北秦岭微陆块的成因与商丹洋盆的属性

如题所述

第1个回答  2020-01-18

北秦岭最大可能是在扬子板块洋域洋岛(或海底高原)基础上发育形成的微陆块,这样的认识是根据以下证据和线索获得的:

(1)北秦岭最古老陆壳基底秦岭群是以副片麻岩为主的岩系,形成年代为2000Ma左右,年龄下限不会超过2226Ma,其副片麻岩的原岩为不成熟的近源碎屑岩(游振东等,1991)。张宗清等(1994)测定了该群18个变质碎屑岩样品的Nd同位素组成,得出的Nd模式年龄范围为2085~1724Ma,平均1995Ma,即全部接近该群的形成年龄。他们测定的该群副片麻岩中锆石(稍经搬运磨蚀)的U-Pb年龄为2226~2172Ma,同样接近该群的形成年龄。这排除了秦岭群原始碎屑岩来自太古宙的陆壳物质。据此,张宗清等(1994)提出秦岭群原始碎屑岩应是一次古元古代强烈地壳增生形成的富锆石火成岩的首批风化、剥蚀、搬运、沉积的产物。

(2)在秦岭和邻区,从年代角度看可以作为古元古代秦岭群的沉积物源的岩层只有:华北陆块南缘新太古代的太华群和登封群及扬子陆块新太古代的崆岭群。然而,这三个岩群的TTG片麻岩、变玄武岩(斜长角闪岩)和全群各类岩石的平均Th、La和∑REE(这些元素在风化-剥蚀-沉积过程中是稳定的,能定量地反映源区成分)含量都分别显著低于秦岭群变砂质沉积岩的平均Th、La和∑REE含量(表5-4),这也排除了此三个岩群作为秦岭群沉积物源的可能性,表明秦岭群的原始碎屑沉积的物质不是由两侧古陆供应的。

表5-4 太华群、登封群、崆岭群与秦岭群岩石Th、La和∑REE平均含量(wB/10-6)对比

注:括弧中数字为样品数。A—砂质碎屑岩;B—TTG片麻岩;C—斜长角闪岩;D—各类岩石。

(3)经能够鉴别二元混合的成对的La/Co-Sc/Th和La/Co-Th/Co图解(Taylor and McLennan.,1985)判别,秦岭群变杂砂岩显示出典型的两组分混合趋势。根据混合曲线两端点样品的平均成分推断作为秦岭群副片麻岩原岩的杂砂岩,应为双模式碱性岩套两端元的镁铁质和长英质岩石提供碎屑混合沉积的产物(Gao Shan et al.,1991)。这种双峰式碱性火山岩套经常产出于板内裂谷环境,也常见于洋岛。

(4)秦岭群中呈层状产出的斜长角闪岩经鉴别,有一部分的原岩为玄武岩。这种玄武岩具有与该群相近的形成年龄(1987±49Ma),表明秦岭群主体沉积岩形成过程中伴有玄武质岩浆的活动。该玄武岩属于拉斑玄武岩系列,富集Rb、Ba、Th、Ta、Nb、Zr、Hf;稀土组成属于LREE富集型,LaN/YbN=1.01~4.84;其不相容元素MORB标准化组成模式显示板内裂谷环境中产出的玄武岩的特征,并伴有洋岛玄武岩常见的Nd-Ta正异常。此拉斑玄武岩具有高的初始εNd值(+7.3±0.4),并且在Nb/La、Nb/Ta、Yb/Hf、Th/La和Ba/La等比值方面可同松树沟蛇绿岩片(商丹洋盆岩石圈残留体)中的E-MORB型变拉斑玄武岩相近似(表5-5),两者的MORB标准化组成模式也较相似,表明它们具有相同的地幔柱(OIB)源区。这点已被秦岭群变拉斑玄武岩的εNd(t)-Sm/Nd图解所证明(张本仁等,2002)。

综合上述资料有理由认为,北秦岭最古老陆壳基底秦岭群的前身应是产于大洋裂谷中的洋岛,秦岭群副片麻岩的原岩为其双峰式碱性火山岩套的首批风化-沉积产物,并在该群沉积形成过程中仍伴随有OIB地幔源区的岩浆活动。所以北秦岭是在洋岛基础上形成的微古陆,并且该微陆块古元古代时期的地壳增生是通过OIB地幔源区或地幔柱源岩浆进行的。研究还证明,北秦岭中元古代晚期至新元古代那次强烈地壳增生也主要是通过地

表5-5 北秦岭古和中元古代变拉斑玄武岩及新元古代松树沟蛇绿岩中N-MORB型和E-MORB型变拉斑玄武岩的化学特征

注:括弧中数字为样品数。组分和元素含量单位为10-6(CaO为%)。蛇绿岩数据引自周鼎武等(1995),为ICPMS法测定值。幔柱源岩浆辅以亏损地幔源(DM)岩浆实现的。因为与该次地壳增生有关的宽坪群、二郎坪群与松树沟蛇绿岩中MORB型的拉斑玄武岩,经地幔源区鉴别,均为地幔柱源和亏损地幔源岩浆的混合产物,且以地幔柱源岩浆为主。

如果上述得出的认识符合实际,则不难说明北秦岭块体虽然显示亲扬子的基本特征,但却具有自己特殊性的原因。因为,既然该微陆块在古元古代新生洋岛基础上形成,当然就不会存在太古宙陆壳基底;并且由于北秦岭陆壳元古宙主要形成期间均是通过地幔柱源岩浆成壳,只在后来才有亏损地幔源岩浆参加,而秦岭地幔柱源和亏损地幔源岩浆(分别以松树沟蛇绿岩片的E-MORB和N-MORB为代表)一致具有明显富CaO、Sc及高Sc/Th、Ba/La、Th/La和Yb/Hf比值的特征(表5-5),同时E-MORB又显著富集放射性元素U和Th,于是这必然导致北秦岭微陆块具有全区中最高的CaO和Sc含量与最高的Sc/Th、Ba/La、Th/La和Yb/Hf比值,以及特富放射成因铅的这些特殊点。甚至,北秦岭上地幔演化趋势同扬子和南秦岭的差异,也可归因于两区地幔柱源和亏损地幔源岩浆活动发生的时期先后不同(张本仁,2001)。

勉略蛇绿混杂岩带产于扬子与南秦岭之间,已证明其中存在着具有N-MORB型和岛弧型化学特征的玄武岩(Xu et al.,1994;许继锋等,1997;Lai and Zhang,1996),肯定了该带是秦岭一个晚古生代洋盆和俯冲-碰撞会聚带。此洋盆的洋壳无疑应属于扬子板块内部打开形成的类型。为了对松树沟和勉略蛇绿岩中N-MORB型玄武岩进行地球化学对比,将两者的特征元素比值和含量列于表5-6中。由表可以看出两带的N-MORB型变拉斑玄武岩,不仅在εNd(t)值,Nb/Ta、Yb/Hf、Y/Tb、Zr/Zr*、Ti/Zr、Ti/V和Ni/Co比值及Cu、V含量等重要参数方面,均是相互接近的,而且对于Rb、Sr和Ba等易活动元素,只要剔除个别含量过高的离群样品后,所得出的两者的Ba/Sr、Rb/Sr、Ba/La比值仍然是可以对比的。至于松树沟N-MORB的Nb/La和Th/La比值明显高于勉略N-MORB的问题,显然是与现在采用的松树沟N-MORB样品中多少都有地幔柱源岩浆的混入,而勉略N-MORB样品则没有这种情况有关,因为深部地幔柱型岩浆中Nb、Th强烈富集

表5-6 松树沟和勉略蛇绿岩中N-MORB型变拉斑玄武岩的化学特征

注:松树沟岩石数据引自周鼎武等(1995a);勉略岩石数据引自许继锋等(1997).Zr/Zr*=Zr/(Sm+Nd)/2,其中Zr、Sm、Nd浓度为Cl球粒陨石标准化值,Cl球粒陨石平均成分引自Anderson(1983)。(表5-5),以致造成Nb/La、Th/La比值的增高。因此,综合考虑上述对比结果,就能判定松树沟蛇绿岩所代表的洋壳也应属于扬子板块内部裂开形成类型。此外,两地蛇绿岩中的玄武岩都显示出较华北陆块南缘的同类岩石明显高的Pb同位素比值,高的Cu含量,高的Nb/La、Th/La、Ba/La、Yb/Hf、Sc/Th和Nb/Ta比值及低的Zr/Hf比值,这些也正是扬子板块元古宙以来上地幔的化学特征,同样表明这两个洋盆岩石圈亲扬子的属性。

基于早期北秦岭属于扬子板块的两个必要前提已经具备,则上述有关北秦岭在新元古代之前属于扬子板块,并形成于该板块洋岛基础之上的设想应能成立。然而,在商丹洋盆打开后北秦岭块体就自扬子板块裂出,而转变为华北板块的大陆边缘构造单元。随后南秦岭于晚古生代又自扬子板块裂出,成为秦岭微板块,后来也拼合于华北板块。因此,秦岭造山过程实际表现为扬子的裂解和华北的增生。在此须特别指出的是:虽然北秦岭和南秦岭之间的商丹断裂带被看作扬子和华北板块的缝合带,但北秦岭原来并非华北陆块的组成部分,它的壳、幔所显示的均为扬子型的地球化学特征,其中特别富放射成因铅的Pb同位素组成更是突出的标志。

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