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滇西三江造山带位于特提斯-喜马拉雅构造区与滨太平洋构造区的复合部位,兼具印支和华南陆块两大构造单元属性,是研究多个块体相互作用过程与动力学机制的经典地区。其中的哀牢山构造带夹持于思茅-印支地块与扬子陆块之间,向东南经越南松马构造带进入海南岛,向西北经点苍山与金沙江构造带连接。目前学术界认为位于亲扬子的思茅地块和亲冈瓦纳的缅泰马地块之间的昌宁-孟连带是古特提斯多岛洋格局的主洋盆遗迹分布区,代表了古特提斯的主缝合线,而哀牢山构造带在晚古生代发育的是古特提斯支洋盆还是弧后盆地依然存在争论。其俯冲方向也存在两种观点:一种认为向东向北俯冲,另一种认为向西向南俯冲。同时哀牢山古特提斯支洋盆或者弧后盆地演化的各阶段时限也不清楚;哀牢山构造带在晚古生代至至早中生代是否如其它世界著名的造山带一样存在显著的地壳增生;哀牢山深变质岩带的物质组成和时代属性目前也在探索之中。 哀牢山构造带晚古生代至早中生代发育了广泛的岩浆活动,它们很好的记录上述问题的答案。本学位论文以这些不同类型岩浆岩为研究对象,通过详细的野外地质考察、岩相学、矿物学、元素地球化学、同位素地球化学(Sr-Nd-Pb-Hf-Os)、锆石U-Pb年代学的综合研究,以揭示这些岩浆岩的时空分布和成因,并进一步探讨其形成的深部动力学过程及其对大陆地壳的生长和哀牢山深变质带属性的指示意义。通过研究,主要取得如下进展: 1.完善了我们对哀牢山蛇绿岩套物质组成、时空分布以及成岩过程的认识本研究通过对哀牢山构造带超基性岩开展的Re-Os同位素和主量元素分析,厘定出一套地幔熔融残留方辉橄榄岩,结合前人数据我们确定了哀牢山蛇绿岩是一套完整的包含了原始地幔岩、残余地幔岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩、硅质岩等典型的NMOR蛇绿岩。成岩过程为:具有熔融结构的原始地幔岩(二辉橄榄岩)30-15%的部分熔融后形成残留方辉橄辉岩,熔出11%左右后形成拉斑玄武岩浆,演化成辉石玄武岩-辉绿岩-辉长岩系列;熔出17%左右形成苦橄玄武岩浆,演化成苦橄玄武岩-钠长玄武岩-辉长闪长岩-辉石岩系列。前人对蛇绿岩套内不同类型岩开展的同位素年代学(40Ar/39Ar和锆石U-Pb)和古生物年代学显示该套蛇绿岩形成于晚泥盆-早石炭世(383Ma-328 Ma)。在泥盆纪早期思茅-印支板块与扬子陆块基本上是连在一起的台地沉积,对蛇绿岩套中的闪长岩包体(439-404 Ma)的研究发现其原岩为大陆溢流玄武岩,这说明在晚志留世沿着金沙江-哀牢山带作为一个整体的印支与扬子陆块的地壳及岩石圈开始减薄,大陆裂解。随后在晚泥盆世到早石炭世(383-328 Ma)发育了成熟的哀牢山支洋盆洋壳。 2.在哀牢山构造带西侧厘定出完整的陆缘弧-弧盆体系 对五素玄武岩SHRIMP锆石U-Pb定年结果为283 Ma;对雅轩桥玄武质安山岩SHRIMP锆石U-Pb定年结果为265 Ma;对大龙凯岩体内的斜长辉石岩开展的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果为272 Ma;对大龙凯辉绿岩开展的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果为262 Ma;对大龙凯玄武岩开展的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果为256 Ma。在野外大龙凯基性-超基性侵入体侵入在五素玄武岩中,而大龙凯辉绿岩又侵入在大龙凯基性超基性侵入体的中-粗粒辉长岩内,大龙凯玄武岩覆盖在大龙凯基性-超基性侵入体和辉绿岩之上,这一野外地质事实证明我们的定年结果是可靠的。五素玄武岩(283 Ma)是哀牢山洋开始俯冲的最早的岩浆记录,与北部金沙江洋俯冲的最早岩浆记录吉义独英云闪长岩(283±3Ma)一致,说明哀牢山洋在二叠纪早期(283 Ma)就已经开始俯冲。 雅轩桥火山岩(265 Ma)具有MORB的地化特征,又具有弧火山岩特征。雅轩桥火山岩(La/Yb)n=1.04-1.74、Ba/La=48.6-235.3、Sm/Nd=0.30-0.37,类似于西太平洋的陆缘弧后盆地玄武岩,其稀土元素配分图和微量元素蛛网图与冲绳陆缘弧后盆地非常相似,样品中含有大量继承锆石说明雅轩桥火山岩喷发之前该地存在大陆地壳基底,因此雅轩桥玄武岩形成于陆缘弧后盆地的构造环境。大龙凯斜长辉石岩(272 Ma)和辉绿岩(262 Ma)的地球化学特征同样即具有E-MORB特征,又具有弧火山岩特征,其微量元素蛛网图配分规律与Lesser Caucasus洋内弧后盆地玄武岩相截然不同,而更加类似于冲绳陆缘弧后盆地玄武岩,因此大龙凯斜长辉石岩和辉绿岩形成环境与雅轩桥火山岩相似,都是形成于陆缘弧后盆地,辉绿岩中大量的继承锆石也证明了这一观点。雅轩桥玄武和大龙凯基性超基性侵入体证明在二叠纪思茅地块东缘发育了陆缘弧后盆地。五素玄武岩(283 Ma)亏损HFSEs,富集LILEs,Nb、Ta、Ti负异常,具有典型的弧岩浆地球化学特征,但是微量元素组成又不同于洋内岛弧玄武岩特征(其含量和配分曲线不同于Saunders岛弧玄武岩)。五素玄武岩的主微量元素特征与雅轩桥和大龙凯侵入体完全不同,这说明五素玄武不应该形成于陆缘弧后盆地。在北侧金沙江带内兰坪地块东缘发育的古特提斯陆缘弧,于是我们认为五素玄武岩形成于大陆边缘弧环境。五素火山岩、雅轩桥火山岩和大龙凯基性-超基性侵入岩的特征显示在大龙凯-五素-雅轩桥一带发育了与哀牢山洋俯冲有关的陆缘弧-弧后盆地体系。该陆缘弧-弧后盆地位于哀牢山蛇绿岩西侧,证明哀牢山洋是向西俯冲在思茅地块之下的,与金沙江支洋盆的俯冲方向一致。我们认为哀牢山洋低角度俯冲和板片回撤的深部动力学机制可以很好的解释思茅地块东缘陆缘弧-弧后盆地体系的发育。 大龙凯玄武岩(256 Ma)富集LILEs,亏损HFSEs,Nb、Ta、Ti负异常,具有弧火山岩的特征。与五素玄武岩相比,其轻重稀土分馏更加明显,Sr-Nd同位素更加富集,含有大量继承锆石,代表了形成于更加成熟的陆缘弧构造环境。大龙凯玄武岩覆盖在大龙凯基性-超基性侵入体和辉绿岩之上,说明此时大龙凯-雅轩桥弧后盆地可能已经闭合。 3.在哀牢山构造带识别出陆缘弧、同碰撞和碰撞后等三期花岗质岩石 依据其构造背景,将哀牢山构造带内印支期花岗质岩石分为三期: 第一期以~251 Ma的下关闪长质花岗岩和新安寨二长花岗岩为代表,产生的岩石类型主要有闪长岩、闪长质花岗岩和二长花岗岩。根据Sr-Nd同位素该期岩石主要分为两类:1)含角闪石,不含继承锆石,二阶段锆石Hf模式年龄非常年轻,具有高的正的εNd(t)和εHf(t)值,低的SiO2含量和K2O/Na2O比值,高的CaO、Al2O3和FeOT含量,其源岩为新生岛弧基性下地壳;2)不含角闪石,含继承锆石,二阶段锆石Hf模式年龄非常老,具低的负的εNd(t)和εHf(t)值,高的SiO2含量和K2O/Na2O比值,其源岩为新元古代角闪岩和片麻岩。该期花岗质岩石代表了哀牢山构造晚古生代至早中生代最后一期陆缘弧岩浆作用。 第二期岩浆作用以~247 Ma通天阁和狗头坡淡色花岗岩为代表,产生的岩石类型主要有高硅流纹岩和强过铝质花岗岩,比如哀牢山带内的高山寨组流纹岩(247 Ma)和平掌花岗岩(244 Ma)、金沙江带内的攀天阁组(247-246 Ma)和人支雪山组(247-246Ma)流纹岩等。该期岩浆岩显著的特征是含有非常高的SiO2含量、强过铝质、εNd(t)和εHf(t)值非常低,全岩Nd和锆石Hf二阶段模式年龄非常老,源岩为古老的变沉积岩。结合同期强烈变质作用(比如麻粒岩和榴辉岩的发现)和沉积地层的角度不整合关系(高山寨组、攀天阁组和人支雪山组与下伏地层),我们认为该期花岗质岩石形成于同碰撞陆壳加厚的构造环境。 第三期岩浆作用包括两类:1)滑石板闪长质花岗岩(229 Ma),与下关闪长质花岗岩(251 Ma)相似,具有含角闪石,不含继承锆石,二阶段锆石Hf模式年龄非常年轻,具有高的正的εNd(t)和εHf(t)值,低K2O/Na2O比值,但是其SiO2含量较251 Ma的下关闪长质花岗岩要高,其它主量元素组成也与下关闪长质花岗岩不同。其源岩也是二叠纪新生岛弧基性下地壳,但是源岩熔融程度可能较下关闪长质花岗岩低。2)主要包括具低的负的εNd(t)-εHf(t)值的下关片麻状花岗岩、糜棱岩化花岗岩、片麻岩和长英质脉体,强过铝质,含大量继承锆石,源岩为古老变沉积岩。该期岩浆作用形成于碰撞后板片断离背景下。 4.发现哀牢山构造带存在显著地显生宙陆壳增生 金沙江-哀牢山构造带显生宙地壳增生存在两种主要形式:垂向增生和侧向增生。垂向增生主要与蛾眉山地幔柱(260-247 Ma)有关,增生区域主要分布在哀牢山断裂以东的扬子陆块西缘。该区显生宙陆壳侧向增生与二叠纪金沙江-哀牢山洋的闭合有关,主要来源于支洋盆闭合过程中受到俯冲板片的流体、熔体交代的地幔楔熔融,最直接的证据是本文研究的五素、雅轩桥、大龙凯等不同类型的弧火山岩的分布。另外一个显生宙陆壳侧向增生的证据为在哀牢山构造带发现了两期高εNd(t)-εHf(t)花岗岩:(1)低SiO2的下关闪长质花岗岩,形成于大陆边缘弧背景;(2)高SiO2的滑石板闪长质花岗岩,形成于碰撞后的伸展环境。这两期花岗岩的源岩均为二叠纪受到流体、熔体交代的地幔楔部分熔融底侵到下地壳形成的新生岛弧下地壳。 5.全面分析了哀牢山深变质岩带的物质及时代属性 哀牢山深变质杂岩带(包括点苍山地区)一直被认为形成于元古代,是扬子地台结晶基底的一部分。但是我们发现其岩石组成及时代属性可能远比最初的认识要复杂。我们统计了国内外对哀牢山群和点苍山群岩石开展的锆石U-Pb年代学分析测试点共计609个,除去继承锆石和变质锆石,剩余449个年龄频谱图具有四个峰值,分别为新元古代(~773 Ma)、早石炭世(~353 Ma)、三叠纪(~239 Ma)和新生代(~29 Ma)。除此之外,前人报道的Sm-Nd、Rb-Sr等时线年龄和K-Ar、Ar-Ar、Pb-Pb热年代学年龄主要集中在1300~1600 Ma。因此哀牢山深变质带应该是包含中元古代、新元古代、海西运动早期、印支期和喜山期等多期次岩石的杂岩。