黃彤宇等-GRL:巖漿作用揭示岡底斯弧晚中生代俯沖侵蝕過程
俯沖帶是新生地殼形成的關(guān)鍵場所,而洋殼俯沖引起的構(gòu)造侵蝕同時也是造成大陸地殼破壞最主要的方式之一。在新生代環(huán)太平洋地區(qū)(例如:中美洲墨西哥),洋殼俯沖引起的地殼生長和破壞可以同時出現(xiàn)在同一個俯沖帶,這個平衡過程在新生代以前是否普遍存在,對維持地球長期的物質(zhì)循環(huán)以及陸殼體積的相對穩(wěn)定具有重要的意義。青藏高原南部的岡底斯弧作為新特提斯洋北向俯沖的產(chǎn)物,其在規(guī)模上可以與美洲的科迪勒拉弧和安第斯弧相媲美。前人的研究表明岡底斯弧在中生代經(jīng)歷了顯著的新生地殼的生長,但是該時期歐亞大陸南緣的俯沖增生或侵蝕過程并沒有得到很好地約束,同時也限制了岡底斯弧地殼凈生長的定量計算。
針對上述科學問題,中國科學院廣州地化所、深地科學卓越創(chuàng)新中心巖石學學科組博士生黃彤宇、王強研究員、馬林研究員和唐功建研究員,與甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院西藏乃東區(qū)調(diào)項目組合作,選擇岡底斯中東部的澤當?shù)貐^(qū)作為研究對象,通過詳細的野外采樣,剖面測量,年代學-地球化學分析以及數(shù)據(jù)整理,揭示了岡底斯弧晚中生代的俯沖侵蝕過程。研究結(jié)果取得了以下主要認識:(1)晚侏羅世巖漿?。↗3)與南部的蛇綠巖(120-130 Ma)直接斷層接觸在一起(圖1b-c),弧前地殼的截切以及縮短的弧-溝距離最有可能是俯沖侵蝕引起的,而與新生代以來的陸-陸碰撞過程無關(guān)。(2)晚侏羅世開始,弧巖漿活動逐漸向北遷移(圖1d和圖2a),并且伴隨著基性巖所代表的幔源巖漿全巖Nd同位素和鋯石Hf同位素的逐漸富集(圖2b-c),三者具有很好的耦合關(guān)系(圖2a-c),這很可能是俯沖侵蝕的、較富集的弧前陸殼物質(zhì)交代弧下地幔源區(qū)的結(jié)果。(3)研究區(qū)晚白堊世(~90 Ma)埃達克巖與晚白堊世之前的埃達克巖均具有與俯沖板片相關(guān)的埃達克巖特征(高Mg#值,Cr和Ni含量),但前者相較于后者具有更高的K2O含量和K2O/Na2O比值(圖2d-e),Th含量和Th/La比值(圖2f),以及更加富集的Sr-Nd同位素特征,同位素二元混合模擬顯示絕大多數(shù)晚白堊世埃達克巖落在MORB與陸殼的混合線上而非MORB與沉積物的混合線(圖2g),這表明其源區(qū)可能由洋殼和俯沖侵蝕的陸殼物質(zhì)共同參與。(4)研究區(qū)在130-110 Ma存在一個明顯的巖漿間歇期并在之后發(fā)生了弧巖漿向內(nèi)陸的遷移(圖2a),該巖漿間歇期代表大規(guī)模俯沖侵蝕發(fā)生的時間,并且俯沖侵蝕的觸發(fā)與新特提斯洋殼上的海山鏈、無震海嶺、大洋高原甚至擴張洋脊的俯沖密切相關(guān)(圖3b)。(5)研究區(qū)晚中生代地殼生長速率和俯沖侵蝕速率的定量估算結(jié)果表明,地殼生長(~3.4 to ~10.6 km3/km/Ma)是一個長期且緩慢的過程,而俯沖侵蝕(~31.2 ± 10.1 km3/km/Ma)則更像一個短期的劇烈脈沖。

圖1. (a)岡底斯弧的大地構(gòu)造位置;(b)岡底斯巖基和中生代火山沉積地層的分布;(c)澤當及其鄰近地區(qū)地質(zhì)簡圖;(d)兩條近南北向的實測剖面。

圖2. (a)定年樣品與俯沖帶的距離隨年齡變化;(b)基性巖全巖Nd同位素值隨年齡變化;(c)基性巖鋯石Hf同位素值隨年齡變化;(d-g)晚中生代與俯沖板片相關(guān)的埃達克巖地球化學成分對比。
因此,本研究提出晚中生代的歐亞大陸南緣是一個典型的侵蝕型大陸邊緣,該時期的岡底斯弧地殼不僅存在長期且明顯的垂向生長,同時也有大量陸殼通過側(cè)向侵蝕循環(huán)進入地幔,因此岡底斯弧在晚中生代并沒有地殼的凈生長。俯沖作用引起的地殼生長和破壞是一個普遍的過程并達到長期的動態(tài)平衡,從而維持陸殼體積的相對穩(wěn)定。

圖3. (a)早白堊世以前,新特提斯殼正常俯沖形成岡底斯弧巖漿;(b)130-110 Ma,洋殼上的高地形(例如海山和大洋高原等)俯沖導(dǎo)致上盤的弧前地殼觸發(fā)大規(guī)模的構(gòu)造侵蝕,并導(dǎo)致弧巖漿活動暫時停止;(c)晚白堊世,弧巖漿活動重新啟動,侵蝕的弧前陸殼物質(zhì)參與弧巖漿的形成,并伴隨弧前鋒向內(nèi)陸遷移;(d)現(xiàn)今觀察到弧地殼的截切以及弧巖漿的分布。
本研究成果近期發(fā)表在 Nature Index 期刊 Geophysical Research Letters 上。本項研究受到二次青藏科考(2019QZKK0702)、國家自然科學基金(42021002和91855215)、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(XDA2007030402)等項目的聯(lián)合資助。
論文信息:Huang, T.-Y. (黃彤宇), Wang, Q.* (王強), Wyman, D. A., Ma, L. (馬林), Tang, G.-J. (唐功建), Zhang, Z.-P. (張志平), & Dong, H. (董瀚) (2022). Subduction erosion revealed by Late Mesozoic magmatism in the Gangdese arc, South Tibet. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL097360. https://doi.org/10.1029/2021GL097360

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