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多格错仁—祖尔肯乌拉山地区分布有青藏高原最密集的后碰撞火山岩,前人的年代学工作表明该地区是青藏高原最早的后碰撞火山岩分布区,火山岩形成于45-3Ma。不过由于地处无人区,通达困难,对这一地区的火山岩还缺少详细的研究。本文在总结前人工作的基础上,通过进一步的年代学、岩石学以及地球化学的工作,讨论了这一地区火山岩的岩石成因,探讨了这一地区自印度与亚欧大陆碰撞以来可能的岩石圈动力学过程。
根据火山岩锆石SHRIMP U-Pb测年以及全岩40Ar/39Ar法测年的结果,结合前人的年代学数据(K-Ar,少量40Ar/3Ar),本研究把这一地区的岩浆活动至少分为三个喷发幕:1、45-39Ma,为中酸性的钙碱性岩浆活动,研究区的大部分岩浆活动属于此喷发幕;2、35-28Ma,只有巴毛穷宗强碱性火山岩以及半岛湖北岸的蚌壳坡碱性浅成岩以及湖南岸的煌斑岩;3、7-3Ma,分布多格错仁南北两岸、枕头崖以及吐错北岸,岩性主要是粗安岩以及粗面岩及少量英安岩。
45-39Ma喷发幕(始新世)火山岩主要是安山岩、英安岩以及少量酸性的浅成岩,部分火山岩具有相对高的碱含量,为粗面岩以及粗面安山岩,我们的工作没有发现同时代的基性火山岩的存在。这一幕火山岩SiO2展布于55-73%之间,K2O的含量略高,一般不超过4%,属于高钾钙碱性系列。安山岩与英安岩具有高Mg#以及高的Cr Ni含量的特点。主、微量元素的特点表明它们大部分属于埃达克质岩,具有高的Sr、Ba含量以及低的REE含量,同时具有Nb、Ta、Ti的负异常。与此同时,高MgO含量的埃达克质岩有着相对高的不相容元素含量,如REE以及Sr、Ba,不过,酸性的浅成岩具有相对高的K2O和Rb含量。同位素特征上,这一幕火山岩87Sr/86Sr在0.705-0.709之间,143Nd/144Nd一般在0.5125-0.5122之间,与SiO2以及MgO没有明显的相关性。我们认为这套始新世高Mg#的埃达克质火山岩可能是由拆沉下地壳熔融形成的,而低Mg#酸性的浅成岩可能是这种热事件中加厚下地壳熔融的产物。
35-28Ma(渐新世)的岩浆活动中,巴毛穷宗火山岩岩性从碱性玄武岩展布到响岩,构成一个过碱性岩浆岩系列。碱性玄武岩一般具有的高MgO含量,可以达到10%左右,可能具有初始熔体的特点。不过,巴毛宗穷火山岩的K2O/Na2O一般不超过2。MgO与Al2O3、TiO2、CaO的相关关系表明低MgO含量的响岩应该是由高MgO含量的碱性玄武岩经历了橄榄石+单斜辉石的结晶分异演化而来。微量元素地球化学特征上,巴毛穷宗火山岩表现出极度富集不相容元素的特征,具有Nb、Ta、Ti的负异常。不过,与拉萨地块的超钾质岩不同的是,巴毛穷宗火山岩具有高的Ba含量以及低的Rb/Ba。半岛湖蚌壳坡的浅成岩为黑云母长石斑岩,主微量元素的地球化学特征表明它可能是由碱性玄武岩浆经历了AFC过程演化形成。半岛湖南岸的煌斑岩总体上类似于巴毛穷宗碱性玄武岩,不过目前数据很少。这一期岩石的Sr-Nd同位素特征是一致的,87Sr/86Sr在0.709左右,143Nd/144Nd一般在0.5122左右。这一期的碱性岩浆活动应该反映了30Ma左右羌塘地块存在伸展构造活动。
7-3Ma的岩浆活动也没有发现基性岩共生,它们具有很低的MgO含量以及Mg#,所含包体也被证实来源于中地壳到下地壳,这表明这一期岩浆活动是地壳熔融的产物。这一幕岩浆活动的显著特征是岩石具有相对高的高场强元素(HFSEs)含量,特别是Zr、Hf,Zr的含量一般超过500ppm。虽然大部分具有Nb、Ta、Ti的负异常,但在同等的SiO2含量条件下,其含量要高于青藏高原的其它后碰撞岩浆作用。这套岩石可能是在相对干的条件下,中下地壳高温熔融的产物。这与目前高原北部观察到的相对高温的软流圈相一致,可能是软流圈上涌的地壳响应。不过,这一期火山岩的Sr-Nd同位素特征与渐新世时间的碱性玄武岩相一致,与源于下地壳的始新世酸性埃达克质岩不同,这可能反映出了地壳源区在始新世之后发生了一定的变化。
45-39Ma的始新世埃达克岩的出现暗示高原北部的隆升可能很早就已经开始,这与青藏高原北部的沉积记录相一致,反映了高原早期的隆升事件。同时,这一幕高Mg#埃达克质指示的拆沉事件可能反映的是羌塘地块北缘的中部在由挤压到向东挤出过程中转换过程中的拉张状态。约30Ma左右的渐新世,由于印度大陆与到拉萨地块碰撞挤压,羌塘地块相应可能处于整体的拉张的状态,出现了鱼鳞山以及巴毛穷宗过碱性岩。到了中新世末期,如目前地球物理资料建议的那样,在高原北部出现软流圈的上涌,出现了研究区7-3Ma的岩浆活动,可能羌塘地块的北部又经历了一次快速的抬升。