文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
中国中东部中生代埃达克质岩成因及高温镁同位素分馏的地球
化学研究
姓名:刘盛遨
申请学位级别:博士
专业:地球化学
指导教师:李曙光;滕方振
2011-05
摘要
摘要
本博士论文对中国中东部四个不同地区(华北东南缘蚌埠地区、徐-淮地区,
郯庐断裂带南段,长江中下游)中生代埃达克质岩石进行了系统的元素地球化学
和放射成因(Sr-Nd-Pb-Hf)以及稳定同位素(氧)地球化学研究,以探讨其岩
石成因和地质意义。主要研究目标是:(1)通过对蚌埠地区中生代低镁埃达克质
岩石进行系统的年代学和地球化学研究,并结合普通花岗岩和辉绿岩的年代学和
地球化学研究,探讨岩石圈减薄的机制和过程以及 EM-1 型基性岩石的成因;(2)
通过对郯庐断裂带南段中生代高镁埃达克质岩石的年代学和地球化学研究,探讨
早白垩纪郯庐断裂带的活动在诱发断裂带两侧加厚下地壳拆沉方面的作用;(3)
通过对郯庐断裂带不成矿高镁埃达克质岩和长江中下游成矿高镁埃达克质岩全
面的地球化学对比研究,探讨长江中下游埃达克岩成因和埃达克岩成矿机理;
(4)通过对徐-淮地区中生代高镁埃达克质岩石及其所含深源包体和五河群变质
岩进行全面的地球化学研究,探讨其岩石成因和华北克拉通东南缘古老下地壳高
放射成因 Pb 的成因。
作为《联合培养博士研究生》出国访问研究的一部分,开展了系统的岩浆分
异过程中 Mg 同位素分馏研究,主要包括:(5)对花岗质岩石及其所含镁铁质单
矿物进行了系统的 Mg 同位素地球化学研究,探讨高温下 Mg 同位素在花岗岩结
晶分异过程中的分馏行为以及探索 Mg 同位素在示踪地壳再循环等方面的应用
前景;(6)对一套具有较大温度变化的橄榄岩包体中镁铁质单矿物进行了系统的
Mg 同位素地球化学研究,探讨高温下 Mg 同位素分馏机制及其潜在的地球化学
应用;(7)分析了上述中国中东部四个地区中生代埃达克质岩石的镁同位素组成,
探讨 Mg 同位素能否应用于埃达克岩的判别指标以及能否应用于区分高、低镁埃
达克质岩石的成因。主要研究内容和成果如下:
1. 华北东南缘蚌埠地区低镁埃达克质岩成因及其对岩石圈减薄的意义
蚌埠地区广泛出露中酸性侵入岩(花岗闪长岩和花岗岩)和基性岩,本文获
得其中花岗闪长岩的锆石 U-Pb 年龄为 118-115Ma,早于该区普通的花岗岩的锆
石 U-Pb 年龄 112Ma。与普通花岗岩相比,蚌埠花岗闪长岩具有高的 Sr、低的 Y
含量,而且具有彼此呈正相关关系的高 Sr/Y, (La/Yb)N, (Dy/Yb)N,具有低镁
(Mg#<48)埃达克岩的地区化学特征。这些低镁埃达克质岩具有与古老下地壳
87 86
相似的 Sr 和 Nd 同位素组成, Sr/ Sr(i) = to ,Nd(t) = - to -,
I
摘要
和低的放射成因 Pb 同位素组成(., 206Pb/204Pb(t)< ),以及与地幔相似的锆
石氧同位素组成。此外,它们含有大量~ 和~ 的继承锆石。这些特征表
明蚌埠低镁埃达克质岩来自加厚华北下地壳的部分熔融,而普通花岗岩起源于较
浅部地壳的部分熔融。因此,华北克拉通东南缘在中白垩世(~115Ma)以前仍
存在加厚地壳,但加厚地壳在 115-112Ma 的较短时间内发生了显著的减薄。
本文同时对蚌埠地区辉绿岩脉进行了研究,其形成时代为 112Ma(全岩 Ar-Ar
年龄),晚于低镁埃达克质岩,而与普通花岗岩一致。其具有典型 EM-1 似的
Sr-Nd-Pb 同位素特征、低的 Nb/U 和 Ce/Pb 比值、富集轻稀土、亏损重稀土、亏
损高场强元素,为拆沉的古老下地壳和上涌软流圈地幔混合部分熔融的产物。但
蚌埠地区辉绿岩 Pb 同位素组成较大别山早白垩世辉绿岩和角闪辉长岩有显著区
别,在给定 206Pb/204Pb 时,前者较后者有较低的 208Pb/204Pb 值,这一特点与华北
中生代镁铁质侵入体类似。这表明混染蚌埠地区中生代辉绿岩源区的拆沉下地壳
是华北加厚下地壳,与该区低 Mg 埃达克质岩给出的结论一致。根据低镁埃达克
质岩、普通花岗岩和辉绿岩的时空分布特征,综合文献报道的年龄,本文提出华
北克拉通东南缘加厚下地壳在 130-115Ma 发生部分熔融,熔融残留相(榴辉岩)
由于长英质熔体的提取从而密度进一步增加发生拆沉进入地幔,并与上涌软流圈
地幔发生混合熔融产生具 EM-1 同位素特征和富集大离子亲石元素的基性岩浆,
同时诱发已减薄的地壳发生部分熔融产生普通花