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科学研究

陈生生:藏南措美大火成岩省:凯尔盖朗(Kerguelen)地幔柱早期活动的产物【JP,2021】
2021-12-09 阅读:1287

探索大火成岩省与地幔柱之间的关系是国际地学界普遍关注的前沿问题。凯尔盖朗(kerguelen)地幔柱是地表火山链最长的地幔柱之一,普遍认为其活动起始于120 Ma。但在东冈瓦纳大陆分布着一些更老的火成岩省,如藏南措美大火成岩省(147-130 Ma),目前还不清楚其成因是否与凯尔盖朗地幔柱有关(图1)。对于古老大火成岩省,由于受后期地质过程破坏,很难用地幔柱的宏观地质特征来鉴别。更者,大陆背景下的岩浆岩通常具有演化的特征,易受到岩石圈物质的混染,并且古老岩石圈地幔和富集地幔柱源区很难用常规Sr-Nd-Pb同位素区别,因此地幔柱在解释古老大火成岩省时往往是有争议的。

针对上述研究难题,【威尼斯人游戏】-威尼斯3775网站陈生生副教授、许继峰教授与中科院青藏所范蔚茗研究员、史仁灯研究员一起,选择西藏错那和江孜两个地区早白垩世火山岩为研究对象,在详细的野外地质调查基础之上,开展了系统的岩石学、地球化学和地质年代学的研究,并与凯尔盖朗大火成岩省数据进行了对比,取得了以下新认识:

1、  错那玄武岩以夹层形式出现在拉康组地层中,而江孜辉绿岩侵入到侏罗纪地层中,其锆石U-Pb测年结果分别为ca.137 Maca. 131 Ma

2、  相比于江孜辉绿岩,错那玄武岩具有高的Mg#(>63)和MgO(>10.15 wt.%)。总体上,这两套岩石都表现为高TiO2、富集高场强元素和正的Nb-Ta异常,呈现洋岛玄武岩(OIB)的地球化学特征(图2)。地球化学模拟结果显示错那玄武岩由含石榴石二辉橄榄岩(3-5%石榴石)源区经历低程度部分熔融(3-5%)所形成,江孜辉绿岩由石榴石二辉橄榄岩(1-5%石榴石)源区经历更低程度(1-5%)熔融所形成。

3、  江孜辉绿岩具有高的OsPb同位素组分,暗示着地壳混染;然而错那玄武岩具有高的Os139-248 ppt)、低的γOs(t)+5.4~+13.0)和Pb同位素组分,表明其地壳混染不明显。总体上,错那玄武岩具有的主微量元素和Sr–Nd–Pb–Os同位素与凯尔盖朗地幔柱头的产物十分相似(图2-3),并结合高的地幔熔融温度(>1500℃),表明措美火成岩省很可能属于凯尔盖朗地幔柱早期活动的产物。因此,相比于江孜,错那更靠近地幔柱通道,具有更纯的地幔柱物质来源。这对解释其他大火成岩省Re-Os同位素变化具有重要的指示意义,即距离地幔柱通道越远,其地壳混染越明显(图3)。

4、  本文研究结果并综合区域地质资料表明地幔柱初始模型可以较好解释凯尔盖朗大火成岩省的时空演化特征,即凯尔盖朗地幔柱头活动(147-85 Ma)形成大陆及大洋环境下的大火成岩省(如措美、BunburyRajmahal Traps和凯尔盖朗高原等),东经90°海岭可能代表了其余羽状管道或尾部”(82-38 Ma)的持续表现,随后由于凯尔盖朗高原厚的岩石圈使得岩浆活动逐渐减少,目前只在凯尔盖朗高原北-中部有岩浆活动(40-0 Ma)。另外,考虑到东冈瓦纳大陆裂解时代为132-130 Ma,因此凯尔盖朗地幔柱对大陆裂解前发挥了重要的作用。

该研究以措美大火成岩省为例,从Re-Os同位素角度提供了古老大火成岩省地幔柱成因的直接证据,为揭示Kerguelen地幔柱活动历史、为理解东冈瓦纳大陆裂解机制提供进一步制约。

 

图 1 东冈瓦纳大陆凯尔盖朗大火成岩省和措美大火成岩省分布简图

 

图2 研究区基性岩和凯尔盖朗大火成岩省稀土元素和不相容元素标准化图解

 

图3 研究区基性岩和其他地区大火成岩省Os-γOs同位素图解

 

上述成果发表在地球科学领域国际著名期刊《Journal of Petrology》上:Chen, S.S.*, Fan, W.M., Shi, R.D., Xu, J.F., Liu, Y.M., 2021. The Tethyan Himalaya igneous province: Early melting products of the Kerguelen mantle plume. Journal of Petrology, egab069.

全文链接:https://doi.org/10.1093/petrology/egab069


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