我院王孝磊教授团队在西藏冈底斯高硅淡色花岗岩成因方面取得新进展

发布者:陆昀乔发布时间:2021-11-23浏览次数:356

地球以其演化的大陆地壳和广泛存在的花岗岩区别于太阳系其他行星。研究花岗岩的成因与大型花岗岩体的形成不仅有助于理解陆壳的产生和演化机制这一重大基础科学问题,对于探索行星的宜居性也具有重要指示意义。

俯冲造山和碰撞造山是大陆地壳生长和花岗岩形成的重要动力学机制,造山带花岗岩是探索大陆地壳形成和演化的重要对象。喜马拉雅造山带记录了中生代的俯冲造山和新生代以来的碰撞造山这两个构造过程,保留了鲜明的地质遗迹,是世界关注的研究花岗岩成因与大陆地壳演化的最生动直接的天然实验室。喜马拉雅地区最著名的花岗岩研究案例当属淡色花岗岩,这是一种暗色矿物(如黑云母、角闪石等)比例小于5%的花岗岩,自国外学者在上世纪七十年代初提出相关概念以来,喜马拉雅淡色花岗岩通常被认为是古老变沉积岩地壳脱水部分熔融的典型代表岩石。然而,随着世界范围内对造山带淡色花岗岩的持续报道和研究,上述经典成因解释受到了越来越多的挑战。目前关于淡色花岗岩成因的争议主要集中在四个方面:源岩、熔融反应、热源以及结晶分异作用是否发生。对喜马拉雅造山带淡色花岗岩开展更深入的研究显得非常必要。西藏南部冈底斯花岗岩基分布于喜马拉雅淡色花岗岩带以北,呈带状分布,体量巨大。这些岩石中是否也存在淡色花岗岩?如存在,会与喜马拉雅的淡色花岗岩有哪些不同呢?

带着对这些问题的思考,南京大学地球科学与工程学院和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的王孝磊教授团队三赴青藏高原,在冈底斯岩基东部的加查县附近发现了一套形成于渐新世(约30个百万年前;Ma)的淡色花岗岩脉/墙及主体花岗岩类岩石。通过对这些花岗岩样品详细的岩相学、锆石U-Pb同位素年代学、主微量地球化学、Sr-Nd-Hf-O同位素以及成岩数值模拟的综合分析,他们发现加查这些淡色花岗岩是主体正常花岗岩类的母岩浆经过结晶分异作用的产物,其母岩浆与喜马拉雅淡色花岗岩的不同,主要来自于新生下地壳物质的含水部分熔融,藏南淡色花岗岩成分多样性的存在说明造山带地壳部分熔融具有“就地取材”的特征。

根据野外产状和地球化学特征,可以将加查淡色花岗岩分为两组,第一组以囊状体或渐变细脉存在于主体花岗岩类岩石(花岗闪长岩和黑云母花岗岩)中,而第二组则以岩脉/墙形式侵入至主体花岗岩中。总体上这两组淡色花岗岩都具有高的Na2O/K2OSr/Y比值,低的Rb/Sr比值,无明显Eu异常或具有正的Eu异常,与喜马拉雅淡色花岗岩明显不同。加查淡色花岗岩和主体花岗岩年龄一致,且具有基本一致的年轻(新生地壳来源)的Sr-Nd-Hf-O同位素特征,这表明他们应该来自同一岩浆源区。

结合岩相学、地球化学变化趋势以及数值模拟计算(Rhyolite-MELTSREE瑞利分馏模拟)的研究,研究团队认为加查淡色花岗岩的源岩为年轻下地壳的石榴角闪岩,并可能混有约20%来自古老基底的变沉积岩组分。这些源区岩石经历了含水部分熔融,其熔融出来的花岗质母岩浆发生了高度结晶分异作用产生了淡色花岗岩的熔体,而第二组淡色花岗岩还叠加了最高30%斜长石堆晶作用的影响。据此,研究团队提出一个成岩模型来合理解释这些地质和地球化学现象:深部地壳含水部分熔融形成的母岩浆在就位之后随着结晶分异作用的进行,产生了演化的花岗质熔体组分;这些组分又经历钠质斜长石的堆晶,在主体岩浆固化的晚期,由于构造应力,斜长石堆晶体与间隙熔体沿岩浆结晶产生的裂缝侵入至固化的主体花岗岩中,最终形成第二组淡色花岗岩;而主体花岗岩中局部分异出来的淡色熔体最终形成了第一组淡色花岗岩(1)。冈底斯淡色花岗岩与其南侧喜马拉雅淡色花岗岩的巨大岩石地球化学差异性表明,这两种花岗岩虽然产出位置十分接近,但是由于源岩成分、熔融反应以及后期岩浆演化的差异最终导致它们的地球化学特征差异明显。

1 加查淡色花岗岩形成示意图

BG = 黑云母花岗岩,GD = 花岗闪长岩,DC = 闪长质堆晶岩

最后,研究团队结合冈底斯岩浆岩带中渐–中新世高Sr/Y花岗岩类的大量集中出现,认为在这一时期冈底斯地区的新生下地壳大规模熔融可能与岩石圈地幔拆沉有关(2),这也是大陆地壳由初生的玄武质向长英质演化的重要机制之一。

2 加查淡色花岗岩形成的构造示意图

相关成果以“Oligocene leucogranites of the Gangdese batholith, southern Tibet: fractional crystallization of felsic melts from juvenile lower crust”为题发表于岩石学国际顶级期刊《Journal of Petrology》。该工作由王孝磊教授团队和中国地质科学院地质研究所贺振宇研究员合作完成,论文第一作者为南京大学博士研究生张英泽,王孝磊教授为通讯作者。该研究工作得到了国家基金委杰出青年基金、中央高校基本科研基金和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的资助和支持。


文章链接:

https://doi.org/10.1093/petrology/egab076