廣州地化所發現青藏高原-喜馬拉雅造山帶首例後碰撞A型巖漿巖

2020-11-23 中國科學院

　　A型花崗巖類是一類特殊的中酸性巖漿巖，地球化學上以高的全鹼、Zr和Ga含量，低的CaO、Ba、Eu和Sr含量以及高的FeO/MgO和Ga/Al比值為特徵，成分上包括正長巖到花崗巖的範圍以及相應的火山巖 (SiO2 = 55–80 wt.%)。A型花崗巖類通常形成於高溫、伸展構造環境 (如裂谷、地幔柱/熱點、後碰撞造山)中。因此，該類巖石具有重要的巖石成因和地球動力學意義。

　　青藏高原-喜馬拉雅造山帶是新生代最顯著的陸-陸碰撞造山帶，最終形成於印度板塊和歐亞大陸的碰撞和匯聚。廣泛發育的新生代後碰撞巖漿作用（如鉀質-超鉀質巖、埃達克巖、過鋁質流紋巖和淡色花崗巖）和伸展構造（如裂谷、地塹或正斷層、拆離斷層）是這個造山帶最顯著的特徵。然而，該造山帶至今沒有新生代後碰撞A型巖漿巖的報導。

　　中國科學院廣州地球化學研究所巖石學學科組郝露露(現為中國科學技術大學博士後)、研究員王強及其合作者最近在青藏高原南部拉薩地塊中部的孔隆鄉地區識別出一套新的粗面巖-流紋巖 (圖1) ，通過詳細的巖相學、礦物學、鋯石U-Pb年齡和O同位素以及全巖的主、微量地球化學和Sr-Nd同位素的研究，確立了這一套巖石為後碰撞地殼高溫熔融形成的A型火山巖：(1) 孔隆鄉火山巖形成於晚漸新世-早中新世 (24-23 Ma)，粗面巖中含有方鈉石斑晶；(2) 孔隆鄉火山巖具有和A型花崗巖類完全一致的地球化學特徵 (圖2)，如高的全鹼、Zr和Ga含量，低的CaO、Ba、Eu和Sr含量以及高的FeO/MgO和Ga/Al，這些特徵使得孔隆鄉火山巖完全不同於青藏高原-喜馬拉雅造山帶廣泛分布的鉀質-超鉀質巖、埃達克巖、過鋁質流紋巖和淡色花崗巖，屬於首次報導；(3) 孔隆鄉粗面巖具有高的鋯石O同位素組成 (δ18O = 8‰) 和鋯石飽和溫度 (高達944°C)，起源於地殼物質在0.5-1.2 GPa下的高溫部分熔融。

　　拉薩地塊孔隆鄉A型火山巖作為釐定的青藏高原-喜馬拉雅造山帶的首例新生代A型巖漿作用，具有重要的動力學意義：(1) 拉薩地塊後碰撞巖漿作用與南-北走向裂谷或地塹具有密切的空間聯繫，因此被廣泛認為形成於東-西向伸展構造環境。然而，巖漿作用(開始於25 Ma)與裂谷發育 (開始於18 Ma)時間並不同步；(2) 拉薩地塊後碰撞巖漿作用和東-西走向的岡仁波齊 (Kailas) 盆地是同期的，因此可能指示巖漿巖形成於南-北向伸展構造。然而，巖漿作用的地幔深部過程和地殼伸展之間缺乏直接的聯繫；(3) 孔隆鄉~24-23 Ma A型火山巖起源於伸展環境下的下地殼的高溫熔融，而且和拉薩地塊後碰撞超鉀質巖漿作用以及Kailas盆地是同期的，因此能夠有效地聯結地幔過程和地殼南-北向伸展；(4) 這一時間也是印度板塊喜馬拉雅結晶基底擠出的時間，也就是主中央逆衝斷層 (MCT) 和藏南拆離系 (STDS) 的啟動時間。因此，綜合青藏高原-喜馬拉雅造山帶已有的地質、巖漿和地球物理資料，該研究提出拉薩地塊和印度板塊這些同期事件應該是早期平坦俯衝的印度板塊發生斷離拆沉 (foundering) 的產物 (圖3)。

　　本次研究提出的印度大陸俯衝的動力學過程如下：(1) 拉薩地體-印度板塊在新生代早期碰撞以後，隨著新特提斯洋板片在50-45 Ma發生斷離之後，印度板塊在45-25 Ma期間以低角度平板俯衝到西拉薩地塊中-北部之下。這導致了西部拉薩地體在該階段出現巖漿間歇期。(2) ~25 Ma，俯衝的印度板塊發生了拆沉斷離 (foundering)，引發了青藏高原-喜馬拉雅造山帶南部的南-北向伸展，形成了東-西走向的伸展構造 (STDS、MCT、Kailas盆地) 和孔隆鄉A型巖漿作用。此時，鉀質-超鉀質巖和淡色花崗巖開始產生。(3) 隨著印度板塊的進一步俯衝，造山帶進入硬碰撞模式，南-北向伸展在~18 Ma開始轉為擠壓，形成了喜馬拉雅的主邊界逆衝斷層MBT和拉薩地塊廣泛的南-北走向裂谷等。

　　相關研究2019年發表在國際地學期刊Geology上。

    論文信息：Hao, L.-L., Wang, Q.*, Wyman, D. A., Ma, L., Wang, J., Xia, X.-P., and Ou, Q. 2019. First identification of postcollisional A-type magmatism in the Himalayan-Tibetan orogen. Geology, 47 (2): 187–190, doi: https://doi.org/10.1130/G45526.1

　　論文連結

 

　　圖1. (A) 青藏高原-喜馬拉雅造山帶南部地質簡圖，展示主要的構造特徵和新生代巖漿作用。STDS-藏南拆離系；MCT-主中央逆衝斷層；MBT-主邊界逆衝斷層；THS-特提斯喜馬拉雅；GHC-喜馬拉雅結晶巖系；LHS-小喜馬拉雅。圖例：(1,2) 分別是喜馬拉雅44–7 Ma淡色花崗巖和46–35 Ma 埃達克巖；(3,4) 分別是拉薩地塊38–10 Ma埃達克巖和25–8 Ma 鉀質-超鉀質巖；(5) 北喜馬拉雅穹窿；(6) 南-北走向正斷層。(B) 孔隆鄉地區地質簡圖。

 

　　圖2. 孔隆鄉火山巖主、微量元素地球化學特徵圖解。實心和空心圓分別是孔隆鄉A型粗面巖和流紋巖；空心方形是孔隆鄉第一類~21 Ma火山巖；空心和實心三角形分別是拉薩地塊超鉀質巖和埃達克巖。

 

圖3. 簡化的卡通圖展示~25 Ma時平板俯衝的印度板塊發生斷離拆沉。

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