冈底斯岩基记录的壳幔混合作用及对大陆地壳生长的启示

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 5次 | 上传用户:tcsr888
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地球上的俯冲带有两种类型,一种是crust-suturing俯冲带,这种俯冲带最终形成碰撞造山带;另一种是ocean-margin俯冲带,这里最终会形成增生型造山带(Scholl and von Huene,2009)。增生型造山带中通常有大量的地壳生长;而碰撞型造山带传统上认为是以地壳的重熔再造为主,没有或者只有少量的地壳生长。喜马拉雅-青藏高原造山带是典型的陆-陆碰撞造山带,碰撞前向北俯冲的新特提斯洋与拉萨活动陆缘经历了crust-suturing型俯冲带到陆-陆碰撞的演化。而拉萨地体南部的约1600 km长的冈底斯岩基记录了新特提斯洋俯冲到印度-亚洲碰撞的完整过程,而且冈底斯带上,与俯冲过程相关的花岗岩及与碰撞相关的花岗岩都出现有较高且正的?Nd(t)和?Hf(t)值,暗示有俯冲和碰撞过程中可能有地壳生长。因此,对冈底斯带岩浆岩的研究,可能对理解陆-陆碰撞造山带(或crust-suturing俯冲带)的地壳生长提供重要信息。本文选择位于冈底斯带中部谢通门-日喀则一带的东嘎闪长质岩体和仁钦则侵入杂岩为研究对象,对它们进行了详细的野外地质考察、岩相学、矿物学、锆石U-Pb年代学、元素地球化学以及Sr-Nd-Hf-O同位素地球化学的综合研究,探讨了岩浆岩的成因及其对地壳生长的启示。论文取得了以下主要进展:(1)锆石U-Pb定年显示东嘎闪长岩形成于176.5±1.2 Ma,并且有191.3±1.2 Ma的继承锆石,指示有早期地壳组分的加入。这些闪长岩具有类似高镁安山岩的Mg#(0.400.44),亏损的(87Sr/86Sr)i(0.7035700.703595),?Nd(t)(+6.1+6.5)和锆石?Hf(t)(+12.0+14.7),以及较高的147Sm/144Nd,表明有较大的地幔物质贡献。岩相学上,闪长岩中镁铁质团块附近的针状磷灰石,以及东嘎岩体中广泛发育的镁铁质包体,暗示闪长岩的岩浆混合成因。岩浆混合的地球化学检验,证实了东嘎闪长岩是由幔源和壳源岩浆混合形成。同时,东嘎闪长岩的混合成因表明在早侏罗世新特提斯洋俯冲过程中发生了垂向的大陆地壳生长。(2)锆石U-Pb定年表明仁钦则侵入杂岩的石英闪长岩、角闪花岗闪长岩、含辉石花岗闪长岩和其闪长质包体的结晶年龄分别是50.2±0.5 Ma、46.4±0.5Ma、50.6±0.6 Ma和50.4±0.5 Ma。花岗质岩石和闪长质包体中的不平衡结构,如针状磷灰石、反环带斜长石、辉石及斜长石骸晶,以及在P2O5-SiO2图和微量元素比值图中呈混合趋势分布,表明它们形成于岩浆混合过程。闪长质包体的低SiO2(53.4356.23 wt.%)和高Mg#值(4856)特征,以及斜长石的高An值(达77)表明镁铁质包体原来的岩浆是幔源的。闪长质包体具有与花岗质岩石十分接近的(87Sr/86Sr)i值(0.70460-0.70480),但是略高的?Nd(t)值(包体:+1.8+3.0,花岗质岩石:+0.2+0.6)。同时,包体的锆石?Hf(t)和?18O值(?Hf(t)=+3.7+8.5,?18O=4.567.00‰)及花岗质岩石的锆石?Hf(t)和?18O值(?Hf(t)=+1.2+8.5,?18O=5.597.21‰)基本是一样的。基于同位素的二元混合模拟计算得到地幔物质对这些岩石的贡献超过55%。此外,我们再结合搜集的冈底斯带上的59个Sr同位素数据、73个Nd同位素数据、29个锆石O同位素数据、超过2000个锆石的Hf同位素数据及年龄数据、和80个锆石Ti温度数据,得出整个冈底斯带的同碰撞的岩石都是岩浆混合形成,计算得到的地幔物质贡献不低于30%。考虑到冈底斯岩基长约1600 km,其岩浆活动峰期在6540 Ma(同碰撞期),所以冈底斯岩基同碰撞期地幔物质的加入量是相当巨大的,指示同碰撞期有显著的大陆地壳生长。结合搜集的数据,50 Ma的岩石具有最高的锆石Ti温度(达900℃),而绝大部分其他年龄岩石的锆石Ti温度低于750℃。由于这种高温岩浆在极短时间内形成,而且高温过程与地幔物质加入相关,我们推断碰撞后的板片断离很可能是引发同碰撞阶段大陆地壳生长的动力学机制。因此,我们认为碰撞造山带的大陆地壳生长量很可能被远远低估了。
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