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内蒙中部苏左旗早石炭世火山岩年代学与地球化学研究

【摘要】:研究区位于内蒙古中部苏尼特左旗北部沙尔塔拉地区,大地构造位置处于兴蒙造山带西段,兴安-艾力格庙地块西南部。前人对苏左旗北部地区早石炭世岩浆作用时空分布和地球化学性质、构造背景的研究基本处于空白,从而制约了对该地区早石炭世构造演化历史的认识。因此,本文选取研究区内原定早二叠世大石寨组火山岩为研究对象,进行了系统的岩相学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素、全岩地球化学研究,确定了苏左旗早石炭世岩浆作用时空格架和不同期次火山岩源区性质和构造背景;通过锆石原位Hf同位素,揭示了兴安-艾力格庙地块西部石炭纪的地壳属性以及地壳演化过程。取得的主要认识如下:首先,锆石U-Pb定年结果显示,该套地层中的火山岩形成时代可分为~346.5Ma和335.1Ma两期,其岩石组合分别为玄武安山岩-安山岩-英安岩-流纹岩和英安岩-流纹岩,表明其形成时代应为早石炭世,而非早二叠世。其次,早石炭世早期玄武安山岩具有高Al_2O_3(17%),低Mg O含量(2.43%-2.70%)和Cr、Co、Ni的特点,表明其可能是高温低压和含少量水条件下母岩浆经历了早期的橄榄石和辉石以及晚期的斜长石分离结晶作用的产物;相对富集轻稀土元素(LREEs)、大离子亲石元素(LILEs,如Rb、Ba、Sr)以及Pb、Zr和Hf,亏损重稀土元素(HREEs)和Nb、Ta和Ti,具有较高的正ε_(Hf)(t)值(8.92-13.79),同时存在大量早古生代的捕获锆石,表明早石炭世早期玄武安山岩的原始岩浆应起源于陆内伸展机制下受早期俯冲流体交代的亏损岩石圈地幔部分熔融,并经历了一定程度的地壳混染。流纹岩和英安岩具有富硅、铝,贫铁、镁,富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs),亏损重稀土元素(HREEs)和高场强元素(HSFEs)的特征,同时,335 Ma英安岩和流纹岩显示出高温(平均值为876℃)和A型花岗岩的特征,表明它们形成于陆壳伸展环境。英安岩和流纹岩的锆石Hf同位素组成(ε_(Hf)(t)值分别为7.97-12.14和8.35-14.71,T_(DM2)分别为838-577和812-407 Ma)暗示它们的原始岩浆主体来源于新元古代末期和早古生代新增生的地壳部分熔融。安山岩的地球化学特征,结合中基性岩出露较少,表明早石炭世早期安山岩岩浆很可能是中基性和酸性岩浆混合的产物。另外,研究区石炭纪以新元古代-早古生代新增生地壳的部分熔融为主,而且酸性火山岩锆石Hf TDM2整体随岩浆活动时代变新而变年轻。石炭纪酸性火成岩中锆石Hf同位素组成的时空变异,揭示了兴安-艾力格庙地块深部地壳在横向上组成的不均一性。综上所述,早石炭世早期玄武安山岩表现出板内成因特点,而安山岩具有岩浆混合成因,玄武安山岩与同时代英安岩-流纹岩构成了双峰式火山岩组合,暗示了研究区早石炭世早期可能处于陆内伸展环境,早石炭世中期A型酸性火山岩的形成也进一步揭示了伸展作用的持续进行。结合前人沉积、变质作用等方面的研究成果,本文认为研究区石炭纪所记录的拉张环境可能与古亚洲洋闭合后的伸展环境有关。

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