南秦岭地幔的性质、演化历史及地质意义

The composition of mantle can be constrained by mantle-derived mafic rocks. Recently, multi-period mafic dyke swarms have been identified in the South Qinling terrane, and they offer a unique glimpse into the properties and temporal evolution of the orogenic mantle. The preliminary studies show that these mafic dykes have distinct geochemical compositions, implying their derivation from different mantle sources. However, it is unclear that when the mantle had changed and how the change was related to the Qinling orogenic processes. In this project, we will carry out further studies of field work, petrology, geochronology, and geochemistry on these multi-period mafic dykes in the South Qinling, aiming to unravel: (1) the detailed spatial and temporal distribution of the mafic dykes; (2) the evolution of the mantle compositions through time; (3) the relationship among mantle evolution and the orogeny.

造山带不同时期形成的镁铁质岩石能够制约其深部地幔的性质和演化历史。申请人和其他人近年来发现南秦岭存在多期次的镁铁质岩墙群，初步的研究表明不同时期岩脉的地球化学性质不同，反映出南秦岭地幔随时间演化的地球化学成分也不同，然而这些差异和变化所指示的地质意义并不明确，另外，南秦岭地幔的演化与秦岭造山动力学过程的关系也不是很清晰。因此本申请拟以南秦岭多期次的基性岩脉为研究对象，进行更加深入的研究，结合野外产状，岩相学观察，年代学和地球化学等多种方法，验证和探讨(1)南秦岭镁铁质岩脉详细时空分布；(2)不同时期岩脉代表的地幔性质以及南秦岭地幔演化历史；(3)南秦岭地幔演化与造山作用的关系。

基性岩墙群对探讨地幔源区性质、时空演化及区域动力学背景等方面具有重要意义。南秦岭造山带出露大量基性岩墙群，关于其形成时代，成因和地质意义存在较大的争议。本研究对产出于南秦岭造山带北部陡岭地区的基性岩墙群进行详细的全岩地球化学，Sr-Nd-Hf同位素以及锆石年代学和Hf-O同位素分析，从而查明它们的形成时代、地幔性质、岩石成因，为南秦岭造山带岩石圈地幔伸展的动力学背景提供进一步证据。分析结果表明陡岭地区基性岩墙群形成于423.2±7.9 Ma，与其它南秦岭地区古生代岩浆活动时代一致。基性岩脉样品具有较低的SiO2 (46.3–50.8 wt. %), MgO (4.71–6.67 wt. %)和K2O (0.05–0.76 wt. %)含量，以及较高的Fe2O3T (13.8–18.2 wt. %), TiO2 (1.8–3.4 wt. %), 和Na2O (1.1–2.7 wt. %)含量，类似于典型的大陆拉斑玄武岩。这些样品具有类似洋岛玄武岩的微量元素特征，例如富集轻稀土，不亏损高场强元素(Nb和Ta)。全岩同位素分析显示初始87Sr/86Sr同位素为0.707174 到 0.710111， 初始εNd(t)值为-3.2到 2.8，落入前人分析结果范围之内。一个基性岩墙样品原位锆石Hf-O同位素显示富集的特征，平均初始εHf(t)值为-3.8±0.30，平均锆石δ18O为8.55±0.18‰，与该样品相对亏损的全岩Nd-Hf同位素(εNd¬(t)=2.0，εHf¬(t)=5.1)明显不一致。锆石Hf同位素比全岩Hf同位素更加富集证明岩浆演化处于开放系统；地壳特征的锆石Hf-O同位素特征以及极低的Th/U比值表明基性岩墙样品的锆石从高度演化的残余熔体中结晶出来，不能代表地幔源区性质。综合分析已发表的元素和地球化学证据，推测南秦岭基性岩石来源于受到软流圈小规模熔体交代的岩石圈地幔，并在岩浆演化过程中不同程度受到地壳岩石同化混染作用影响。结合南秦岭地区地质观察，南秦岭古生代岩浆活动可能与大陆裂谷相关，并最终导致秦岭-大别地区古特提斯洋盆的打开。