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郭正府等-Geology:漸新世-中新世之交:青藏高原隆升過程中巖漿活動的轉型
2019-06-28 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  青藏高原的隆升是新生代最重要的地質事件之一,不僅影響了歐亞大陸的構造格局,還對新生代以來全球氣候的變化有著深遠的影響。一般認為,青藏高原的形成與印度-歐亞大陸碰撞及板塊俯沖密切相關;但要弄清楚青藏高原隆升過程中地球動力學的演變過程,尚有很多關鍵的科學問題亟待解決,如“印度大陸巖石圈能俯沖到什么深度?”“俯沖板片的物質對上覆地幔有何影響?”等。青藏高原隆升過程中的地球動力學機制是連續漸變的,還是發生過重大的轉型?高原上廣泛出露的碰撞后火成巖及其巖石組合被認為是探討深部地球動力學過程的窗口,其巖石成因能對這些關鍵的問題提供重要的啟示。 

  前人曾嘗試對以上問題進行解答,但并未取得令人滿意的結果。原因主要在于前人所研究的區域往往只局限于個別的火山區,很難反映整個青藏高原的全貌。此外,以往幾乎所有的研究都選擇的是演化的巖漿巖(MgO <6 %),這種巖石可能經歷了地殼混染和分離結晶作用,很難有效的識別出其源區的地幔信息。 

  近日,中科院地質與地球物理研究所郭正府研究員和英國Leeds大學Wilson教授合作,系統分析了出露于青藏高原3個不同地塊的碰撞后未分異巖漿巖(MgO >6 %)的時空分布特征,建立了巖漿活動的時空框架,從礦物中的熔融包裹體研究入手,結合礦物學和巖石學分析,在開展了全巖微量元素與同位素地球化學定量模擬計算的基礎上,通過解析巖石中地幔包體的巖相學特點,提出以漸新世-中新世之交為界將青藏高原碰撞后巖漿作用劃分為兩個階段。這兩個階段巖漿巖的時空分布、礦物學、巖石學、地球化學及其地幔包體的特征均發生了顯著的變化,進一步研究認為青藏高原在漸新世-中新世之交,出現了巖漿活動及其地球動力學機制的重大轉型。 

  早期階段(55-25 Ma)的巖漿巖出露于青藏高原中部的羌塘地塊(圖1中的紅色露頭所示),巖漿活動規模大,由超鉀質-鉀質-高鉀鈣堿性-OIB型巖石組合構成,形成了從富鉀到富鈉的演化組合。它們的礦物中熔融包裹體、橄欖石的成分以及全巖主量、微量元素和同位素地球化學特征表明,該階段(55-25 Ma)的巖石主要是由于印度大陸俯沖導致的碳酸巖組分交代的上地幔發生了部分熔融,進而減壓上涌造成的。 

1  青藏高原碰撞后巖漿巖分布簡圖 

  晚期階段(25-0 Ma)的巖漿巖主要出露于藏南拉薩(25-8 Ma)地塊(圖1中的綠色露頭所示)和藏北松潘-甘孜(25-0 Ma)地塊(圖1中的天藍色露頭所示),巖漿活動規模較小,僅僅由超鉀質-鉀質巖石組合構成,巖石類型單調。巖石中橄欖石的成分以及全巖主量、微量元素和同位素地球化學特征指示,該階段(25-0 Ma)的巖石主要是由于印度和亞洲大陸雙向俯沖導致的碳酸巖與硅酸巖組分交代的上地幔發生部分熔融產物(圖2)。 

  本研究所揭示的青藏高原在隆升過程中出現的巖漿活動及其地球動力學機制的重大轉型,可能指示了青藏高原的隆升機制及其對氣候的影響也會出現階段性的特點。 

2 青藏高原碰撞后巖漿巖的成因機制示意圖

  早期階段(55-25 Ma):新特提斯洋閉合后,印度板塊向北俯沖,導致上地幔經歷了碳酸巖熔體的交代,形成羌塘的火成巖巖石組合(圖2A);晚期階段(25 Ma至今):在25-17 Ma期間,亞洲板塊開始向南俯沖,印度板塊發生斷離(break-off),分別在青藏高原北部和南部的上地幔發生了硅酸巖-碳酸巖交代組分的相互作用(圖2Bmixed melts 1-2所示)。其后在17-8 Ma期間,亞洲板塊發生斷離(break-off),而印度板塊撕裂(tearing)(圖C)。最后8 Ma至今,亞洲板塊持續向南俯沖,而印度板塊的平板式向北俯沖,致使拉薩地塊碰撞后的巖漿活動結束(圖D)。

  該研究結合巖漿巖巖石學、礦物學、地球化學及地球物理學等相關證據,提出了青藏高原在25 Ma左右發生了地球動力學過程的轉變,這不僅加深了我們對青藏高原形成過程的理解,也對恢復古老造山帶的動力學演化機制提供了重要啟示。

  研究成果發表于Geology(Guo Z, Wilson M. Late Oligocene–early Miocene transformation of postcollisional magmatism in Tibet[J]. Geology, 2019, 47:1-5. DOI10.1130/G46147.1)原文鏈接 

 
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