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题名: 可可西里花岗岩地球化学研究及其岩石大地构造意义
作者: 张利云
答辩日期: 2011-05-01
导师: 丁林
专业: 构造地质学
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
学位: 博士
关键词: 可可西里 ; 印支期 ; 中新世 ; 花岗岩 ; 花岗岩 ; 地球化学 ; 大地构造
摘要:

可可西里-松潘-甘孜地体位于青藏高原北部,也有地球上规模最大的复理石沉积物。近年来的研究不断深化了对三叠纪复理石物源区的认识,但对其基底性质(洋壳或陆壳)的分歧,直接影响了对盆地属性和古特提斯洋构造演化的理解。花岗岩是大陆地壳的重要组成部分和构造运动的直接产物,其地球化学特征不但可以反映源区性质,而且是构造-岩浆事件的重要记录。尽管可可西里-松潘-甘孜地区地体基底物质很少出露,但广泛发育印支期花岗岩。最近松潘-甘孜地区印支期花岗岩的研究结果表明,其基底为华南大路的西延。然而,华南大陆是否可以向西延伸上千公里到达可可西里地区并不清楚。因此,开展对可可西里地区印支期花岗岩年代学和地球化学研究显得非常重要。本文对可可西里八个地区的侵入岩进行精确的锆石U-Pb40Ar/39Ar同位素定年,结合主量、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素分析,试图解释岩浆的成因机制和源区性质,制约可可西里基底属性和古特提斯洋构造演化。可可西里地区自中生代以来主要有两期研究活动,分别为印支期和喜马拉雅晚期,中间是长达200Ma的岩浆活动间断。

印支期岩浆活动

锆石U-Pb同位素定年分析表明,可可西里研究活动集中于晚三叠世(印支期)。对卓乃湖(北)、马兰山和勒斜武旦湖岩体进行SHRIMPⅡ锆石U-Pb定年,给出的结晶年龄分别为212±4Ma213±2Ma220±7Ma;对长虹湖、大鹏湖、黑石北湖、云雾岭和黑石山岩体进行LA-ICPMS锆石U-Pb定年,获得的结晶年龄分别为212±6Ma214±6Ma231±5Ma193±10Ma203±2Ma;对卓乃湖(北)和勒斜武旦湖岩体进行白云母40Ar/39Ar定年,获得冷却年龄分别为212.7±2.5Ma210.7±2.5Ma

可可西里印支期侵入岩地球化学研究结果表明:

(一)   大鹏湖和长虹湖侵入岩具有与埃达克岩相似的地球化学特征

大鹏湖岩石为花岗闪长岩,富SiO261.28-62.82%)和A12O316.30-17.33%),属于准铝质-弱过铝质的高钾钙碱性演示。样品富Sr524-782ppm)和贫重稀土元素和Y12.3-16.0ppm)以及相对较高Sr/Y比值(36-59),轻重稀土强烈分异[(La/Yb)n16-25]且负铕异常不明显(δEu=0.71-0.94),显示出埃达克岩的特征。岩石具有较低的相容元素含量(Cr=7.0-21.9ppmCo=5.1-9.8ppmNi=4.1-11.8ppm)和MgO1.65-2.18%Mg#=39-44),以及高德放射性成因Sr和低的εNd(t)εHf(t)(87Sr/86Sri=0.7084εNd(t)=-5.2εHf(t)=-3.4~-1.1)同位素比值。

长虹湖岩石具有较高的烧失量(7.53%-9.83%),但是仍然具有高Sr240-526ppm)、低Y(6.3-6.9ppm)以及高德Sr/Y比值(38-84)。同时,轻重稀土岩石具有埃达克岩的地球化学特征。长虹湖岩石具有低得相容元素(Cr=5.5-10.2ppmCo=1.8-2.7ppmNi=1.9-3.7ppm)和相对高的MgO含量(1.10-1.15%Mg#=50-54)。岩石具有高的初始Sr和较低的

εNd(t)εHf(t)同位素比值(87Sr/86Sri=0.7079εNd(t)=-4.5-5.3εHf(t)=-1.1-7.0)。

可可西里埃达克岩花岗岩不可能由俯冲的古特提斯洋壳或拆沉的大陆基性下地壳部分熔融产生,更可能是加厚陆壳底部基性岩石榴辉岩相或石榴石角闪岩相部分熔融的产物。

(二)(二)黑石山、黑石北湖和云雾岭岩体为高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩黑石山岩体富SiO262.18-64.08%)、A12O315.39-16.45%)和CaO3.67%-4.85%),贫Mg01.96-2.22%Mg#=45-48)。岩石含少量角闪石,显示出准铝质到弱过铝质特征(A/CNK=0.87-1.02),为典型的高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩。岩石亏损Sr306-373ppm),而重稀土和Y元素含量较高(Y=15.3-22.3ppm),Sr/Y比值(14-24)很低,具有岛弧型岩浆的特征。岩石具有弱的轻重稀土元素分异[(La/Yb)n=3-11]Eu负异常(δEu=0.72-0.91),以及较高的初始Sr同位素比值和较低的初始Nd同位素比值(87Sr/86Sri=0.7112-0.7143εNd(t)=-4.9-6.0),暗示可能为大陆下地壳角闪岩部分熔融的产物,只是残留相中不存在石榴石。

黑石北湖岩体岩性为花岗闪长岩,具有较高SiO266.32-68.32%)和A12O315.32-16.03%),属于过铝质高钾钙碱性岩石。大多数样品含有较低的重稀土和Y元素(Y=11.4-13.0ppmYb=1.01-1.2ppm)和较低的Sr含量(235-578ppm),导致较低的Sr/Y比值(20-28),较重稀土元素分馏强烈[(La/Yb)n=19-25]以及较为显著的负铕异常[δEu=0.68-0.83],表明岩石具有Ⅰ型花岗岩的地球化学特征。黑石北湖岩石具有低的相容元素(Cr=10.9-28.3ppmCo=4.3-8.4ppmNi=4.7-15.7ppm)和MgO含量(1.13-1.35%Mg#=30-51),以及高的初始Sr和较低的εNd(t)εHf(t)=-1.8-7.8。它们可能为大陆下地壳角闪岩部分熔融的产物,只是残留相中出现少量石榴石,而斜长石可能大量存在。

云雾岭花岗岩富SiO269.13-14.72%)和碱(Na2O+K2O=7.59-9.27%),而贫MgO0.36-0.64%Mg#=23-32)和CaO0.98-1.56%),为准铝质到弱过铝质的高钾钙碱性岩石。低得Sr/Y比值(1-10)、弱的轻重稀土元素分异[(La/Yb)n=5-17]、明显的Eu负异常(δEu=0.39-0.70),与高分异的Ⅰ型花岗岩非常类似。较高εNd(t)εHf(t)值(87Sr/86Sri=0.7072-0.7084εNd(t)=-2.0-2.3;εHf(t) -=0.43.3),显示有地幔物质加入或新生地壳物质参与部分熔融的特征,研究侵位过程中可能存在钾长石等矿物的分离结晶。

(三)S型花岗岩(卓乃湖(南、北)、马兰山和勒斜武旦湖岩体)

卓乃湖(南、北)、马兰山和勒斜武旦湖岩体具有富SiO2(>70%)和A12O3,而贫CaOFE2O3MgO,都具有强过铝质岩石(A/CNK1.1)的地球化学特征,属于S型花岗岩。岩石具有较高的初始Sr和较低的εNd(t)同位素比值(87Sr/86Sri=0.7072-0.7111εNd(t)=-4.7-7.1)暗示可能来自于变泥质岩石的部分熔融。Zr饱和温度法估算的岩浆温度为670-840℃,高于喜马拉雅淡色花岗岩,暗示其形成过程中游深部热源的贡献。

卓乃湖北和马兰山岩石相对富钾,Na2O/K2O比值都小于1,具有较低的Sr14-44ppm)、较高的Rb/Sr比值(>1.5)、Eu负异常明显(δEu=0.02-0.24),它们可能是在无流体注入的条件下,由变泥质岩石白云母脱水部分熔融产生。

可可西里地区印支期花岗岩存在多种类型(埃达克岩、高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩和S型花岗岩),其源区物质都指向可可西里地区晚三叠世基底性质为支持的大陆地壳而非洋壳。岩浆侵位时代晚于古特提斯洋的闭合,属于碰撞后的岩浆活动。尽管可可西里并没有发现同时代基性岩浆,但是印支期花岗岩只是地壳不同深度、不同岩石较大规模的部分熔融,暗示幔源岩浆底侵左右的存在。

中新世壳源岩浆岩

淡色花岗岩的研究对了解大陆碰撞造山带地壳增厚过程、陆壳深熔左右甚至高原隆升具有重要意义。野外调查表明,可西丽湖地区发育中中新世二云母淡色花岗岩和流纹岩。本文对布喀达坂二云母淡色花岗岩和科考湖、马兰山、湖东梁流纹岩进行了锆石U-Pb、白云母和透长石40Ar/39Ar定年以及全岩地球化学分析。结果表明,布喀达坂淡色花岗岩的锆石U-Pb结晶年龄为9.7±0.2Ma,白云母40Ar/39Ar冷却年龄为6.86±0.09Ma。科考湖和马兰山流纹岩的喷发年龄分别为14.5±0.8Ma9.37±0.30Ma。所有岩石富SiO270.99-73.59%)、A12O314.39-15.25%)和K2O3.78-5.50%),而贫FE2O30.58-1.56%),MgO0.11-0.44%)和CaO0.59-1.19%),属于强过铝质岩石(A/CNK=1.11~1.21),稀土元素呈现明显的负         Eu异常(δEu=0.18~0.39),Sr-Nd同位素具有高87Sr/86Sri0.7124~0.7143)和低εNd(t)9Ma=-5.5~-7.1)的特征。可可西里湖地区中中新世二云母淡色花岗岩和流纹岩一致具有典型的S-型花岗岩特征。其岩石成因机制可能为:昆仑左行走滑断裂的活动引发断裂末端局部地区东西向伸展减压,导致增厚的中下地壳变泥质岩白云母脱水部分熔融,形成可可西里胡壳源岩浆岩。可可西里湖地区14.5-9.4Ma淡色花岗岩的侵位或流纹岩的喷出表明,在15Ma之前,藏北地壳大规模缩短加厚就已经完成。同时,暗示藏北至少在15Ma可能就已经达到或接近现今的海拔高度(~5000m)。

语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.itpcas.ac.cn/handle/131C11/1600
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张利云.可可西里花岗岩地球化学研究及其岩石大地构造意义[博士].北京.中国科学院研究生院.2011
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