辽西兴城地区中生代花岗质岩石的成因与地壳演化

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辽西兴城地区位于华北克拉通北缘东段,区内中生代花岗质岩浆作用发育,是研究华北克拉通东部花岗质岩石的成因、岩浆源区性质及构造属性的理想场所。本文对辽西兴城地区中生代花岗质岩石进行了系统的岩相学、同位素年代学、岩石地球化学及锆石Hf同位素等研究,建立辽西兴城地区中生代花岗质岩浆作用的年代学格架,讨论不同时期花岗质岩石的成因、岩浆源区性质及形成时的构造背景,并根据花岗质岩石记录的壳幔相互作用信息结合区域研究资料探讨华北克拉通北缘东段中生代花岗质岩浆活动与岩石圈减薄、克拉通破坏的成因联系。辽西兴城地区中生代花岗质岩浆活动主要发生于晚三叠世(230~228Ma)、早侏罗世-中侏罗世早期(194~169Ma)、晚侏罗世(161~155Ma)和早白垩世(139~121Ma)。晚三叠世花岗质岩石主要由石英二长岩、二长花岗岩和闪长岩组成,岩石具有高Sr含量、低Yb和Y含量、高Sr/Y和La/Yb值、高Mg#值、高Cr和Ni含量等地球化学特征,岩石中岩浆成因锆石具有不均一的负εHf(t)值(-6.40~+0.19)和古老的Hf同位素二阶段模式年龄(TDM2=1.25Ga~1.67Ga),可能形成于古亚洲洋俯冲和扬子克拉通大陆深俯冲双重作用的碰撞后伸展构造背景下,晚三叠世花岗质岩石是幔源岩浆底侵作用造成的古老下地壳部分熔融的产物,岩石继承了岩浆源区的地球化学特征而具有高Sr低Y的特点。侏罗纪-早白垩世花岗质岩石具有相似的岩石组合及岩石地球化学特征。早侏罗世-中侏罗世早期花岗质岩石主要为正长花岗岩、二长花岗岩以及少量石英二长岩、花岗斑岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等;晚侏罗世花岗质岩石主要由二长花岗岩和少量花岗斑岩、石英闪长岩组成;早白垩世花岗质岩石主要为二长花岗岩和少量花岗斑岩、石英正长岩、石英二长闪长岩等。岩石总体高硅和全碱含量,属于高钾钙碱性系列,所具有的准铝-弱过铝质、A/CNK<1.1、A/NK>1.0、P2O5与SiO2负相关等特征与I型花岗岩的特点类似;岩石轻稀土元素富集,大离子亲石元素K、Pb等富集而高场强元素Nb、Ta、Ti等和P元素相对亏损。岩石组合与岩石地球化学特征表明侏罗纪-早白垩世花岗质岩石形成于与俯冲作用有关的活动大陆边缘环境。早侏罗世-中侏罗世早期花岗质岩石中岩浆成因锆石具有负的εHf(t)值(-16.60~-4.15)和古老的Hf二阶段模式年龄(1.49Ga~2.28Ga),其初始岩浆来源于古老中-下地壳的部分熔融,岩石可能形成于古太平洋板块俯冲初期的活动陆缘构造背景下,俯冲板片脱水交代岩石圈地幔形成的幔源岩浆底侵古老中-下地壳,使其发生一定程度的部分熔融,为花岗质岩石的形成提供岩浆来源。晚侏罗世花岗质岩石中岩浆成因锆石具有负的εHf(t)值(-26.24~-18.56)和古老的Hf同位素二阶段模式年龄(2.39Ga~2.87Ga),其初始岩浆来源于古老中-上地壳的部分熔融,岩石可能形成于古太平洋板块持续强烈俯冲的活动陆缘构造背景下,强烈的俯冲作用造成俯冲板片持续脱水交代岩石圈地幔并形成幔源岩浆,幔源岩浆不断底侵古老中-上地壳使地壳发生更大程度的部分熔融,形成了分布较为广泛的晚侏罗世岩浆岩。早白垩世花岗质岩石具有变化范围较大的锆石Hf同位素组成,锆石εHf(t)值可分为三组:-24.92~-20.88(139Ma)、-4.72~+6.22(130Ma)和-17.30~-11.56(125Ma~121Ma),岩浆来源较为复杂(中-上地壳、中-下地壳或新生地壳),岩石可能形成于古太平洋板块北北西向、高角度的高速俯冲/回撤所造成的岩石圈强烈伸展构造背景下,区域伸展作用造成软流圈大规模上涌并引发岩石圈地幔流变性失稳而发生部分熔融形成大量幔源岩浆,大规模的壳幔相互作用导致地壳发生强烈部分熔融,形成了岩浆源区性质复杂且广泛分布的早白垩世岩浆岩。辽西兴城地区晚三叠世花岗质岩石成岩过程中有亏损地幔组分的参与,表明华北克拉通北缘东段岩石圈的减薄开始于晚三叠世(~230Ma),古亚洲洋俯冲和扬子克拉通大陆深俯冲的双重作用可能是引发华北克拉通岩石圈减薄的诱因,俯冲-碰撞后伸展引发幔源物质上涌并底侵作用于岩石圈地幔和下地壳,造成了一定程度的岩石圈减薄但未导致克拉通明显的破坏,幔源物质的加入使大陆地壳遭受微弱的改造与增生。侏罗纪古太平洋板块的俯冲使华北克拉通北缘东段处于活动大陆边缘构造背景下,俯冲板片持续的脱水-交代作用造成了岩石圈地幔物理化学性质的改变,早-中侏罗世俯冲初期阶段相对较弱的俯冲作用造成了岩石圈一定程度的减薄而未导致克拉通的明显破坏,大陆地壳发生微弱的改造与增生;晚侏罗世俯冲作用加剧,华北克拉通北缘东段岩石圈减薄的同时发生了一定程度的克拉通破坏,大陆地壳遭受一定程度的改造与增生。早白垩世古太平洋板块俯冲方向、速度、角度的改变引起的区域性伸展,造成了大规模的幔源物质的上涌和强烈的壳幔相互作用,华北克拉通岩石圈减薄与破坏达到了峰期,大陆地壳也发生了显著的改造-增生作用。早中生代岩石圈减薄的初期以幔源物质的持续底侵作用为主,而晚中生代岩石圈减薄与克拉通破坏强烈发生时在不断发生幔源物质侵蚀作用的同时可能存在着岩石圈地幔或下地壳的拆沉作用。
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