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张维骐等-TN:洋底高原增生诱发俯冲起始的岩石学证据
2021-03-30 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  洋底高原广泛分布于洋盆中,约占据现今洋盆总面积的5%,它是除大洋中脊之外洋壳形成的主要部位。洋底高原具有异常厚(~10-30 km)的洋壳,其成因通常认为与深部来源的地幔柱活动有关,因此是研究地幔柱动力学演化、深部地幔不均一性等地质问题的重要对象。较厚的洋壳导致洋底高原具有较低的密度,使得它们进入海沟后很难被俯冲而发生阻塞,导致造成俯冲带跃迁,洋底高原的增生与碰撞过程也被认为是陆壳生长与俯冲起始的重要方式。此外,由于洋底高原形成往往伴随有巨量岩浆喷发,并会释放出大量温室气体及酸性气体,对于地质历史时期的气候变迁、环境演变乃至生物灭绝具有重要的意义。 

  巨厚洋壳的发育使得人们很难获取到洋底高原下部地壳的岩石样品,这极大阻碍了对于洋底高原物质组成的认识,也极大地限制了对于地幔柱形成演化、地幔不均一性等科学问题的探讨。目前对于洋底高原下地壳的组成,主要是通过地球物理探测和数值模拟等方法间接推测。尽管洋底高原组分广泛出露于全球蛇绿岩,但主要为浅部的熔岩以及与其伴生的灰岩等沉积岩,而代表其下地壳的堆晶岩则报道极为有限。这一方面可能是源于洋底高原的下地壳岩石很难被保存下来,另一方面则是由于对于洋底高原下地壳岩石的鉴别存在困难,从而急需建立相应的鉴别标准与手段。 

  针对这一科学问题,中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室张维骐博士研究生在导师刘传周研究员的指导下,对班公湖-怒江蛇绿岩带中段蓬错蛇绿混杂岩中的层状镁铁质-超镁铁质堆晶岩体进行了系统的锆石年代学、岩石学和地球化学研究。蓬错层状堆晶岩体主体岩性为纯橄岩-橄长岩-橄榄辉长岩-斜长岩,局部发育有橄长质伟晶岩脉。对从岩脉挑选出的锆石进行U-Pb定年,获得的年龄为187-188 Ma(图1)。全岩与矿物的主、微量元素表明蓬错堆晶岩的母岩浆具有贫水、低硅的特征。然而通过计算获得,与单斜辉石平衡的熔体具有富镁(Mg#≥79)和超亏损的性质。考虑到这些特征明显不同于洋中脊以及俯冲带构造背景下的岩浆特征,从而提出它们的母岩浆来源于受地幔柱影响下难熔地幔发生熔融的产物,这些难熔地幔既可能是先存的大洋岩石圈地幔,也可能是卷入在地幔柱中的难熔组分。因此,他们提出蓬错堆晶岩体为早侏罗世(187-188 Ma)在中特提斯形成的洋底高原下地壳的残片。

图1 蓬错蛇绿混杂岩内不同岩浆活动的锆石U-Pb年龄分布

  然而,已有的研究表明蓬错蛇绿岩出露的喷出岩主要为中晚侏罗世的SSZ型岩浆岩,包括~161-166 Ma弧前成因的玻安岩、高镁安山岩以及~159 Ma的岛弧玄武质的辉绿岩墙,此外还包含149-167 MaSSZ成因辉长岩(图1)。为了解释蓬错蛇绿岩喷出岩与堆晶岩在年龄与地球化学性质上的差异,建立了班公湖-怒江中特提斯洋在侏罗纪经历的洋底高原-海沟碰撞、俯冲再起始的地球动力学模型(图2),即洋底高原在早侏罗世(187-188 Ma)形成后继续向北运移,于~175 Ma进入海沟并发生碰撞阻塞,导致俯冲带由北向南迁移,并诱发中特提斯洋壳重新开始俯冲,形成~161-166 Ma的玻安岩、高镁安山岩,以及更晚期的俯冲岩浆作用。

图2 班怒带中段侏罗纪洋底高原-海沟碰撞诱发俯冲起始的动力学模型

  本项研究首次在特提斯蛇绿岩中报道了洋底高原下地壳的残片,清楚地揭示出同一蛇绿岩中的喷出岩与堆晶岩在年龄与性质都可能存在明显的差异,从而代表了不同期、不同构造背景下岩浆活动的产物。其科学意义在于建立了利用堆晶岩识别洋底高原下地壳的岩石地球化学标准,并为洋底高原增生诱发俯冲起始提供了明确的岩石学证据。 

  研究成果发表于国际专业学术期刊Terra Nova(张维骐, 刘传周*, 刘通, 张畅, 张振宇. Subduction initiation triggered by accretion of a Jurassic oceanic plateau along the Bangong–Nujiang Suture in central Tibet. Terra Nova, 2021, 33: 150–158. DOI: 10.1111/ter.12500)。
 
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