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            科研進展

            廣州地化所徐健等:云南哀牢山地區發現古俯沖沉積物底墊熔融巖石學證據

            發布時間:2022-05-07 來源:廣州地球化學研究所
            沉積物俯沖是地球物質循環的重要方式之一,是地球表層物質進入地球內部的顯著證據,也是導致地幔不均一的重要原因之一。數值模擬結果指示俯沖沉積物由于與上地幔存在較大的密度差(~550 kg/m3),在俯沖過程中往往會與俯沖板片脫離,并以底辟體形式浮力上升穿過地幔最終底墊于上覆板片的地殼之下。地球物理觀測結果也表明在現代太平洋俯沖帶(如智利、哥倫比亞-厄瓜多爾和卡斯卡迪亞等)弧前地殼底部普遍存在俯沖沉積物地墊物質。將今論古,沉積物底墊過程在古俯沖帶是否同樣存在呢? 
            為了探究上述科學問題,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心徐健博士后在夏小平研究員和王強研究員指導下,與加拿大皇后大學Christopher J. Spencer助理教授以及中山大學尹常青教授合作,在青藏高原東南緣云南哀牢山-紅河構造帶(圖1)發現了古俯沖沉積物底墊熔融的新證據。

            圖1.青藏高原東南緣地質簡圖及采樣位置
            詳細的野外地質考察和室內分析表明云南元江和元陽地區出露了一套新生代花崗巖(~32–27 Ma)形成于華南大陸地殼俯沖到印支板塊之下的構造背景。其原巖組成接近于變質硬砂巖,含有大量華南地殼的沉積物;繼承鋯石的年齡分布為2245-41 Ma,其特征峰值(如235 Ma, 470–570 Ma和960 Ma)與華南二疊紀-三疊紀沉積巖相同(圖2A);與該地區同時代下地殼來源的其他類似的巖石相比具有更高的鋯石δ18O值(可達10.4‰;圖2B)。這套巖石顯示出類似于埃達克質花崗巖的微量元素組成(圖2C-D),具有較高的Sr/Y比值和較低的Y含量(圖3B)。但與典型的埃達克質巖石相比,具有更低的Sr含量(圖3C),指示其源區有斜長石和石榴子石的殘留,形成壓力為1.0–1.5 Gpa,相當于下地殼深度30-45 km。全巖Sr-Nd-Pb和鋯石Hf-O同位素均顯示二元混合趨勢(圖2B和3E-F),表明元江-元陽埃達克質花崗巖形成過程中經歷了熔體與下地殼基性巖石反應。
            綜上,該研究團隊提出俯沖沉積底墊是哀牢山-紅河構造帶中高δ18O埃達克質花崗巖的主要成因機制(圖4):在華南板塊俯沖過程中(path a),俯沖沉積物相對上地幔具有較低的密度,因此不會隨著俯沖板片進入深部地幔,而是通過浮力上升(path b),底墊于上覆板片下地殼中(圖4A);下地殼沉積物熔體抽提的過程中,與基性巖石發生了廣泛的熔體-巖石反應(圖4B)。同時,該研究團隊指出,沉積物相對下地殼基性巖石具有更高的SiO2含量,更高的產熱元素(如,Th、U和K)含量和更低的密度,沉積物底墊至下地殼這一過程將會改變和影響大陸巖石圈的物理和化學性質,從而促進大陸地殼的大規模分異。

            圖2. (A)繼承鋯石概率密度圖;(B)深熔鋯石(~32-27 Ma)Hf-O同位素組成;(C)原始地幔標準化微量元素圖解;(D)球粒隕石標準化稀土元素圖解。

            圖3.元江-元陽漸新世埃達克質花崗巖 (A-D) 主微量元素二元圖解;(E-F) Sr-Nd-Pb同位素組成

            圖4 (A)哀牢山-紅河構造帶漸新世埃達克質花崗巖俯沖沉積物底墊成因模型; (B) 熔體-下地殼基性巖石相互作用;(C)沉積物俯沖-底墊-部分熔融的P-T軌跡。
            本研究成果近期發表在Nature Index期刊Geophysical Research Letters上。本項研究受到二次青藏科考、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等項目的聯合資助。
            論文信息:Xu Jian (徐健), Xia, Xiao-Ping* (夏小平), Christopher Spencer., Wang, Qiang (王強), & Yin, Chang-Qin (尹常青) (2022). Identification of high δ18O adakite-like granites in SE Tibet: implication for diapiric relamination of subducted sediments. Geophysical Research Letters.
             

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