滇西临沧花岗岩时空格架与岩石序列及成因

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地处青藏高原东南缘的滇西三江特提斯构造带广泛发育原-古特提斯洋-陆转换的岩浆记录,是研究特提斯造山带构造-岩浆作用及其动力学机制的重要窗口。临沧花岗岩基是该区最大规模的复式岩基,前人对该岩基开展了岩石学、年代学和地球化学等研究工作,对其成因机制和构造背景也取得了深入认识。然而,已有研究均聚焦于岩基的主体——三叠纪二长花岗岩,缺少对临沧花岗岩基开展岩石单元的系统解体,缺少对各岩石序列和时空格架的精细厘定,更缺乏对包体和寄主花岗岩的成因联系研究,这制约了对该区特提斯构造演化、岩浆动力学机制及陆壳演化的准确认识。论文以临沧地区花岗岩类及其包体为主要研究对象,运用板块演化理论,通过精细的野外地质调查、岩石学、年代学、岩石地球化学、矿物学和同位素地球化学等研究,系统的建立临沧花岗岩基时空格架及岩石演化序列,探讨其岩石成因及其对特提斯构造演化和陆壳生长演化的启示意义。综合野外地质特征和已有研究成果,将临沧花岗基以康太-斗阁断裂划分为东、西岩带。西岩带岩石组合主要为花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩;东岩带岩石组合以花岗闪长岩与二长花岗岩为主。野外地质学、年代学和岩相学研究揭示,临沧花岗岩基可划分为多个岩石序列,包括奥陶纪正长花岗岩序列、二叠纪花岗闪长岩序列和三叠纪二长花岗岩序列。岩体中包体包括变质包体与岩浆包体两类,前者多见残留的变粒岩、片岩和变质火山岩等,后者则可分为中-基性岩浆包体及酸性岩浆包体。锆石U-Pb年代学研究表明,正长花岗岩成岩年龄为474-465Ma,花岗闪长岩形成于二叠纪,二长花岗岩形成于晚三叠世(230-220Ma),其中细粒二长花岗岩侵位较早(230.38±0.82Ma),似斑状细粒二长花岗岩侵位时间为229.4±1.6Ma,似斑状中粒二长花岗岩的侵位时间为228.72±0.80Ma,粗粒二长花岗岩的侵位时间为225.3±1.2Ma,而似斑状粗粒二长花岗岩的侵位时间为220.0±1.7Ma。岩浆包体形成时间稍早于二长花岗岩,其结晶年龄为237±0.72Ma;变质包体锆石U-Pb年龄自3.2Ga~480Ma均有分布,最年轻锆石峰期为490Ma。锆石年代学分析表明,临沧花岗岩基至少存在奥陶纪原特提斯和二叠纪-三叠纪古特提斯相关的岩浆记录。岩石地球化学分析显示,奥陶纪正长花岗岩具有高Si和Alk,低Mg O、K2O/Na2O(1.13-2.0)、ASI(1.46-2.46)和DOI(80.37-96.08)的特征。岩石富集LILE(如Rb、Th、K、U),亏损高场强元素HFSE(如Nb、P、Ti);稀土分馏中等,具轻稀土富集和Eu负异常(LREE/HREE=3.92-18.30)。Zr饱和温度均值为769.18℃。矿物化学和锆石Lu-Hf同位素分析(εHf(t)=-5.47~-2.73,tMD2=1.48~1.63Ga)显示,奥陶纪花岗质岩浆岩的源区以中元古代壳源为主。二叠纪花岗闪长岩的A/CNK比值均大于1.10,为过铝质岩石,稀土-微量元素特征与奥陶纪正长花岗岩类似,但其Zr饱和温度均值为790.10℃。二叠纪花岗闪长岩的长石和磷灰石Sr-Nd同位素组成显示其源区为古老壳源物质(87Sr/86Sr=0.7349-0.7369,143Nd/144Nd=0.5120-0.5122)。三叠纪二长花岗岩均具有高Si特征,西段相对于东段更富Na,高Mg及亏损K。东西两段二长花岗岩的微量元素及稀土元素特征相似,均富集Rb、Th、U、Pb和Sm,亏损Ba、Nb、Ta、Sr、P、Zr、Hf和Ti。轻稀土轻度富集,稀土分馏中等,负铕异常明显。锆石Lu-Hf和矿物Sr-Nd同位素研究显示,其源区与奥陶纪花岗岩明显不同,主要为晚古元古代-早中元古代的古老壳源物质(εHf(t)=-15.57~-8.91,tDM2=1.62-1.99Ga,87Sr/86Sr=0.7259-0.7340,143Nd/144Nd=0.5119-0.5128)。变质包体Si O2变化较大,其锆石年代学谱系特征复杂,具有多组元古代峰期值。结合包体的岩相学特征,可以认为这些变质包体为临沧地块的基底残余,可能代表了临沧花岗岩的源区组成。岩浆包体主要为中-基性及酸性包体,其侵位结晶时代稍早于寄主花岗岩,可能代表了早期形成的晶粥。岩浆包体的锆石Lu-Hf和长石Sr同位素组成与寄主二长花岗岩相似,表明其具有相似的岩浆源区。综合其岩石学、年代学和地球化学特征,本文认为岩浆包体并不是代表底侵的玄武质岩浆,而是起源于寄主二长花岗岩的岩浆源区,是其早期(~237Ma)晶粥产物,该晶粥被晚期(230-220Ma)二长花岗岩的母岩浆侵入改造,其残余物保留下来形成了岩浆包体。综合研究认为,奥陶纪正长花岗岩属高分异S型花岗岩,源岩主要为富粘土的泥质岩,起源于原特提斯洋壳俯冲阶段的局部减压环境(板片后撤或俯冲角度改变),幔源岩浆底侵导致古老陆壳物质发生熔融,且经历了明显的结晶分异过程。二叠纪花岗闪长岩为低分异S型花岗岩,形成于古特提斯陆缘弧环境,是古老陆源泥质岩类的大量熔融产生了富铝熔体,并经历了显著的长石与角闪石分异作用最终形成。晚三叠世二长花岗岩形成于碰撞后伸展环境(可能为深俯冲板片断离),深部亏损地幔物质发生减压熔融,一方面岩浆直接喷发形成区内基性火山岩(如小定西组),另一方面上升的玄武质岩浆提供热源促使陆壳发生大规模熔融,并形成了长英质岩浆储库。长英质岩浆储库发生了多期次的岩浆补给、晶粥活化和冷凝结晶,形成了结构多样的临沧花岗岩基主体,而早期的晶粥残余体则以岩浆包体的形式局部保留。碰撞后背景下S型花岗岩及岩浆包体的成因与伸展背景下幔源岩浆底侵、壳源物质熔融和壳源晶粥活化作用密切相关。而三叠纪东西两个岩带花岗岩的成分差异特征则可能指示古特提斯板片的俯冲极性为由西向东。岩石成因研究及Hf同位素填图显示该区域长英质岩浆作用明显具有古老地壳源区特征。奥陶纪岩浆岩的时空分布特征则指示临沧地块与保山地块在原特提斯造山旋回早期就具有明显的亲缘性,早古生代时期临沧地块属于冈瓦纳大陆北缘的一部分。
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