赣杭带早白垩世岩浆作用与古太平洋板块俯冲

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越来越多的研究表明,幔源镁铁质岩石的放射性成因同位素组成有时比同时代同空间共存的壳源长英质岩石更加富集,表现出同位素“倒置”(Reversed isotope)特征,尤其是在增生型造山带地区(例如中亚造山带、喜马拉雅造山带、江南造山带和美国阿巴拉契造山带等),其成因有待深入研究。为了厘定并揭示同位素“倒置”现象形成机制,本文以华南赣杭带早白垩世(ca.130 Ma)岩浆岩为研究对象,系统研究了该带上发生同位素“倒置”的镁铁质-长英质岩石成因。元素地球化学、Sr-Nd-Pb-Hf-O多元同位素及其定量计算结果表明,赣杭带上同位素相对富集的镁铁质岩石[例如泗岭角闪辉长岩:(87Sr/86Sr)i=0.70788-0.70833;?Nd(t)=-7.6~-3.5;?Hf(t)=-6.8~-1.9;(206Pb/204Pb)i=18.028-18.108,(207Pb/204Pb)i=15.565-15.577,(208Pb/204Pb)i=38.198-38.341;δ18OSMOW=4.5-5.5‰]主要起源于具有扬子地块亲缘性的富集陆下岩石圈地幔。然而,岛弧型岩浆岩的微量元素特征、相对亏损的Nd-Hf同位素组成、低的锆石δ18OSMOW值,表明赣杭带上同位素相对亏损的花岗岩类[例如埭溪花岗岩:?Nd(t)=-0.4~+0.6;?Hf(t)=3.4-4.8;δ18O=5.94-6.84‰]主体上是由新元古代早期(<1000 Ma)双溪坞岛弧岩石在白垩纪发生部分熔融的产物。相比于埭溪花岗岩,该带上其他花岗岩类(如灵山、泗岭等)具有更低的?Nd(t)、εHf(t)值和较高的δ18O值、Dy/Yb和Sm/Yb比值,可能指示了少量(5-20 wt.%)埋藏更深的扬子地块基底物质的贡献。结合一系列构造地质学及地球物理研究,本文认为新元古代形成的双溪坞岛弧地壳很可能在早古生代或者中生代陆内造山过程中被推覆到了扬子地块前陆上,从而与下伏的因为交代而富集的古老陆下岩石圈地幔发生了明显的机械解耦。这种解耦在地球化学上表现为壳-幔各自熔融产物(花岗质岩浆vs玄武质岩浆)出现同位素的解耦和“倒置”特征。该构造模型不仅合理揭示了同位素“倒置”形成机制,还可以为世界范围内众多年轻的增生型造山带下伏有神秘的古老大陆岩石圈地幔提供一种合理的解释,对弧-陆汇聚板块边缘岩石圈结构的研究具有重要的启示意义。同位素成分发生“倒置”的镁铁质和长英质岩浆不仅能共存,还能发生混合。华南赣杭带早白垩世泗岭杂岩体在形成过程中就经历了这样的岩浆混合作用。泗岭杂岩体由角闪辉长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩及碱性长石花岗岩组成,其中花岗闪长岩及碱性长石花岗岩中局部可见较多指示岩浆混合作用的镁铁质暗色微粒包体(MME)。野外观察及LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明泗岭杂岩体所有岩性单元近同时结晶(ca.127-129 Ma)。矿物学和岩石地球化学数据表明泗岭石英闪长岩-花岗闪长岩浆来源于时空上伴生的辉长质岩浆和花岗质岩浆混合,从而记录了同位素相对富集的镁铁质熔体与同位素相对亏损的长英质岩浆之间的同位素“倒置”岩浆混合作用(Reversed isotope magma mixing)。因此,幔源基性岩浆的加入并不一定会使得寄主长英质熔体的同位素组成变得亏损。除了放射性成因同位素相对富集的镁铁质岩石,赣杭带也有一些同位素组成亏损的早白垩世(~130 Ma)镁铁质岩石。古太平洋板块在中生代向欧亚大陆俯冲已经成为地学界共识,但是关于俯冲的古太平洋板片物质从什么时候开始“返回”需要进一步研究。为了示踪这次俯冲事件对于深部地幔的影响,我们选取了早白垩世(~123 Ma)、具代表性的埭溪辉绿岩进行岩石成因分析。埭溪辉绿岩具有亏损的Nd-Hf同位素组成[?Nd(t)=5.4-6.9;?Hf(t)=9.6-12.1]和OIB型元素特征,例如富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U和Sr)和高场强元素(Nb、Ta、Zr和Hf),指示着其可能来源于软流圈地幔。异常高的Nb/Nb*、Ti/Ti*、Sr/Sr*、Eu/Eu*和Nb/Th等比值及其之间良好的相关性,说明埭溪辉绿岩的地幔源区可能含有再循环的玄武质和辉长质洋壳组分。此外,较高的Hf/Sm、Th/La-Nd,较低的Ce/Pb比值及其它们与?Hf(t)之间良好的相关性,说明埭溪辉绿岩的地幔源区还可能含有少量的陆源碎屑沉积物。同时,埭溪辉绿岩还具有较高的、变化的δ56Fe值(0.21-0.35‰),且其与Fe/Mn、FC3MS(Fe O/Ca O-3*Mg O/Si O2)、Nb/Nb*、Sr/Sr*、?Hf(t)和(206Pb/204Pb)i值之间存在良好的相关性,这表明埭溪辉绿岩地幔源区存在着明显的辉石岩组分。很令人感兴趣的是,尽管埭溪辉绿岩具有异常高的U/Pb(μ=25.0-33.4)和Th/Pb(ω=85.6-118)比值,但却不具有放射性的Pb同位素组成[(206Pb/204Pb)i=17.863-18.084,(207Pb/204Pb)i=15.499-15.517,(208Pb/204Pb)i=37.605-37.904],这表明埭溪辉绿岩地幔源区中的洋壳组分应该是比较年轻的。进一步的Pb位素模拟结果表明再循环洋壳组分很可能是在约180-250 Ma时才俯冲进入到埭溪辉绿岩地幔源区中。考虑到具体的地质背景,本研究认为该年轻的再循环洋壳组分很可能来自中生代早期俯冲的古太平洋板片。因此,埭溪辉绿岩地幔源区出现古太平洋俯冲洋壳组分为古太平洋板片物质在早白垩世早期(~123 Ma)就已经“返回”到中国东部大陆上地壳中提供了最直接的证据,早于前人认为的110 Ma。
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