郯庐断裂带张八岭隆起南段晚中生代侵入岩地球化学及其对岩石圈减薄的指示

本文报道了郯庐断裂带张八岭隆起南段晚中生代侵入岩的主量元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素特征。研究区侵入岩为一套铝和硅均过饱和的、准铝质向过铝质过渡的岩浆岩,具有富碱、富钾的特征,可根据侵位时间和地球化学特征将张八岭隆起南段侵入岩划分为四类:早期、中早期、中晚期和晚期。早期和中早期侵入岩富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),相对亏损重稀土元素(HREE),为一套埃达克质的钙碱性二长花岗岩,分别具有正Eu异常和无Eu异常;中晚期和晚期侵入岩富集LILE,亏损Ba、Sr,具有负的Eu异常,是一套碱性A型花岗岩。中晚期和晚期侵入岩与早期和中早期侵入岩相比,具有更低的CaO、MgO、Fe₂O^T₃、Al₂O₃、REE含量、(La/Yb)_N值和更高的Eu负异常和SiO₂含量。Sr-Nd-Pb同位素特征显示,张八岭隆起南段侵入岩岩浆主要来源于华北克拉通下地壳。早期岩浆包含少量的富集地幔端元,而晚期岩浆则为更浅的地壳源区。先期的埃达克质岩代表了该处岩石圈伸展活动的开始阶段,而后期的A型花岗岩则代表了岩石圈强烈伸展的时间。研究表明,岩浆侵位过程中没有经历明显的中、上地壳混染,岩浆源区经历了不同程度的部分熔融,并经历了分离结晶作用。随岩浆侵位时间的变化,岩浆源区的残留相明显不同,由早到晚从石榴子石到斜长石再向角闪石过渡,且岩浆源区逐渐变浅。岩浆演化规律暗示岩浆活动的深部动力学过程为:华北克拉通岩石圈底部的逐渐减薄造成了软流圈顶面抬升,导致岩石圈内热流升高,化学作用逐渐加强,从而出现了不同深度的下地壳源区部分熔融。与远离断裂带的克拉通内部相比,郯庐断裂带具有更强烈的岩石圈伸展程度、侵入岩具有更浅的岩浆源区、岩浆源区具有更强烈的演化程度和更高程度的部分熔融。一系列的证据进一步均证明郯庐断裂带是岩石圈减薄中的强减薄带。     

郯庐断裂带张八岭隆起段晚中生代岩浆岩继承锆石U-Pb年代学:源区属性及构造意义

大别与苏鲁造山带之间的郯庐断裂带张八岭隆起段,构成了华北与扬子板块之间的断裂边界。该边界带的深部结构状态长期以来存在着不同的认识。本文利用张八岭隆起带沿线出露的晚中生代岩浆岩中继承锆石U-Pb年代学信息,结合地球物理资料及Nd、Pb、Hf同位素资料,分析了其深部的岩浆源区属性及结构状态。张八岭隆起带北段晚中生代岩浆岩继承锆石年龄以1.9~2.7Ga为主,最大峰值年龄为2.5Ga;南段继承锆石年龄以2.2~2.6Ga为主,峰值年龄也为2.5Ga;郯庐断裂带庐江段则以含大量新元古代锆石为特征,在0.7Ga形成显著的分布峰值,并有早元古和少量太古代年龄信息。分析结果表明,张八岭隆起带北段的晚中生代岩浆岩源区为华北下地壳,南段的源区兼有华北和扬子陆壳的信息,而更南部庐江段则以扬子地壳源区为特征。电法剖面揭示,郯庐断裂主边界在张八岭隆起带下向南东倾斜,从而深部存在华北地壳;而南部庐江段转变为向北西陡倾,从而深部皆为扬子地壳。郯庐断裂深部产状特征支持其印支期应为斜向汇聚边界。而其中三叠纪继承锆石的缺失指示隆起带上变质岩应为原地岩石,而非来自大别造山带。     

郯庐断裂带巢湖—庐江段晚中生代火山岩的锆石U-Pb年代学

采用LA-ICP-MS方法对郯庐断裂带巢湖—庐江段的晚中生代火山岩进行了锆石U-Pb年代学研究。由6个样品获得的该处火山喷发时间在距今125~93Ma,为早白垩世晚期至晚白垩世初期,经历了32Ma的喷发历史。与附近的庐枞盆地、北大别造山带及北淮阳地区相比,该地火山喷发具有较晚的结束时间,说明岩石圈减薄具有相对强烈的程度和较长的持续时间。93Ma是已知的华北克拉通残留富集岩石圈地幔最晚的岩浆岩年代学记录。锆石的饱和温度计算、岩浆中较低的MgO含量和Mg#值均不支持岩浆由拆沉的下地壳部分熔融形成,岩浆活动的可能成因是壳幔相互作用,岩浆源区具有由幔源向壳源再过渡到幔源的时间演化顺序。这暗示断裂带下强烈的软流圈上涌引起岩石圈地幔的熔融(距今125Ma),随后岩石圈持续的减薄作用导致其内部热流升高,出现了以流纹岩为代表的地热异常背景下地壳源区的部分熔融(距今120Ma),而最终岩石圈强烈减薄背景下的软流圈物质参与岩浆过程可能是晚期幔源岩浆(距今93Ma)的成因。     

滁州中生代火山岩LA-ICP MS锆石U-Pb年龄及其构造地质学意义

详细的LA-ICPMS锆石U-Pb年代学研究表明,位于郯庐断裂（郯城—庐江断裂）带上张八岭隆起东侧边界上的滁州火山岩形成于早白垩世,具体年龄为132～116Ma,岩浆具有多期喷发的特点。该岩浆活动中132Ma的喷发年龄是郯庐断裂带上同期钙碱性岩浆最早出现的时间,代表了该断裂带上岩石圈伸展运动的开始时间。尽管滁州火山岩在构造位置上属于扬子克拉通,但岩浆岩中的古老锆石指示岩浆来源于古老的华北克拉通,这一现象可以用大陆碰撞后楔入模型来解释。该火山岩形成于中国东部岩石圈减薄的动力学背景之下,为岩石圈减薄及壳幔相互作用造成的早白垩世大规模岩浆活动的同期产物。与华北克拉通内部的同期火山岩年代学资料相比,断裂带上火山活动具有相对较早的开始时间和较长的演化历史,表明断裂带内岩石圈具有较克拉通内部强烈的减薄程度和长期的减薄历史,这一特点可能与郯庐断裂带于早白垩世初的大规模左行平移有关。     

郯庐断裂带肥东段剪切活动锆石U-Pb测年

郯庐断裂带肥东段出露的桃源韧性剪切带内发育有长英质超糜棱岩、长英质伟晶岩脉体等。这两种构造岩与剪切带呈现不同的穿切关系, 分别代表着剪切活动不同时期的产物, 它们可以为郯庐断裂带的剪切年限提供重要的年代学制约。本次研究从长英质超糜棱岩的U-Pb锆石测年得出了133.3±4.1 Ma的变质锆石年龄。结合笔者先前得出的伟晶岩脉129±3.3 Ma年龄判断, 郯庐断裂带在133 Ma左右有一次剪切活动, 该次剪切活动在129 Ma左右仍有着较弱的持续, 指示肥东地区在137~126 Ma的时间段内, 有一次挤压活动叠加。此外, 长英质超糜棱岩样品中捕获的1.9 Ga和2.4 Ga的锆石, 很可能来自华南板块基底。     

郯庐断裂带早白垩世火山岩的K-Ar年龄及其构造意义

安徽肥东龙山和山东沂水道托火山岩的K-Ar全岩年龄分别为119.2±2.3Ma和114.8±1.0Ma,明显晚于郯庐断裂带左行平移时间(143.3±1.3Ma),与断裂带内张八岭隆起北段侵入岩中黑云母的40Ar-39Ar坪年龄(120~128Ma),以及南段肥东—巢湖地区的花岗岩中锆石定年结果(106.9~121.4Ma)一致,可能是断裂带伸展活动的产物。     

郯庐断裂带南段张八岭群变质岩的原岩时代及其构造意义

大别造山带东缘郯庐断裂带上分布着绿片岩相变质的张八岭群。对于它们的原岩时代长期没有同位素年代学数据,而其变形与变质原因也一直没有明确的认识。本次工作中选择了该带上8处张八岭群变火山岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年。结果表明,它们的原岩时代为748~750 Ma,属于新元古代中期的南华纪,为扬子板块下部盖层而非前人认为的变质基底。结合张八岭群的变形与变质特征及前人白云母40Ar/39Ar定年结果,并与大别造山带进行对比,本文认为大别造山带东南缘张八岭群的变形与变质是造山带内俯冲与折返的结果,而其东缘郯庐断裂带内张八岭群的变形与变质是碰撞造山期该断裂带左行走滑活动所致。这些认识再次为郯庐断裂带起源于华北与扬子板块的碰撞过程中提供了重要的证据,也支持其造山期起源于陆内转换断层或斜向汇聚边界。     

郯庐断裂带庐江段长岗A型花岗岩锆石U-Pb定年、岩石成因及其意义

郯庐断裂带庐江段长岗岩体主要由正长花岗斑岩组成。锆石U-Pb定年获得的~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为120±2Ma。样品富集轻稀土元素和大离子亲石元素(如Th、U、K、Pb),亏损重稀土元素和高场强元素(如Nb、Ta、Ti),并具有A型花岗岩的典型特征,如高Fe OT/Mg O、K_2O/Na_2O比值和高的稀土、Zr、Nb含量。长岗A型花岗岩的Sr/Y、La/Yb和Eu/Eu*明显低于郯庐南段埃达克岩,这表明A型花岗岩和郯庐南段埃达克岩岩浆起源深度存在明显差异。A型花岗岩具有高的锆石Ti温度(748~811℃)和低的锆石Ce~(4+)/Ce~(3+)值,这与郯庐南段埃达克岩相一致,暗示A型花岗岩岩浆具有高温和低氧逸度。A型花岗岩具有富集的Sr-Nd同位素组成,类似于大别造山带早白垩世低镁埃达克岩和正常花岗岩,不同于郯庐南段埃达克岩。A型花岗岩锆石δ~(18)O值变化于5.72‰~6.24‰,其ε_(Hf)(t)值(-19.5~-16.9)高于郯庐南段埃达克岩和北大别低镁埃达克岩。本文认为长岗A型花岗岩源自扬子克拉通古元古代中下地壳(t_(DM2)(Hf)=2417~2248Ma),在斜长石稳定且无石榴子石区域(40km)部分熔融形成的。在120Ma之前,作为郯庐南段埃达克岩主要源区的含石榴子石的中-新太古代加厚下地壳(40~50km)已经移除。     

郯庐断裂带南段张八岭群地层时代的重新厘定

扬子板块东北缘的浅变质岩被认为是三叠纪大陆俯冲过程中从扬子板块剥离而来的,其原岩主要为新元古代中期岩浆岩和沉积岩,是理解扬子板块东北缘新元古代构造演化的重要对象。郯庐断裂带张八岭隆起北段夹持于大别造山带和苏鲁造山带之间,出露一套绿片岩相—低角闪岩变火山—沉积序列,即由西冷组变火山岩和北将军组变碎屑岩组成的张八岭群。然而,西冷组与北将军组之间的关系和张八岭群的形成时代都尚存在争议。为此,本文对张八岭群开展了详细的野外地质调查和MC-LA-ICP-MS锆石U-Pb定年工作。锆石U-Pb定年结果显示,西冷组顶部石英角斑岩的原岩时代为723±7 Ma;北将军组底部变粉砂岩的碎屑锆石年龄变化于916～614 Ma之间,与西冷组、肥东杂岩内新元古代岩浆活动时间相一致,暗示它们的物质主要由西冷组和肥东杂岩提供,其中,最年轻碎屑锆石谐和年龄（677±12 Ma）限定了北将军组沉积时代下限。结合野外地质特征和前人张八岭群上覆震旦系盖层沉积初始时间（635 Ma）,本文认为北将军组的沉积时限为677～635 Ma,是覆盖于西冷组之上的中新元古代晚期沉积地层。对比研究显示,张八岭群可能是扬子东北缘新元古代中期裂谷火山—沉积岩系的重要组成部分。     

郯庐断裂带张八岭隆起北段的左旋走滑挤压变形及其40Ar/39Ar定年

郯庐断裂带张八岭隆起北段,自西向东分别出露北北东向的韧性滑脱变形带、脆-韧性过渡带和脆性的前陆褶断带。韧性滑脱变形带内的张八岭群片岩,广泛发生了低绿片相背景下的糜棱岩化。其中呈现为平缓的糜棱面理和近南北向的矿物拉伸线理。显微构造及石英C轴组构分析显示,该韧性滑脱带一致为上盘向南的运动。该带以东依次变为上盘向南南东→南东的逆冲活动,总体上为左旋走滑挤压变形带。张八岭群所在的韧性变形带为深部陡立走滑构造与浅部脆性构造之间的滑脱变形带,其间的差异走滑变形,造成了该滑脱层在总体向北运动中出现上盘向南的剪切变形。对6处张八岭群片岩中15个不同粒级白云母的40Ar/39Ar定年指示,变形发生在(236.2±0.5)~(238.0±0.4)Ma的中三叠世晚期。这表明郯庐断裂带的左行平移发生在华北与华南板块碰撞的深俯冲阶段,起源于陆内转换断层。     

甘肃北山音凹峡南花岗岩 的锆石LA-ICP MS定年及其构造意义

本文对位于甘肃北山南带的音凹峡南花岗岩体进行了锆石LA-ICP-MS定年和Hf同位素分析,结果表明该花岗岩体的形成年龄为281.7±2.9Ma,εHf(t)=+4.4～+7.8,平均+5.9;Hf同位素的模式年龄为613～771Ma.音凹峡南花岗岩体以黑云母花岗岩为主,偏铝质-过铝质,中钾钙碱性特征,具有较高的SiO2...     

肥东花岗质岩脉的变形及年代学特征对郯庐断裂带早白垩世构造活动的指示

郯庐断裂带肥东段位于大别造山带与苏鲁造山带之间。在肥东段西韦采石场内发育了大规模的北北东向左行走滑韧性剪切带和一条低角度的韧性滑脱正断层。走滑韧性剪切带为郯庐断裂带走滑活动的产物,低角度滑脱正断层则代表了伸展背景下的构造活动。低角度滑脱正断层上、下盘发育未变形和变形的岩脉,走滑韧性剪切带内外也发育有受剪切带活动而变形的岩脉。对采石场内岩脉的构造和同位素年代学研究表明,低角度韧性滑脱正断层在129~126Ma之间发生过剪切活动,走滑韧性剪切带的活动时间在125Ma之后。综合研究认为,郯庐断裂带的伸展活动可能开始于早白垩世早期(130Ma),但在早白垩世并非一直处于伸展活动之中,125Ma之后的左行走滑活动很可能发生在早白垩世的晚期。