卷期2008,27z1 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 李涛.王宗秀.LI Tao.WANG Zong-xiu 塔里木地块北部横向构造及断条模式[期刊论文]-中国地质2006,331 2. 夏林圻.夏祖春.徐学义.李向民.马中平.王利社 天山古生代洋陆转化特点的几点思考[期刊论文]-西北地质 2002,354 3. 梁云海.李文铅.LIANG Yun-hai.LI Wen-qian 南天山古生代开合带特征及其讨论[期刊论文]-新疆地质 2000,183 4. 李向东.王克卓.LI Xiang-dong.WANG Ke-zhuo 中国西天山南缘盆山构造转换解析[期刊论文]-新疆地质 2000,183 5. 高睿.肖龙.王国灿.曹树钊.罗彦军.袁静.何琦.GAO Rui.XIAO Long.WANG Guo-can.CAO Shu-zha.LUO Yan-jun. YUAN Jing.HE Qi 南天山阔克萨勒岭地区晚古生代玄武岩地球化学特征、成因及意义[期刊论文]-矿物岩石 2009,292 6. 肖安成.贾承造.杨树锋.陈汉林.魏国齐.张春生.XIAO An-cheng.JIA Cheng-Zao.YANG Shu-feng.CHEN Han-ling .WEI Guo-qi.ZHANG Chun-sheng 中国南天山西部冲断褶皱系前缘区的运动学特征[期刊论文]-沉积学报2000,183 7. 袁忠信 关于A型花岗岩命名问题的讨论[期刊论文]-岩石矿物学杂志2001,203 8. 高俊.张立飞.刘圣伟 西天山蓝片岩榴辉岩形成和抬升的40Ar/39Ar年龄记录[期刊论文]-科学通报2000,451 9. 龚福华.李曰俊.王清华.胡世玲.黄智斌.罗俊成 南天山西段古生代火山岩Ar-Ar年龄新资料[期刊论文]-高校地 质学报2003,93 10. 龙灵利.高俊.钱青.熊贤明 西南天山古生代构造演化及地壳增生来自花岗岩的证据[会议论文]-2006 本文链接