长江中下游早白垩世岩浆岩元素地球化学和钙同位素研究摘要
本论文聚焦长江中下游地区,以元素地球化学和Ca同位素作为研究方法,对研究区内的埃达克岩和A型花岗岩进行了研究。评估了在K-Ca同位素体系中,40K衰变所造成的放射性成因40Ca(R40Ca)的累积对稳定Ca同位素数据的影响,确立了一种简单有效的R40Ca校正的算法;采用加权平均法对大陆上地壳的Ca同位素组成进行了评估。探讨了Ca同位素在岩浆演化过程中的分馏机理;反演了长江中下游地区晚中生代的地质演化历史。在K/Ca较高和年龄较老的岩石中,由40K经过β-衰变形成的40Ca会大量累积,导致δ44/40Ca值变大,给数据解释带来困扰。本文基于双稀释剂法,通过优化计算参数和算法,可以准确地对R40Ca进行监控并进行扣除。研究结果表明,R40Ca在迭代计算中与样品真实的δ44/40Ca之间呈线性相关。因此,可以先通过衰变定律计算出R40Ca,进一步得到样品真实的δ44/40Ca。这种算法的优点是不需要进行更多的化学分离和质谱测定去获得δ44/42Ca值,进而计算出样品的δ44/40Ca。这种算法方便快捷,提高了效率。早白垩世的埃达克岩或埃达克质岩广泛分布于中国东部,例如:长江中下游,南郯庐断裂带,以及大别山造山带。然而,它们的成因仍然存在争议。本论文中,对安徽中部的管店岩体进行了详细的地质年代学和地球化学研究。它以前被认为是长江中下游北带的一部分,后来又被划分到南郯庐断裂带。管店岩体由石英二长岩构成,准铝质,属于高钾钙碱性系列。样品具有高Si O2(59.15-62.32%),Al2O3(14.51-15.39%),Sr(892-1184 ppm)含量,Sr/Y(56.74-86.32)比值,以及低Y(12.65-18.05 ppm)含量,这些地球化学特征类似于典型的埃达克质岩。管店岩体具有较高的K2O(2.88-3.86%)含量,Mg O(3.89-5.24%)含量和Mg#(55-60)值,亏损高场强元素(Nb,Ta和Ti),以及Ba,Pb和Sr正异常。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,锆石的加权平均年龄为129.2±0.7 Ma。基于原位锆石微量元素分析,计算得出锆石Ce4+/Ce3+=(6.97-145),(Eu/Eu*)N=(0.23-0.42)。相比于长江中下游和德兴铜矿含矿的埃达克质岩,管店岩体具有较低的氧逸度,这与该区域不含矿的事实一致。结合前人研究,我们提出:管店埃达克质岩岩体是由发生在早白垩世太平洋板块和伊泽奈崎板块的洋脊俯冲所诱发的拆沉下地壳的部分熔融所形成。在洋脊俯冲过程中,物理碰撞导致了加厚下地壳的拆沉,而热化学侵蚀引发了拆沉下地壳的部分熔融。A型花岗岩通常在伸展构造背景下出露,并在认识地球的地壳演化方面起着重要的作用。然而,目前A型花岗岩的成因仍然存在较大的分歧。本论文选择中国东部长江中下游地区出露的典型的A型花岗岩岩体作为研究对象,对其进行了高精度的Ca同位素测定。前人的研究表明这些岩体具有相似的形成年龄和均一的Sr、Nd和Hf同位素组成,表明它们来自相同的岩浆源区。本文的结果表明,这些A型花岗岩的δ44/40Ca从0.51‰变化到0.99‰,与Ca O、Sr、Ba以及Eu异常(Eu*)存在明显的负相关性。说明Ca同位素的分馏是由斜长石的分离结晶引起的。模拟结果表明,在大多数样品中约有70%的斜长石发生了分离结晶作用,这一结论与矿物学观察结果一致。演化程度最低的样品代表了岩浆的初始成分。因此,A型花岗岩中最低的δ44/40Ca(0.51‰)暗示存在一个具有轻Ca同位素组成的岩浆源区。结合前人研究,我们提出:长江中下游的A型花岗岩来自一个被俯冲沉积物交代的富集地幔源区。在强烈的伸展构造背景下,沿断裂侵入地壳形成A型花岗岩。岩浆演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用以及轻微的同化混染作用。
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