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張暢等-EPSL:新特提斯洋瀕死洋脊處俯沖帶的重新啟動
2019-09-29 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  蛇綠巖是指保存在縫合帶中的一套基性-超基性巖石組合,通常被認為是古大洋巖石圈的殘片。蛇綠巖是進行古板塊重建的巖石學證據,也是研究古大洋形成演化最直接的巖石載體。在蛇綠巖底部,經常出露有一套變質巖,其原巖以俯沖洋殼物質為主,變質級別從下往上為綠片巖相至角閃巖相,甚至可達麻粒巖相。由于這套變質巖通常出露蛇綠巖底部的橄欖巖之下,因此它又被稱為變質底板 (Metamorphic Sole)。巖石學研究表明,這些變質巖的原巖性質與蛇綠巖上部的洋殼巖石具有一致性,而且對應的變質作用通常發生在蛇綠巖形成之后的10 Ma之內。傳統觀點認為,變質底板代表了洋殼形成后不久,其中一側的洋脊俯沖到另一側洋脊之下,由于俯沖上盤的地幔仍具有非常高的溫度,從而導致與其接觸的下盤洋殼發生高溫變質。因此,近來這些變質底板又被認為是俯沖起始的標志。 

  在西藏南部的雅魯藏布蛇綠巖帶底部,斷斷續續出露有一套以蛇紋巖為基質的混雜巖帶,其中的巖塊包含有被肢解的變質底板。前人的研究結果表明,雅江的變質底板巖石也符合全球其它變質底板的規律,如變質時代與蛇綠巖形成時代接近、變質巖原巖與蛇綠巖洋殼巖石的成分類似等。但是對其發生變質作用的溫壓條件(即P-T軌跡)以及它們所形成的構造背景還存在較大爭議,這些問題直接或間接阻礙了對于雅江蛇綠巖形成構造背景的認識。 

  針對以上問題,中科院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室博士后張暢與合作導師劉傳周等,對出露在雅江蛇綠巖帶中段拉孜蛇綠混雜巖中的變質底板進行了詳細的野外考察,并綜合開展了巖石學、地球化學及鋯石年代學等方面的研究工作。結果表明這套變質巖主體上包括(石榴石)斜長角閃巖和石榴輝石巖,它們的原巖與雅江蛇綠巖的洋殼巖石具有非常相似的地球化學特征,鋯石年代學表明其原巖的形成時代約為125 Ma,與雅江蛇綠巖的主體形成時代以及通過角閃石Ar-Ar定年獲得的變質時代非常一致。石榴輝石巖和斜長角閃巖的溫度-壓力計算結果顯示,這些巖石經歷了高溫變質作用,對應的地溫梯度高達25/km。在這些觀察的基礎之上,作者提出在洋中脊發生俯沖重新起始(Subduction Re-Initiation)的模型來解釋這套變質巖石的成因(圖1)。 

1 雅江蛇綠巖形成模式卡通圖

  在該模型中,新特提斯洋在130-120 Ma時由于接近擴張末期而轉變為超慢速擴張洋脊。與現今西南印度洋類似,通過拆離斷層在洋中脊處形成大洋核雜巖。前人古地磁結果表明在該時期,新特提斯洋脊非常接近亞洲大陸,因而可能發生了洋脊與活動陸緣的碰撞作用。由于大洋核雜巖具有高的正地形,從而被阻塞于海溝而保存下來。但是印度大陸持續向北漂移,在遠場應力作用下,新提斯洋脊中原本屬于伸展性質的拆離斷層轉變為俯沖帶,使得新特斯洋南側的洋殼繼續向北俯沖并最終消亡,從而引發歐亞與印度大陸之間的碰撞。

  該模型可以更好地耦合和解釋目前在地質關系、巖石學、地球化學、年代學以及古地磁等方面的觀察和測試結果。最近,Gülcher et al.(2019) Beaussier et al.(2019) 利用3D數字模擬的方法,提出洋脊附近的大洋拆離斷層體系可以為集中應力和啟動俯沖提供軟弱帶,從而說明慢速-超慢速洋脊的拆離斷層在擠壓環境可以轉變為俯沖帶。本研究的另一項意義在于提出雅江蛇綠巖代表了在超慢速擴張脊形成的大洋核雜巖,后來由于俯沖位置發生了躍遷使得其構造就位于弧前位置。     

  研究成果發表于Earth and Planetary Science Letters. (Zhang C*, Liu C Z*, Xu Y, Ji W B, Wang J M, Wu F Y, Liu T, Zhang Z Y, Zhang WQ. Subduction re-initiation at dying ridge of Neo-Tethys: Insights from mafic and metamafic rocks in Lhaze ophiolitic mélange, Yarlung-Tsangbo Suture Zone[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2019, 523: 115707. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.07.009)(原文鏈接 

 
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