巴西卡拉加斯地区变质基底的岩浆作用与构造演化.pdf
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1、第 卷第 期中国地质调查 年 月 :引用格式:曾勇,刘一,郭维民,等 巴西卡拉加斯地区变质基底的岩浆作用与构造演化 中国地质调查,():(,():)巴西卡拉加斯地区变质基底的岩浆作用与构造演化曾 勇,刘 一,郭维民,沈莽庭,徐 鸣(中国地质调查局南京地质调查中心,江苏 南京 )摘要:巴西卡拉加斯()地区发育古老的太古宙变质基底,是世界上矿床类型最丰富、资源聚集程度最高的成矿区之一。在太古宙花岗岩 绿岩为主体的结晶基底中,含有大量紫苏花岗岩、奥长花岗岩 英云闪长岩 花岗闪长岩(,)岩套和未完全解体的变质深成岩,目前对其认识仍存在较大分歧。岩浆岩的正确划分和精细研究是深入认识南美克拉通演化的重要手
2、段,在调查卡拉加斯地区基底中变质侵入岩的基础上,结合前人资料将其进一步划分为中太古代的紫苏花岗岩、层状基性超基性岩和 岩套,新太古代的基性超基性杂岩、岩套、同构造花岗岩、后构造花岗岩等,以及古元古代的碱性花岗岩。结合岩石学、地球化学和年代学方法综合分析了卡拉加斯地区的花岗质深成岩,锆石 测年获得的花岗岩 表面年龄集中在 、和 个时期,认为南美克拉通在经历了古太古代陆核形成、中太古代古大陆增生后,在太古宙末期和古元古代发生了二阶段的克拉通化过程,在中元古代新元古代克拉通开始被破坏。通过对比南美克拉通与华北克拉通的早期演化过程,推测南美克拉通的构造演化早期受地幔柱控制,晚期转变为以板块构造为主导的
3、大陆增生机制。研究有助于深入认识和对比矿集区成矿过程及其成矿效应。关键词:花岗岩;岩浆作用;构造演化;巴西;卡拉加斯地区中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:;修订日期:。基金项目:中国地质调查局“华东地区矿山开发与生态修复状况遥感监测(编号:)”和中央地质勘查基金“南美地台优势矿产资源成矿规律与潜力分析(编号:)”项目联合资助。第一作者简介:曾勇(),男,教授级高级工程师,主要从事拉美地区地质构造研究与找矿勘查工作。:。通信作者简介:刘一(),女,高级工程师,主要从事区域成矿研究和自然资源管理工作。:。引言卡拉加斯()地区位于巴西亚马孙盆地的东南部边缘,出露古老的太古宙变质基底,是
4、世界上矿床类型最丰富、资源聚集程度最高的成矿区之一。在太古宙花岗岩 绿岩地块的基底中,含有大量未完全解体的奥长花岗岩 英云闪长岩 花岗闪 长 岩(,)岩套和变质深成岩侵入体,其类型繁多、结构复杂、特征不一,基底岩石及区域构造演化等科学问题引起了众多学者的关注 。但由于对卡拉加斯地区基底岩浆岩系的组成、结构与时代等的调查研究不足,大大限制了对该地区基底与构造演化的认识。本文在已有研究的基础上 ,进一步调查了该地区变质基底中岩浆岩的基本特征,利用构造 岩石填图方法划分基底中的变质深成岩体,研究岩浆侵入作用,并通过地球化学方法还原其岩石的物质来源和结晶过程,用 锆石 测年获得了一批新的 同位素年龄数
5、据,建立了其变质深成岩的年代序列,并进一步总结了卡拉加斯地区构造岩浆演化的规律,探讨了古老克拉通在太古宙元古宙的岩石圈减薄与破坏作用的发生与演化。区域地质背景卡 拉 加 斯 地 区 由 北 部 剪 切 带中国地质调查 年(,)和南部 花岗岩 绿岩地体(,)两个构造单元组成,太古宙和元古宙地层广泛分布(图 )。新元古界下古生界 超群;新太古界 组?群;新太古界 超群;中太古代兴谷杂岩;新元古代花岗岩;古元古代碱性花岗岩;新太古代碱性片麻状花岗岩;新太古代钙碱性片麻状花岗岩;新太古代铁镁质超铁镁质岩石;中太古代 片麻岩;中太古代铁镁质超铁镁质岩石;中太古代麻粒岩杂岩;重要矿床位置及名称(矿种);断
6、层;铁路;公路;水系;采样点;老 片麻状花岗岩();卡拉加斯花岗岩();花岗岩();麻粒岩杂岩();花岗岩();片麻状花岗岩()图 研究区位置()及卡拉加斯地区地质简图()()()中太古代岩石单元包括兴谷杂岩、超群和表壳岩系,相互之间为构造接触。兴谷杂岩是区域的结晶基底,由角闪岩相 麻粒岩相的紫苏花岗岩、片麻岩、混合花岗岩 火山沉积岩组成,年龄为 。超群上部为浊积岩以及钙碱性火山岩,下部由基性火山岩以及超基性火山岩(科马提岩、纯橄岩、辉石岩、拉斑玄武岩)组成,底部为变辉长岩、玄武岩以及英安岩,年龄在 之间 。表壳岩系包括 群、群和 群,以变质沉积岩(杂砂岩和浊积岩)为主夹基性超基性火山岩,年龄
7、约为()。新太古界 超群属于卡拉加斯地区的褶皱基底,是世界上保存最好的新太古代火山 沉积岩序列。该超群可被划分为萨洛博()群、波露卡()群、帕拉()群和巴伊亚()群,其中的火山活动发生于 。上覆新太古界?群 组浅海相 河流相沉积的砂岩和粉砂岩,被新元古代早古生代的 超群沉积不整合覆盖 。卡拉加斯地区最重要的构造形迹是卡拉加斯断层和 断层,两组断层系呈 向斜切卡拉加斯向斜盆地(图 )。区域岩石在新太古代未期经历了混合岩化作用,形成由麻粒岩相、角闪岩相组成的岩石单元,走滑断层附近的局部地层经历了强烈剪切,发生角闪岩相动力变质作用 。第 期曾勇,等:巴西卡拉加斯地区变质基底的岩浆作用与构造演化 岩浆
8、侵入作用卡拉加斯地区发现了多期不同组分的花岗质岩石 ,主要集中分布在南部 的周边,这些岩石大多是从兴谷杂岩逐步分解出来的变质深成侵入体,经历了复杂的岩浆侵入作用。中太古代紫苏花岗岩以 麻粒岩杂岩(,)为代表,产出在 北部边界,为由镁铁质 长英质岩石组成的暗色麻粒岩和浅色麻粒岩,主体是浅色的紫苏花岗岩和紫苏花岗闪长岩,富含条纹钾长石和斜方辉石(紫苏辉石),等 从中获得了()的锆石 结晶年龄。中太古代铁镁质超铁镁质岩石分布在 中部,为层状 条带状的铁镁质超铁镁质岩石组合,下部为科马提岩和拉斑玄武岩,上部含有长英质火山岩和沉积岩,具有杂岩的性质。超铁镁质侵入体的年龄为(),同时被 花岗闪长岩侵入。中
9、太古代 岩套由两套灰色斜长石 角闪石 黑云母片麻岩组成,经历了角闪岩相 麻粒岩相变质作用和多期变形作用。早期与 超群相伴的是英云闪长质片麻岩套,主要为英云闪长岩()和奥长花岗岩(),其年龄为 ;晚期与 群,群和 群相伴的是花岗闪长质片麻岩套,主要岩性为花岗闪长岩以及奥长花岗岩,岩石表现出钙碱性花岗岩的特点,其年龄为 。新太古代铁镁质超铁镁质岩石主要分布在北部 和南部 间的过渡区域。如 岩体由变质橄榄岩及变质纯橄榄岩组成,构造侵位于兴谷杂岩中,近 向延展,富含镍和铂族元素,形成时代为();其他岩性包括(橄榄)辉长岩、苏长岩,伴有紫苏花岗岩、云英闪长岩、花岗闪长岩等 。新太古代片麻岩与片麻状花岗质
10、侵入体主要分布于 北部,为与 超群相伴的一套片麻岩,多数是从兴谷杂岩中解体出的新太古代岩石。由片麻岩、片麻状的碱性亚碱性闪长岩、花岗岩和过碱性花岗岩组成。片麻岩包括花岗质片麻岩(图 (),(),()和花岗闪长质片麻岩(图(),(),()。花岗岩有 期 :第一期是 的碱性亚碱性片麻状(型)花岗岩,呈 向平行于主要区域构造展布,呈细长的叶片状构造,在 片麻状花岗岩(,)中报道了()的年龄 ;第二期是 的过碱性和准铝质片麻状花岗岩,以老 片麻状花岗岩(,)、片麻状花岗岩(,)为代表,比第一期花岗岩年轻约 。()花岗质片麻岩野外露头(样品 )()花岗质片麻岩细粒变晶结构(样品 )()花岗质片麻岩镜下特
11、征(样品 )()花岗闪长质片麻岩野外露头()花岗闪长质片麻岩中细粒变晶()花岗闪长质片麻岩镜下特征(样品 )结构(样品 )(样品 )斜长石;黑云母;钾长石;石英;斜方辉石图 卡拉加斯地区花岗质侵入体照片 中国地质调查 年()碱性(环斑)花岗岩野外露头()碱性(环斑)花岗岩斑状、斑晶状()碱性(环斑)花岗岩镜下特征(样品 )结构(样品 )(样品 )斜长石;黑云母;钾长石;石英;斜方辉石图 卡拉加斯地区花岗质侵入体照片 古元古代卡拉加斯地区发育典型的环斑花岗岩(图 (),主要为二长花岗岩、正长花岗岩及碱性花岗岩,岩石为粗粒花岗结构,晶洞构造,含有巨大的条纹长石或微斜长石聚晶,外绕更长石环带(图()
12、,()。其中卡拉加斯花岗岩(,)年龄为(),花岗岩(,)年龄为()。新元古代末期卡拉加斯地区产生了大量的同褶皱期花岗岩和伟晶岩,常呈复式岩体或杂岩群,单体呈线性延伸,并与区域褶皱构造线一致。岩体内有时可见碳酸岩及其它岩石包裹体,花岗岩的年龄为 ,如 花岗岩(,)。本文对卡拉加斯地区东北部 铜金矿外围和东南部 铜金矿外围进行了调查研究,并从兴谷杂岩和新太古代 超群中识别出紫苏花岗岩、片麻岩和变质深成侵入体,在研究程度不足的岩石中采集了样品(图 )。、样点岩性为紫苏花岗岩,是东南部与 相伴的岩石;、样点在卡拉加斯南部,是岩浆结构清楚的片麻状花岗岩和花岗闪长岩 ;、样点在卡拉加斯北部,为具明显片麻状
13、构造和变晶结构的花岗质片麻岩和花岗闪长质片麻岩,含有少量斜方辉石(图 (),();样点是具似斑状结构和环斑结构特征的碱性(环斑)花岗岩(图 ()。岩浆岩地球化学岩石地球化学样品的主量、微量与稀土元素分析在原国土资源部华东矿产资源监督检测中心完成。全岩主量元素采用 测定,分析精度优于 ;微量元素和稀土元素采用 公司生产的双聚焦高分辨 测定,检测限优于 ,相对标准偏差小于 ,测试方法和流程受国家标准控制。岩体主量元素、微量元素及稀土元素含量分析结果及特征参数见表。表 卡拉加斯地区花岗质侵入体主量元素、稀土元素、微量元素含量及特征参数 ,样品号主量元素含量 烧失量 特征参数里特曼指数 第 期曾勇,等
14、:巴西卡拉加斯地区变质基底的岩浆作用与构造演化续表样品号微量元素含量 稀土元素含量 样品号稀土元素含量 特征参数 ()主量元素卡拉加斯地区花岗质侵入体中 个样品的主量元素含量见表 。样品的里特曼指数 介于 ,显示岩体属于钙碱性岩系,在 图解(图)中样品皆落在亚碱性花岗岩区域;样品均符合 ()()()()(为分子数),属于准铝质系列岩浆岩类型。各岩体均为富硅岩石,在 图解中(图 ()主要落在高钾钙碱性系列区域。岩石的铝饱和指数 ()()()()()均小于 ,属于准铝质 弱过铝质系列,图解中样点投影都落在准铝质区域或弱过铝质区域(图()。总体上主量元素表现为准铝质钙碱性花岗岩的化学组成特征。紫苏花
15、岗岩显示出高 、高 、低 、,主成分变化大且 ()()的地球化学特征;片麻状花岗岩(花岗闪长岩)与花岗质片麻岩均含较高的 、,且 ()(),总体低 、,与 岩套的化学组成相似 。碱性(环斑)花岗岩岩浆分异演化较彻底,为正常花岗岩。橄榄辉长岩;碱性辉长岩;亚碱性辉长岩;辉长闪长岩;闪长岩;花岗闪长岩;花岗岩;硅英岩;二长辉长岩;二长闪长岩;二长岩;石英二长岩;正长岩;副长石辉长岩;副长石二长闪长岩;副长石二长正长岩;副长正长岩;副长深成岩;霓方钠岩 磷霞岩 粗白榴岩;分界线,上方为碱性,下方为亚碱性图 卡拉加斯地区岩花岗质侵入体 图解 中国地质调查 年图 卡拉加斯地区花岗质侵入体 图解()和 图
16、解()()()微量元素与稀土元素花岗质侵入中微量元素 、等大离子亲石元素和稀土元素 、含量较高,而 、等高场强元素的含量较低,大部分存在明显亏损(表 )。在原始地幔标准化蛛网图上(图 (),出现了明显的 、亏损,样品间的差异在于富集与亏损的程度略有不同。仅 微量元素中大离子亲石元素高度富集,高 、和 ,高强场元素也相对富集,如 、,而贫铁族元素,与其岩性为碱性岩石及与、成矿关系密切。微量元素分析表明,花岗质侵入中 、的含量远低于原始地幔中 、的平均值,也低于中国扬子下地壳 、的平均值 ,表明这些地区岩浆的物质来源不是直接由原始地幔基性岩浆分离结晶形成,而是起源于古老大陆基底地壳中的沉积。花岗质
17、侵入的 值为 ,平均值 ,明显高于全球上地壳的平均值(),是克拉通地区大量岩浆受到大陆壳中物源介入的结果。样品 的 值为 ,可能与板块俯冲的混染作用有关。卡拉加斯地区花岗质侵入的 相差较大,平均为 ,最少的紫苏花岗岩()为 ,最大的为碱性(晶洞)花岗岩()为 。值平均为 ,轻稀土相对富集,总体属于右倾型配分模式(图 (),显示轻 重稀土分异,元素相对亏损。图 卡拉加斯地区花岗质侵入体微量元素蛛网图()和稀土元素配分曲线()()()第 期曾勇,等:巴西卡拉加斯地区变质基底的岩浆作用与构造演化紫苏花岗岩(和 )的稀土元素配分曲线显示为缓倾斜的海鸥型曲线,尾端略向上扬起,相对较大,富集程度较高,富集
18、 而亏损 ,但两个样品 、元素的含量变化较大,异常差异较大。片麻状花岗岩(和 )和新太古界 超群中的花岗质片麻岩(和 )样品的稀土元素配分曲线(图 ()为向右倾斜的园弧型曲线,尾端水平,显示 偏低,略富集 ,亏损 ,低中度富集 、和 元素,具有高 值和低 值,且无明显负 异常。由于片麻状花岗岩中存在相对较多的斜长石和钾长石,其岩浆分异过程中残留矿物主要为角闪石、石榴子石和金红石等,指示具有 岩套的总体特征,推测其熔融深度大,是俯冲板片深部熔融过程中形成的 岩套。北部花岗质片麻岩()出现明显的正 异常,性质不明,推测它与受到污染的岛弧花岗岩关系密切 。碱性(环斑)花岗岩()稀土元素配分曲线为陡倾
19、斜的海鸥型曲线,尾端水平,显示稀土总量大、稀土富集程度高,但 元素含量变化不大,富集 、中度富集 、,明显亏损 。说明其形成的环境产生了重大变化,已经转换为伸展为主导的构造体制。岩浆岩同位素年龄 样品采集及测定方法锆石样品破碎和挑选由河北区域地质矿产调查研究所实验室完成,锆石微区原位 同位素测定在中国地质调查局天津地质调查中心(天津地质矿产研究所)同位素实验室完成,获得的分析数据采用 作为外部锆石年龄标准进行 、同位素分馏校正处理,数据处理采用刘勇胜 研发的 程序和 研发的 程序进行,仪器配置和实验流程参见文献 ,测试结果见表。表 卡拉加斯地区花岗质侵入体锆石 测年结果 测点号元素含量 同位素
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