后碰撞幔源岩浆活动、底垫作用及准噶尔盆地基底的性质

图 1 准噶尔盆地周边地区后碰撞幔源岩浆岩的 εNd ( t)2侵入时代图 ◆示基性2超基性杂岩 , ○示花岗岩类
后碰撞花岗岩类和基性-超基性杂岩具有相似的 Nd 和 Pb 同位素特征 ,意味着它们应起源 于相同的源区. 但是 ,关于岩浆来源问题还有不同的认识 :一种观点认为后碰撞花岗岩类是古 生代的残余洋壳再次熔融作用的产物[3] ,另一种观点是亏损地幔部分熔融产生的岩浆及其分 异的产物[28] . 如果后碰撞花岗岩类是残余洋壳再次熔融作用的产物 ,那么 ,只有残余洋壳高
1 后碰撞幔源岩浆活动的 Nd 同位素特征
准噶尔盆地周边地区是古生代的造山带 ,古板块碰撞最晚发生在早石炭世[4] . 而同位素 地质年代学研究揭示 ,大量花岗岩类的同位素年龄集中在 330～250 Ma 之间 ,表明这些花岗岩 类是后碰撞岩浆活动的产物.
准噶尔盆地周边地区后碰撞花岗岩类普遍具有正的εNd ( t) 值 ,表明亏损地幔成分在花岗 岩类岩浆中占非常重要的地位 (表 1) . 显然 ,这明显不同于加里东 、海西和喜马拉雅等褶皱带 中来自再循环地壳的花岗岩类 ,它们均以负的εNd ( t) 值为特征[18] . 有限的资料表明 ,火山岩 具有和花岗岩类相似的 Nd 同位素特征 ,而基性-超基性杂岩体在时代和 Nd 同位素特征方面也 和花岗岩类相似 (表 1) . 此外 ,后碰撞花岗岩类和基性-超基性杂岩都显示出亏损地幔的
关键词 后碰撞 亏损地幔 岩浆活动 底垫作用 基底 准噶尔盆地
准噶尔盆地是我国一个重要的油气盆地. 但关于准噶尔盆地基底性质的认识一直存在分 歧 ,或认为其下伏有前寒武纪古老陆壳基底[1] ,或认为其基底是洋壳[2 ,3] . 这两种截然不同的 认识之所以长期存在 ,是因为在准噶尔盆地内部没有基底岩石直接出露 ,周边地区也没有发现 可靠的前寒武纪岩石能够代表准噶尔盆地的基底. 准噶尔盆地基底性质的问题不仅直接涉及 到对新疆北部大地构造演化的认识 ,而且也与准噶尔盆地石油勘探开发密切相关. 本文将从 准噶尔盆地周边地区广泛的后碰撞幔源岩浆活动入手 ,对准噶尔盆地基底性质进行探讨.
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第1期
韩宝福等 : 后碰撞幔源岩浆活动 、底垫作用及准噶尔盆地基底的性质
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度部分熔融才能产生同源的后碰撞基性-超基性杂岩 ,而且洋壳必须在形成后不太长的时间内 即再次大规模熔融 ,才能产生大量的后碰撞花岗岩类和基性-超基性杂岩 ,这似乎难以发生. 因此 ,基性-超基性杂岩应该是局部亏损地幔部分熔融产生的岩浆上升到上地壳侵位的产物 , 而后碰撞花岗岩类则是经过强烈分异的幔源岩浆残余熔体在上地壳侵位的结果[28] .
+5 -8
资料来源
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中 国 科 学 (D 辑)
第 29 卷
Pb 同位素特征[5 ,6 ,8 ,15 ,19～23 ] . 如果假设亏损地幔的 Nd 同位素成分呈线性演化 ,其现今的εNd ( t) 值为 + 10 ,在 4. 57Ga 地
球形成时其εNd ( t) 值为 0 ,那么 ,只有东准噶尔英云闪长岩-奥长花岗岩的εNd ( t) 值 ( + 9) 与其 形成时的 MORB 亏损地幔值相当 ,其它岩浆岩的εNd ( t) 值均低于它们形成时的 MORB 亏损地 幔值. 这种情况经常可以用幔源岩浆及其分异产物受到地壳物质混染来解释 ,但正的εNd ( t) 值表明以地幔成分为主. 然而 ,如果考虑到准噶尔盆地周边蛇绿岩的 Nd 同位素特征 ,就不难 发现源自亏损地幔的这些古洋壳残余形成时地幔的不均一性 ,亏损程度变化很大 ,有些蛇绿岩 的εNd ( t) 值明显低于它们形成时的 MORB 亏损地幔值. 例如 ,阿尔曼泰蛇绿岩中超基性岩的 Sm-Nd 等时线年龄为 (479 ±27) Ma ,εNd ( t) 值为 + 6. 8[24] ,兔子泉岩体的 Sm-Nd 等时线年龄为 (561 ±41) Ma ,εNd ( t) 值为 + 6. 1[25] ;达拉布特蛇绿岩中堆晶岩的 Sm-Nd 等时线年龄为 (395 ± 12) Ma (2σ) ,εNd ( t) 值为 + 8. 9[26] ;唐巴勒蛇绿岩中玄武岩和辉长岩的 Sm-Nd 等时线年龄分别 为 (447 ±56) Ma (2σ) 和 (489 ±53) Ma (2σ) ,对应的εNd ( t) 值分别为 + 7. 3 和 + 5. 8[26] ;洪古勒楞 蛇绿岩的两条 Sm-Nd 等时线年龄分别为 (626 ±25) Ma (1σ) 和 (444 ±27) Ma (2σ) ,εNd ( t) 值分别
第 29 卷 第 1 期
中 国 科 学 (D 辑)
SCIENCE IN CHINA (Series D)
1999 年 2 月
后碰撞幔源岩浆活动 、底垫作用及 准噶尔盆地基底的性质 3
韩宝福 何国琦 王式
(北京大学地质学系 ,北京 100871)
摘要 准噶尔盆地周边地区广泛发育晚古生代后碰撞花岗岩类 、基性-超基性杂岩 和火山岩. 它们普遍具有正的εNd ( t) 值 ,表明岩浆起源于亏损地幔 ,并不同程度地受 到地壳物质的混染. 幔源岩浆及其分异产物在上地壳侵位只是深部地质过程的浅部 反映 ,大量的幔源岩浆很可能在壳幔界面附近和下地壳中发生底垫作用 ,成为准噶尔 盆地基底的组成部分. 如果准噶尔盆地的基底是残留洋壳 ,除非发生高度部分熔融 , 否则不可能产生基性-超基性杂岩. 即使准噶尔盆地具有老陆壳基底 ,也会因为幔源 岩浆底垫作用而受到强烈改造. 这种解释可以与地球物理资料相容.
316
花岗闪长岩- 花岗岩
300
阿拉套山
钾长花岗岩 花岗闪长岩 二长花岗岩 碱长花岗岩 碱长花岗岩
290 290 290 290 290 西准噶尔
辉绿玢岩 碱性长石花岗岩
碱性花岗岩
329 314 321 天山
基性- 超基性杂岩 基性- 超基性杂岩
辉长岩 辉长岩 辉长岩 橄榄辉长岩 辉石岩 橄榄辉长岩 辉绿岩 石英钠长斑岩 流纹岩 英云闪长岩 后造山花岗岩 花岗闪长岩 花岗岩
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由底垫作用产生的下地壳一般是镁铁质的 ,以地震波速高和密度大为特征 ,以往对准噶尔 盆地基底性质的探讨就是以地球物理资料的解释为基础的[1 ,2] . 准噶尔盆地周边地区广泛存 在的后碰撞幔源花岗岩类和基性-超基性杂岩表明 ,后碰撞幔源岩浆活动强烈 ,而且在上地壳 中有充分表现. 在后碰撞幔源岩浆活动期间 ,岩浆不但侵入在上地壳中 ,而且会有大量岩浆在 壳幔界面附近和下地壳中侵位 ,即发生底垫作用. 幔源岩浆底垫作用会使准噶尔盆地基底性 质发生变化 ,深部地壳表现出高重力异常和磁异常[1 ,2]及高地震波速[32]等地球物理特征.
布尔克斯岱 布尔克斯岱 克拉玛依东
黄山 黄山东 乔勒铁克西 琼阿乌孜 苏鲁 菁布拉克 菁布拉克 喀拉达拉 丘拉克特勒克 尼勒克 康古尔 康古尔 库米什 库米什 库尔勒地区
表 1 新疆北部后碰撞岩浆岩的时代和 εNd ( t) 值
岩性
时代/ Ma
阿尔泰山
流纹斑岩 英安斑岩 片麻状黑云母花岗岩 片麻状黑云母花岗岩 片麻状黑云母花岗岩 片麻状黑云母花岗岩 石英闪长岩 片麻状黑云母花岗岩 天河石花岗岩
+ 5. 94～ + 6. 08 + 5. 18 + 3. 42 + 4. 10 + 0. 64 + 7. 27 - 3. 81
+ 6. 09～ + 6. 67 + 5. 56～ + 6. 47 + 5. 12～ + 5. 61 + 5. 06～ + 5. 54 + 5. 51～ + 5. 84
+9 +7
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岩体
阿舍勒 阿舍勒 切买切克 乌齐里克他乌 可可托海北 塔别旗 阿拉阿依厥火 佳木开 (大桥) 将军山
喀拉通克 萨尔布拉克 布尔根 布尔根 布尔根 二台 二台 结尔德卡拉 萨吾德格尔 萨尔铁列克 南塔斯嗄克 也布山
孔吾萨依 乌拉斯坦 祖鲁洪 喀孜别克 查干浑迪
1998207203 收稿 3 国家自然科学基金资助项目 (批准号 :4900031 ,49272103)
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294 296 290 290 330 290 290 290 230 东准噶尔
基性2超基性杂岩
298
闪长岩
290
花岗闪长岩
290
钾长花岗岩
250
钠闪石花岗岩
250
碱性辉长岩
290
碱性正长岩
290
碱性花岗岩
300
碱性花岗岩
300
碱性花岗岩
300
来自百度文库碱性花岗岩
300
碱性长石花岗岩
267
英云闪长岩- 奥长花岗岩
+ 2. 80 + 2. 76 + 3. 14 + 2. 17 - 1. 88～ + 2. 43
+ 6. 06 + 5. 65 + 6. 0～ + 6. 1
+ 6. 60～ + 6. 69 + 7. 71～ + 7. 88 + 3. 68～ + 3. 78 - 5. 07～ - 4. 93
+ 6. 40 + 3. 79 + 3. 87 + 6. 00 + 1. 68 + 0. 79～ + 0. 93 + 0. 22～ + 0. 61 + 0. 31～ + 3. 59 0～ + 4
309 320 324 314 322 320 320 320 320 248 300 275 334 , 261 345 早石炭世后
εNd ( t)
+ 3. 57～ + 4. 35 + 2. 50～ + 4. 53 - 1. 98～ + 0. 80
- 1. 39 + 0. 45 + 1. 33 - 0. 55 - 5. 34 + 1. 6～ + 2. 0
2 底垫作用与准噶尔盆地的基底
底垫作用是指来自地幔深部的岩浆上升到壳幔界面附近和下地壳中定位的过程. 在造山 带演化的后碰撞阶段 ,底垫作用可能非常重要 ,因为这样的构造背景有利于深部岩浆的上升和 侵位. 如果幔源岩浆活动在壳幔界面附近和下地壳中发生底垫作用 ,在地表可以表现出相应 的火山活动 ,在上地壳往往有小型浅成侵入体的侵位[29 ,30] ,而大量的幔源岩浆则因为比重较 大而发生底垫作用. 即使伴随底垫作用在地表有大规模的溢流玄武岩产生 ,也只有 30 %的岩 浆到达地表 ,剩余的岩浆则主要定位于下地壳[31] . 准噶尔盆地周边地区的后碰撞花岗岩类和 基性-超基性杂岩普遍是以小型浅成侵入体的形式产出 ,而且以花岗岩类占绝对优势 ,明显表 现出幔源岩浆及其分异产物的同位素特征. 这意味着大部分的幔源岩浆可能通过底垫作用定 位于壳幔界面附近或下地壳中 ,只有少量岩浆侵入到上地壳中 ,形成基性-超基性杂岩 ,而花岗 岩类则是幔源岩浆经过强烈分异后的残余融体在上地壳侵位的产物.
为 + 8. 4 和 + 7. 2[26 ,27] ,差别很大. 显然 ,除非蛇绿岩也受到地壳混染 ,否则它们的 Nd 同位素 成分可以代表当时亏损地幔 Nd 同位素成分的变化范围. 假设亏损地幔的 Nd 同位素成分呈 线性演化 ,4. 57Ga 地球形成时的εNd ( t) 值为 0 ,根据准噶尔盆地周边蛇绿岩的εNd ( t) 值可以推 测 ,它们所代表的亏损地幔现今的εNd ( t) 值在 + 6. 5～ + 10 之间. 处在这个局部亏损地幔εNd ( t) 值范围内的后碰撞岩浆岩很可能没有受到地壳物质的混染 (图 1) ,变化的εNd ( t) 值则是亏 损地幔不均一性的反映.