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EPSL:“热”俯冲起始与雅鲁藏布蛇绿岩的形成长期有效

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信息编号:2022064183 发布

2022-06-15 09:37:35

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杨工

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蛇绿岩作为一种特殊类型的岩石组合,主要分布于各条缝合带中,是探测地球深部地质作用的窗口,也是研究地幔物质组成,壳-幔物质交换以及板块构造动力学等方面极为重要的工具。西藏南部的雅鲁藏布蛇绿岩位于印度板块和欧亚板块之间的缝合带中,代表了残留的新特提斯洋,是分布在我国最年轻,也是最受关注的蛇绿岩之一。自上世纪80年代以来,对雅鲁藏布蛇绿岩的研究进入了高峰。尽管地质学家们在这期间取得了丰硕的成果,但是对于该蛇绿岩的起源及形成机制仍然众说纷纭。最主要的争论在于雅鲁藏布蛇绿岩是MOR型蛇绿岩还是SSZ型蛇绿岩:一些研究认为形成于~130-120Ma的雅鲁藏布蛇绿岩中的玄武岩是典型的洋中脊玄武岩,并可能在~120 Ma之后受到俯冲流体的改造,野外地质观察也表明雅鲁藏布蛇绿岩类似于现代慢速扩张洋中脊附近发育的大洋核杂岩;而基于雅鲁藏布江蛇绿岩中玄武岩和晚期镁铁质岩脉与Izu-Bonin-Mariana弧前玄武岩和玻安岩的地球化学相似性,另一些研究提出雅鲁藏布江蛇绿岩形成于弧前环境。上述理论模型的提出,主要来自于对雅鲁藏布蛇绿岩的基性岩浆岩或地幔橄榄岩的研究。然而,另一种岩石类型-变质底板可能更有助于解决这些争论,因为变质底板记录了俯冲起始阶段的关键信息,通过研究变质底板的地球化学特征以及对比变质底板的原岩和变质年龄以及上覆洋壳的岩浆年龄,可以限制俯冲起始时间并探究相关蛇绿岩的演化。

因此,来自德国Ruhr University Bochum的研究者,对雅鲁藏布蛇绿岩中采集的变质底板(麻粒岩和角闪岩)在岩相学、地球化学、地质年代学以及变质相平衡模拟等方面进行了研究,并取得如下认识:

岩石学、相平衡模拟、REE温度计及Zr-in-Rt 温度计表明麻粒岩记录了三期变质作用(图1):峰前变质发生在9.5-12.5 kbar/690-760°C的条件下;峰期矿物组合记录了14-16kbar/900-970°C的条件;后成合晶记录了9.5-12.6/902-983°C的条件并说明了等温减压过程。角闪岩主要记录了<700-880°C/7-12.5 kbar的P-T条件。因此雅鲁藏布蛇绿岩中的变质底板经历了一个顺时针的变质P-T过程,而非前人所认为的逆时针变质轨迹。此外,其峰期以及峰后阶段均达到了超高温变质条件,指示了一个“热”的俯冲起始过程。

对变质底板主微量元素的研究表明,变质底板的原岩起源于洋中脊环境,而不是弧前或者弧后环境。并且原岩与雅鲁藏布蛇绿岩中的岩浆岩具有很强的亲缘性(图2)。

变质底板的地质年代学结果表明,其原岩形成于133-127 Ma左右,与雅鲁藏布蛇绿岩中地壳岩石的年龄重叠。变质锆石记录了131-119 Ma的年龄,并与原岩年龄在误差范围内无法区分(图3)。锆石温度计以及锆石-石榴石REE平衡图解表明,该变质年龄记录了变质底板的前进变质阶段,进而说明变质底板在原岩形成后不久立即发生俯冲。也就是说俯冲起始发生在130-120 Ma,而不是120 Ma以后,这与先前研究中被认为代表退变质阶段的角闪石Ar-Ar年龄结果相似,表明整个俯冲变质过程很快。结合其形成的温压条件,首次构建了雅鲁藏布变质底板较为完整的P-T-t轨迹(图4a-c)。

通过总结上述认识,一个新的地质模型被提出以揭示雅鲁藏布蛇绿岩以及变质底板的形成(图4d-k)。在133-127 Ma,新特提斯洋脊位于拉萨地块前缘并在此扩张,一些较老的MOR型地壳岩石可能沿慢速扩张洋中脊附近的拆离断层发育,其中一些岩石作为变质底板的原岩存在(图4d)。当俯冲沿扩张脊附近的拆离断层开始时,断层上盘的地壳岩石不会发生俯冲,下盘的岩石开始俯冲,并记录了131-119 Ma的初始俯冲年龄(图4e和h)。俯冲开始后不久,俯冲板片脱水触发地幔楔的部分熔融和SSZ型岩浆的形成(图4f和i),这对应了雅鲁藏布蛇绿岩中一些~130-120 Ma玻安类岩石的发现。随着俯冲越来越成熟,地幔楔变得更冷、更具浮力,这导致一些嵌入上覆地幔的麻粒岩(变质底板)发生折返并随后冷却(图4g-k)。该模型认为雅鲁藏布蛇绿岩既非纯粹的MOR型蛇绿岩也不是单一的SSZ型成因,并强调了初始MOR型岩石在俯冲开始后的不同命运:一些卷入了深俯冲循环过程,并脱水产生SSZ型岩浆,这部分岩浆形成的玻安类岩石与那些未发生俯冲的MOR型岩石一起组成了形成于~130-120 Ma的雅鲁藏布蛇绿岩。该模型有助于解决关于雅鲁藏布蛇绿岩起源的争议讨论,并为探究蛇绿岩的形成以及演化提供新思路。

图1 使用THERMOCALC计算的雅鲁藏布变质底板的P-T视剖面图:(a-b) 角闪岩的P-T视剖面图;(c-f) 麻粒岩的P-T视剖面

图2 变质底板的微量元素投图

图3 变质底板的锆石U-Pb定年结果以及REE趋势图解

图4 雅鲁藏布江蛇绿岩中变质底板的P-T-t轨迹以及地质模型简图

来源于:EarthScience读书会