郝露露等-EPSL:利用硼同位素識別俯沖陸殼物質再循環

  
后碰撞巖漿作用廣泛分布于大陸碰撞造山帶中(如, 青藏高原),被普遍認為是大陸俯沖的產物。然而,先前大洋俯沖時洋殼物質的再循環也能貢獻后碰撞巖漿巖的產生。準確識別后碰撞巖漿巖中的再循環地殼組分對于理解大洋俯沖到大陸俯沖的發展以及造山帶的演化具有重要意義。青藏高原南部的拉薩地塊分布有大量的后碰撞超鉀質巖(圖1A),這些巖石的形成和印度大陸板塊的俯沖以及青藏高原隆升的深部動力學過程密切相關,吸引了國內外學者廣泛關注。這些超鉀質巖普遍具有弧型微量元素特征和富集的放射性成因Sr-Nd-Pb同位素組成。然而,其富集地幔源區的交代介質(新特提斯洋沉積物vs. 俯沖印度陸殼)仍然存在爭議。
近日,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心郝露露副研究員、王強研究員和韋剛健研究員等人通過對拉薩地塊后碰撞超鉀質巖(圖1B)的硼(B)同位素研究,并結合主-微量元素和Sr-Nd-Pb-O同位素數據,揭示了這些后碰撞巖漿巖起源于俯沖印度大陸地殼交代的富集地幔。研究結果取得了以下主要認識:(1)后碰撞中新世(13-11 Ma)超鉀質巖具有很低的B/Nb(0.05 ~ 0.85)和δ11B(-20.5 ~ -10.3‰)值,明顯不同于拉薩地塊碰撞前早古新世(~64 Ma)超鉀質巖(B/Nb = 0.85 ~ 1.89, δ11B = -9.0 ~ -2.5‰)以及現代弧巖石(圖1C-D);相反地,這些輕B同位素組成在西安納托利亞(Anatolia)后碰撞超鉀質巖中曾有報道。(2)西安納托利亞后碰撞超鉀質巖的低δ11B被認為來自滯留大洋板片的持續脫水或是俯沖大陸地殼。拉薩地塊后碰撞超鉀質巖部分樣品比西安納托利亞具有更低的B/Nb,明顯低于洋中脊玄武巖(MORB)值,意味著貧流體的源區(圖1D)。它們的低δ11B也不是來自大洋板片沉積物熔體的貢獻。沉積物熔體對弧巖漿的貢獻在俯沖階段普遍存在,然而其B含量和同位素的特征容易被流體信號掩蓋。后碰撞階段由于大洋板片的拆離,流體信號減弱,沉積物熔體的低B/Nb和重B同位素特征可以在后碰撞巖漿巖中體現,如亞美尼亞(Armenia)后碰撞巖漿巖(圖1D)。(3)結合印度陸殼的輕B同位素組成,拉薩地塊后碰撞超鉀質巖極輕B同位素組成應來自于俯沖印度陸殼的貢獻。這一結論也與Sr-Nd-Pb-O同位素數據吻合。(4)拉薩地塊后碰撞巖漿作用的源區主要受控于俯沖印度大陸的影響。根據其時空分布特征和區域的構造特征,我們支持印度大陸俯沖先斷離后撕裂的兩階段動力學模型(圖2):25-18 Ma,俯沖印度大陸板塊發生斷離,引發喜馬拉雅和拉薩地塊南北向伸展(圖2A);18-8 Ma,俯沖印度板塊發生撕裂,引發拉薩地塊東西向伸展(圖2B);在大陸俯沖過程中,來自俯沖印度大陸具有極輕B同位素組成的物質交代拉薩地塊下部地幔形成了超鉀質巖的富集地幔源區。

圖1 青藏高原南部拉薩地塊后碰撞超鉀質巖分布及其B同位素和B/Nb圖解。(A)拉薩地塊新生代巖漿巖的分布:1, 后碰撞富鉀火山巖; 2, 后碰撞埃達質巖; 3, 林子宗火山巖; 4, 容尼多碰撞前(~64 Ma) 超鉀質巖;(B)當惹雍措-許如措裂谷地區中新世(13-11 Ma)富鉀火山巖分布;(C)當惹雍措-許如措超鉀質巖B同位素組成和緯度關系圖;(D)當惹雍措-許如措超鉀質巖的B/Nb和B同位素組成圖解。

圖2 青藏高原南部后碰撞階段深部動力學過程模式圖
本研究為大陸俯沖對后碰撞巖漿巖極輕B同位素的貢獻提供了一個很好的證據,確認了B元素和同位素在區分大洋俯沖和大陸俯沖上的應用潛力。論文的B含量和同位素數據在中國科學院廣州地球化學研究所公共技術服務中心元素與同位素分析平臺完成測試。
本研究成果近期發表在國際地學著名期刊Earth and Planetary Science Letters上。本項研究受到二次青藏科考(2019QZKK0702)、國家自然科學基金(42021002, 91855215, 42073025)、中科院青促會(2022357)、廣州市基礎研究計劃等項目的聯合資助。
論文信息:Hao, L-L. (郝露露), Wang, Q.* (王強), Kerr, A., Wei, G-J. (韋剛健), Huang, F. (黃方), Zhang, M-Y. (張妙燕), Qi, Y. (齊玥), Ma, L. (馬林), Chen, X-F. (陳雪霏), Yang, Y.-N. (楊亞楠), 2022. Contribution of continental subduction to very light B isotope signatures in post-collisional magmas: evidence from southern Tibetan ultrapotassic rocks. Earth and Planetary Science Letters, 584, 117508. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117508.
 
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