青藏高原南拉萨亚地体晚白垩世-中新世岩浆岩成因机制及深部动力学过程

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印度和欧亚大陆自新生代以来的持续挤压碰撞导致了世界上最年轻和最壮观的青藏高原陆-陆碰撞造山带的形成,且这个造山带的形成和演化一直是国际地球科学领域研究最热的问题之一。拉萨地体位于欧亚大陆的最南端,是欧亚大陆与印度大陆距离最近的构造单元,也是受陆-陆碰撞影响最大的地体。在拉萨地体中,尤其是南拉萨分布的晚白垩世-中新世的冈底斯花岗岩基和古新世-始新世的林子宗火山岩一直是研究的热点和焦点。因为这些岩浆岩记录了印度-欧亚大陆碰撞前-中-后的复杂过程,所以它们是揭示新特提斯大洋板片俯冲消减、印度-欧亚大陆碰撞以及高原隆升机制等过程的关键。然而,迄今为止对于南拉萨出露的晚白垩世-中新世的冈底斯花岗质岩石和古新世-始新世的林子宗火山岩的成因机制及深部动力学过程仍然存在较多的争议,阻碍了我们对新特提斯大洋板片俯冲消减过程,以及随后持续的陆-陆挤压碰撞过程形成的岩浆岩的物质来源及岩浆过程的理解。本文结合野外地质和室内整理的资料,选择出露在南拉萨碰撞前的南木林晚白垩世闪长岩、碰撞后的日喀则中新世埃达克质岩墙和碰撞过程中的林周盆地古新世典中组火山岩作为研究对象。通过详细的岩石学、锆石U-Pb年代学、全岩主-微量和同位素地球化学(Sr-Nd-Mo),并结合已发表的数据,揭示了这些碰撞前-中-后形成的不同类型岩浆岩的岩石成因和深部动力学过程,且取得了如下进展:(1)碰撞前的南木林闪长岩形成时代为94.3~92.3 Ma,这些年龄结果与前人在该地区报道的辉长岩-辉长闪长岩锆石U-Pb年龄是一致的。南木林晚白垩世辉长岩、辉长闪长岩和闪长岩是正常的弧岩浆岩,具有几乎一致的Sr-Nd同位素组成,区域上部分同期的埃达克质岩石也具有相对一致的Sr-Nd-Hf同位素组成。本文通过元素和同位素分析认为这些(辉长岩-闪长岩和埃达克质岩石)同期但不同类型的岩浆岩是来自混杂岩在弧下地幔楔区的不同深度下熔融形成,而非来自交代地幔楔熔融形成。混杂岩(包含大洋玄武岩、大洋沉积物以及地幔楔橄榄岩组分)首先在俯冲隧道即俯冲板片和地幔楔接触界面进行均匀的物理混合,然后部分以底辟的形式上升到浅的地幔楔区经熔融形成不具有埃达克质岩石地球化学特征的南木林晚白垩世辉长岩-闪长岩,部分被运输到较深的俯冲隧道熔融形成埃达克质岩石。晚白垩世这些不同类型弧岩浆岩的形成是由于新特提斯大洋板片向南回撤导致,在大洋板片回撤的过程中上涌的热的软流圈地幔以及热的角流为混杂岩提供热源促使其熔融。(2)碰撞后的日喀则岩墙形成时代为中新世,其锆石U-Pb年龄为14.8~10.3 Ma,具有富集的Sr-Nd同位素组成,并显示典型的埃达克质岩石地球化学特征,主要为增厚且年轻的拉萨镁铁质下地壳熔融的产物。根据Na2O、K2O含量以及Na2O/K2O比值,这些岩墙可以划分为两种类型:富钾的岩墙和富钠的岩墙。两类岩墙Na2O、K2O含量的不同和富集的Sr-Nd同位素组成说明其形成的过程中有古老的印度大陆地壳的物质不同程度参与。此外,富钠的岩墙显示高的MgO、Cr、Ni和Na2O含量,指示软流圈地幔物质在其形成过程中也参与它们的形成。综合文献资料和本文研究,指示了壳-幔物质不同程度的参与导致区域上晚渐新世-中新世埃达克质岩石具有不同的地球化学特征。根据后碰撞岩浆岩受南北向的断裂控制以及地球物理等证据,本文认为南拉萨亚地体出露的晚渐新世-中新世岩浆岩的形成是由印度大陆板片撕裂所造成的(3)碰撞过程中的林周盆地林子宗火山岩系列中典中组火山岩形成时代为62.1~60.9 Ma,与前人研究结果一致。目前对于林子宗火山岩典中组安山岩存在不同的岩石成因认识,以Mo et al.(2007,2008)的观点最具代表性,他们认为典中组火山岩来源于新特提斯洋壳及其上覆的远洋沉积物在角闪岩相的熔融形成。但是我们的元素和同位素(Sr-Nd-Mo)的证据却指示该套火山岩很可能来自于混杂岩的底辟熔融。混杂岩在俯冲隧道即俯冲板片和地幔楔界面混合均匀,然后以底辟的形式上升到较浅的地幔楔区,在热的软流圈地幔和地幔楔角流的作用下发生部分熔融形成典中组安山岩,该动力学过程受控于新特提斯大洋板片在古新世期间向南的回转或回撤。(4)这三期岩浆岩形成的深部动力学过程是不同的,记录了洋-陆俯冲到陆-陆碰撞造山的复杂过程,在这些岩浆岩形成的过程中不同的物质以及不同的岩浆过程参与它们的形成。
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