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辛光耀等-CMP:新特提斯洋俯冲起始阶段岩浆类型的快速转换——以土耳其Pozanti-Karsanti蛇绿岩为例
2021-09-29 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  20世纪60年代末期“板块构造”理论确立以来,俯冲带的形态、演化等方面研究是科学界研究的热点,俯冲带如此重要,可它是如何起始的,是自发还是诱发形成的,一直以来有争议。虽然大家倾向于认为板块俯冲始于洋内俯冲,但由于现今构造格局中典型洋内俯冲环境并不广泛存在,使得洋内俯冲起始和演化过程的研究也存有较大争议。既然要研究洋内俯冲,显然目标就必须定位于大洋板片。除了大洋深海钻探之外,最容易获得大洋板片样品的地方便是代表古大洋残片的蛇绿岩。它记录了大洋岩石圈的形成演化信息,其属性、就位过程及构造内涵对研究洋内俯冲起始和演化及相应的资源效应都具有重要意义。在俯冲起始阶段,当俯冲板块进入地幔时,由于来自上板块地幔的热量传递,其顶部物质会发生变质形成变质底板,拼贴在蛇绿岩的底部,因此变质底板的变质年龄可精确限定初始俯冲的启动时间,而且变质底板与初始俯冲后第一期岩浆的时代关系,是我们判断自发还是诱发俯冲的关键证据。 

  位于特提斯构造域内的东地中海地区,广泛出露蛇绿岩岩石组合及其底部的变质底板,记录了新特提斯洋的演化信息,是研究新特提斯洋俯冲起始的关键地区(图1)。基于以上认识,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辛光耀博士研究生在导师褚杨副研究员、苏本勋研究员和林伟研究员等的指导下,对土耳其境内Inner-Tauride缝合带中的Pozanti-KarsantiPK)蛇绿岩进行了细致的野外地质调查工作,并采集了蛇绿岩中的橄长岩、基性岩脉和变质底板中的角闪岩,进行了详细的地球化学和年代学研究,以期恢复土耳其地区新特提斯洋俯冲起始的形成和岩浆演化过程。 

1 东地中海地区蛇绿岩分布及其变质底板、基性岩脉和辉长岩时代

  野外工作表明,PK蛇绿岩具有较为完整的蛇绿岩序列(图2),从底到顶包括变质底板、橄榄岩、橄长岩、堆晶辉长岩和硅质岩等,但是缺少典型的席状岩墙。基性岩脉侵入到蛇绿岩及其下覆变质底板中,但并未侵入到下面的蛇绿混杂岩中,说明基性岩脉形成在蛇绿岩完全就位之前。对基性岩脉,橄长岩以及角闪岩的全岩地球化学分析表明,基性岩脉和橄长岩具有N-MORB的特征,而变质底板中的角闪岩来源于两种类型的原岩:N-MORBOIB。高精度的SIMS U-Pb定年结果显示,基性岩岩脉的形成时代与角闪岩的变质时代基本一致,两个事件都发生在90 Ma左右,说明这些基性岩脉是俯冲开始后的产物。同时,研究发现,在角闪岩中取得锆石样品中存在明显的核边结构,核部年龄为~122 Ma,代表了角闪岩原岩年龄,说明Inner-Tauride洋的俯冲起始过程发生在古老的洋壳之上,与其他地区经常被提及的新生洋壳的俯冲起始过程明显不同。 

2 a)研究区地质简图;(bPK蛇绿岩岩石组成

  而已有的研究表明,PK蛇绿岩中的基性岩脉地球化学特征具有被俯冲物质交代的属性,因此常被认定为SSZ型蛇绿岩,其形成时代为~87 Ma,要稍晚于本研究中具有MORB特征的基性岩脉(~90 Ma),说明在俯冲开始之后,随着俯冲物质的不断加入,岩浆类型有一快速转变的过程(图3),该过程与Izu–Bonin–Mariana发生初始俯冲时弧前系统中岩浆演化过程类似。 

3 PK蛇绿岩中基性岩脉和角闪岩的年代学概述

  以上研究结果表明,土耳其PK蛇绿岩很可能形成于俯冲开始后洋壳慢速扩张的构造背景(图4),具体演化模式如下: 

  1Inner-Tauride至少在早白垩世之前就已经存在,而洋内俯冲很可能开始于海山附近的薄弱带; 

  2)在92-90 Ma俯冲开始后,Inner-Tauride洋中俯冲板片顶部的OIBMORB类型的玄武岩发生高温变质形成角闪岩,同时上覆板片弧前拉张开始形成新的洋壳; 

  3)熔体供给不足的弧前伸展,伸展量通过形成类似于慢速扩张洋中脊中的拆离断层而平衡。沿拆离断层,未经历明显俯冲物质交代的地幔岩石发生减压熔融,形成了第一期的MORB型岩脉。同时,俯冲板片为了适应上板片的伸展过程,其俯冲角度变小,进一步导致了角闪岩拼贴到上板片的底部形成变质底板; 

  4)在~87 Ma,由于俯冲板片的榴辉岩化导致其负浮力增加,从而造成板片回撤且俯冲角度变陡。软流圈地幔的涌入和更多的俯冲流体加入,产生了第二阶段的岩脉,侵位到变质底板和蛇绿岩中

4 PK蛇绿岩构造演化示意图

  研究成果发表于国际岩石学领域权威期刊Contributions to Mineralogy and Petrology (辛光耀, 褚杨*, 苏本勋, 林伟, Ibrahim Uysal, 冯振天. Rapid transition from MORB-type to SSZ-type oceanic crust generation following subduction initiation: Insights from the mafic dikes and metamorphic soles in the Pozanti-Karsanti ophiolite, SE Turkey.  Contributions to Mineralogy and Petrology, 2021, 176:1–20. DOI:10.1007/s00410-021-01821-5.) 

 
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