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科学研究

刘安琳:西藏林子宗火山岩富集组分起源的时空变化及对印度-欧亚碰撞的启示【JP,2022】
2022-04-12 阅读:3126

精确限定陆陆碰撞的时限和深入分析相关的深部过程(例如:板片回转、板片断离)是碰撞带研究的核心内容。如何利用岩浆岩资料研究这些内容是学术界面临的难题。通常,陆-陆碰撞带的深部过程可通过研究岩浆岩成分随空间和时间的变化来揭示,但岩浆岩成分的变化主要是受控于不同岩浆源区的贡献,这些源区可以分为两类:新生的亏损源区(例如:软流圈和地幔楔)和古老的富集源区(例如:大陆地壳、俯冲沉积物和岩石圈地幔等)。对于特定的岩浆弧,地幔楔和板片下软流圈通来源的玄武质岩浆常被认为是亏损端元,但富集端元的选择却具有很大的不确定性,尤其是对于碰撞带同碰撞岩浆岩的富集端元。这是因为这些潜在的富集端元(例如俯冲沉积物和古老岩石圈)通常在成分上(微量元素成分和同位素组成)很难区分。

广泛分布于西藏南部的林子宗火山岩(1),为通过岩浆成分的时空变化来研究印度-欧亚碰撞时间和相关的深部过程提供难得的机会。这是因为林子宗火山岩规模巨大、岩浆成分多样(玄武质-流纹质)、喷发时间持续约20 Myr69 ~ 50 Ma),跨越了从新特提斯洋晚期俯冲到随后的印度-欧亚碰撞的整个过程。虽然前人对林子宗火山岩的岩石成因进行了大量研究,但对其中富集成分的来源还存在争议,包括:俯冲沉积物、古老的拉萨地体基底物质、印度地壳物质、混杂岩,以及中部拉萨地体古老岩石圈等。因为富集成分的出现常被认为是印度-欧亚大陆发生初始碰撞的证据,因而准确揭示这些富集组分的来源,对有效约束碰撞时间和相关的深部过程具有非常重要的科学意义。

针对上述研究难题,【威尼斯vnsr】-澳门尼威斯人网站8311“岩浆作用与青藏高原形成”研究团队博士后刘安琳和王青副教授与合作者一起,对西藏拉萨地体东段林子宗火山岩四个与印度河-雅鲁藏布缝合带具有不同距离的典型剖面(1)开展了野外、岩石学、锆石U–Pb定年、矿物学和全岩地球化学等方面的工作,取得下述新发现和新认识:

1)拉萨地体东段林子宗火山岩可以根据其地质年代学和地球化学特征被分为两组:钙碱性Group 169 ~ 55 Ma),主要为玄武质-安山质火山岩;钾玄质Group 255 ~ 50 Ma),主要为酸性岩石和少量镁铁质岩石(1)。

2Group 1样品可能来自交代地幔楔部分熔融产生的原始玄武质熔体的分离结晶过程。在靠近缝合带位置,样品具有亏损的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成(23)、重的δ26Mg值(4),以及高的Ba/ThSr/Th元素比值,指示其主要受俯冲的新特提斯洋板片沉积物流体的影响;而在远离缝合带位置,样品显示富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成(23),以及高的Th/LaLa/Sm比值,这些特征可以被解释为俯冲沉积物熔体加入的结果。

3Group 2镁铁质样品具有亏损的同位素组成(23)和较高的(La/Yb)NDy/Yb比值以及低的Zr/Nb比值,指示其来源于富集的含石榴子石岩石圈地幔,伴随软流圈物质的加入。Group 2的酸性岩石,在靠近和远离缝合带的位置都具有富集的同位素组成(2),这种特征可能分别是印度地壳物质和中拉萨地体基底物质加入导致的。

4Group 1样品可以被解释为新特提斯洋晚期俯冲的产物,Group 2样品形成于印度-亚洲大陆初始碰撞阶段(5)。在约51 Ma观察到的全岩Nd-Hf同位素和锆石Hf同位素变负的现象,其成因需要根据样品与印度河-雅江缝合带的不同距离来区别的解释。

本项研究聚焦林子宗火山岩中富集组分的起源,不仅对印度-欧亚大陆的碰撞过程和碰撞时限提供了岩石学和地球化学约束,而且还提供了一个通过研究岩浆成分(尤其是富集组分)时空变化及其成因来揭示碰撞带深部过程的很好案例。



图1 西藏林子宗火山岩的分布和采样位置以及典型剖面地层柱状图


 


图2 西藏林子宗火山岩样品的Nd、Hf和Pb同位素成分空间变化趋势图


 

图3 林子宗火山岩样品的Nd、Hf和Pb同位素成分时间变化趋势图


 

图4 西藏林子宗火山样品Sr、Nd和Mg同位素组成

 


图5 西藏林子宗火山岩形成的地球动力学背景模式图


上述成果发表在地球科学领域国际著名期刊《Journal of Petrology》上:Liu, A.L., Wang, Q.*, Zhu, D.C., Cawood, P. A., Xia, Y., Li, S.M., Liu, S.A., Huang, F., Liu, L., Zhao, Z.D., Mo, X.X., 2022. Temporal and spatial variations of enriched source components in Linzizong volcanic succession, Tibet, and implications for the India-Asia collision. Journal of Petrology, 63(2), 1-30.

全文链接:https://doi.org/10.1093/petrology/egab103


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