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科學研究

吳洪杰:蘇魯造山帶侏羅紀花崗巖對中-酸性源區高壓下部分熔融熔體的啟示【JP,2020】
2020-11-19 閱讀:10493

埃達克(質)巖是(變)基性巖在高壓(>15 kbar)下部分熔融的產物,其常被作為論證造山帶加厚地殼存在的依據。然而,許多造山帶花崗巖都有中-酸性陸殼重熔的參與,對于中-酸性源區的熔融產物,傳統的判別埃達克質巖的地球化學指標可能不完全適用。因此,了解中酸性源區高壓下熔體的地球化學特征是利用其制約造山帶地殼厚度的一個關鍵問題。

針對上述問題,我校地球科學與資源學院吳洪杰、科學研究院何永勝教授、李曙光院士等對蘇魯造山帶晚侏羅世花崗巖開展了詳盡的野外調查、巖體期次劃分、鋯石年代學和鋯石Ti溫度計、全巖主微量元素、Sr-Nd-Pb同位素等研究,在綜合前人研究數據的基礎上,探討了其源區組成、熔融條件及地球動力學背景,取得了以下新認識:

1、蘇魯晚侏羅世花崗巖的暗色礦物含量較低,幾乎不含角閃石,含有石榴子石、白云母、綠簾石等富鋁礦物(無堇青石),部分巖體具有類似淡色花崗巖的特點,總體上具有高硅(SiO2平均值72.60 wt. %)高鋁低鐵鎂的特征。進一步的研究表明,它們是中-酸性火成巖源區在較低溫度(小于751±27 °C1SD)下發生含水熔融water-present melting的產物。其高Sr/CaO、Th負異常、Th和輕稀土相關性、Eu異常值(Eu/Eu*)與Th含量相關性等微量元素特征(圖1)指示其源區殘留相礦物包褐簾石石榴子石,貧或不含斜長石。通過與實驗巖石學結果對比,蘇魯晚侏羅世花崗巖的熔融壓力被限定為大于15 kbar,對應的熔融深度大于45 km,表明蘇魯造山帶在晚侏羅世曾存在加厚的殼。

2、華南北緣的新元古片麻巖以及三疊紀折返的變質巖片是蘇魯晚侏羅世花崗巖源區的重要組成部分。晚侏羅世蘇魯造山帶的地殼為疊置地殼,上層為華北板塊地殼,下層為華南板塊的中-上地殼。

3、蘇魯晚侏羅世花崗巖的結晶年代介于166.2 ± 1.4 Ma (2σ)156.5 ± 1.2 Ma (2σ)之間,蘇魯晚侏羅世花崗巖是單純的殼內巖漿活動,并非地幔物質上涌提供熱源而發生熔融的產物。其形成的地球動力學機制可能與同時期郯廬斷裂的大規模走滑有關,這也是大別和蘇魯造山帶碰撞后發生差異演化的關鍵機制。具體動力學機制歸結為如下二階段模型:

i. 205~225 Ma,蘇魯造山帶超高壓變質巖片折返,俯沖的華南板片斷離。

ii. 155~165 Ma,北西向俯沖的古太平洋板塊促使了郯廬斷裂的大規模左行走滑,郯廬斷裂南端以東的華南板塊北緣上地殼與下地殼發生解耦,上地殼作為郯廬斷裂東盤向北移動并楔入華北地殼內部,地殼發生疊置加厚(圖2。

1蘇魯晚侏羅世花崗巖部分微量元素特征


2蘇魯造山帶與大別造山帶碰撞后差異演化二階段模型

 

該研究基于巖石地球化學研究,厘定了蘇魯晚侏羅世花崗巖的熔融條件和地球動力學背景。該研究論證了對于陸殼重熔產生的花崗巖,使用Sr vs. CaO圖解作為高壓熔融的判別依據比傳統的Sr/Y vs. Y圖解更合理。該文所限定的微量元素特征及一系列判別依據對來自中-酸性火成巖源區的花崗巖的殘留相礦物組合及熔融壓力具有普遍的啟示意義。

上述成果發表在巖石學國際權威期刊《Journal of Petrology》上:Wu, H.J., He, Y.S*., Li, S.G*., Zhu, C.W., Hou, Z.H., 2020. Partial melts of intermediate-felsic sources in a wedged thickened crust: insights from granites in the Sulu orogen [J]. Journal of Petrology. Vol. 61, No. 5.

全文鏈接:https://www.researchgate.net/publication/344592060

                    https://doi.org/10.1093/petrology/egaa053




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