科学研究

广州地化所提出构造环境判别新方法

  

  识别岩浆产出的构造环境是地质研究的重要内容之一。传统的构造判别方法对于源区受到俯冲交代的岩浆岩构造环境判别存在问题,因而急需一种新的判别方法识别这类岩浆的构造环境。中国科学院广州地球化学研究所运用B同位素在判别中亚造山带(Central Asian Orogenic Belt)二叠纪构造环境上取得了重要进展。 

  中亚造山带位于西伯利亚克拉通、华北-塔里木克拉通和欧洲克拉通之间,是全球最大的显生宙增生型造山带。其地壳生长由北向南逐步增生,时代上始于约1000 Ma,止于晚石炭世或三叠纪。长期以来,对中亚造山带构造环境,尤其是二叠纪的构造背景存有争议。前人运用岩石地化手段对构造环境的判别多依赖于传统的微量元素图解投图。由于中亚造山带经历了多期俯冲事件,其岩石圈地幔甚至软流圈地幔的地球化学特征已经被俯冲流体/熔体所重置,因此无论产于俯冲带还是板内环境的岩浆均显示岛弧岩浆的特征。因此传统地球化学手段无法准确判断岩浆形成的构造背景。   

  1 δ11B - B/Nb图解判别大南湖石炭纪-二叠纪火山岩的构造背景    

  B同位素(11B10B)和Nb元素在俯冲环境和板内环境下存在显著的行为差异,为构造环境的判别提供了新的思路。在板块俯冲过程中,B是不相容活动元素,倾向于随流体进入地幔楔,同时B同位素发生分馏,11B随流体进入地幔楔;而Nb元素则滞留于俯冲的板片。因此,随着俯冲的深入,俯冲流体的δ11B - B/Nb呈现出正相关性(图1渐变线条);而由于地幔楔继承了这一特性,并且在部分熔融过程中BNb不分异,因而形成的岛弧岩浆岩具有高的B含量和高的δ11B值;随着俯冲的深入,B/Nb比值与δ11B值大致呈正相关关系(图1灰色粗线条)。相反,起源于再循环洋壳的板内岩浆由于经历了俯冲过程的脱水作用,B含量降低,在δ11B - B/Nb图中呈负相关关系(图1红色渐变区域)。 

  对中亚造山带南缘吐哈盆地大南湖石炭纪-二叠纪火山岩剖面的安山岩(321.2 Ma)和玄武岩278.9 Ma)进行了研究,发现两套岩石均具有大离子亲石元素相对于高场强元素富集和类似于MORBSr-Nd-Pb同位素组成特征,即典型的岛弧岩浆特征。然而石炭纪安山岩呈现出B/Nbδ11B正相关关系,与世界范围内典型的岛弧岩浆相似,形成于俯冲环境;而二叠纪岩浆岩呈现出负相关的特征,与世界范围内的板内岩浆相似,形成于板内环境。因此中亚造山带南缘在石炭纪-二叠纪发生了构造转折。考虑到该区域广泛存在一次二叠纪热异常的证据,因此二叠纪玄武岩可能是受到交代的岩石圈地幔在地幔柱烘烤下的熔融产物。 

  该研究由中科院广州地化所徐义刚课题组的刘海泉博士完成,得到中国科学院先导B专项(XDB18000000)和国家973项目(2011CB808900)资助。     

  Liu, H.-Q., Xu, Y.-G., Wei, G.-J., Wei, J.-X., Yang, F., Chen, X.-Y., Liu, L., and Wei, X., 2016. B isotopes of Carboniferous-Permian volcanic rocks in the Tuha basin mirror a transition from subduction to intraplate setting in Central Asian Orogenic Belt. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 121(11): 7946-7964. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB013288/full