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科學研究

曾云川:巖石圈拆沉產生埃達克質巖的新模型與青藏高原中部抬升過程【Geology,2020】
2020-12-16 閱讀:4375

造山帶深部形成的榴輝巖等高密度物質拆沉作用后的均衡效應是高原隆升的重要機制,例如南美的安第斯高原和西亞的安納托利亞高原的隆升均認為主要是由巖石圈的拆沉導致。青藏高原新生代印度-亞洲大陸碰撞作用的產物,近年來研究發現青藏高原的地殼變形和抬升主要發生在遠離碰撞帶的高原中部地區羌塘地區),并形成一個古近紀初始高原protoplateau。然而,目前學術界對這個初始高原的形成機制究竟是巖石圈拆沉還是陸內俯沖產生仍存在巨大爭議。羌塘地塊廣泛分布的始新世埃達克質火山巖為揭示初始高原的形成機制提供可靠證據。

聚焦上述科學問題,我校金屬同位素與殼幔物質循環求真研究群體和地球科學與資源學院曾云川副教授和許繼峰教授以及美國亞利桑那大學Mihai Ducea教授等,對這套火山巖進行了系統的年代學、礦物學和地球化學研究,獲得以下新發現重要認識:

(1) 在高鎂(Mg#>60埃達克質巖中識別出單斜輝石反環帶,且高鎂的邊部相對于低鎂的核部具有更高的SrSr/Y以及更低的Y含量,指示出高鎂埃達克質巖漿是由榴輝巖熔體和地幔橄欖巖反應形成(圖1;2,同時這套埃達克質火山巖的鋯石具有地幔型的同位素和正的同位素組成(圖1),揭示了其巖漿源區的主體應為基性下地殼,而非陸殼中的沉積巖。

(2) 上述證據表明羌塘地區在古近紀榴輝巖化的基性下地殼和下覆巖石圈地幔拆沉到了更深的地幔深部,拆沉的基性下地殼發生部分熔融且形成的熔體在上升過程中與周圍地幔反應,再噴發到地表形成了這套埃達克質火山巖,其主體不是陸內俯沖的陸殼沉積巖的熔融產物。據此我們提出了巖石圈拆沉形成埃達克質巖的新模型(圖3;

(3) 盡管拆沉作用可以解釋以上埃達克質火山巖在地殼變形之后迅速噴發、羌塘地塊平坦的始新世地貌和缺乏榴輝巖并且中酸性成分下地殼等現象,然而已有的低溫熱年代學、穩定同位素古高度和盆地物源等證據均表明羌塘地區埃達克質巖火成巖形成的50-45Ma期間或之后并沒有顯著的快速抬升。結合地球物理和數值模擬研究,我們提出羌塘地塊之下可能存在弱地殼,其使得該時期的拆沉作用可能不會導致明顯的地表抬升,羌塘初始高原可能在埃達克質火山巖噴發之前已經形成(圖3)。

1-羌塘始新世高鎂埃達克質巖全巖和鋯石Hf-O同位素組成


2-羌塘地塊始新世高鎂埃達克質巖單斜輝石反環帶和成分變化圖


3-青藏高原中部古近紀巖石圈深部和地表響應演化過程


上述研究成果發表在國際地質學領域著名期刊《Geology》上:Zeng, Y.C., Ducea, M.N., Xu, J.F., Chen J.L., Dong, Y.H., Negligible surface uplift following foundering of thickened central Tibetan lower crust. Geology, https://doi.org/10.1130/G48142.1.

全文鏈接:https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article-abstract/doi/10.1130/G48142.1/590540


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