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钾质碱性岩浆活动是壳-幔相互作用的产物,对于研究和了解地幔组成与演化、地幔不均一性、壳幔相互作用以及恢复古构造环境等具有很重要的意义。在整个青藏高原及周边地区广泛发育有新生代碰撞后钾质碱性岩浆活动,形成了大量钾质碱性岩浆岩系。而位于青藏高原东部的金沙江-红河构造带内发育的新生代钾质碱性岩浆活动在成因上与印度-欧亚板块碰撞密切相关,该钾质碱性岩浆岩带在空间和物质上记录了印度-欧亚板块的碰撞过程及碰撞后的陆内变形历史。因此本文选择研究程度相对较低位于构造带北段的囊谦盆地和南段的姚安盆地内的钾质碱性岩石为研究对象,对研究区典型钾质碱性岩浆岩开展系统的元素和同位素地球化学研究,据此探讨金沙江-红河构造带新生代钾质碱性岩浆的物质来源和源区性质、钾质碱性岩浆活动的成因机制以及整个构造带同类岩石之间的关系。并探讨该区钾质碱性岩浆岩形成的动力学机制,从而更好地理解碰撞后岩浆作用的深部过程及壳-幔相互作用机制。本研究主要取得以下成果和认识:
(1)元素和同位素地球化学的研究表明,囊谦和姚安新生代钾质碱性岩浆岩以亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素和亏损HREE,富集LILE、LREE为特征。囊谦钾质碱性岩浆岩的(87Sr/86Sr)i和εNd(t)分别为0.704162~0.705417和-0.95~2.35,206Pb/204Pb=18.622~18.974,207Pb/204Pb=15.522~15.642,208Pb/204Pb=38.431~38.996。姚安钾质碱性岩浆岩的(87Sr/86Sr)i和εNd(t)分别为0.709131~0.710429和-9.8~15.5,206Pb/204Pb=17.977~18.285,207Pb/204Pb=15.503~15.594,208Pb/204Pb=38.542~39.046。
(2)囊谦钾质碱性岩石的Sr-Nd-Pb同位素组成特征与滇西洱海钾质碱性岩石极为相似,并且囊谦钾质碱性岩石的εNd(t)值(范围在-2.59~2.35,平均为-0.11)与洱海钾质碱性岩石(-6.34~0,平均为-3.64)接近,不相容元素和稀土元素的配分形式都显示基本一致的趋势,表明它们具有相似的岩浆源区。位于金沙江-红河构造带中南段的新生代姚安钾质碱性岩浆岩与洱海东钾质碱性岩浆岩,地理位置属于滇西地区,囊谦钾质岩浆岩位于构造带的北段,三个岩体是在相同时代范围内形成的:洱海东部钾质碱性岩浆岩的K-Ar为年龄29-37Ma(谢应雯等,1995),囊谦盆地钾质岩浆岩Ar-Ar年龄37.5-38.3±0.2Ma(据张会化,2004)以及姚安钾质的K-Ar年龄34.9-31.3Ma(据304队)。在Sr-Nd相关图上它们位于PREMA与EMⅡ之间的一条双曲线上,囊谦钾质碱性岩石靠近PREMA一端,洱海钾质碱性岩石和姚安钾质碱性岩石依次向右下方偏移,靠近EMⅡ一端。在微量元素和稀土元素配分图上,三岩体表现出非常相似的配分形式。这些都表明它们应形成于相似的岩浆源区和构造环境,并且具有相同或相近的成因机制。而同位素组成的差别则可能意味着源区交代富集程度的不同。
(3)岩石化学判别图解表明囊谦、姚安和洱海以及整个构造带南段与北段钾质碱性岩石均形成于陆弧的构造环境。证明钾质碱性岩浆源区形成于洋壳向陆壳的俯冲过程。在洋壳的消减过程中,俯冲进入地幔的地壳物质和洋壳物质作为源区的一个印记被保留下来,从而使得由该源区形成的富碱钾质岩石具有异常的地球化学特征。但金沙江-红河钾质碱性岩浆岩带侵位于40-28Ma的大陆板内环境,与岩石化学判别图解陆弧构造背景的结果不相符。据部分学者研究认为以及地球物理资料都表明研究区上地幔为“冷幔”区,在俯冲阶段缺乏产生岩浆的热条件。而之后的软流圈上隆为钾质碱性岩浆源区的熔融提供了热源。金沙江-红河构造带软流圈的上升是岩石圈拆沉引起的软流圈浅层的地幔对流作用,并未改变该区上地幔较冷的格局,这种岩石圈与软流圈之间的能量交换是由造山后期的伸展作用引起,形成了一种冷幔、热壳的结构。
(4)同位素和微量元素的研究结合区域地质构造背景研究表明,钾质碱性岩浆源区是受到俯冲流体的交代作用,它们之间同位素的差别可能是源区交代富集程度的不同引起的。位于构造带北段的囊谦钾质碱性岩浆源区,除有俯冲陆壳及其析出流体的交代作用之外,更多是受到俯冲洋壳及其释放流体的交代作用,而位于构造带南段的姚安钾质碱性岩浆源区更大程度上是受到俯冲陆壳及其析出流体交代作用。对比整个构造带上相同类型其它岩体,发现构造带北段(以囊谦为代表)钾质碱性岩石的岩浆源区主要受到俯冲洋壳及其释放流体的交代作用,而南段(以姚安为代表)钾质碱性岩石的岩浆源区更多受到俯冲陆壳及其析出流体的交代作用。
(5)结合区域上的资料,给出如下金沙江-红河钾质碱性岩浆岩的成因模型:位于金沙江-红河构造带的钾质碱性岩体与三江古特提斯构造区相邻。早二叠世晚期金沙江—哀牢山洋盆开始向西俯冲消减于昌都-思茅陆块之下,即发生了洋壳向陆壳的俯冲。在洋壳消减的过程中,一部分海水、大洋沉积物及海沟壳源物质与俯冲洋壳物质被带入下插的地幔楔内,蚀变洋壳和俯冲沉积物析出含水流体或熔体对地幔物质发生交代改造作用,形成富钾的交代富集地幔源区。中三叠世末,金沙江-哀牢山洋关闭,标志古特提斯演化阶段结束。印度大陆与欧亚大陆始于古新世的俯冲碰撞引发了三江地区广泛的、大规模的陆内变形,地壳急剧缩短,岩石圈加厚。从早第三纪到中新世,金沙江-红河走滑断裂带的应力状态由压剪切转变为张剪切,厚而重的岩石圈底部由于受到拉张而发生拆沉作用,引起热而轻的软流圈上升。被俯冲流体交代改造的残留富集地幔在碰撞后的伸展构造背景下,由于软流圈上涌的作用,发生部分熔融而形成了包括囊谦和姚安在内的金沙江-红河钾质碱性岩浆活动。