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本论文以地幔长期存在区域上的不均一性为理论前提,以研究蛇绿岩单元内枕状玄武岩的地球化学特征为基础,探讨构造结内古洋幔的构造域归属,为划分构造结内各微陆块的构造归属及探讨造山带的特征提供约束。最后对中国境内古亚洲洋构造域的古洋幔特征进行了初步的探索并指出进一步的研究方向。
本论文主要集中对祁连和北秦岭造山带交接部位的天水—宝鸡地区和祁连造山带中蛇绿岩单元内枕状玄武岩及部分基性火山岩带内的玄武岩进行了地球化学研究工作。有关构造结内其他地区蛇绿岩单元内枕状玄武岩的地球化学工作主要是在收集前人资料的基础上进行的。
秦祁结合部位主要是指位于祁连和北秦岭造山带交接部位的天水—宝鸡地区(张维吉等,1994)。该结合部位出露的蛇绿岩单元有关子镇蛇绿岩、武山蛇绿岩和清水蛇绿岩。关子镇蛇绿岩和武山蛇绿岩均位于商丹断裂带西延部分的北侧,与岛弧环境下形成的李子园群混杂在一起。
北祁连造山带内从南到北依次出露了形成于扩张脊环境的玉石沟蛇绿岩、弧间盆地的大岔大坂蛇绿岩和弧后盆地的九个泉和老虎山蛇绿岩。
玉石沟蛇绿岩系北祁连造山带内岩石组合发育最完全的一套蛇绿岩,形成于洋盆扩张脊环境。变质玄武岩具有MORB型玄武岩的特征,其Sr同位素比值受海水蚀变影响有所增大,Nd和Pb同位素特征表明其地幔源区以亏损地幔(DMM)和EMⅡ地幔端元为主,但也有少量EMI地幔端元组分的加入。
九个泉蛇绿岩形成于弧后盆地环境。变质玄武岩具有微弱的Nb负异常,但在构造环境判别图解中均表现出MORB型玄武岩的特征。样品的稀土元素分配模式为弱亏损型,εNd(t)值的变化范围为7.8~8.1。从而说明九个泉弧后盆地的规模较大,蛇绿岩形成时受俯冲物质的影响较弱。
老虎山蛇绿岩形成于弧后盆地环境。枕状玄武岩(87Sr/86Sr)t比值的变化范围较窄、样品εNd(t)值的变化范围较大,个别样品的(206Pb/204Pb)t同位素组成较高;从而表明老虎山蛇绿岩单元内的枕状玄武岩源自地幔,但其地幔源区中卷入再循环大陆和俯冲洋壳物质。该蛇绿岩单元内受俯冲洋壳和再循环大陆物质影响较弱的变质玄武岩具有印度洋MORB型同位素组成特征。
大岔大坂蛇绿岩形成于弧间扩张盆地环境。变质玄武岩具有明显的Nb负异常;微弱的Zr负异常;个别样品具有Ti负异常;样品均无Ta、Hf负异常。枕状玄武岩的Sr同位素组成受海水蚀变的影响而变化范围比较大;其Nd和Pb同位素组成表明其地幔源区类似印度洋MORB型同位素组成特征。
北祁连造山带发育有不同构造环境下形成的蛇绿岩,从而表明早古生代北祁连发育有一个具有沟弧盆体系的成熟大洋。该大洋的形成时间应早于550Ma(玉石沟蛇绿岩的形成年龄),中—晚奥陶世时大洋开始向北消减,发育了岛弧环境和弧后盆地环境下形成的蛇绿岩。
祁连造山带中除北祁连发育有大量蛇绿岩外,中祁连的南侧还发育了两条大的基性超基性岩带,拉脊山和雾宿山基性—超基性岩带。
拉脊山基性火山岩带南、北两侧分别与前寒武纪结晶基底呈断层接触,且存在三种类型的基性火山岩:岛弧碱性玄武岩、洋岛玄武岩(OIB)和E-MORB型玄武岩;但无N-MORB型玄武岩发育,从而表明拉脊山地区在早古生代发育了一个规模不大的有限洋盆,在闭合的过程中形成小型的混杂岩带。Sr、Nd和Pb同位素组成系统研究表明该地区玄武岩的地幔源区卷入再循环的大陆物质组分或者玄武岩岩浆上升到地壳发生围岩同化混染作用。雾宿山变质基性火山岩在构造环境判别图解中具有岛弧火山岩和E-MORB型玄武岩的特点;并且大多数样品的高场强元素(HFSE)相对于大离子亲石元素(LILE)都具有不同程度的亏损特征,由此可推测雾宿山变质基性火山岩应形成于弧后盆地环境。雾宿山基性火山岩的εNd(t)值随着(87Sr/86Sr)t比值的增大而减小,据此可知其地幔源区存在经俯冲消减作用再循环进入地幔的洋壳和大陆壳物质。
本文收集了文献中特提斯构造域蛇绿岩单元内玄武岩的Sr,Nd,Pb同位素数据,并对特提斯构造域内不同时期形成的蛇绿岩单元内玄武岩的Nd,Pb同位素组成进行了整理分析。结果表明,特提斯构造域中不同时期形成蛇绿岩单元内的玄武岩的εNd(t)和(206Pb/207Pb)t协变趋势一致,大致都构成了负相关的趋势;且多数样品粗略地沿着DMM地幔端元和EMⅡ地幔端元混合线分布,少数样品落在了DMM地幔端元和EMI地幔端元及DMM地幔端元和HIMU地幔端元的混合线上,特提斯构造域内不同时期形成的蛇绿岩单元内玄武岩的Pb同位素组成数据大多数落在了北半球参考线(NHRL)的上方,并平行于北半球参考线分布;综合分析特提斯构造域中不同时期形成的蛇绿岩单元内玄武岩的Nd和Pb同位素组成可知特提斯构造域古洋幔以DMM地幔端元和EMⅡ地幔端元为主要组分,其次为EMI地幔端元,有时偶尔具有HIMU地幔端元组分。西秦岭一松潘构造结蛇绿岩单元内N-MORB和E-MORB型玄武岩的Nd和Pb同位素组成也表明构造结的古洋幔以DMM和EMⅡ地幔端元为主要组分,其次为EMI地幔端元;与典型特提斯构造域地幔的同位素组成和地幔端元组成特征相似。从而表明西秦岭—松潘构造结古洋幔属于特提斯构造域。西秦岭—松潘构造结和特提斯构造域蛇绿岩单元内N-MORB型玄武岩在Th/La,Rb/Sr,La/Nb,Ti/Zr,Zr/Nb,TiO2/P2O5,和Zr*的变化范围基本一致,表现为,共同具有较高的Zr/Nb(15.38-54.75),La/Nb(0.5-2.15),Ti/Zr(73.60-108.06),Ti/V(17.86-35.64),TiO2/P2O5(9.81-13.83)及较低的Th/La(0.03-4.87),Rb/Sr(0.029-0.129)和Zr*(0.90-1.21)。而塔里木以北的南天山哈尔克山蛇绿岩内N-MORB型玄武岩明显不同于特提斯和构造结蛇绿岩N-MORB型玄武岩的微量元素比值。同样,特提斯构造域和构造结内蛇绿岩单元内E-MORB型玄武岩也具有一致的微量元素比值特征,这点从正反两侧面进一步证明西秦岭—松潘构造结属于特提斯构造域。至于南天山造山带的古洋幔构造归属究竟为何,是否归属于古亚洲洋构造域的问题,因受资料所限,尚难以做进一步探讨。
中国西部属于特提斯构造域的蛇绿岩所代表的古洋显示出随时间演化由北而南迁移的规律,具体表现为以玉石沟为代表的古洋于晚震旦世(550Ma)形成,代表了原特提斯构造域。目前一般认为昆仑造山带南缘的阿尼玛卿蛇绿岩带所代表的古洋发育于晚古生代(张国伟等,1995;陈亮等,2003)。而新特提斯蛇绿岩则发育在西藏的班公错—怒江和雅鲁藏布江蛇绿岩带内。中国境内的特提斯构造域表现出自北而南变年轻的时空演化规律,且中央造山带北部出露的早古生代蛇绿岩(松树沟蛇绿岩、关子镇蛇绿岩、玉石沟蛇绿岩)代表了原特提斯构造域,从而说明中央造山带的动力学过程也应包容于冈瓦纳大陆裂解和亚洲增生的总动力学系统之中。
西秦岭—松潘构造结蛇绿岩单元内玄武岩现今Pb同位素组成明显不同于华北陆块南缘玄武岩的Pb同位素组成,而与扬子陆块北缘西段、南秦岭西段和北秦岭玄武岩的Pb同位素组成相似,即富放射性成因Pb同位素组成。从而表明西秦岭—松潘构造结古地幔也应属于扬子类型地幔,而非华北型地幔。再者,北秦岭造山带、秦祁结合部位及北祁连造山带的区域构造格架相似;北秦岭造山带的主要构造-岩石地层单位及构造边界等在天水—宝鸡地区,通过一个巨大的反S型构造的转换延伸到祁连造山带内(张维吉等,1994)。不同造山带内早古生代蛇绿岩单元内变质玄武岩详细的地球化学对比也支持这一地质认识。
传统意义上属于古亚洲洋构造域内的内蒙古温都尔庙蛇绿岩单元内枕状玄武岩与特提斯构造域不同时代蛇绿岩单元内相同岩石的Pb同位素组成特征相似。并且在吉林延边和那丹哈岭地区发现了一套含具明显特色的特提斯海相动物群化石的石炭、二叠系地层(邵济安等,1993)。结合张理刚等(1995)对中国东部新生代玄武岩的研究结果可知在内蒙古的南部、吉林的延边和那丹哈岭地区存在着特提斯构造域活动的迹象。虽然西准噶尔达拉布特蛇绿岩带内阿克巴斯套和大棍枕状玄武岩的Pb同位素组成不同于特提斯构造域不同时期蛇绿岩单元内相同岩石的Pb同位素组成。但这是否能代表古亚洲洋构造域古洋幔的地球化学特征尚难下定论。前人古生物研究的结果和本文蛇绿岩单元内枕状玄武岩初步的地球化学研究工作暗示着特提斯洋域在中国境内可能仍可以向北延伸,而真正的古亚洲洋可能位于蒙古和俄罗斯境内。但到目前为止很难进一步深入地探讨古亚洲洋构造域的特点。今后中国境内的古亚洲洋构造域的洋幔地球化学特征及其大陆动力学背景仍需要大量的工作。对于古亚洲洋构造域详细的多学科研究必然会使得更深刻地探讨中国大陆的演化过程,从而揭示全球大陆动力学演化过程及特征。