廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心在俯沖古特提斯板塊和峨眉山地幔柱相互作用研究方面取得新進(jìn)展
地球物理證據(jù)證明現(xiàn)今俯沖的大洋板塊與地幔柱能夠發(fā)生相互作用。這一過(guò)程有著重要的地質(zhì)與地球物理意義,對(duì)地球動(dòng)力學(xué)也具有指示意義。然而地球物理手段很難或者無(wú)法發(fā)現(xiàn)古俯沖板塊-地幔柱相互作用的直接證據(jù)。因此古板塊俯沖與地幔柱相互作用的機(jī)理與過(guò)程仍然存在很大爭(zhēng)議。
中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所夏小平老師團(tuán)隊(duì)徐健博士通過(guò)對(duì)中國(guó)云南元陽(yáng)縣峨眉山大火成巖省兩大深成花崗巖侵入體的原位微區(qū)鋯石Hf-O同位素和U-Th-Pb定年,以及全巖主微量元素、Sr-Nd-Hf同位素等地球化學(xué)特征進(jìn)行分析,為晚二疊世俯沖古特提斯洋板塊與峨眉山地幔柱相互作用提供了證據(jù)。

圖1 峨眉山大火成巖省及其相鄰區(qū)域的主要地體和峨眉山溢流玄武巖的地質(zhì)簡(jiǎn)圖(Xiao et al., 2004; He et al., 2003)
這兩大深成侵入體出露于峨眉山火成巖省中帶哀牢山構(gòu)造帶的變質(zhì)雜巖體中 (圖1),分別為晚二疊世和早三疊世的A型花崗巖,主要由石英、堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、黑云母以及鋯石和含F(xiàn)e-Ti氧化物組成。兩個(gè)花崗巖深成侵入體的SIMS鋯石U-Pb年齡分別為晚二疊紀(jì)(259±3Ma) 和早三疊紀(jì)(248±2Ma) (圖2A-B),與峨眉山主要巖漿作用(約260 Ma)同時(shí)期或者稍微年輕。它們的主、微量元素和礦物學(xué)顯示出典型的A型花崗巖特征:高全堿(7.93–9.68 wt%)、高HFSE(如Zr 、Nb、Ta)含量、高FeOT/(FeOT+MgO) (0.87–0.98)、顯著虧損Eu、Sr和Ba、高Ga/Al (3.67–5.06)和透長(zhǎng)石的出現(xiàn)。
元陽(yáng)A型花崗巖具有低Y/Nb (<1.2)、Yb/Ta (<2.0)、高(87Sr/86Sr)i、與峨眉山大火成巖省高Ti玄武巖相似,高Nb/Th (>3.0)比值與地幔柱源區(qū)巖漿相似,接近零的εNd(t) (晚二疊紀(jì):
,早三疊紀(jì):
和虧損εHf(t) (晚二疊紀(jì):
,早三疊紀(jì):
很好的與峨眉山玄武巖重疊,因此認(rèn)為其源區(qū)可能有峨眉山地幔柱物質(zhì)的參與。
,早三疊紀(jì):
和虧損εHf(t) (晚二疊紀(jì):
,早三疊紀(jì):
很好的與峨眉山玄武巖重疊,因此認(rèn)為其源區(qū)可能有峨眉山地幔柱物質(zhì)的參與。
圖2 元陽(yáng)晚二疊、早三疊A型花崗巖SIMS鋯石U-Pb諧和年齡與典型CL圖像(A-B)、SIMS鋯石δ18O直方圖(C-D)、鋯石εHf(t)值
原位微區(qū)鋯石Hf-O同位素分析顯示異常低δ18O (晚二疊紀(jì):0.2–2.0‰,早三疊紀(jì):3.2–4.8‰) (圖2)、正的εHf(t) (晚二疊紀(jì):1.6–7.0,早三疊紀(jì):3.9–8.8) (圖2),暗示了元陽(yáng)A型花崗巖的源區(qū)有不同比例的熱液蝕變洋殼的參與。作者通過(guò)對(duì)受海水蝕變大洋下地殼的年輕輝長(zhǎng)巖與地幔柱來(lái)源洋島玄武巖進(jìn)行了Hf-O同位素二元混合模擬(圖3),結(jié)果指示形成晚二疊紀(jì)、早三疊紀(jì)A型花崗巖分別需要80%-90%和30%-40%的高溫?zé)嵋何g變洋殼的參與。

圖3 鋯石εHf(t)- δ18O二元混合模擬圖 (AOC-蝕變大洋殼源熔融; JG-年輕輝長(zhǎng)巖)
該成果首次報(bào)道了元陽(yáng)晚二疊紀(jì)和早三疊紀(jì)低δ18O值的A型花崗巖,并提出了揚(yáng)子板塊西部古特斯洋殼與地幔柱相互作用的地球動(dòng)力學(xué)模型(圖4)。該模型認(rèn)為蝕變古特斯洋殼向東俯沖到華南板塊之下的上地幔,臨近的峨眉山地幔柱可能快速挾帶和吸收再循環(huán)的巖石圈碎片物質(zhì)到淺層地幔保存了鋯石低δ18O同位素特征,隨后形成的混合源減壓部分熔融形成了低δ18O同位素A型花崗巖的母巖。地幔柱與俯沖板片的相互作用模型也很好的解釋了峨眉山大火成巖省物質(zhì)(尤其氧同位素)組成的不均一性 。
圖4 構(gòu)造模型示意圖-俯沖古特提斯板塊與峨眉山地幔柱相互作用
項(xiàng)目成果近期發(fā)表于國(guó)際期刊《GSA Bulletin》該項(xiàng)研究成果獲得了第二次青藏高原科考項(xiàng)目 (2019QZKK0702)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0600407)的資助。論文信息如下:
Xu, J., Xia, X.-P., Wang, Q., Spencer, C. J., He, B., and Lai, C.-K., 2021, Low-δ18O A-type granites in SW China: Evidence for the interaction between the subducted Paleotethyan slab and the Emeishan mantle plume: GSA Bulletin.
相關(guān)鏈接:https://doi.org/10.1130/B35929.1
(同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)

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