北大巴山紫阳-岚皋地区早古生代碱性岩浆作用及其大陆动力学意义

North Daba Mountains located at the convergent region between Southern Qinling and Sichuan basin, with a unique deep dynamics condition sets on its exceptional tectonic setting. This project focuses on the early Paleozoic diabase-alkaline diabase and syenite-trachyte associations from Hongchun -Huangutan -Haoping and Tiefosi -Gaotan -Xiangyang areas as samples in the light of former research work, studies on the rock texture, major elements, trace elements, rare earth elements, typical alkaline dark minerals and feldspathoid minerals maily of the two alkaline magma rock associations. Under the firm foundation of comprehensive analysis of geology, petrology, geochemistry and modern tecniques such as igneous rock probe, electron microprobe, LA-ICP-MS and ICP-MS, the project relates the magmatism and the deep-dynamics process organically to deduce the details of mantle feature, composition, thermal state, magma generation, partial melting mechanism and crust/mantle interaction process of north Daba mountains in terms of theorotic petrology and mineral-melting balance theory. The project then offers important deep-dynamics constrains on further research on early Paleozoic tectonic evolution, alkaline magmatism and Yangtz continental rifting as well as initial expansion of the Mianlue ancent ocean basin.

北大巴山位于南秦岭与四川盆地过渡区，特殊的构造环境孕育了独特的深部动力学背景。本项目基于已有研究工作积累，选择北大巴山红椿-焕古滩-蒿坪、铁佛寺-高滩-向阳一带出露的早古生代辉绿岩-碱性辉绿岩、正长岩-粗面岩两套碱性岩脉（墙）群为解剖对象，在扎实的地质学、岩石学、地球化学综合厘定基础上，利用火成岩岩石探针深部反演技术，借助电子探针、激光探针及ICP-MS等现代测试方法，重点对两套碱性岩全岩、典型碱性暗色矿物等岩石组构常量-微量-稀土元素进行微区精确定量分析，将岩浆作用与深部动力学过程有机联系起来，从理论岩石学、矿物熔体平衡的高度，反演北大巴山地区地幔性质、物质组成、热状态、岩浆起源及局部熔融机理、壳/幔相互作用及物质交换过程的细节，从而为进一步探讨该区在早古生代期间的构造演化历史、碱性岩浆作用与早古生代期间扬子北缘大陆裂解事件及勉略洋初始扩张过程等关键科学问题提出重要的深部动力学约束。

本项目通过对南秦岭北大巴山地区广泛发育的碱性辉绿-辉长岩、正长岩-粗面岩组合进行了详细的岩石学、矿物学、地球化学及年代学研究。对辉绿岩进行锆石U-Pb年代学研究结果显示，岩石形成年龄为433~435Ma，为早志留世晚期岩浆活动产物。辉绿岩具低硅，高碱、高钛的碱性岩特征。岩石微量及稀土元素具板内玄武岩特征，轻稀土元素相对富集，轻重稀土元素分异明显，富集不相容元素Ba、Nb、Ta，而K、Y、Yb相对亏损；K及Rb的负异常表明岩石源区残留角闪石或金云母，部分熔融模拟结果显示岩石起源于尖晶石相角闪石辉石岩高程度部分熔融。其形成时地幔潜在温度为1258–1300 °C，并无异常高热的地幔存在。地球化学研究结果指示交代岩石圈的介质主要为低程度软流圈熔体，结合放射性Nd-Hf同位素特征表明地幔交代作用发生的时间稍早于碱性岩浆作用。. 正长岩-粗面岩形成于427.9±6.6 Ma，与镁铁质辉绿岩为同期岩浆活动产物，二者具有类似的同位素地球化学特征，属典型的同源岩浆。模拟结果显示粗面岩是区域镁铁质端元在低压富水的条件下经历72—80%结晶分异的产物。粗面凝灰质熔岩除了经历分离结晶作用外，其成分还受到了碱性长石晶屑的控制。. 综合地球化学特征及前人研究结果，我们认为北大巴山地区在早古生代处于大规模伸展裂陷背景下，岩石圈的拉张诱发了低熔点的交代岩石圈地幔熔融，进而形成了这条颇具规模的碱性岩浆带。南秦岭早古生代大规模的碱性岩浆作用结合地幔捕虏体证据表明扬子北缘岩石圈地幔经历了大规模、高程度的地幔交代作用。经过如此高程度交代的岩石圈地幔变得易熔且密度升高，失去了克拉通地幔的稳定性，因此造成了扬子北缘多期次的裂谷相关岩浆作用，这也为勉略洋的初始扩张提供了有利条件。