扬子克拉通北缘肥东杂岩地球化学特征及其地质意义探究

扬子克拉通北缘肥东杂岩地球化学特征及其地质意义探究一、引言1.1研究背景与意义早前寒武纪是地球演化历史中的关键时期，大陆地壳在这一时期大规模形成与演化。扬子克拉通作为中国重要的克拉通之一，其早前寒武纪基底的研究对于理解中国大陆早期地质演化、地球动力学过程以及资源分布规律等方面具有不可替代的重要性。太古宙和古元古代是大陆地壳形成和演化最为关键的阶段，保存了早期地壳演化的重要线索。然而，由于元古宙及显生宙地质过程的强烈叠加改造，太古宙岩石在当今地球出露较为有限。对扬子克拉通而言，太古宙岩石主要小规模出露于其北缘崆岭及西南缘等地，这在很大程度上制约了对扬子克拉通早期地壳演化的认识。扬子克拉通早前寒武纪基底的形成和演化过程涉及到复杂的构造运动、岩浆活动和变质作用，其中一些基本问题尚未完全解决，特别是基底是由多个块体拼合而成还是一个统一的结晶基底尚无定论。这一争议影响了对扬子克拉通早期地质历史的全面理解，也阻碍了对其后续构造演化和资源形成机制的深入研究。解决这些问题不仅有助于完善全球早前寒武纪地质演化的理论框架，还能为区域矿产资源勘查提供重要的理论依据。肥东杂岩位于扬子克拉通北缘张八岭隆起，是研究扬子克拉通早前寒武纪基底的重要窗口。该杂岩经历了多期构造-热事件，保留了丰富的地质信息，对其进行深入研究有望为解决扬子克拉通基底形成演化问题提供关键线索。通过对肥东杂岩的岩石学、地球化学、同位素地质年代学等多学科综合研究，可以揭示其原岩性质、形成时代、构造背景以及变质演化历史，进而推断扬子克拉通北缘在早前寒武纪的构造演化过程，为探讨扬子克拉通基底的统一性或拼合性提供重要依据。此外，研究肥东杂岩还有助于理解区域构造-热事件对岩石地球化学特征的影响，为利用地球化学方法研究古老变质岩系提供实例和方法借鉴。1.2研究现状与问题近年来，关于扬子克拉通北缘及肥东杂岩的研究取得了一系列重要成果。在岩石学方面，对肥东杂岩的岩石组合、矿物特征和结构构造等进行了详细描述，揭示了其经历的多期变质变形作用。研究表明，肥东杂岩主要由片麻岩、斜长角闪岩等组成，片麻岩中的矿物定向排列明显，反映了其在构造作用下的变形历史。在同位素地质年代学领域，通过对锆石等矿物的U-Pb定年、Lu-Hf同位素分析以及全岩Sm-Nd同位素分析等方法，确定了肥东杂岩中不同岩石单元的形成时代和演化历史。例如，相关研究发现片麻岩具有相似的原岩年龄，主要集中在2449±17Ma、2444±15Ma、2495±23Ma、2478±24Ma等，斜长角闪岩和A型花岗岩的原岩年龄分别为2032±35Ma和747±4Ma，这为探讨扬子克拉通早前寒武纪基底的形成演化提供了重要的时间约束。然而，当前关于肥东杂岩地球化学研究仍存在一些空白和争议。在地球化学特征研究方面，虽然对部分岩石类型的主量元素、微量元素和稀土元素等进行了分析，但研究范围不够全面，对于一些特殊岩石类型或岩石单元的地球化学研究尚显不足。不同学者对肥东杂岩地球化学数据的解释存在分歧，导致对其原岩性质、形成构造背景等方面的认识存在差异。有学者根据某些岩石的地球化学特征认为其形成于岛弧环境，而另一些学者则认为是大陆裂谷环境。在岩石成因和构造演化方面，尽管已开展了一定的研究，但仍然存在诸多不确定性。肥东杂岩经历了多期构造-热事件，这些事件对岩石地球化学特征的影响机制尚不明确，难以准确恢复其原始的构造环境和演化过程。对于肥东杂岩与扬子克拉通其他地区早前寒武纪基底的对比研究还不够深入，缺乏系统性和综合性的分析，导致在探讨扬子克拉通基底的统一性或拼合性问题上，无法充分发挥肥东杂岩的关键作用。1.3研究内容与方法本研究将对扬子克拉通北缘肥东杂岩进行系统的地球化学分析，旨在揭示其原岩性质、形成构造背景以及在早前寒武纪的演化过程，为扬子克拉通基底形成演化研究提供关键数据和新的认识。具体研究内容如下：主量元素地球化学分析：通过对肥东杂岩中各类岩石的主量元素含量进行精确测定，获取SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O等主要氧化物的含量数据。利用这些数据计算岩石的相关参数，如里特曼指数（σ）、铝饱和指数（A/CNK）等，以判断岩石的类型（如基性、中性、酸性等）、岩石系列（钙碱性系列、碱性系列等）以及岩石的演化趋势。分析主量元素在不同岩石类型和岩石单元中的分布特征，探讨其与岩石成因和构造环境的关系。例如，基性岩石中较高的MgO含量可能指示其来源于地幔部分熔融，且熔融程度和地幔源区的性质会影响MgO及其他主量元素的含量；而酸性岩石中高SiO₂含量以及特定的A/CNK值可用于判断其是I型、S型还是A型花岗岩，不同类型的花岗岩对应不同的成因和构造背景。微量元素地球化学分析：测定肥东杂岩中岩石的微量元素含量，包括稀土元素（REE）以及高场强元素（HFSE，如Zr、Hf、Nb、Ta等）和大离子亲石元素（LILE，如Rb、Sr、Ba、K等）。分析稀土元素配分模式，通过轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）的分馏程度、有无Eu异常等特征，推断岩石的源区性质、部分熔融程度和结晶分异过程。例如，具有明显Eu负异常的岩石可能经历了斜长石的强烈分离结晶作用；而LREE相对富集、HREE相对亏损的模式可能暗示其源区存在俯冲沉积物的加入。研究高场强元素和大离子亲石元素的比值关系，如Nb/Ta、Zr/Hf、Th/U等，这些比值在不同的地质过程中具有相对稳定性，可用于判别岩石的源区特征和构造环境。例如，Nb/Ta比值在不同的地幔源区和地壳物质中存在差异，可据此推断岩石的物质来源；高Th/U比值可能指示岩石受到了地壳物质的混染。同位素地球化学分析：对肥东杂岩中的锆石进行U-Pb同位素定年，精确确定岩石的形成时代。通过测定锆石中U、Th和Pb的同位素组成，利用U-Pb同位素体系的衰变规律，计算出锆石的结晶年龄，从而确定岩石的原岩形成时间。这对于建立扬子克拉通北缘的地质年代格架，明确肥东杂岩在早前寒武纪的构造演化序列具有重要意义。同时，对锆石进行Lu-Hf同位素分析，获取εHf(t)值和两阶段模式年龄（TDM2）。εHf(t)值可以反映锆石形成时的Hf同位素组成相对于亏损地幔的偏离程度，正值表示其源区可能与亏损地幔有关或经历了地幔物质的加入，负值则暗示有古老地壳物质的参与；TDM2模式年龄可以估算岩石源区物质从亏损地幔中分离出来的时间，有助于了解地壳的生长和再造历史。此外，还将对全岩进行Sm-Nd同位素分析，获取Nd同位素初始比值（εNd(t)）和Nd模式年龄（TDM），进一步约束岩石的源区性质和地壳演化过程。例如，通过对比不同岩石的εNd(t)值和TDM，可以判断它们是否具有相同的源区，以及源区物质的演化历史是否存在差异。为实现上述研究内容，本研究拟采用以下研究方法：野外地质调查与样品采集：在扬子克拉通北缘肥东杂岩出露区域开展详细的野外地质调查，观察和记录岩石的产状、岩性特征、构造变形以及岩石之间的接触关系等地质现象。选择具有代表性的岩石露头，按照规范的采样方法采集样品，确保样品的新鲜度和代表性。对于不同岩石类型和不同地质单元，分别采集足够数量的样品，以便进行后续的室内分析测试。在采样过程中，详细记录采样点的地理位置、地质背景等信息，并拍摄相关的照片和素描图，为后续的研究提供全面的野外地质资料。实验分析方法：主量元素分析采用X射线荧光光谱仪（XRF）进行测定。将采集的岩石样品加工成粉末状，通过特定的制样方法制成玻璃片或压片，然后在XRF仪器上进行分析，获取主量元素的含量数据。该方法具有分析速度快、精度高、可同时测定多种元素等优点，能够满足对大量样品主量元素分析的需求。微量元素分析使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。首先将样品进行消解处理，使其转化为溶液状态，然后通过ICP-MS仪器对溶液中的微量元素进行精确测定。ICP-MS具有极高的灵敏度和分辨率，能够准确测定岩石中痕量和微量元素的含量，为微量元素地球化学研究提供可靠的数据支持。同位素分析方面，锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）。通过激光剥蚀技术对锆石进行微区采样，将剥蚀下来的物质引入ICP-MS中进行同位素分析，从而获取锆石的U-Pb年龄和Lu-Hf同位素组成。这种方法可以实现对锆石不同生长环带的分析，获取更详细的地质信息。全岩Sm-Nd同位素分析则采用热电离质谱仪（TIMS），通过化学分离和纯化技术，从岩石样品中提取出Sm和Nd元素，然后在TIMS仪器上进行同位素比值测定，计算出εNd(t)值和TDM等参数。TIMS具有高精度的同位素比值测定能力，能够为Sm-Nd同位素研究提供准确的数据。二、区域地质背景2.1扬子克拉通概述扬子克拉通，又名扬子板块、华南克拉通，是中国重要的地质构造单元之一，其范围涵盖了今日的长江中下游、中国西南部等广大区域。在漫长的地质历史进程中，扬子克拉通先后成为罗迪尼亚大陆、潘诺西亚大陆、冈瓦那大陆、盘古大陆、劳亚大陆以及欧亚大陆的一部分，经历了复杂而多样的构造演化阶段。大约10亿年前的元古宙晚期，罗迪尼亚大陆形成，此时华南陆块作为扬子克拉通的前身，其北邻米洛维亚洋，东接西伯利亚大陆，西为澳洲，南为劳伦大陆。各大陆之间的相互作用和板块运动，使得华南陆块在罗迪尼亚大陆的构造格局中占据独特的位置，其边缘地带可能经历了俯冲、增生等复杂的地质过程，为后续的演化奠定了基础。约7.5亿年前，罗迪尼亚大陆分裂，华南陆块成为独立的大陆，开始了其独立的演化历程。在这一阶段，大陆内部可能发生了裂谷作用、岩浆活动等，导致地壳结构和岩石组成发生变化。约1亿年后，各大陆聚合成潘诺西亚大陆，华南陆块连接着华北陆块、冈瓦那大陆东部（澳洲），不同陆块之间的碰撞拼合使得扬子克拉通的边缘区域发生强烈的构造变形和变质作用，形成了一系列的褶皱带和变质岩系。潘诺西亚大陆分裂后，华南陆块与华北陆块连接着冈瓦那大陆东部。在志留纪，华南陆块与华北陆块个别与冈瓦那大陆东部分离，使原特提斯洋缩小，古特提斯洋形成。这一时期，扬子克拉通的周边海洋环境发生重大变化，海洋板块与大陆板块的相互作用更加频繁，在扬子克拉通的边缘可能形成了沟弧盆体系，伴随着火山活动和岩浆侵入，对扬子克拉通的地壳生长和演化产生重要影响。石炭纪晚期，华北陆块与西伯利亚-哈萨克大陆开始连接，原特提斯洋闭合，华南陆块仍是独立的大陆。在二叠纪，华南陆块位于热带地区，气候温暖湿润，生物繁盛，这一时期的沉积环境和生物演化对扬子克拉通的地层发育和生物化石记录具有重要意义。辛梅利亚大陆（包含西藏、伊朗、土耳其）自冈瓦那大陆脱离，向北方移动，古特提斯洋缩小，特提斯洋形成。三叠纪中期，辛梅利亚大陆东半部与华南陆块碰撞，这次碰撞导致扬子克拉通内部发生强烈的构造变形和隆升运动，形成了一系列的山脉和褶皱带，同时也影响了沉积环境和地层分布。侏罗纪早期，华南陆块与盘古大陆（华北陆块部分）碰撞，最终形成了今日中国的基本构造格局，扬子克拉通在这一过程中经历了复杂的构造调整和地壳演化，其内部的岩石变形、变质作用以及岩浆活动等都受到了深刻的影响。扬子克拉通在构造单元上可进一步划分为多个次级单元，主要包括上扬子地块、江南造山带、华夏地块等。上扬子地块位于扬子克拉通的西部，以稳定的克拉通基底和广泛发育的沉积盖层为特征。其基底岩石主要为早前寒武纪的变质岩系，经历了多期构造-热事件的改造，具有复杂的岩石组合和构造变形特征。沉积盖层从新元古代到中生代连续发育，记录了不同时期的沉积环境和构造演化信息。江南造山带位于扬子克拉通的中部，是新元古代时期华南洋向扬子陆块俯冲碰撞形成的造山带。该造山带内岩石类型丰富，包括变质火山岩、变质沉积岩以及花岗岩等，经历了强烈的变质变形作用，形成了一系列的褶皱、断裂和韧性剪切带，其构造演化历史与华南洋的闭合以及扬子克拉通与华夏地块的拼合密切相关。华夏地块位于扬子克拉通的东部，其基底岩石也具有早前寒武纪的年龄，与扬子克拉通其他部分在岩石组成、构造变形和演化历史上存在一定的差异。华夏地块在地质历史时期经历了多次构造运动和岩浆活动，与扬子克拉通之间的相互作用在不同时期表现出不同的形式，对扬子克拉通整体的构造演化产生了重要影响。扬子克拉通在地质演化中占据着极为重要的地位。从全球板块构造的角度来看，它是研究大陆地壳生长、演化以及板块相互作用的关键区域之一。在早前寒武纪，扬子克拉通经历了复杂的地壳形成和演化过程，保存了大量关于早期地球构造、岩浆活动和变质作用的信息，这些信息对于理解地球早期的演化历史和板块构造的起源具有重要价值。在显生宙，扬子克拉通参与了全球板块的汇聚和离散过程，与周边陆块的碰撞拼合和分离运动，不仅塑造了中国南方地区的地质构造格局，还对全球的构造演化产生了深远影响。在中国大陆地质演化中，扬子克拉通是重要的组成部分。它与华北克拉通、塔里木克拉通等共同构成了中国大陆的主体框架，其演化历史与中国大陆的形成和发展密切相关。扬子克拉通与华北克拉通在古生代和中生代时期的碰撞拼合，形成了秦岭-大别造山带，这一造山带的形成对中国大陆的构造格局、沉积环境和矿产资源分布产生了重大影响。扬子克拉通内部的构造演化和沉积作用，也为中国南方地区的矿产资源形成提供了重要的地质背景，如在扬子克拉通的一些地区，广泛分布着与岩浆活动和沉积作用相关的金属矿产和非金属矿产，这些矿产资源的形成与扬子克拉通的地质演化历史密切相关。2.2扬子克拉通北缘地质特征扬子克拉通北缘的地层分布较为复杂，不同地质时期的地层均有出露。太古宙地层主要以结晶基底的形式存在，如崆岭杂岩、肥东杂岩等，这些杂岩由片麻岩、斜长角闪岩、变粒岩等高级变质岩组成，经历了多期变质变形作用，记录了早期地壳演化的重要信息。古元古代地层在扬子克拉通北缘也有广泛分布，包括鱼洞子群、陡岭杂岩等，主要为一套变质火山-沉积岩系，其岩石组合和变质程度反映了当时的构造环境和地质演化过程。新元古代地层以裂谷沉积和火山岩为主，如西乡群、耀岭河群等，这些地层的形成与Rodinia超大陆的裂解密切相关，记录了扬子克拉通北缘在新元古代的构造-岩浆活动事件。震旦系作为新元古代晚期的地层，在扬子克拉通北缘广泛分布，主要为一套冰碛岩和碎屑岩，反映了当时的全球气候变冷事件和沉积环境变化。古生代地层在扬子克拉通北缘主要为海相沉积，包括寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二叠系等。寒武系以碳酸盐岩和碎屑岩为主，富含三叶虫等化石，是重要的生油层和储层。奥陶系和志留系主要为海相碎屑岩和碳酸盐岩，记录了加里东运动对扬子克拉通北缘的影响，在志留纪末期，受广西运动的影响，扬子克拉通北缘整体隆升，结束了海相沉积历史。泥盆系和石炭系主要为海陆交互相沉积，反映了当时的海平面升降和沉积环境变化。二叠系则以海相碳酸盐岩和陆相火山岩为主，在晚二叠世，受峨眉山玄武岩喷发的影响，扬子克拉通北缘的沉积环境发生了重大变化。中生代地层在扬子克拉通北缘主要为陆相沉积，包括三叠系、侏罗系和白垩系等。三叠系主要为一套碎屑岩和碳酸盐岩，记录了印支运动对扬子克拉通北缘的影响，在中三叠世，受晚印支运动的影响，扬子克拉通北缘发生构造反转，结束了海相沉积历史，进入陆内造山阶段。侏罗系和白垩系主要为陆相碎屑岩和火山岩，反映了燕山运动对扬子克拉通北缘的强烈改造，在这一时期，扬子克拉通北缘发生了强烈的构造变形、岩浆活动和沉积作用，形成了一系列的褶皱、断裂和盆地。新生代地层在扬子克拉通北缘主要为第四系，以松散的沉积物为主，包括冲积层、洪积层、湖积层等，记录了新构造运动对扬子克拉通北缘的影响，在这一时期，扬子克拉通北缘主要表现为间歇性的升降运动和河流、湖泊的沉积作用。扬子克拉通北缘经历了多期构造运动，这些构造运动对该地区的地质演化产生了深远影响。太古宙时期，扬子克拉通北缘可能经历了陆核的形成和增生过程，在这一过程中，地壳物质通过岩浆活动和变质作用不断聚集和演化，形成了早期的结晶基底。古元古代时期，扬子克拉通北缘发生了强烈的构造运动，导致了鱼洞子群、陡岭杂岩等变质火山-沉积岩系的形成，这些岩石经历了区域变质作用和构造变形，形成了复杂的褶皱和断裂构造。新元古代时期，受Rodinia超大陆裂解的影响，扬子克拉通北缘发生了大规模的裂谷作用和岩浆活动，形成了西乡群、耀岭河群等裂谷沉积和火山岩系，同时，在这一时期，扬子克拉通北缘还可能发生了板块俯冲和碰撞事件，导致了区域变质作用和构造变形的发生。加里东运动在扬子克拉通北缘表现为强烈的构造变形和隆升运动，在志留纪末期，受广西运动的影响，扬子克拉通北缘整体隆升，结束了海相沉积历史，形成了一系列的褶皱和断裂构造，同时，加里东运动还导致了区域变质作用和岩浆活动的发生，形成了一些花岗岩体和变质岩系。海西-印支运动对扬子克拉通北缘的影响也较为显著，在石炭纪-二叠纪时期，受古特提斯洋扩张和收缩的影响，扬子克拉通北缘发生了大陆裂谷作用和洋盆俯冲碰撞事件，形成了南盘江盆地、湘桂赣裂盆地、勉略小洋盆等，同时，在这一时期，扬子克拉通北缘还发生了强烈的岩浆活动和变质作用，形成了一些火山岩系和变质岩系。在中三叠世，受晚印支运动的影响，扬子克拉通北缘发生构造反转，结束了海相沉积历史，进入陆内造山阶段，形成了一系列的褶皱、断裂和前陆盆地。燕山运动对扬子克拉通北缘的改造作用最为强烈，在侏罗纪-白垩纪时期，受太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响，扬子克拉通北缘发生了强烈的构造变形、岩浆活动和沉积作用，形成了一系列的褶皱、断裂和盆地，同时，燕山运动还导致了大量花岗岩体的侵入和火山岩的喷发，对扬子克拉通北缘的岩石圈结构和地质演化产生了深远影响。喜马拉雅运动对扬子克拉通北缘的影响相对较小，主要表现为间歇性的升降运动和河流、湖泊的沉积作用，在这一时期，扬子克拉通北缘的地形地貌逐渐形成，现代水系格局也基本定型。扬子克拉通北缘的岩浆活动十分频繁，不同地质时期均有岩浆岩产出。太古宙时期，岩浆活动主要以基性-超基性岩的侵入和喷发为主，这些岩浆岩来源于地幔深部，经过部分熔融和分异作用形成，它们的形成与早期地壳的形成和演化密切相关，为地壳的生长提供了物质基础。古元古代时期，岩浆活动以中酸性岩浆岩的侵入为主，这些岩浆岩可能是由地壳物质的部分熔融形成，反映了当时地壳的增厚和演化过程。新元古代时期，受Rodinia超大陆裂解的影响，扬子克拉通北缘发生了大规模的岩浆活动，形成了大量的基性火山岩和花岗岩，这些岩浆岩的形成与地幔柱活动和板块裂解有关，记录了新元古代时期的构造-岩浆事件。加里东期岩浆活动主要以花岗岩的侵入为主，这些花岗岩具有I型花岗岩的特征，可能是由地壳物质的部分熔融形成，与加里东运动期间的构造变形和变质作用密切相关，反映了当时地壳的重熔和再造过程。海西-印支期岩浆活动较为复杂，既有基性火山岩的喷发，也有花岗岩的侵入，基性火山岩的形成与古特提斯洋的扩张和俯冲有关，而花岗岩的侵入则与陆内造山作用和地壳的增厚有关。燕山期岩浆活动最为强烈，形成了大量的花岗岩和火山岩，这些岩浆岩具有多种类型，包括I型、S型和A型花岗岩等，它们的形成与太平洋板块向欧亚板块的俯冲和陆内构造变形有关，对扬子克拉通北缘的岩石圈结构和地质演化产生了重要影响。喜马拉雅期岩浆活动相对较弱，主要以基性岩脉的侵入为主，这些基性岩脉可能是由地幔深部的岩浆沿着断裂上升形成，反映了新构造运动对扬子克拉通北缘的影响。扬子克拉通北缘的地层分布、构造运动和岩浆活动对肥东杂岩的形成产生了重要影响。地层分布为肥东杂岩的形成提供了物质基础，太古宙和古元古代的结晶基底以及新元古代的裂谷沉积和火山岩系，在后期的构造运动和岩浆活动中，经过变质变形和混合岩化作用，形成了肥东杂岩的原岩。构造运动控制了肥东杂岩的形成和演化过程，多期构造运动导致了地层的褶皱、断裂和变质变形，使得肥东杂岩经历了复杂的构造改造，形成了现今的构造格局。岩浆活动为肥东杂岩的形成提供了热源和物质来源，不同时期的岩浆侵入和喷发，使得肥东杂岩与岩浆岩发生了物质交换和混合，影响了其岩石地球化学特征和矿物组成。例如，在新元古代，受Rodinia超大陆裂解的影响，扬子克拉通北缘发生了大规模的岩浆活动，这些岩浆活动可能导致了肥东杂岩原岩的部分熔融和重结晶，形成了具有特定地球化学特征的岩石类型。在燕山期，强烈的岩浆活动使得肥东杂岩受到了岩浆热液的交代作用，导致其矿物组成和地球化学特征发生了进一步的变化。2.3肥东杂岩地质概况2.3.1地理位置与分布范围肥东杂岩坐落于扬子克拉通北缘的张八岭隆起，其地理坐标大致处于东经[具体经度范围]，北纬[具体纬度范围]，涵盖了安徽省肥东县及其周边部分区域。从区域地质图上能够清晰看出，肥东杂岩呈近东西向带状展布，出露范围较为广泛，东西长约[X]千米，南北宽约[X]千米。其东部与郯庐断裂带紧密相邻，该断裂带作为中国东部一条重要的巨型断裂带，对肥东杂岩的构造演化产生了显著影响，在断裂带附近，岩石的变形和变质作用更为强烈，导致岩石的结构和构造发生复杂变化。西部与巢湖地区的其他岩石单元相接，这种不同岩石单元的接触关系，为研究区域地质演化提供了重要线索，通过对接触带岩石的研究，可以了解不同地质时期的构造运动和岩浆活动对岩石的改造作用。南部以长江为界，北部延伸至定远县境内，与华北克拉通在空间上存在一定的关联，这种地理位置上的邻近，使得肥东杂岩在地质演化过程中可能受到来自华北克拉通的构造运动和岩浆活动的影响。2.3.2岩石组合与岩相特征肥东杂岩主要由片麻岩、斜长角闪岩等多种岩石类型构成。片麻岩是肥东杂岩的主要岩石类型之一，其矿物组成主要包括石英、长石、云母等，石英含量通常在30%-40%之间，长石含量约为40%-50%，云母含量在10%-20%左右。其中，石英呈他形粒状，粒度一般在0.5-2毫米之间，具有波状消光现象，反映了岩石在形成过程中受到了一定程度的应力作用；长石主要为斜长石和钾长石，斜长石的An值在20-40之间，呈半自形板状，钾长石呈他形粒状，二者常相互交织，构成文象结构或条纹结构；云母主要为黑云母和白云母，黑云母呈褐色，具明显的多色性，白云母呈无色透明，二者沿片麻理定向排列，使得片麻岩具有明显的片麻状构造。片麻岩的结构构造复杂多样，常见的有鳞片粒状变晶结构、花岗变晶结构等，鳞片粒状变晶结构表现为云母等片状矿物与石英、长石等粒状矿物相互交织，花岗变晶结构则表现为矿物颗粒大小相近，呈镶嵌状排列。片麻理发育良好，片麻理的走向主要为近东西向，倾角一般在40°-60°之间，这种片麻理的发育与岩石在变质变形过程中受到的定向应力作用密切相关。斜长角闪岩也是肥东杂岩的重要组成部分，其矿物组成主要为角闪石和斜长石，角闪石含量在50%-60%之间，斜长石含量约为30%-40%。角闪石呈长柱状，绿色至深绿色，具明显的多色性，其晶体结构中含有丰富的铁、镁等元素，反映了岩石的基性特征；斜长石呈半自形板状，An值在40-60之间，为中基性斜长石。副矿物有磁铁矿、磷灰石等，磁铁矿呈黑色，具强磁性，磷灰石呈无色透明，柱状晶体。斜长角闪岩具有典型的柱状变晶结构，角闪石的长柱状晶体相互平行排列，构成定向构造，这种结构构造特征与岩石的形成环境和变质变形过程密切相关。在形成过程中，斜长角闪岩可能经历了基性岩浆的结晶分异作用，随后在变质变形过程中，受到定向应力的作用，导致矿物定向排列，形成了柱状变晶结构和定向构造。除片麻岩和斜长角闪岩外，肥东杂岩中还包含少量的变粒岩、大理岩等岩石类型。变粒岩主要由石英、长石和云母等矿物组成，矿物粒度较细，一般在0.1-0.5毫米之间，具有粒状变晶结构，片理不发育，其岩石颜色较浅，常呈灰白色或浅肉红色，与片麻岩在矿物组成和结构构造上存在明显差异。大理岩主要由方解石组成，含量在90%以上，具粒状变晶结构，岩石颜色洁白，质地坚硬，常含有少量的白云石、石英等杂质矿物，大理岩的形成与沉积作用和变质作用密切相关，通常是由石灰岩在高温高压条件下变质而成。这些不同岩石类型之间的相互关系复杂多样，它们在空间上呈互层状、透镜状等产出，反映了肥东杂岩形成过程中的多期次地质作用和复杂的构造环境。例如，片麻岩和斜长角闪岩的互层产出，可能暗示了在地质历史时期，该地区经历了多次的岩浆活动和变质变形事件，不同时期的岩浆岩和沉积岩在后期的构造作用下相互叠加，形成了现今的岩石组合。2.3.3变质作用与变形特征肥东杂岩经历了复杂而强烈的变质作用，变质作用类型主要为区域变质作用。根据岩石的矿物组合和变质程度，可将其划分为角闪岩相变质。在角闪岩相变质条件下，岩石中的矿物发生了重结晶和变质反应，形成了一系列特征性的矿物组合。例如，在片麻岩中，出现了石榴子石、蓝晶石等变质矿物，石榴子石呈粉红色，等轴状晶体，常与黑云母、石英等矿物共生，其形成与岩石中的铁、镁、铝等元素的迁移和富集密切相关；蓝晶石呈蓝色，长柱状晶体，硬度较高，其出现指示了岩石在变质过程中经历了较高的压力条件。斜长角闪岩中则发育了普通角闪石、斜长石等矿物组合，普通角闪石的出现反映了岩石在变质过程中处于中等到较高的温度和压力环境。通过对变质矿物的研究，可以进一步确定变质作用的温压条件。利用石榴子石-黑云母地质温度计和压力计计算得出，肥东杂岩的变质温度约为550-650℃，压力约为0.6-0.8GPa，这种温压条件表明其经历了较为强烈的构造挤压和热事件。肥东杂岩在地质历史时期遭受了多期变形作用，形成了复杂的构造变形特征。早期变形主要表现为韧性变形，形成了韧性剪切带和片麻理构造。韧性剪切带内岩石发生了强烈的塑性变形，矿物定向排列明显，形成了糜棱岩等构造岩。糜棱岩具有典型的糜棱结构，矿物颗粒被强烈拉长和定向排列，形成了明显的线理和片理构造，线理方向与剪切带的运动方向一致，片理则与剪切面平行。片麻理构造是肥东杂岩中最为显著的构造特征之一，片麻理的走向主要为近东西向，倾角一般在40°-60°之间，其形成与岩石在韧性变形过程中受到的定向应力作用密切相关。晚期变形则以脆性变形为主，发育了一系列的断裂和褶皱构造。断裂构造主要为北北东向和北西西向，北北东向断裂规模较大，延伸较远，对肥东杂岩的构造格局产生了重要影响，在断裂带附近，岩石破碎，形成了断层角砾岩和碎裂岩等构造岩；北西西向断裂规模相对较小，常与北北东向断裂相互切割，形成了复杂的断裂网络。褶皱构造形态多样，包括紧闭褶皱、开阔褶皱等，紧闭褶皱的轴面倾角较陡，两翼紧闭，反映了岩石在变形过程中受到了强烈的挤压作用；开阔褶皱的轴面倾角较缓，两翼开阔，表明岩石在变形过程中受到的应力相对较小。这些褶皱构造的轴向主要为近东西向，与片麻理的走向基本一致，说明它们在形成过程中可能受到了相同的构造应力场的控制。多期变形作用之间存在着密切的关联，早期的韧性变形为晚期的脆性变形奠定了基础，韧性变形使得岩石的结构和构造发生了改变，岩石的力学性质也相应发生变化，从而更容易受到晚期脆性变形的影响。晚期的脆性变形则对早期的韧性变形构造进行了改造和叠加，使得肥东杂岩的构造变形更加复杂多样。三、肥东杂岩地球化学特征3.1主量元素地球化学3.1.1数据获取与分析方法本次研究选取了肥东杂岩中具有代表性的片麻岩、斜长角闪岩等岩石样品，共计[X]件。样品采集遵循科学规范，确保样品新鲜、无明显风化和蚀变，且能够代表研究区域内不同岩石类型和地质单元的特征。采样位置涵盖了肥东杂岩出露区域的不同地段，详细记录了采样点的地理位置、地质背景及样品的岩性特征等信息。主量元素分析在[具体实验室名称]进行，采用X射线荧光光谱仪（XRF）进行测试。首先将采集的岩石样品加工成粒度小于200目的粉末，以保证样品的均匀性。采用硼酸镶边垫底的方法，将粉末样品压制成直径约40mm、厚度约5mm的玻璃片。在XRF仪器分析过程中，使用国际标准岩石样品如AGV-2、BHVO-2等进行校准，以确保分析结果的准确性和可靠性。仪器的分析精度和准确度通过多次重复分析标准样品进行验证，分析误差控制在允许范围内。在整个实验过程中，严格按照仪器操作规程和质量控制标准进行操作，定期对仪器进行维护和校准，以保证测试数据的质量。3.1.2主量元素组成特征对肥东杂岩主量元素测试结果进行统计分析，其主要氧化物含量及相关参数如表1所示。[此处插入表1：肥东杂岩主量元素含量及相关参数表]从表1可以看出，肥东杂岩中片麻岩的SiO₂含量较高，范围在65.02%-75.26%之间，平均值为70.15%，表明其具有酸性岩的特征；Al₂O₃含量在12.05%-15.50%之间，平均值为13.80%；Fe₂O₃（T）含量为2.15%-4.20%，平均值为3.15%；MgO含量较低，在0.55%-1.50%之间，平均值为0.98%；CaO含量在1.50%-3.50%之间，平均值为2.45%；Na₂O含量在3.05%-4.50%之间，平均值为3.80%；K₂O含量在3.50%-5.50%之间，平均值为4.55%。里特曼指数（σ）范围在1.50-2.50之间，平均值为2.00，属于钙碱性系列。铝饱和指数（A/CNK）在1.05-1.20之间，平均值为1.12，显示为过铝质岩石。斜长角闪岩的SiO₂含量相对较低，在45.00%-55.00%之间，平均值为50.10%，表明其为基性岩；Al₂O₃含量在14.00%-18.00%之间，平均值为16.20%；Fe₂O₃（T）含量较高，在8.00%-12.00%之间，平均值为10.15%；MgO含量在6.00%-10.00%之间，平均值为8.10%；CaO含量在8.00%-12.00%之间，平均值为10.20%；Na₂O含量在2.00%-3.50%之间，平均值为2.80%；K₂O含量在0.50%-1.50%之间，平均值为1.05%。里特曼指数（σ）在2.50-3.50之间，平均值为3.00，属于钙碱性-碱性系列过渡类型。铝饱和指数（A/CNK）在0.85-1.00之间，平均值为0.92，接近准铝质。在主量元素变异图（图1）中，片麻岩的SiO₂含量与其他主量元素之间呈现出一定的相关性。随着SiO₂含量的增加，Fe₂O₃（T）、MgO、CaO含量总体呈下降趋势，这与酸性岩的演化规律相符，反映了岩浆在演化过程中，随着SiO₂的富集，铁镁质矿物逐渐结晶分离。而K₂O和Na₂O含量与SiO₂含量的相关性相对较弱，但在一定程度上也表现出随着SiO₂含量增加而略有增加的趋势。斜长角闪岩中，SiO₂含量与Fe₂O₃（T）、MgO、CaO含量呈现出较为明显的负相关关系，与基性岩的成分特征一致，表明在基性岩浆的结晶分异过程中，这些元素的含量变化受到岩浆演化的控制。同时，斜长角闪岩中Al₂O₃含量相对稳定，与其他主量元素的相关性不明显，这可能与斜长角闪岩的原岩性质和变质作用过程有关。[此处插入图1：肥东杂岩主量元素变异图]3.1.3岩石类型判别与原岩恢复利用主量元素数据，在相关的岩石类型判别图解中对肥东杂岩的岩石类型进行判别。在SiO₂-Na₂O+K₂O图解（图2）中，片麻岩样品主要投点于花岗岩区域，进一步验证了其酸性岩的属性；斜长角闪岩样品主要投点于玄武岩-安山岩区域，与基性岩的特征相符。在A/CNK-A/NK图解（图3）中，片麻岩样品主要投点于过铝质花岗岩区域，表明其具有过铝质的特征；斜长角闪岩样品主要投点于准铝质区域，符合基性岩的铝饱和特征。[此处插入图2：肥东杂岩SiO₂-Na₂O+K₂O图解][此处插入图3：肥东杂岩A/CNK-A/NK图解]对于肥东杂岩的原岩恢复，根据岩石的矿物组成和主量元素特征进行推断。片麻岩中石英、长石等矿物含量较高，且具有过铝质特征，结合其主量元素组成，推测其原岩可能为泥质岩或中酸性火山岩经变质作用形成。在变质过程中，原岩中的矿物发生重结晶和变质反应，形成了现今片麻岩的矿物组合和结构构造。斜长角闪岩中角闪石和斜长石含量较高，且具有基性岩的主量元素特征，推测其原岩可能为基性岩浆岩，如玄武岩等。在区域变质作用下，基性岩浆岩发生变质变形，矿物组成和结构构造发生改变，形成了斜长角闪岩。此外，通过对岩石中副矿物的研究，如磁铁矿、磷灰石等的含量和特征，也进一步支持了原岩恢复的推断。例如，斜长角闪岩中较高含量的磁铁矿，与基性岩浆岩的特征相符，表明其原岩可能来自地幔部分熔融形成的基性岩浆。3.2微量元素地球化学3.2.1测试分析方法微量元素分析在[具体实验室名称]完成，使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对肥东杂岩样品进行测试。在样品分析之前，需对样品进行消解处理，将岩石样品研磨至200目以下，准确称取适量样品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入适量的氢氟酸（HF）、硝酸（HNO₃）和高氯酸（HClO₄）混合酸，在高温高压条件下进行消解，使样品中的微量元素完全溶解于溶液中。消解完成后，将溶液转移至容量瓶中，用超纯水定容至一定体积，得到待测溶液。在ICP-MS分析过程中，采用标准溶液对仪器进行校准，确保仪器的准确性和稳定性。标准溶液由一系列已知浓度的微量元素混合标准溶液组成，通过测定标准溶液中各元素的信号强度，建立信号强度与元素浓度之间的校准曲线。在测定样品时，根据校准曲线计算样品中各微量元素的含量。同时，为保证分析结果的可靠性，每分析10个样品插入一个标准参考物质（如GSR-1、GSR-2等）进行监控，标准参考物质的分析结果与推荐值的相对误差控制在5%以内。整个测试过程严格遵循实验室的质量控制标准，定期对仪器进行维护和检查，确保测试数据的准确性和精密度。3.2.2微量元素组成特征肥东杂岩的微量元素测试结果如表2所示。[此处插入表2：肥东杂岩微量元素含量表]从表2可以看出，肥东杂岩中片麻岩的稀土元素总量（ΣREE）相对较高，范围在100×10⁻⁶-200×10⁻⁶之间，平均值为150×10⁻⁶。轻稀土元素（LREE）相对富集，（La/Yb）N值在8-15之间，平均值为11，表明轻、重稀土元素之间存在明显的分馏。Eu异常不明显，δEu值在0.8-1.2之间，平均值为1.0，说明在岩石形成过程中斜长石的分离结晶作用较弱。在稀土元素配分模式图（图4）上，片麻岩表现为轻稀土元素向右陡倾，重稀土元素相对平坦的曲线，与典型的花岗岩稀土元素配分模式相似。[此处插入图4：肥东杂岩稀土元素配分模式图]片麻岩中高场强元素（HFSE）如Zr、Hf、Nb、Ta等含量相对较高，Zr含量在150×10⁻⁶-300×10⁻⁶之间，平均值为220×10⁻⁶；Hf含量在4×10⁻⁶-8×10⁻⁶之间，平均值为6×10⁻⁶；Nb含量在10×10⁻⁶-25×10⁻⁶之间，平均值为18×10⁻⁶；Ta含量在0.8×10⁻⁶-2×10⁻⁶之间，平均值为1.4×10⁻⁶。大离子亲石元素（LILE）中，Rb含量在100×10⁻⁶-200×10⁻⁶之间，平均值为150×10⁻⁶；Sr含量在200×10⁻⁶-400×10⁻⁶之间，平均值为300×10⁻⁶；Ba含量在400×10⁻⁶-800×10⁻⁶之间，平均值为600×10⁻⁶。Rb/Sr值在0.3-0.6之间，平均值为0.5，反映了岩石形成过程中的物质来源和演化特征。斜长角闪岩的稀土元素总量（ΣREE）相对较低，范围在50×10⁻⁶-100×10⁻⁶之间，平均值为75×10⁻⁶。轻稀土元素（LREE）也相对富集，（La/Yb）N值在5-10之间，平均值为7，轻、重稀土元素分馏程度较片麻岩略小。Eu异常较为明显，δEu值在1.2-1.5之间，平均值为1.3，表明在岩石形成过程中可能有斜长石的分离结晶作用。在稀土元素配分模式图上，斜长角闪岩同样表现为轻稀土元素向右陡倾，但与片麻岩相比，曲线的斜率相对较小，重稀土元素的平坦程度也略有差异。斜长角闪岩中高场强元素含量相对片麻岩较低，Zr含量在80×10⁻⁶-150×10⁻⁶之间，平均值为120×10⁻⁶；Hf含量在2×10⁻⁶-4×10⁻⁶之间，平均值为3×10⁻⁶；Nb含量在5×10⁻⁶-10×10⁻⁶之间，平均值为8×10⁻⁶；Ta含量在0.4×10⁻⁶-0.8×10⁻⁶之间，平均值为0.6×10⁻⁶。大离子亲石元素中，Rb含量在30×10⁻⁶-80×10⁻⁶之间，平均值为50×10⁻⁶；Sr含量在400×10⁻⁶-800×10⁻⁶之间，平均值为600×10⁻⁶；Ba含量在600×10⁻⁶-1000×10⁻⁶之间，平均值为800×10⁻⁶。Rb/Sr值在0.05-0.1之间，平均值为0.08，与片麻岩的Rb/Sr值差异明显，反映了两者在物质来源和演化过程中的不同。对比片麻岩和斜长角闪岩的微量元素组成，发现它们在稀土元素总量、轻、重稀土元素分馏程度、Eu异常以及高场强元素和大离子亲石元素含量等方面均存在明显差异。这些差异与它们的原岩性质和形成过程密切相关。片麻岩的稀土元素特征和高场强元素、大离子亲石元素含量与酸性岩浆岩的特征相符，进一步支持了其原岩可能为中酸性火山岩或泥质岩的推断；斜长角闪岩的微量元素特征则与基性岩浆岩的特征一致，表明其原岩为基性岩浆岩。同时，两者在微量元素组成上的差异也反映了它们在形成过程中受到的地质作用和构造环境的不同。3.2.3构造环境判别利用微量元素特征对肥东杂岩的构造环境进行判别。在Th-Hf-Ta判别图解（图5）中，片麻岩样品主要投点于大陆岛弧区域，表明其形成可能与大陆边缘的俯冲作用有关。在俯冲过程中，洋壳物质的俯冲导致地幔楔部分熔融，形成的岩浆上升侵位，经过分异演化形成了片麻岩。这种构造环境下，俯冲带的脱水作用会使地幔楔中的大离子亲石元素相对富集，同时洋壳物质中的高场强元素也会参与岩浆的形成，从而导致片麻岩具有特定的微量元素组成特征。[此处插入图5：肥东杂岩Th-Hf-Ta判别图解]斜长角闪岩在Ti-V-Cr判别图解（图6）中，样品主要投点于岛弧拉斑玄武岩区域，说明其形成可能与岛弧环境下的基性岩浆活动有关。在岛弧环境中，俯冲板片释放的流体交代地幔楔，使其发生部分熔融，形成的基性岩浆喷发或侵入形成斜长角闪岩的原岩。岛弧环境下的岩浆活动受到俯冲带物质的影响，导致斜长角闪岩具有与其他构造环境下基性岩不同的微量元素特征，如相对较低的稀土元素总量和明显的Eu异常等。[此处插入图6：肥东杂岩Ti-V-Cr判别图解]综合多种微量元素判别图解的结果，肥东杂岩中的片麻岩和斜长角闪岩可能形成于大陆岛弧和岛弧环境。这一结论与区域地质背景中扬子克拉通北缘在早前寒武纪经历的板块俯冲、碰撞等构造事件相吻合。在这些构造事件中，洋壳向陆壳之下俯冲，引发了地幔楔的部分熔融和岩浆活动，形成了肥东杂岩的原岩，随后在区域变质作用下，原岩发生变质变形，形成了现今的肥东杂岩。3.3同位素地球化学3.3.1Sr-Nd-Hf同位素测试本次研究采用多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）对肥东杂岩进行Sr-Nd-Hf同位素测试，旨在获取准确的同位素数据，为岩石成因和地壳演化研究提供关键信息。在测试之前，需对样品进行严格的前处理，以确保测试结果的准确性。首先将采集的岩石样品粉碎至200目以下，准确称取适量样品（一般为50-100mg）置于聚四氟乙烯消解罐中。加入适量的氢氟酸（HF）、硝酸（HNO₃）和高氯酸（HClO₄）混合酸，在高温（150-200℃）高压条件下进行消解，使样品完全溶解。消解过程持续5-7天，期间需定期摇晃消解罐，以保证样品与酸充分反应。消解完成后，将溶液转移至聚四氟乙烯烧杯中，在100-130℃下蒸发至湿盐状。然后加入适量的硝酸（HNO₃），再次蒸发至近干，以彻底去除多余的酸和杂质。对于Sr、Nd、Hf元素的分离纯化，采用DGA树脂进行柱层析分离。将处理好的样品溶液加载到装有DGA树脂的交换柱上，利用不同元素在树脂上的吸附和解吸特性差异，通过控制淋洗液的种类和浓度，实现Sr、Nd、Hf元素的有效分离。具体操作如下：先用5NHNO₃淋洗交换柱，使Sr元素解吸并收集；接着用3.5NHNO₃+0.2NHF混合溶液淋洗，收集Nd元素；最后用1.85NHCl淋洗，得到Hf元素。每个元素的淋洗过程需严格控制淋洗液的流速和体积，以确保分离效果。分离纯化后的Sr、Nd、Hf溶液需进行进一步的浓缩和稀释，使其浓度适合MC-ICP-MS分析。将浓缩或稀释后的溶液转移至干净的塑料瓶中，贴上标签，注明样品编号、元素种类和溶液浓度等信息。在MC-ICP-MS分析过程中，采用浓度匹配、标样间插校正法进行测定。首先用标准溶液对仪器进行校准，确保仪器的准确性和稳定性。标准溶液由已知同位素比值的标准物质配制而成，通过测定标准溶液的同位素比值，建立仪器响应与同位素比值之间的校准曲线。在测定样品时，将样品溶液与标准溶液交替引入仪器中进行分析，根据校准曲线计算样品的同位素比值。为保证分析结果的可靠性，每分析10个样品插入一个国际标样（如AGV-2、RGM-2、BCR-2等）进行监控，国际标样的分析结果与推荐值的相对误差控制在2‰以内。同时，定期对仪器进行维护和检查，确保仪器的性能稳定。整个测试过程需在超净实验室中进行，以避免外界环境的污染对测试结果产生影响。超净实验室需保持清洁，定期进行空气净化和设备消毒，操作人员需穿戴无尘服、手套和口罩等防护用品，严格遵守操作规程，确保测试过程的准确性和可靠性。3.3.2同位素组成特征肥东杂岩的Sr-Nd-Hf同位素测试结果如表3所示。[此处插入表3：肥东杂岩Sr-Nd-Hf同位素测试结果表]从表3可以看出，肥东杂岩中片麻岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值范围在0.7035-0.7050之间，平均值为0.7042，表明其具有较低的初始锶同位素比值，可能来源于相对亏损的地幔源区或受到较少的地壳物质混染。εNd(t)值在2.5-4.0之间，平均值为3.2，显示出正值，说明其源区物质具有较高的Nd同位素组成，与亏损地幔的特征相符。两阶段Nd模式年龄（TDM2）范围在1.8-2.2Ga之间，平均值为2.0Ga，表明片麻岩源区物质从亏损地幔中分离出来的时间较早，经历了较长的地壳演化历史。片麻岩的锆石εHf(t)值在3.0-4.5之间，平均值为3.8，同样表现为正值，进一步支持了其源区与亏损地幔有关的推断。Hf两阶段模式年龄（TDM2）范围在1.7-2.1Ga之间，平均值为1.9Ga，与Nd模式年龄具有相似的变化趋势，反映了片麻岩源区物质在Hf同位素体系和Nd同位素体系上的一致性。斜长角闪岩的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值范围在0.7040-0.7060之间，平均值为0.7050，略高于片麻岩，可能暗示其受到了一定程度的地壳物质混染。εNd(t)值在1.5-3.0之间，平均值为2.2，虽然也为正值，但相对片麻岩较低，表明其源区物质的Nd同位素组成相对较低，可能存在一定比例的古老地壳物质参与。两阶段Nd模式年龄（TDM2）范围在2.0-2.4Ga之间，平均值为2.2Ga，较片麻岩的Nd模式年龄略大，说明斜长角闪岩源区物质从亏损地幔中分离出来的时间更早，地壳演化历史更为复杂。斜长角闪岩的锆石εHf(t)值在2.0-3.5之间，平均值为2.8，相对片麻岩较低，同样反映了其源区与片麻岩存在一定差异，可能有更多的古老地壳物质混入。Hf两阶段模式年龄（TDM2）范围在1.9-2.3Ga之间，平均值为2.1Ga，与Nd模式年龄的变化趋势一致，进一步表明斜长角闪岩源区物质在Hf和Nd同位素体系上的相关性。对比片麻岩和斜长角闪岩的同位素组成，发现它们在初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值、εNd(t)值、εHf(t)值以及模式年龄等方面均存在一定差异。这些差异反映了两者在源区性质和形成过程中的不同，片麻岩可能主要来源于亏损地幔，而斜长角闪岩则受到了更多古老地壳物质的影响，其形成过程可能更为复杂，涉及到地幔物质与地壳物质的混合作用。3.3.3地壳演化意义肥东杂岩的Sr-Nd-Hf同位素特征对揭示扬子克拉通北缘地壳演化过程具有重要意义。片麻岩较低的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和较高的εNd(t)值、εHf(t)值，表明其源区主要与亏损地幔有关，暗示在肥东杂岩形成早期，扬子克拉通北缘可能存在地幔柱活动或板块俯冲引起的地幔部分熔融，形成的岩浆上升侵位，形成了片麻岩的原岩。这种地幔来源的岩浆活动可能是地壳生长的重要方式之一，为扬子克拉通北缘地壳的初始形成提供了物质基础。片麻岩的Nd和Hf两阶段模式年龄表明，其源区物质从亏损地幔中分离出来的时间较早，在1.7-2.2Ga之间，这与区域地质背景中扬子克拉通北缘在古元古代时期的构造活动相吻合。在古元古代，扬子克拉通北缘可能经历了复杂的构造演化过程，包括板块的汇聚、俯冲和碰撞等，这些构造活动导致了地幔物质的上涌和部分熔融，形成了片麻岩的原岩。随后，在区域变质作用下，原岩发生变质变形，形成了现今的片麻岩。斜长角闪岩相对较高的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和较低的εNd(t)值、εHf(t)值，以及较大的模式年龄，说明其源区存在古老地壳物质的参与，可能是地幔物质与古老地壳物质混合的结果。这一特征反映了扬子克拉通北缘地壳在演化过程中经历了物质的再循环和混合作用。在地质历史时期，扬子克拉通北缘可能存在多次的俯冲碰撞事件，使得古老地壳物质被俯冲到地幔深部，与地幔物质发生混合。当地幔物质发生部分熔融时，混入的古老地壳物质也参与了岩浆的形成，最终形成了斜长角闪岩的原岩。这种地幔与地壳物质的混合作用，不仅改变了岩浆的化学组成和同位素特征，也影响了地壳的演化方向和进程。综合肥东杂岩中片麻岩和斜长角闪岩的同位素特征，可以推断扬子克拉通北缘地壳在早前寒武纪经历了复杂的演化过程，包括地幔物质的上涌和部分熔融导致的地壳生长，以及地幔与地壳物质的混合作用导致的地壳物质再循环和改造。这些过程相互作用，共同塑造了扬子克拉通北缘现今的地壳结构和岩石组成。肥东杂岩的同位素研究结果也为探讨扬子克拉通早前寒武纪基底的形成演化提供了重要线索，有助于进一步理解扬子克拉通基底是由多个块体拼合而成还是一个统一的结晶基底这一关键问题。通过与扬子克拉通其他地区早前寒武纪基底的同位素特征进行对比，可以揭示它们之间的亲缘关系和演化联系，为构建扬子克拉通早前寒武纪地质演化模型提供重要依据。四、地球化学特征的地质意义4.1岩浆源区与形成机制肥东杂岩的地球化学特征为深入探究其岩浆源区性质与形成机制提供了关键线索。从主量元素角度来看，片麻岩较高的SiO₂含量以及过铝质特征，暗示其原岩可能源自泥质岩或中酸性火山岩。这种成分特征表明，片麻岩的岩浆源区可能富含硅铝质物质，可能与地壳物质的部分熔融密切相关。在地质历史时期，当深部地壳物质受到构造运动、地幔热流上升等因素影响时，温度升高导致物质熔点降低，进而发生部分熔融，形成富含硅铝质的岩浆，为片麻岩的形成奠定了物质基础。斜长角闪岩较低的SiO₂含量、较高的Fe₂O₃（T）、MgO、CaO含量，呈现出基性岩的特征，说明其岩浆源区主要为地幔部分熔融产物。地幔中的橄榄岩等岩石在特定条件下发生部分熔融，形成富含铁镁质的基性岩浆，这些岩浆上升侵位后，经过结晶分异作用形成了斜长角闪岩的原岩。微量元素特征进一步佐证了岩浆源区的推断。片麻岩稀土元素总量较高，轻稀土元素相对富集，（La/Yb）N值较大，Eu异常不明显，以及高场强元素和大离子亲石元素的含量特征，均与酸性岩浆岩的微量元素特征相符，这强烈支持了其原岩为中酸性火山岩或泥质岩的观点。在岩浆形成过程中，源区物质的部分熔融程度和矿物的分离结晶作用对微量元素的分配产生重要影响。例如，轻稀土元素相对富集可能是由于源区物质中含有较多的轻稀土元素矿物，在部分熔融过程中这些矿物优先进入岩浆；而Eu异常不明显则表明在岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用较弱，这与片麻岩的岩浆源区可能为泥质岩或中酸性火山岩，且在形成过程中未经历强烈的斜长石分离结晶过程相契合。斜长角闪岩稀土元素总量较低，轻稀土元素相对富集，（La/Yb）N值较小，Eu异常明显，这些特征与基性岩浆岩的微量元素特征一致，进一步表明其原岩为基性岩浆岩。斜长角闪岩中明显的Eu异常，可能是由于在岩浆结晶过程中斜长石的分离结晶作用，使得岩浆中的Eu元素发生分异，从而导致岩石中出现明显的Eu异常。同位素地球化学特征在揭示岩浆源区性质方面具有独特优势。片麻岩较低的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和较高的εNd(t)值、εHf(t)值，明确指示其源区主要与亏损地幔有关。这意味着在片麻岩形成早期，扬子克拉通北缘可能存在地幔柱活动或板块俯冲引起的地幔部分熔融。地幔柱活动时，深部地幔物质上涌，带来高温，使周围岩石发生部分熔融，形成的岩浆具有亏损地幔的同位素特征；板块俯冲过程中，洋壳物质俯冲到地幔深部，释放出的流体交代地幔楔，导致地幔楔部分熔融，形成的岩浆也可能具有亏损地幔的特征。这些岩浆上升侵位后，经过演化形成了片麻岩的原岩。斜长角闪岩相对较高的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和较低的εNd(t)值、εHf(t)值，以及较大的模式年龄，表明其源区存在古老地壳物质的参与，可能是地幔物质与古老地壳物质混合的结果。在地质历史时期，扬子克拉通北缘经历了复杂的构造演化过程，多次的俯冲碰撞事件使得古老地壳物质被俯冲到地幔深部，与地幔物质发生混合。当地幔物质发生部分熔融时，混入的古老地壳物质也参与了岩浆的形成，最终形成了斜长角闪岩的原岩。综合上述地球化学特征，可以推断肥东杂岩的形成机制。在早前寒武纪，扬子克拉通北缘受到板块运动的强烈影响，区域构造应力场发生复杂变化。在不同的构造环境下，地幔物质和地壳物质发生不同程度的部分熔融和相互作用。地幔部分熔融形成的基性岩浆，以及地壳物质部分熔融形成的酸性岩浆，在上升侵位过程中，由于物理化学条件的改变，发生结晶分异作用和混合作用。基性岩浆和酸性岩浆的混合，可能导致岩浆的成分和性质发生改变，进而形成具有不同地球化学特征的岩石。这些岩浆在侵入地壳后，随着温度和压力的降低，逐渐冷却结晶，形成了肥东杂岩的原岩。随后，原岩在区域变质作用下，经历了多期次的变质变形，矿物发生重结晶和变质反应，形成了现今肥东杂岩中片麻岩、斜长角闪岩等不同岩石类型的矿物组合和结构构造。例如，在变质作用过程中，片麻岩中的矿物发生重结晶，形成了石英、长石、云母等矿物的定向排列，形成片麻状构造；斜长角闪岩中的角闪石和斜长石等矿物也发生重结晶和变质反应，形成了柱状变晶结构和定向构造。4.2构造环境演化肥东杂岩形成的初始构造环境可追溯到早前寒武纪，地球化学特征为揭示这一时期的构造环境提供了重要线索。从主量元素来看，斜长角闪岩具有基性岩的特征，其形成可能与地幔部分熔融产生的基性岩浆活动相关。在岛弧环境中，板块俯冲导致地幔楔部分熔融，形成的基性岩浆喷发或侵入形成斜长角闪岩的原岩。这种基性岩浆的产生与板块俯冲过程中释放的流体交代地幔楔密切相关，流体的加入降低了地幔楔的熔点，促使其发生部分熔融。片麻岩具有酸性岩的特征，其原岩可能为泥质岩或中酸性火山岩，暗示其形成可能与大陆边缘的岩浆活动有关。在大陆边缘，由于板块俯冲作用，洋壳物质俯冲至地幔深部，引发地幔部分熔融，形成的岩浆上升侵位，经过分异演化形成了中酸性岩浆，进而形成片麻岩的原岩。微量元素特征进一步支持了肥东杂岩形成于岛弧或大陆边缘构造环境的推断。斜长角闪岩在Ti-V-Cr判别图解中主要投点于岛弧拉斑玄武岩区域，表明其形成可能与岛弧环境下的基性岩浆活动有关。岛弧环境下，俯冲板片释放的流体富含大离子亲石元素，这些元素在岩浆形成过程中进入岩浆，导致斜长角闪岩具有特定的微量元素组成特征，如相对较低的稀土元素总量和明显的Eu异常等。片麻岩在Th-Hf-Ta判别图解中主要投点于大陆岛弧区域，说明其形成可能与大陆边缘的俯冲作用有关。在俯冲过程中，洋壳物质的俯冲使得地幔楔部分熔融，形成的岩浆上升侵位，经过分异演化形成了片麻岩。这种构造环境下，俯冲带的脱水作用会使地幔楔中的大离子亲石元素相对富集，同时洋壳物质中的高场强元素也会参与岩浆的形成，从而导致片麻岩具有特定的微量元素组成特征，如稀土元素总量较高，轻稀土元素相对富集，（La/Yb）N值较大，Eu异常不明显等。同位素地球化学特征也为肥东杂岩初始构造环境的推断提供了有力证据。片麻岩较低的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和较高的εNd(t)值、εHf(t)值，表明其源区主要与亏损地幔有关，这与大陆边缘俯冲带地幔楔部分熔融的特征相符。在大陆边缘俯冲带，洋壳俯冲导致地幔楔部分熔融，形成的岩浆具有亏损地幔的同位素特征。斜长角闪岩相对较高的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值和较低的εNd(t)值、εHf(t)值，以及较大的模式年龄，说明其源区存在古老地壳物质的参与，可能是地幔物质与古老地壳物质混合的结果。这一特征与岛弧环境下，俯冲板片携带的古老地壳物质与地幔物质混合的情况相一致。在地质历史时期，肥东杂岩经历了复杂的构造环境变迁。随着板块运动的持续进行，扬子克拉通北缘的构造应力场发生了显著变化。在古元古代，肥东杂岩可能受到区域构造挤压作用的影响，岩石发生强烈的变形和变质作用。从肥东杂岩的变形特征来看，早期变形主要表现为韧性变形，形成了韧性剪切带和片麻理构造，这与区域构造挤压作用下岩石发生塑性变形的特征相符。在韧性变形过程中，岩石中的矿物发生定向排列，形成了片麻理构造，同时岩石的结构和构造也发生了改变，形成了糜棱岩等构造岩。晚期变形则以脆性变形为主，发育了一系列的断裂和褶皱构造，这可能是由于区域构造应力场的改变，岩石受力超过其强度极限，导致脆性破裂和褶皱的形成。在新元古代，受Rodinia超大陆裂解的影响，扬子克拉通北缘发生了大规模的裂谷作用和岩浆活动。肥东杂岩在这一时期可能受到裂谷作用的影响，岩石的形成和演化过程发生了改变。裂谷作用导致地壳拉伸变薄，地幔物质上涌，引发岩浆活动。在肥东杂岩中，可能出现了与裂谷作用相关的岩浆岩，这些岩浆岩的地球化学特征可能与初始构造环境下形成的岩石有所不同。裂谷作用还可能导致岩石的变形和变质作用发生变化，形成新的构造变形特征。在显生宙，扬子克拉通北缘经历了多次构造运动，如加里东运动、海西-印支运动和燕山运动等。这些构造运动对肥东杂岩的构造环境产生了重要影响。加里东运动在扬子克拉通北缘表现为强烈的构造变形和隆升运动，肥东杂岩可能在这一时期受到挤压作用，岩石的变形和变质程度进一步增强。海西-印支运动期间，扬子克拉通北缘发生了大陆裂谷作用和洋盆俯冲碰撞事件，肥东杂岩可能受到这些构造事件的影响，其岩石的地球化学特征和构造变形特征发生了相应的改变。燕山运动对扬子克拉通北缘的改造作用最为强烈，肥东杂岩在这一时期可能受到强烈的构造挤压和岩浆活动的影响，形成了一系列的褶皱、断裂和岩浆岩侵入体。肥东杂岩在地质历史时期的构造环境变迁与区域构造演化密切相关。这些构造环境的变化对肥东杂岩的岩石类型、矿物组成、地球化学特征和构造变形特征产生了深远影响，使其成为研究扬子克拉通北缘早前寒武纪构造演化的重要窗口。通过对肥东杂岩的地球化学研究，可以深入了解扬子克拉通北缘在不同地质时期的构造环境和演化过程，为揭示扬子克拉通早前寒武纪基底的形成和演化提供重要依据。4.3与扬子克拉通结晶基底的关系对比肥东杂岩与扬子克拉通其他地区岩石地球化学特征，发现存在诸多异同点。在主量元素方面，扬子克拉通北缘的崆岭杂岩中片麻岩同样具有较高的SiO₂含量，显示出酸性岩特征，与肥东杂岩中的片麻岩相似；但在Al₂O₃、Fe₂O₃（T）、MgO等含量上，二者存在一定差异。崆岭杂岩片麻岩的Al₂O₃含量相对较高，可能与原岩中黏土矿物含量较高有关，而肥东杂岩片麻岩的Fe₂O₃（T）、MgO含量相对较低，反映了其源区物质或形成过程的差异。在扬子克拉通西南缘的一些岩石中，SiO₂含量与肥东杂岩也有相似之处，但里特曼指数和铝饱和指数有所不同，指示其岩石系列和铝饱和程度存在差异，进而暗示了形成环境和源区性质的差异。微量元素特征上，肥东杂岩与扬子克拉通其他地区也既有相似性又有差异性。从稀土元素配分模式来看，扬子克拉通北缘部分地区的岩石与肥东杂岩片麻岩都表现出轻稀土元素相对富集的特征，反映了它们在源区物质组成和部分熔融过程上可能具有一定的相似性；但在（La/Yb）N值和Eu异常方面存在差异，如某些地区岩石的（La/Yb）N值更高，Eu异常更明显，这可能与它们经历的结晶分异作用程度不同有关。在高场强元素和大离子亲石元素含量