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大陆深俯冲过程中的熔/流体活动研究 ——以苏鲁和西阿尔卑斯造山带为例

2020-12-02阅读(368)

大陆深俯冲过程中的熔/流体活动研究 ——以苏鲁和西阿尔卑斯造山带为例

论文摘要

本博士论文对苏鲁造山带及西阿尔卑斯造山带俯冲陆壳内部的流体/熔体活动及其伴随的水岩相互作用进行了研究,主要获得以下认识:（1）苏鲁造山带东海池庄地区的超高压榴辉岩及变质脉能够反映榴辉岩内部脱水形成的变质流体的组成和演化。变质脉主要是由石英、石榴石、绿辉石、多硅白云母、蓝晶石、黝帘石、金红石和锆石等矿物组成,与寄主榴辉岩的矿物组成类似。相比于榴辉岩,脉体中的石榴石更加富集重稀土元素（HREE）;黝帘石强烈富集轻稀土元素（LREE）。变质脉和榴辉岩中各主要矿物的氧同位素组成在误差范围内一致（石英的δ180分别为2.42‰和2.79‰;石榴石为-0.30‰和0.010‰;绿辉石为0.25‰和0.071‰）,说明变质脉的形成与榴辉岩释放的内部流体有关。综合已有的研究,发现大别-苏鲁造山带不同地区的变质脉和榴辉岩具有极不均一的氧同位素组成,说明在陆壳深俯冲和折返过程中,榴辉岩内部流体活动有限。利用矿物温压计得到变质脉的峰期变质温压条件为692±65 ℃和3.6±0.3 GPa,脉体中的锆石U-Pb定年结果表明锆石的形成时代为218±2.4Ma,指示变质脉形成于深俯冲陆壳折返初期的超高压变质阶段。变质脉中矿物组合和矿物的主微量元素特征说明成脉流体富集Si、Al、Ca、K、LILE、REE和HFSE等元素,表明成脉流体可能是溶解能力极强的超临界流体。（2）苏鲁驼峰碱性花岗岩是陆壳板片折返部分熔融的产物。驼峰花岗岩富集Si和全碱,但是亏损Al、Ca、Mg、Ti和Sr。花岗岩中的熔体包裹体原位（LA）-ICP-MS分析表明,熔体包裹体具有较全岩更高的全碱、Ca、Mg和LILE组成,更低的Fe、HFSE和REE。锆石U-Pb年龄为214±4 Ma到216±3 Ma,晚于超高压变质峰期年龄。在深熔锆石中发现柯石英包裹体,证明部分熔融在超高压条件下已经发生。花岗岩低的O同位素值（-2.74～-3.57‰）和新元古代继承锆石核表明,岩浆来自俯冲的华南板片自身。这表明尽管俯冲陆壳含水量很低,在折返过程中可以发生较大规模的部分熔融。熔融的规模比前人预测的要更大,并且这种熔体能够改变俯冲陆壳的物理化学性质,或者作为壳幔相互作用的媒介。（3）苏鲁驼峰超高压榴辉岩与深熔花岗岩熔体发生了水岩相互作用,并产生了接触反应边脉体。接触反应边脉体主要为石英、蓝晶石、绿帘石、多硅白云母、和锆石、褐帘石等矿物组成。反应边脉体和榴辉岩中锆石具有相似的U-Pb年龄,分别为217±9 Ma和216±4 Ma。脉体中的褐帘石Th-Pb年龄为226±13 Ma和221±5 Ma。结果表明熔体-岩石相互作用发生在陆壳折返阶段。反应边脉体与榴辉岩具有相似的O同位素组成,表明脉体中有大量物质来自榴辉岩自身脱水。而富REE的褐帘石和锆石等特征表明深熔花岗岩物质的加入。质量平衡计算显示榴辉岩受水岩作用获得了 Sr、Pb、Th、U、LREE等元素,而丢失了大量LILE。因此我们认为榴辉岩与花岗岩边界处的交代边界脉体记录了大陆俯冲带深部流体复杂的演化过程,它可能包含榴辉岩脱水和片麻岩部分熔融的混合组分,这样的流体可以溶解大量俯冲带关键性元素。（4）西阿尔卑斯Dora-Maira地区白片岩记录了大陆俯冲带深部流体-岩石相互作用的重要信息。白片岩（δ7Li=-6.4‰～+2.4‰,平均值为-2.1‰）具有较围岩变花岗岩（δ7Li=1.2‰～+3.6‰,平均值为+1.4‰）轻的Li同位素组成。并且白片岩的δ7Li值与Mg、Fe、Li等元素或δ26Mg和δ18O均没有相关性,很难用化学扩散来解释白片岩轻的Li同位素组成。我们认为造成低δ7Li值的原因是交代了低δ7Li值的流体。水岩交换模型结果显示交代流体的δ7Li值要小于-4‰,Li含量为50-150 ppm。这样的流体很可能是来自深部蛇纹岩的脱水。地幔深度低δ7Li值的流体活动可能会造成地幔Li同位素不均一。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景及科学问题
  •     1.1.1 超高压榴辉岩中的变质脉
  •     1.1.2 造山带同折返深熔作用
  •     1.1.3 超高压榴辉岩-流体相互作用
  • 7Li流体活动'>    1.1.4 俯冲带深部低δ7Li流体活动
  •   1.2 研究内容
  •   1.3 工作量小结
  • 第2章 样品处理和分析方法
  •   2.1 全岩主微量元素分析
  •   2.2 电子探针分析
  •   2.3 单矿物主微量元素分析
  •   2.4 单个熔体包裹体主微量元素分析
  •   2.5 锆石U-Pb定年和微量元素分析
  •   2.6 锆石包裹体拉曼分析
  •   2.7 褐帘石Th-Pb定年
  •   2.8 全岩氧同位素分析
  •   2.9 全岩Li同位素分析
  • 第3章 苏鲁造山带超高压榴辉岩中的变质脉
  •   3.1 前言
  •   3.2 地质背景及样品描述
  •   3.3 结果
  •     3.3.1 全岩主微量元素
  •   3.4 矿物地球化学
  •     3.4.1 石榴石
  •     3.4.2 绿辉石
  •     3.4.3 多硅白云母
  •     3.4.4 黝帘石
  •     3.4.5 金红石
  •   3.5 锆石
  •     3.5.1 锆石U-Pb定年
  •     3.5.2 锆石微量元素
  •     3.5.3 氧同位素
  •   3.6 讨论
  •     3.6.1 变质脉形成的温压条件和年代
  •     3.6.2 成脉流体的来源
  •     3.6.3 成脉流体的性质和元素迁移
  •   3.7 小结
  • 第4章 苏鲁造山带同折返深熔花岗岩
  •   4.1 前言
  •   4.2 地质背景和采样
  •   4.3 结果
  •     4.3.1 全岩主微量元素
  •     4.3.2 矿物地球化学
  •     4.3.3 熔体包裹体分析
  •     4.3.4 锆石微量元素和U-Pb定年
  •     4.3.5 氧同位素
  •   4.4 讨论
  •     4.4.1 超高压俯冲陆壳的部分熔融
  •     4.4.2 深俯冲陆壳深熔熔体组成—熔体包裹体的证据
  •     4.4.3 熔融条件
  •     4.4.4 大陆碰撞造山带的同碰撞（同折返）岩浆作用
  •   4.5 小结
  • 第5章 苏鲁造山带超高压岩石与熔流体相互作用
  •   5.1 引言
  •   5.2 地质背景和样品描述
  •   5.3 结果
  •     5.3.1 全岩主微量元素
  •     5.3.2 全岩氧同位素
  •     5.3.3 锆石U-Pb定年及微量元素组成
  •     5.3.4 矿物化学
  •     5.3.5 褐帘石Th-Pb定年
  •   5.4 讨论
  •     5.4.1 接触边脉体形成时间
  •     5.4.2 接触边脉体物质来源
  •     5.4.3 接触边成脉流体演化
  •     5.4.4 水岩作用与物质交换
  •     5.4.5 对大陆俯冲带元素迁移的启示
  •   5.6 小结
  • 7Li流体活动的制约'>第6章 阿尔卑斯造山带白片岩Li同位素组成: 对俯冲带深部低δ7Li流体活动的制约
  •   6.1 引言
  •   6.2 地质背景及样品
  •   6.3 结果
  •   6.4 讨论
  •     6.4.1 白片岩低Li同位素组成
  •     6.4.2 白片岩交代流体源区
  • 7Li流体'>    6.4.3 蛇纹岩释放的低δ7Li流体
  •   6.5 低Li同位素组成流体在俯冲带中的应用
  •   6.6 小结
  • 第7章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 田野

    导师: 肖益林

    关键词: 榴辉岩,变质脉,深熔作用,元素迁移,交代作用,同位素,白片岩,苏鲁造山带,阿尔卑斯造山带

    来源: 中国科学技术大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 地质学

    单位: 中国科学技术大学

    分类号: P542

    DOI: 10.27517/d.cnki.gzkju.2019.000396

    总页数: 186

    文件大小: 15506k

    下载量: 72

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