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塞特-达班山脉:中元古代的岩浆活动,对当时全球的影响

月雨楼花陵 96

前言:

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中元古代包括在被称为 Boring Billion (1.70–0.75 Ga) 的时期,其特点是缺乏冰川沉积物和海水记录中的 Sr 异常,缺乏大量硫化物火山沉积物和铁矿床地层,新的被动大陆边缘的缺乏和中元古代A型花岗岩和斜长岩等异常干燥岩浆的丰富,根据“盖子构造”假说进行了讨论。根据中元古代的古地磁重建,所有大陆都聚合为超大陆努纳(哥伦比亚),并在中元古代末重新聚合为罗迪尼亚。大型火成岩省(LIP)和区域镁铁质岩脉群作为 LIP 的组成部分,是超大陆重建的重要指纹,它们的存在表明了与地幔柱、俯冲(反向俯冲)等地球深部动态过程相关的克拉通内地壳伸展的构造标志。弧延伸),以及超大陆分裂过程中的裂谷。

西伯利亚古元古代或早中元古代地壳的露头仅限于基底内层和周围地区或前陆维尔霍扬斯克褶皱逆冲带(FTB)的中元古代下部沉积物覆盖的孤立暴露。最大的岩脉群或广泛的岩基位于Anabar隆起和Olenek隆起及其周边地区的基底内层,以及Verkhoyansk FTB的Sette-Daban范围内(年龄分别为~1500Ma和1000-950Ma )。1400-1300 Ma 时期的特点是西伯利亚克拉通出现了几次镁铁质侵入: 1382 ± 2 Ma Chieress 岩脉切割了 Anabar 隆起东坡的中元古代沉积物盖层 、 1385 ± 30 Ma 镁铁质岩脉切割了 Anabar 隆起东坡的中元古代沉积物。乌扎隆起西伯利亚克拉通南缘的 Listvyanka 和 Goloustnaya 堤坝暴露时间分别为 1350 ± 6 Ma 和 1338 ± 3 Ma。

塞特-达坂地区发现了三个主要的镁铁质岩浆事件:Ma Sette-Daban 事件、Ma Suordakh 事件和370-360 Ma Yakutsk-Vilyui LIP。本研究根据地质图分析的戈尔诺斯塔赫堤坝仅横切了戈尔诺斯塔赫背斜核心的乌库尔群沉积物。分析误差较大的Gornostakh岩脉初步Sm-Nd等时线年龄为1339±59 Ma 。如果正确的话,这个年龄表明该地区发生了另一次镁铁质岩浆事件,并且塞特-达班地区中元古代下部沉积岩缺乏暴露,因此可以将戈尔诺斯塔赫岩脉视为评估该地区中元古代下部岩浆作用性质的独特侵入体。

现场采样点使用苏联 1:200 000 地质图。辉绿岩样品是从 Svetly Creek 山谷的西坡采集的,距其与 Belaya 河交汇处约 7 公里。堤坝没有基岩暴露,但确实集中了大块辉绿岩,形成了一条北向线,在地图上显示为堤坝。由于缺乏裸露的接触点,堤坝的宽度未知,但估计大约为 15 至 20 米。所有岩石均较新鲜,风化形成薄薄的浅棕色地壳,并随裂缝发育。

样品为辉绿岩,具有粒间辉绿岩至亚辉绿岩结构,包含 50–55% 斜长石、40–45% 单斜辉石、最多 0.5% 石英和 4–5% 不透明矿物(钛铁矿)和微量磷灰石颗粒。样品被中度改变,伴有辉石的乌拉石蚀变和斜长石的可变中度绢云母化。大多数单斜辉石颗粒都受到了蚀变的影响(占颗粒体积的80%),并以被裂缝或假象破碎的遗迹形式存在,完全被绿泥石和角闪石覆盖。角闪石从晶界附近开始生长,整个颗粒普遍转变为无色阳起石-透闪石和绿棕色角闪石异形颗粒的混合物。斜长石保留了原始的多合成孪晶,并且整个颗粒体积都渗透着薄的钠锰矿聚集体和阳起石-透闪石的细针状体。不透明矿物表现为钛铁矿的亚面体到自面体颗粒,尺寸可变(0. 1-2 毫米)在基体中,也作为蚀变辉石内和沿晶界的极细粒体。磷灰石副颗粒形成细棱柱体和尺寸达 0.5 毫米的针状体。

U-Pb地质年代学和地球化学方法

重矿物部分是在俄罗斯科学院地壳西伯利亚分院地球动力学和地质年代学中心提取的。因此,采用磷灰石晶粒进行 U-Pb 定年,该测定是在塔斯马尼亚大学(澳大利亚霍巴特)通过激光烧蚀电感耦合等离子体质谱 (LA-ICPMS) 进行的,使用连接到 193 nm 波长的 Agilent 7900 四极杆质谱仪相干 Ar-F准分子激光器和 Resonetics S155 消融室。

同位素研究是在俄罗斯科学院前寒武纪地质与年代学研究所进行的。147 Sm/ 144 Nd 和143 Nd/ 144 Nd 比率测量的 2σ 水平精度分别为 0.5% 和 0.005%。报告的143 Nd/ 144 Nd 比率相对于 La Jolla 标准的值 0.511860。在本研究期间,将 146 Nd / 144 Nd 比率归一化为 0.7219 后,九次 La Jolla Nd 标准运行的加权平均值得出143 Nd/ 144 Nd 比率为 0.511852±8 (2σ,n=10)。

LA-ICPMS U-Pb 地质年代学

使用典型的磷灰石颗粒进行 U-Pb 定年。磷灰石颗粒足够大,可以使用直径 30 µm 的激光烧蚀点去除不含矿物和熔体夹杂物的颗粒区域。在 Tera-Wasserburg 图上,分析的磷灰石颗粒不一致,并形成一条明显的回归线,在下部与 1419 ± 32 Ma 处的协和线相交。磷灰石的微量元素组成可以用来澄清岩浆的初始组成,这已在许多研究中得到证实。所研究的磷灰石中的多元素光谱表明颗粒的微量元素组成非常接近。这些磷灰石颗粒的一个特征是存在明显的 Sr 和 Eu 负异常,这是镁铁质火成岩中磷灰石的典型特征。

地球化学

研究样本 N595 的主量和微量元素数据与时间上最近的西伯利亚北部 1385 Ma Udzha 堤坝和伊尔库茨克海角的 1340 Ma Listvyanka 堤坝一起提供。

Gornostakh辉绿岩样品显示相对较高的MgO (9.83 wt%) 和Al 2 O 3 (15.4 wt%),中等的SiO 2 (45.6 wt%)、FeOt (11.1 wt%) 和CaO (7.86 wt%),以及较低的含量。 -Ti含量(1.25wt%)(表1 )。样品具有中等的总碱量(Na 2 O + K 2 O = 3.9 wt%)并且Na 2 O/K 2 O比率为2.27。采样岩脉在 TAS 图上被分类为碱性玄武岩,并在 AFM 图上绘制了拉斑岩系列和钙碱性系列之间的过渡图。

球粒陨石归一化稀土元素分布图显示轻稀土元素(LREE)适度富集,La N /Yb N =3.28,其中 LREE 分布平坦,La N /Sm N =1.24 略高于平均值N-MORB 的值低于 E-MORB 的平均值,而重稀土元素 (HREE) 剖面显示出平缓的斜率,Tb N /Yb N =1.81。原始地幔归一化微量元素模式显示高场强元素(HFSE)的损耗,具有显着的负Nb-Ta和轻微负Zr-Hf和Ti异常以及Pb、Rb和Ba的富集。对 Gonstostakh 堤坝样品进行了 Nd 同位素分析。相应的初始εNd 1420Ma值显示出略为负值,远低于对贫化地幔的推断,表明存在富集储层(地壳成分或富集的次大陆岩石圈地幔)。

镁铁质(或碱性超镁铁质)岩石的年龄是超大陆重建和全球古代镁铁质岩浆活动的全球关联的关键32 , 33。在西伯利亚塞特-达班或西伯利亚其他地方,目前尚不清楚西伯利亚镁铁质岩浆作用的戈尔诺斯塔赫岩脉年龄在 1420 ± 30 Ma 的不确定范围内。西伯利亚境内时间上最接近的岩浆事件是约 1384-1386 年位于其北部的 Ma Chieress 和 Udzha 岩脉,1350 Ma Listvyanka 和 Goloustnaya 堤坝及其南部的参考文献以及西伯利亚北部 1490–1500 Ma Kuonamka LIP。在全球范围内,1.42 Ga Gornostakh辉绿岩可以直接与不同区块的同期成分进行比较,包括Baltica 、 Laurentia 、Congo 。

前寒武纪镁铁质岩浆作用,通常表现为岩脉,通常被解释为大陆裂谷,因此可能导致超大陆分裂,或被认为与地幔柱相关,或两者兼而有之。通常,大陆记录中的镁铁质岩浆作用事件与伸展构造有关,但也有一些岩脉被解释为活动边缘构造的发展的例子,例如西南芬诺斯坎迪亚地盾中的 1.3-1.2 Ga 岩脉 50 和西澳大利亚的1.39 Ga 。

这些镁铁质侵入体可能代表了聚合和碰撞构造的反映,并以高碱度(可能是钾质)和岛弧微量元素特征为特征,而大陆裂谷相关的镁铁质侵入体则具有OIB或E-MORB微量元素特征。同时,弧状微量元素分布是显生宙 LIP 中低钛玄武岩的典型特征,通常与地幔柱-岩石圈相互作用或由于持续俯冲而导致的深水和流体循环有关47 – in在这两种情况下,这些 LIP 可能是大陆分裂的原因,也可能不是大陆分裂的原因,无论其地球动力学原因如何。因此,堤群可能与板块边缘相关过程或深部地幔地球动力学有关,而不完全与大陆分裂有关。

在西伯利亚边缘,几乎没有发现1.42至1.35 Ga年龄区间的堤坝,包括研究的Gornostakh堤坝、Chieress、Udzha和Listvyanka堤坝,以及邻近西伯利亚的劳伦西亚和波罗的海堤坝。由于根据古地理重建,西伯利亚的南缘与劳伦大陆并置,东南边缘与波罗的海大陆并置,因此镁铁质岩浆作用的活跃边缘构造环境被认为不太可能。

因此,Gornostakh 堤坝的弧形化学成分被认为是 LIP 的一个特征,并且可以在大约 1000 年提出溢流玄武岩省。1.4 Ga,西伯利亚克拉通东南部。假设西伯利亚 - 波罗的海连接 Gornostakh 岩浆活动可能与波罗的海东南部的 1.39 Ga Mashak LIP 34有关。西伯利亚-劳伦西亚的联系主要归因于格陵兰岛、劳伦西亚西部和艾利克湾橄榄石钾长岩36年龄相近的火成岩省。劳伦西亚-西伯利亚-波罗的海在 1.42 - 1.35 Ga 时期存在广泛的岩浆活动,也由上述岩脉和岩基中存在负 Nb 异常的低 Ti 玄武岩所证实,其中一些具有强烈的俯冲微量元素特征,这些元素被归因于克拉通周围交代地幔岩石圈中的储存,作为古元古代碰撞事件的遗迹 。

同时,这种广泛的陆内岩浆活动可能是由拉张构造引发的,这符合一些古重建。根据对哈特河基岩的研究,西劳伦大陆岩浆事件被解释为澳大利亚从劳伦大陆裂谷的表现。在西伯利亚东南部,岩浆活动被认为稍早于西伯利亚的戈尔诺斯塔赫堤坝和波罗的海的马沙克火成岩省。

最后一个可以解释为开始伸展并进一步裂谷,这可以得到塞特-达坂上元古代伸展变形事件的支持,反映在乌库尔群和艾姆昌群之间的构造不整合面中。另一方面,波罗的海和劳伦大陆之间长达约 1270 Ma 的联系是最确定的古地磁约束之一 因此,Sette -Daban 伸展构造可能与西伯利亚和波罗的海在 1420 Ma 之间失败的分裂有关。为了进一步检验这一假设并确定东西伯利亚裂谷事件的时间以及将努纳重新组合到罗迪尼亚,超大陆内岩脉空间范围内的进一步地球化学、同位素和古地磁数据仍有待研究。

利用原位 LA-ICPMS U-Pb 磷灰石定年法,在西伯利亚克拉通的东南边缘发现了 1419 Ma,此处称为 Gornostakh 堤坝。

西伯利亚克拉通的当前模型推断,大约在 10 至 10 年间有一个岩浆期和构造静止期。1.88 Ga 和 1.3 Ga,但来自克拉通其他边缘的间接证据支持板内岩浆活动的开始,这可能与从努纳构型到罗迪尼亚构型的转变有关。获得的 Gornostakh 岩脉 U-Pb 年龄与西伯利亚北部的 Chieress 和 Udzha 岩脉互补,表明 1400-1380 Ma LIP 广泛存在于西伯利亚克拉通。乌库尔群的最小沉积年龄被限制为下中元古代,而之前的估计为1339Ma。塞特-达坂的伸展变形事件通过乌库尔群地层的角度倾斜反映出来,与观测到的岩浆事件是同时发生的。

初步地球化学分析表明,岩脉具有弧状微量元素剖面的拉斑斑岩成分,其中主要来自先前通过俯冲过程改变的交代富集的次大陆岩石圈。古构造重建表明该地区缺乏活跃的边缘构造,岩脉成分的地球化学数据表明低钛戈尔诺斯塔赫岩脉是大型火成岩省的残余。

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