论文部分内容阅读
欧亚大陆南缘广阔发育的阿尔卑斯–喜马拉雅造山带(AHOB)的大部分蛇绿岩具有超级俯冲带的亲缘性,一直是全球蛇绿岩成因和新特提斯构造演化研究的热点地区。研究表明,不同构造环境形成的蛇绿岩建造通常表现出不同的岩石组合、矿物组成和全岩地球化学成分特点,而对于不同矿物组成和地球化学特征的蛇绿岩成因差异性的原因,目前仍不清楚。RasKoh蛇绿岩位于巴基斯坦西部的RasKoh山脉一带,包括Sorap(西部)和Bunap(东部)两个蛇绿岩地块,构成了AHOB的重要部分。相比于藏南雅鲁藏布江、伊朗、阿曼和邻近地中海地区等的蛇绿岩建造,本区蛇绿岩的研究程度极低,已有的可利用数据很少。我们最近在RasKoh蛇绿岩完成的初步调查研究发现,这些蛇绿岩以发育良好的变质底板、蛇纹石化橄榄岩、超镁铁质岩、枕状玄武岩,以及辉长岩、斜长花岗岩岩脉和含砾放射虫硅质岩、灰岩及火山岩等岩石组合,并显示出一定的构造混杂特征,局部发育铬铁矿化,应是示踪蛇绿岩成因和新特提斯构造演化的理想对象。为此,本论文即据此选题,以该套蛇绿岩岩石组合为研究对象,首次对Sorap(西部)和Bunap(东部)两个RasKoh蛇绿岩地块出露的橄榄岩、超镁铁质-镁铁质岩及长英质岩开展了系统地的野外地质观测、岩石学、矿物学、地球化学特征和地质年代学研究,揭示其岩石学属性及构造成因,以期为深入理解蛇绿岩成因和巴基斯坦西部地球动力学演化提供新的依据。本次研究主要取得以下成果和认识:(1)野外地质调查和岩相学观测发现,RasKoh蛇绿岩带发育二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和纯橄岩等三种橄榄岩。橄榄岩的矿物成分组成(橄榄石、铬尖晶石和辉石)表明,这些超基性岩代表了地幔橄榄岩发生约12%–25%部分熔融的残留产物。这一解释也得到岩石主量元素和中稀土(MREE)及重稀土(HREE)元素含量变化特点的支持。然而,Rb、Ba、Sr和轻稀土元素(LREE)等水溶性元素的含量表明,流体已渗透至这些亏损的橄榄岩中。结合本次新获取的全岩地球化学组成特征及已有的地质数据综合分析,我们认为RasKoh蛇绿岩是前三叠纪–侏罗纪大洋岩石圈的残片,并在白垩纪期间转化成洋内俯冲带上盘的地幔楔。来自俯冲板块的流体迁入组分重新富集形成了RasKoh岛弧的亏损橄榄岩。该蛇绿岩是在南侧RasKoh岛弧和北侧Chagai陆缘弧的碰撞过程中就位再次的,并导致了重新富集的橄榄岩的暴露。(2)辉长岩和斜长花岗岩的地球化学特征类似于典型的岛弧拉斑玄武岩(IAT)相似,而斜长岩、辉长岩具有N-MORB特性。所有样品都显示出超级俯冲带(SSZ)的地球化学亲缘性,如富集大离子亲石元素(LILE)和亏损高场强元素(HFSE),以及高且正的全岩εNd(t)值(+6.4–+7.6)。这些地球化学特征都表明,RasKoh蛇绿岩发育在弧后环境,存在N-MORB源区供给,并且幔源物质向俯冲带的注入随时间的推移而逐渐增加。两件斜长岩、辉长岩样品的锆石表现出高Th/U比值和生长环带结构的岩浆成因,测获其U-Pb年龄分别为63.6±1.1 Ma Ma(n=17,MSWD=1.7)和65.5±1.7 Ma(n=15,MSWD=0.61)。这些较为年轻的锆石年龄指示了RasKoh蛇绿岩形成于晚白垩世至早古新世。这些新数据指示,在晚白垩世至早古新世时期,阿富汗地块(欧亚板块南缘)和印度板块之间的RasKoh弧存在弧后洋壳岩石圈。(3)RasKoh弧东南部的RasKoh蛇绿岩孤立出露小的变质底板岩石露头。这些岩石呈薄板状产在经挤压剪切发生蛇纹石化的岩石之下,由角闪岩、含绿帘石角闪岩和富含白云母角闪岩组成,具有花岗变晶、花岗纤状变晶、斑状变晶结构。从岩石地球化学组成上,可将角闪岩分成两组。第I组角闪岩呈碱性,具有LREE富集(LaN/Yb N=11.47–11.60)特征,Sr-Nd同位素组成为(87Sr/86Sr)i=0.705481–0.706128,(143Nd/144Nd)i=0.512668–0.512672,以及具有较低的εNd(t)值(+2.24–+2.32)。而第II组角闪岩属拉斑玄武岩,具有LREE亏损(LaN/Yb N=0.88–1.31)、87Sr/86Sr)i=0.706103–0.706303、(143Nd/144Nd)i=0.512851–0.512936和更高的εNd(t)值(+5.81–+7.47)。初始地幔归一化及相关地球化学图解投点也表明,第I组角闪岩的原岩是洋岛玄武岩(OIB),相反地,第II组角闪岩更类似于与俯冲相关的岛弧拉斑玄武岩(IAT)的地球化学特性,略微富含大离子亲石元素(LILE)和具有负的Nb、Ta异常。矿物温压估算结果表明,这些岩石的形成条件是600–700°C、2–8 kbar(均值分别为690℃和6.5 kbar)的角闪岩相变质作用。这类碱性岩浆作用在新特提斯缝合带的其它中生代蛇绿岩中也有很好地证明。为此,我们认为洋岛玄武岩(OIB)在早期增生到俯冲板块的底板,而IAT玄武岩在晚期发生变质作用并进一步增生到RasKoh蛇绿岩的底部。OIB型和IAT型角闪岩的原岩岩石组合特征表明,RasKoh蛇绿岩在晚白垩世(约68–64 Ma)就位于超级俯冲带(SSZ)型弧前环境。(4)综合本次新获取的及前人已有的地质学、岩石学、矿物学、地球化学和地质年代学资料,可以把巴基斯坦西部RasKoh蛇绿岩带的区域构造演化归纳为三个阶段的成因模型,完整记录了新特提斯洋的演化过程。具体为:(a)新特提斯洋的形成阶段(三叠纪–侏罗纪):当前虽没有可用的放射性同位素数据来精确限制橄榄岩的形成时间,然而欧亚大陆南缘最早的类弧型火山岩形成于晚三叠世至早侏罗纪早期,代表了新特提斯洋北向俯冲的初始时限。这表明,新特提斯洋是在晚三叠世之前即已形成,发育了一套蛇绿岩组合(橄榄岩)。也有学者提出,该区新特提斯洋的打开可能开始于更早的二叠纪。(b)新特提斯大洋岩石圈双重俯冲增生系统发育阶段(晚侏罗世–晚白垩世早期):新特提斯岩石圈向阿富汗陆块南缘下的俯冲形成了Chagai侏罗纪–白垩纪陆缘弧,这一大陆弧不仅局限于Chagai地区,而且在整个欧亚大陆南缘的AHOB构造带广泛分布。与此同时,洋-陆俯冲带以南的新特提斯洋内发育洋内俯冲带,形成一个新特提斯大洋岩石圈双重俯冲系统,持续的洋内俯冲进而导致了RasKoh白垩纪岛弧的形成。早期深俯冲的洋脊蛇绿岩岩石地层发生折返暴露和焊接,并同步大量发育洋内弧俯冲及增生有关岩浆作用和早期洋壳物质的转换,包括橄榄岩的部分熔融和蛇纹石化,以及变质底板岩石和辉长岩、斜长花岗岩等脉岩等。这也是本次提出的一个蛇绿岩成因新机制。(c)Chagai弧和RasKoh弧的弧-弧碰撞阶段(晚白垩世–古新世,~68~46 Ma):Chagai弧和RasKoh弧之间的洋盆由于持续俯冲而逐渐消失,最终导致了Chagai陆缘弧和RasKoh岛弧之间在晚白垩世开始发生弧-弧碰撞作用。与此同时,RasKoh弧以南的大洋板块可能继续在弧-弧碰撞带下方俯冲,继而形成了始新世的Chagai–RasKoh新生弧。有理由认为,弧-弧碰撞和相关构造变形导致地幔楔的某些部分被仰冲推移到地表的弧有关岩石层序之上,并与弧火山岩发生混合。在弧-弧碰撞之前的俯冲过程中,地幔楔的一些亏损橄榄岩重新富集。RasKoh橄榄岩即很好地记录了这一地幔岩亏损和再富集的全过程。