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《中国科学院广州地球化学研究所》 2017年
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哀牢山构造带白垩纪以来的岩浆与变质作用及其大地构造指示

郭小飞  
【摘要】:东喜马拉雅构造结向东南延伸的三江地区,由西向东依次出露高黎贡山、崇山和哀牢山三个南北向或北西-南东向大型变质带,是对印度与欧亚板块汇聚响应的重要地区。该区白垩纪以来存在的地质问题主要包括:(1)白垩纪地幔性质及其动力学过程主要受控于特提斯洋俯冲还是太平洋俯冲仍不确定;(2)新生代印度板块和欧亚板块陆陆碰撞在青藏高原东南缘效应(比如,滇缅地区韧性剪切带和印支陆块的旋转)未有明确认识。位于三江地区东缘的哀牢山变质带,白垩纪以来发育了广泛的岩浆活动,研究这些岩浆岩的时空格架和成因特征能有效解决上述科学问题,有利于厘清白垩纪以来受控于俯冲到碰撞的扬子西南缘演化特征及其动力学过程。本论文选择哀牢山构造带白垩纪以来的变基性岩和闪长质-花岗质岩石为研究对象,通过详细的野外和室内岩相学、矿物学、元素地球化学、LA-ICP-MS、SIMS锆石U-Pb年代学、Sr-Nd-Hf同位素分析等综合研究,整合区域地质资料和前人成果,揭示了这些岩石的时空分布和成因特征,探讨了三江地区中新生代以来印度与欧亚板块汇聚的地质响应机制。通过研究,主要获得如下成果及进展:1.基于哀牢山构造带白垩纪基性-变基性岩的年代学和地球化学研究阐明了哀牢山地区白垩纪处于新特提斯洋板片幕式回撤的伸展构造背景在滇西地区哀牢山构造带识别出早白垩世~139 Ma的富铌辉绿岩、晚白垩世~68 Ma富铌斜长角闪岩和~73 Ma的OIB型斜长角闪岩。~139 Ma辉绿岩和~68Ma斜长角闪岩显示相似的富铌玄武岩地球化学特征,如高Na2O、Ti O2和Nb(7ppm),以及高的(Nb/Th)PM、(Nb/La)PM和Nb/U比值。不同于与埃达克岩伴生的富铌玄武岩,上述富铌基性岩与OIB型基性岩伴生,是源于OIB型地幔和弧型地幔在尖晶石稳定相(70 km)的二端元混合,而富铌辉绿岩则需要前述混合源大比例(~15%)部分熔融。相比于富铌基性岩,~73 Ma OIB型斜长角闪岩具有低Mg#值,高Ti O2、Nb(20-26 ppm)含量,及类似OIB的稀土和微量元素配分模式。该OIB型岩石源于石榴子石稳定相(80 km)橄榄岩低度部分熔融。结合前人白垩纪至早始新世花岗质岩石数据,滇西地区白垩纪存在三个主要的岩浆爆发期,分别为140-115 Ma、75-64 Ma和55-50 Ma。考虑到研究区距离太平洋和新特提斯洋的距离分别为2400-5000 km和320 km,认为这些白垩纪火成岩更可能形成于与新特提斯洋俯冲相关的背景。据此提出新特提斯洋幕式板片回撤的伸展模式来解释滇西地区白垩纪基性岩构造环境。2.获取了晚始新世-早中新世变质作用记录,确立了哀牢山-红河剪切带的持续剪切过程LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学结果表明,哀牢山红河剪切带西北段嘎洒、莫洒地区至东南段金平地区的片麻岩、混合岩、斜长角闪岩等的变质作用主要发生在40~20 Ma。剪切带内晚始新世-早中新世变质岩石依据其成因可以分为两种类型,一类是由于深熔作用产生的混合岩长英质脉体,其成因是变沉积岩在剪切条件下深熔而成。另一类是在新生代遭受变质作用、但其原岩系元古代片麻岩和斜长角闪岩等。结合前人在哀牢山构造带关于新生代岩石U-Pb年代学和矿物Ar-Ar定年结果,认为哀牢山红河剪切带变质作用主体在40~20 Ma,冷却历史主体在~25-~5 Ma。3.厘定出晚始新世-早中新世岩浆作用时序结构,限定了哀牢山红河剪切带的深部控制效应哀牢山红河剪切带新生代岩浆岩从基性岩到中酸性岩石都有产出,年龄主要集中于38-22 Ma。其中的基性岩已变质为角闪岩,但锆石仍为典型岩浆锆石,结晶年龄为25.5 Ma。二长质-闪长质-花岗质岩石可分为源于元古宙哀牢山群变沉积岩的低εNd(t)-εHf(t)岩石和源自新生下地壳部分熔融而来的高εNd(t)-εHf(t)岩石。红河剪切带剪切作用在晚渐新世由压剪转为扭剪作用导致局部伸展而有利于幔源岩浆上涌产生局部基性岩和I型、S型花岗岩。4.划分了哀牢山红河剪切带左旋走滑剪切的阶段性,阐述了三江走滑剪切系统形成的构造背景通过对哀牢山深变质带内闪长质-花岗质岩石和变基性岩开展的锆石U-Pb定年结果,结合锆石的阴极发光图像和锆石Th/U比值,认为哀牢山红河剪切带剪切始于~40 Ma,持续到20 Ma左右。结合前人在研究区定年数据,认为哀牢山左旋走滑剪切作用可分为三个阶段:~40-~30 Ma以深熔作用为主,主要由古老地壳岩石深熔形成混合岩和花岗片麻岩。~30-22 Ma剪切加剧产出基性到中酸性岩石。~22Ma以后剪切作用趋于弱化,岩浆作用少见。哀牢山红河剪切带位于印支和扬子板块交界处,高黎贡山右旋走滑断裂带位于腾冲-西缅地块和保山-禅泰地块之间,二者之间为分隔保山地块和兰坪-思茅地块的碧罗雪山-崇山-澜沧江剪切带。整合三江地区西边的崇山和高黎贡山变质带,以及东边哀牢山变质带岩浆岩、变质岩数据发现,其变形时序在早期大致相同,表明其具备相似的控制效应,均为印度与欧亚板块的汇聚产物。这暗示青藏高原东南缘地壳物质随着印度板块的北向挤压,是形成亚洲东南部大型挤出构造、甚至南海海盆打开的主要控制因素。
【关键词】:新特提斯洋 板片回撤 伸展走滑 三江造山带 哀牢山 新生代
【学位授予单位】:中国科学院广州地球化学研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P534.53;P548
【目录】:
  • 摘要5-8
  • ABSTRACT8-14
  • 第1章 引言14-28
  • 1.1 选题依据和科学意义14-21
  • 1.1.1 新特提斯洋俯冲及相关岩浆作用14-16
  • 1.1.2 印欧碰撞的相关变质和岩浆作用16-19
  • 1.1.3 三江地区走滑剪切系统属性19-21
  • 1.2 研究现状和存在问题21-24
  • 1.3 方法路线、研究内容和完成工作量24-28
  • 1.3.1 方法路线24-26
  • 1.3.2 研究内容26-27
  • 1.3.3 工作量27-28
  • 第2章 区域地质背景28-40
  • 2.1 构造28-32
  • 2.1.1 区域构造概要28-29
  • 2.1.2 主要边界断裂29-32
  • 2.2 变质岩系32-34
  • 2.2.1 哀牢山群33-34
  • 2.2.2 瑶山群34
  • 2.3 岩浆岩34-40
  • 2.3.1 前寒武纪37
  • 2.3.2 早古生代-晚三叠世37-38
  • 2.3.3 中-新生代38-40
  • 第3章 样品分析测试方法40-42
  • 3.1 锆石U-Pb年代学及Lu-Hf同位素分析40-41
  • 3.1.1 LA-ICP-MS40
  • 3.1.2 SIMS40-41
  • 3.2 矿物或全岩Ar-Ar年代学分析41
  • 3.3 全岩主、微量元素分析41
  • 3.4 全岩Sr-Nd同位素分析41-42
  • 第4章 白垩纪变基性岩的岩石成因及其构造意义42-74
  • 4.1 采样位置及岩石学特征42-44
  • 4.2 锆石U-Pb定年结果44-50
  • 4.3 元素地球化学特征50-55
  • 4.4 Sr-Nd同位素组成55-57
  • 4.5 岩石成因及源区特征57-68
  • 4.5.1 地壳混染和分离结晶57-61
  • 4.5.2 OIB型斜长角闪岩岩石成因61-63
  • 4.5.3 富铌辉绿岩和斜长角闪岩岩石成因63-68
  • 4.6 构造意义68-72
  • 4.6.1 OIB型和富铌基性岩的构造背景68-69
  • 4.6.2 哀牢山构造带新特提斯洋俯冲板片的阶段性回撤69-72
  • 4.7 本章小结72-74
  • 第5章 晚始新世-早中新世变质深熔记录74-110
  • 5.1 岩相学特征75-80
  • 5.2 年代学结果80-101
  • 5.3 多期次变质事件101-107
  • 5.4 本章小结107-110
  • 第6章 晚始新世-早中新世岩浆作用岩石成因110-144
  • 6.1 岩石学及显微结构特征111-115
  • 6.2 锆石U-Pb年代学115-127
  • 6.3 元素地球化学特征127-131
  • 6.4 Sr-Nd及Lu-Hf同位素组成131-137
  • 6.5 岩石成因和形成环境137-140
  • 6.5.1 晚渐新世变基性岩成因及背景137-138
  • 6.5.2 晚始新世-早中新世中酸性岩岩石成因138-140
  • 6.6 对哀牢山红河剪切带的认识140-143
  • 6.7 本章小结143-144
  • 第7章 哀牢山构造带白垩纪以来的构造效应144-152
  • 7.1 滇西地区受新特提斯洋俯冲远程控制144-145
  • 7.2 哀牢山深变质带成因与新生代印欧碰撞的关联响应145-152
  • 主要结论152-154
  • 参考文献154-180
  • 致谢180-184
  • 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果184-185

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