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Gondwana Research:西藏新生代钾质-超钾质火山岩锆石Hf–O同位素证据表明印度下地壳曾俯冲到拉萨地块之下

发布时间:2015-11-09

青藏高原是新特提斯洋关闭和印度与亚洲大陆自~65 Ma以来持续碰撞的结果,是研究大陆造山作用的天然实验室。理解新生代富钾岩石的成因对青藏高原岩石圈结构、隆升机制以及地壳生长过程及其动力学背景提供重要的限制作用。然而,富钾岩石的成因和动力学背景存在很大争议,主要有3种地球动力学模型:加厚岩石圈地幔的对流减薄/拆沉作用、印度大陆岩石圈的陆内俯冲、印度大陆岩石圈的板片断裂。普遍认为超钾质(UPV;MgO>3 wt %,K2O>3 wt %, K2O/Na2O>2)和富镁钾质(MPR;MgO≥6 wt %,K2O/Na2O≥1)火山岩来自于交代岩石圈地幔的部分熔融,而钾质火山岩(PVR)来自于西藏加厚下地壳的部分熔融。
    在国家973项目、国家自然科学基金、中国地质调查局、IGCP/SIDA–600和国土资源部行业科研专项基金的资助下,中国地质科学院矿产资源研究所田世洪研究员及其合作者对西藏新生代钾质、超钾质和富镁钾质火山岩进行了系统的主量元素/稀土元素/微量元素、Sr–Nd–Pb同位素以及锆石年代学和Hf–O同位素研究,认为(1)钾质、超钾质和富镁钾质火山岩来自于次大陆岩石圈地幔的不同程度部分熔融,该地幔受到俯冲印度下地壳不同比例的交代,(2)印度下地壳在早-中中新世俯冲到拉萨地块之下。
    西藏新生代钾质、超钾质和富镁钾质火山岩具有类似但有差异的地球化学特征,显示其来自于次大陆岩石圈地幔,但受到不同比例的俯冲印度下地壳交代(分别为6~20%、8~30%和9~30%;图1)。锆石Hf–O同位素分为两组(图2):第一组具有高的δ18O(6.7~11.3‰)、低的εHf(t)(−17.0~−12.0),Hf地壳模式年龄为(1.87~2.19 Ga),显示来自古老次大陆岩石圈地幔;第二组的δ18O为6.8~10.7‰,εHf(t)值为−11.8~−6.3,Hf地壳模式年龄为(1.50~1.86 Ga)。第二组的δ18OεHf(t)显示负相关性,表明来自于地幔和地壳熔体,而根据其εHf(t)值与高喜马拉雅片麻岩的εHf(t)类似,该地壳应为印度下地壳。
    据此,钾质、超钾质和富镁钾质火山岩成因模式应为:由于摩擦阻力和上、下地壳之间的密度差异,俯冲印度上地壳从相邻的下地壳发生脱离,上地壳因浮力作用抬升折返而下地壳继续俯冲。印度上地壳形成了现在的高喜马拉雅结晶岩系。然而,在高压高温条件下,俯冲印度下地壳释放流体,甚至发生熔融,交代上覆次大陆岩石圈地幔,导致在地幔源区先后发生了2次交代富集(图3c):① 印度下地壳释放出的流体交代上覆岩石圈地幔;② 发生脱水的下地壳部分熔融交代上覆次大陆岩石圈地幔。因部分熔融程度不同,形成了“不均匀”的地幔源区。残余印度下地壳和岩石圈地幔从低角度俯冲变为高角度俯冲,甚至发生板片断裂(图3c)。早-中中新世的板片断裂导致软流圈物质上涌,引起上覆交代“不均匀”次大陆岩石圈地幔发生不同程度部分熔融,形成钾质、超钾质和富镁钾质原始岩浆,沿着构造薄弱带上升形成了对应的钾质、超钾质和富镁钾质火山岩(图3d)。
    相关研究成果以题为:“Subduction of the Indian lower crust beneath southern Tibet revealed by the post-collisional potassic and ultrapotassic rocks in SW Tibet”的研究论文发表在杂志《Gondwana Research》(2015, doi:10.1016/j.gr.2015.09.005)。 (科技处 供稿)

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