西藏普兰地幔橄榄岩的构造属性与演化

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出露于西藏南部雅鲁藏布江缝合带内的蛇绿岩(即雅江蛇绿岩)是世界上最为著名的蛇绿岩带之一,传统观点认为这些蛇绿岩代表了印-亚之间消失的中生代新特提斯洋盆岩石圈的残片,因此,雅江蛇绿岩的研究对于恢复新特提斯洋盆岩石圈(洋壳+上地幔)的组分与属性以及约束新特提斯洋的演化历史有极为重要的意义。  近十年来,学者们从雅江蛇绿岩中的超基性岩单元及其伴生的铬铁矿中陆续发现和确认了大量金刚石和其他超还原-超高压矿物(SuR-UHP)组合(例如:柯石英、斯石英假象、瓦兹利石假象、自然铁、合金、碳化硅等)的存在,研究表明:这些蛇绿岩中的超基性岩单元经历过超高压的变质条件,甚至达到了地幔过渡带的深度。这些新的发现对传统的蛇绿岩概念提出了挑战,即代表大洋岩石圈地幔浅部来源(~15-20km)的蛇绿岩中为什么会出现金刚石等超还原-超高压矿物组合?  鉴于雅江蛇绿岩中的超基性岩单元记录了复杂的深部地幔过程(包括SuR-UHP变质作用、深部地幔快速上涌)与浅部地幔过程(包括构造起源、参与新特提斯洋的演化),本论文以雅江缝合带西段的普兰蛇绿岩为研究对象,通过系统的野外地质、岩相学、岩石地球化学、矿物化学和Sr-Nd-Os同位素地球化学工作,旨在揭示:(i)雅江蛇绿岩中超基性岩单元的构造属性与起源;(ii)雅江蛇绿岩中超基性岩与基性岩之间的联系;(iii)雅江蛇绿岩中超基性岩单元深部地幔变质的岩相学记录;(iv)雅江蛇绿岩与新特提斯洋之间的联系。主要取得以下几点新的认识:  (1)普兰岩体中的地幔橄榄岩起源于古老的大陆边缘岩石圈地幔,而并非新特提斯洋扩张过程中形成的大洋岩石圈地幔残片,与岩体中的基性岩之间不存在成因联系。主要的证据有:(i)普兰岩体中基性岩主要以侵入体或脉体的形式侵入到不同蛇纹石化程度的方辉橄榄岩里面,局部可见细粒化的冷凝边结构,表明基性岩浆发生侵位时,超基性岩已就位到地壳浅部;(ii)普兰地幔橄榄岩中石榴石分解产物(Spl+Opx±Cpx后成合晶)的出现以及单斜辉石(Cpx)的微量元素特征(高的HREE含量,低的M/HREE比值)表明其初始平衡深度为石榴石相橄榄岩稳定区,远远深于代表大洋岩石圈地幔浅部来源的深海橄榄岩;(iii)普兰地幔橄榄岩中Cpx具有相对高Na2O含量,而Nd、TiO2含量较为亏损的特征,指示了类似于富Na的大陆岩石圈地幔的源区特征;(iv)普兰地幔橄榄岩具有古老的,复杂的Re亏损地幔模式年龄(TRD),远远老于普兰岩体中基性岩的形成时代,指示了普兰地幔橄榄岩可能继承于古老的岩石圈地幔。  (2)普兰岩体在130-120Ma剥露于冈底斯弧前伸展环境。主要的证据有:(i)普兰地幔橄榄岩中的极度耐熔方辉橄榄岩(Spl Cr#:>45-70)在矿物学特征上可类比于弧前橄榄岩,指示了熔融过程中水的参与;(ii)普兰地幔橄榄岩中的高Cr#纯橄岩(SplCr#:~70-85)在矿物学特征上可类比于弧前环境的纯橄岩,其高的Os含量(4.3-5.7ppb)与亏损的187Os/188Os同位素比值(0.1239-0.1272)均具有典型的熔融残留相特征,代表了俯冲带环境含水渗透熔融(flux melting)的产物;另一方面,低-中等Cr#纯橄岩(Spl Cr#:~20-65)在矿物学特征上可类比于深海纯橄岩,但其低的尖晶石TiO2含量(<0.2 wt%)、低的Os含量(<1ppb)与富集的187Os/188Os同位素比值(~0.1302-0.1341),暗示了参与渗透反应的玄武质熔体具有低Ti,高Re/Os比值的特征,类似于俯冲带环境的玄武质熔体;(iii)中等Cr#纯橄岩的尖晶石中包裹的角闪石具有高Mg#,低TiO2含量(<0.5 wt%)的特征,类似于俯冲环境成因的角闪石;(iv)普兰岩体中基性岩(辉长-辉绿岩脉)在微量元素组分特征上表现出明显的Th富集和Nb亏损,可类比于形成于俯冲带上盘(SSZ)的阿曼蛇绿岩(Oman)中具有MORB特征的熔岩单元;在主量元素(例如:MgO,Al2O3)和不活动性元素(例如:Cr,Zr,Ti)组分特征上也与开阔洋盆洋中脊玄武岩(例如:大西洋、印度洋)并不完全相同,而是更接近于高含水量条件下的玄武质岩浆分离结晶的趋势,与俯冲带环境的岩浆特征较为一致。  (3)初步证实了普兰地幔橄榄岩中粗粒的Spl+ Opx±Cpx后成合晶可能代表了高压相石榴石(超硅石榴石)快速上涌过程中分解的产物。主要证据有:(i) EBSD分析表明后成合晶中不同矿物相具有一致的结晶学优选方位(CPO),代表了为同一矿物分解的产物,这些后成合晶在结构上可类比于石榴石相橄榄岩在减压过程中石榴石分解的产物;(ii)后成合晶中Cpx在微量上表现出高的HREE含量(YbCN=~7),强的L-MREE亏损(Sm/YbCN=<0.02-0.1)特征,可能继承了源区石榴石的REE特征;(iii)利用后成合晶中矿物的组分、相对体积含量以及密度重建的矿物在分子结构上与岩石圈地幔中的石榴石整体上十分接近;另一方面,部分重建的石榴石较典型的岩石圈地幔中的石榴石具有更高的Si原子数,更低的Al+Cr原子数,暗示了这些石榴石中可能含有不同程度的辉石固溶组分,代表了高压相石榴石,即超硅石榴石;(iv) P-T估算表明:普兰地幔橄榄岩起源的深度可达到地幔过渡带上部;辉石变斑晶的核部记录了非常高的平衡温度(可达~1250℃);(v)在给定的误差估算下,我们重建的石榴石在成分上显示出连续变化的趋势,表明这些后成合晶可能代表了高压相石榴石在快速上涌过程中不同深度的分解产物,这也与橄榄岩中Opx变斑晶内出溶Cpx和Spl片晶所指示的高温条件下快速冷却的现象较为一致。  (4)基于上述认识和前人的工作成果,我们提出普兰岩体的构造演化模型,即在早期的(?)洋-陆俯冲过程中,起源于古老大陆边缘岩石圈地幔的普兰地幔橄榄岩体被俯冲板片携带到深部地幔,发生超高压变质作用;在130-120Ma期间,由于俯冲到冈底斯弧下的新特提斯洋板片向南发生了回撤,冈底斯弧前发生极度伸展,普兰地幔橄榄岩从深部地幔快速上涌并在弧前环境被剥露出海底,在此过程中,上涌的软流圈地幔发生减压熔融,形成了侵入到地幔橄榄岩中的辉长-辉绿岩体。与雅江缝合带东部-中部代表性的蛇绿岩体综合对比研究表明整个缝合带内出露的蛇绿岩体可能记录了相似的起源与演化历史。
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