新聞動態(tài)廣州地化所在峨眉山地幔柱與古特提斯洋俯沖帶相互作用方面取得新進展
大量的地球化學(xué)、地球物理和實驗?zāi)M證據(jù)表明許多新生代地幔柱的物質(zhì)已經(jīng)流入到了相鄰的俯沖帶的地慢楔之中，主要是由于俯沖板片后撤或者斷裂引起的地幔流導(dǎo)致地幔柱發(fā)生變形而流動，比如Samoa，Yellowstone和Galapagos地幔柱與環(huán)太平洋俯沖帶的相互作用。但是，到目前為止，很少有新生代之前的地幔柱與俯沖帶相互作用的實例報道。前人研究已經(jīng)表明位于青藏高原東南緣和華南地塊的峨眉山大火成巖省是晚二疊世地幔柱活動的產(chǎn)物，但是峨眉山地幔柱的影響是否向西延伸到青藏高原中部仍然不清楚，同時青藏高原中部（比如北羌塘地塊）在晚古生代期間處于古特提斯洋俯沖域，古地磁和古生物研究也表明北羌塘和華南地塊在二疊紀(jì)期間都位于赤道附近。因此，該地區(qū)可能是驗證古老地幔柱與俯沖帶相互作用的理想場所。
針對上述問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所巖石學(xué)學(xué)科組博士研究生王軍、王強研究員、但衛(wèi)副研究員及其合作者對北羌塘地塊晚二疊系那益雄組的一套雙峰式火山巖進行了詳細(xì)的礦物學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該套火山巖主要由互層的玄武巖、流紋巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r組成，它們之間呈平行整合的接觸關(guān)系。通過對玄武巖夾層中的流紋巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r的鋯石SIMS定年，顯示這套火山巖噴發(fā)時代為256~259 Ma，與峨眉山大火成巖省巖漿活動峰期時間基本一致。流紋巖的礦物學(xué)和地球化學(xué)具有高溫A型特征（鋯石飽和溫度均值941°C），其虧損的全巖Nd-Hf同位素（εNd(t) = +2.7 ~ +2.8, εHf(t) = +9.5 ~ +9.7）和低的鋯石δ18O值（5.6‰~6.6 ‰），指示流紋巖是由新底墊的基性巖石高溫部分熔融形成的。玄武巖具有低的Nb/La（0.54~0.76）和Ti/Y（321~419）比值，表現(xiàn)出相對虧損且均一的全巖Nd-Hf同位素（εNd (t)= +3.1 ~ +3.5, εHf (t) = +10.9 ~ +11.7）。輝石的結(jié)晶溫度和壓力顯示巖漿快速上升（~2.7 °C/km），暗示巖漿與圍巖無明顯的相互作用。通過與峨眉山低鈦玄武巖對比研究也表明，研究區(qū)玄武巖在上升過程中與地殼和大陸巖石圈地幔無顯著的物質(zhì)交換，其地球化學(xué)特征反應(yīng)的是深部軟流圈地幔信息?？紤]到古特提斯洋板片北向俯沖的影響，玄武巖顯著低的Th/Nd (0.08~0.11)比值以及虧損且解耦的Nd-Hf同位素組成，指示其很可能起源于俯沖沉積物流體交代的弧下地慢楔熔融。流體不活動的元素的研究進一步表明，沉積物流體交代之前的地慢楔組成顯著區(qū)別于同時期古特提斯洋虧損的MORB型上地幔，而是類似于OIB型富集地幔。
北羌塘弧巖漿時空變化顯示二疊紀(jì)中期俯沖的古特提斯洋板片開始后撤，其引起的地幔對流可能導(dǎo)致輕的峨眉山地幔柱發(fā)生變形而向西流動（圖1），其地幔柱物質(zhì)部分替換和改造了原來的古特提斯洋虧損上地幔。因此，被俯沖組分交代之前的地慢楔中富集地幔組分可能是來自于峨眉山地幔柱物質(zhì)。該推論也得到了微量和同位素的定量驗證：這種富集地幔加入~3%的俯沖沉積物來源的流體，在弧后伸展的環(huán)境下，由淺部尖晶石相橄欖巖經(jīng)歷~5%的部分熔融可以形成研究區(qū)玄武巖。同時該深部地幔流過程，導(dǎo)致了遠(yuǎn)離俯沖帶的松潘甘孜地塊和北羌塘地塊東北緣出現(xiàn)了同期的板內(nèi)OIB型基性巖漿活動（圖1），而靠近俯沖帶的北羌塘中部則出現(xiàn)了這套弧后雙峰式火山巖，其中的高溫A型流紋巖也與地幔柱影響的特殊俯沖環(huán)境一致。因此，北羌塘晚二疊世雙峰式火山巖可能是峨眉山地幔柱與古特提斯洋俯沖系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物。
圖1：峨眉山地幔柱與古特提斯洋俯沖帶相互作用的深部地球動力學(xué)過程
該項成果發(fā)表在國際地學(xué)著名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上（Wang, J., Wang, Q.*, Zhang, C., Dan, W.*, Qi, Y., Zhang, X.-Z., & Xia, X.-P. (2018). Late Permian bimodal volcanic rocks in the northern Qiangtang Terrane, central Tibet: evidence for interaction between the Emeishan plume and the Paleo-Tethyan subduction system. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, in press）。
論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2018JB015568
同位素地球化學(xué)國家重點實驗室 & 科技與規(guī)劃處供稿
