“深地资源勘查开采”专项
                燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应
华北克拉通早白垩世碱性玄武质岩浆作用与太平洋板块俯冲
2017-11-23 22:46

越来越多的证据表明大陆岩石圈地幔是不断演化的。具体表现在其厚度和元素、同位素组成随着时间的变化。大陆玄武岩是研究下覆岩石圈地幔和软流圈成分演化的最直接对象。前人研究发现两种类型的大陆玄武岩,它们分别具有类似于洋岛玄武岩OIB和岛弧玄武岩IAB的地球化学特征。在某些情况下,这两类玄武岩存于同一地区。研究这些玄武岩的起源和时空演变对于理解大陆岩石圈的演化具有重要意义。

岛弧岩浆和大陆地壳最显著的成分特征是大离子亲石元素LILE的富集和高场强元素(HFSE) 的亏损。其中,岛弧岩浆形成于地幔楔的渗滤熔融flux melting: 俯冲板片释放的流体、富水熔体上升进入上覆地幔楔,降低地幔岩石的固相线,诱发熔融从而形成岛弧岩浆。而岛弧岩浆的成分则受控于遭受不同比例俯冲组分交代地幔楔的部分熔融。具体表现为跨越岛弧方向上距海沟越远,弧岩浆的H2O、流体活动性元素B, As, Sb, Pb, Ba)含量LILE/HFSE比值的系统性降低。这种变化实际上指示了从岛弧到弧后俯冲地壳物质及板片到地幔楔熔、流体通量的降低。若华北地区白垩纪玄武岩与太平洋板块俯冲有关,我们应当能观察到类似的成分变化。


1 华北克拉通白垩纪玄武岩分布


本文系统研究了华北地区早白垩世碱性玄武岩的时空分布和地球化学特征变化(1),我们发现:1该地区碱性玄武岩地球化学成分在~108 Ma发生了从“OIB-like”“arc-like”的转变,Nd同位素组成也由富集转变为亏损;2)>108 Ma的碱性玄武岩表现出沿着北西方向逐渐降低的Th/Nb La/Nb, 而逐渐升高的Nb/U23碱性玄武质岩浆活动向南东方向迁移。综合前人对太平洋板块漂移历史、日本和朝鲜半岛洋脊俯冲记录的研究,我们认为华北地区白垩纪的岩浆作用与太平洋板块俯冲后撤及洋脊平俯冲有关。


2 108 Ma碱性玄武岩沿南东向成分变化特征


对于南美地区平俯冲洋脊的地球物理研究表明:俯冲板片在洋脊位置俯冲角度最小,并可以影响到内陆更远的地区,而洋脊两侧,板片的俯冲角度很快就恢复正常。同时,平俯冲的板片释放的熔体、流体将会交代上覆地幔岩石,这些交代的信号最终体现在具有“arc-like”特征的玄武岩上。在地表,我们就会观察到这些玄武岩类似于抛物线围成的分布区域(3)。由于伊泽纳吉板块向北漂移的速度较快,洋中脊也持续向北发生漂移(4)。当阻隔软流圈和大陆岩石圈的大洋岩石圈向北移开,软流圈上涌发生减压熔融,大量的熔体交代、侵蚀、改造上覆岩石圈地幔,而相应玄武质岩也体现出亏损的特征。简言之,洋脊的北西向平俯冲和俯冲物质交代造成了碱性玄武岩成分由“arc-like”“OIB-like”的转变,而古太平洋持续的俯冲后撤则导致碱性玄武质岩浆活动向南东方向的迁移。结合前人研究成果,我们认为:华北克拉通的破坏是俯冲剥蚀、岩石圈水化、拆沉及热侵蚀等过程先后作用的综合结果,但是最根本的动力学诱因应当是太平洋板块和伊泽纳吉板块之间洋脊的平俯冲以及古太平洋的持续后撤。

   3 中国东部白垩纪碱性岩浆作用与太平洋俯冲的关系

   4 中国东部碱性玄武质岩浆作用与洋脊俯冲和持续北向漂移的关系

该论文近期发表在Chemical Geology上,第一作者是中国科学院广州地球化学研究所博士研究生吴凯,通讯作者为凌明星研究员和孙卫东研究员。本研究受到国家重点研发计划深地资源勘查开采专项燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应2016YFC0600408的资助。

论文信息:

KaiWu, Mingxing Ling, Weidong Sun, Jia Guo, Chanchan Zhang, 2017. Major transitionof continental basalts in the Early Cretaceous: Implications for thedestruction of the North China Craton. Chemical Geology 470, 93-106.

论文链接:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254117304771


 
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