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俯冲陆壳熔融:来自大别-苏鲁造山带中生代花岗岩的地球化学证据
发布日期:2017-12-08

  在大洋俯冲、大陆碰撞到碰撞后各个阶段均可以产生广泛的岩浆岩,这些俯冲带岩浆岩为认识俯冲地壳物质再循环和再造提供了理想的研究对象。大洋俯冲带广泛发育同俯冲大洋弧/大陆弧火山岩,它们是俯冲洋壳释放的流体交代上覆地幔楔橄榄岩并引发其部分熔融形成的,因此是俯冲洋壳物质再循环及其壳幔相互作用的产物。由于上覆大陆岩石圈地幔楔较冷,大陆俯冲带通常缺乏同俯冲弧岩浆岩,但广泛发育碰撞后岩浆岩。建立这些碰撞后岩浆岩与俯冲大陆地壳物质之间的成因联系,对于认识大陆俯冲带俯冲地壳物质再造和再循环以及造山带的构造演化具有十分重要的意义。 

  中国科学技术大学地球和空间科学学院赵子福教授及其团队对大别-苏鲁造山带和华北东南缘中生代花岗岩进行了系统的同位素年代学和地球化学研究。结果表明,它们的形成时代可以分为三期:晚三叠世,晚侏罗世和早白垩世(1a),其中晚三叠世和晚侏罗世花岗岩出露面积较小,而早白垩世花岗岩则广泛分布。这些中生代花岗岩具有弧型微量元素分布特征和富集的Sr-Nd-Hf同位素组成以及古元古代-太古代两阶段Nd-Hf模式年龄, 表明它们来源于古老大陆地壳物质的重熔。这些花岗岩中普遍含有新元古代中期和三叠纪U-Pb年龄的继承锆石(1b),分别与大别-苏鲁造山带超高压变火成岩原岩年龄和超高压变质年龄一致。部分花岗岩具有低的锆石δ18O(2a)SIMS微区原位O同位素分析揭示, 具有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的继承锆石也普遍亏损18O(2b)。新元古代U-Pb年龄和18O亏损是有效区分俯冲华南陆块与上覆华北陆块的鉴定性特征,表明俯冲华南陆壳是这些中生代花岗岩的源区物质。

    另外,这些花岗岩中还含有古元古代和太古代U-Pb年龄的继承锆石,特别是华北东南缘中生代花岗岩含有~2.5 Ga的继承锆石(1b),表明它们的岩浆源区既有华南陆壳物质,也有华北陆壳物质。一些晚侏罗世和早白垩世花岗岩具有埃达克岩的微量元素特征,表明它们形成于加厚地壳背景。因此, 三叠纪华南陆块与华北陆块之间的碰撞使两个大陆边缘的地壳物质卷入俯冲带形成加厚地壳,为这些碰撞后花岗岩提供了源区物质。晚三叠世花岗岩是深俯冲华南陆壳折返过程中降压熔融形成的,为同折返岩浆活动的产物。而晚侏罗世和早白垩世花岗岩为碰撞后阶段岩浆活动的产物,是岩石圈减薄和山根垮塌过程中软流圈地幔上涌引发造山带地壳部分熔融形成的。 

   

  1 大别-苏鲁造山带和华北东南缘中生代花岗岩同岩浆锆石(a)和残留锆石(b)U-Pb年龄分布图