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广州地化所在青藏高原羌塘中部三叠纪榴辉岩形成时代与过程方面取得新进展
发表日期: 2018-02-06
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  榴辉岩是玄武质的洋壳或陆壳物质俯冲至几十甚至数百公里,在高压-超高压变质条件下形成的特殊岩石类型。榴辉岩通常经历了俯冲进变质、峰期高压-超高压变质、以及折返退变质等复杂的演化历史,确定其完整的P-T轨迹及精细的年代谱系,对于理解造山带的演化至关重要,也是国际地质研究的难点和热点。锆石中矿物包裹体的测定结合对应锆石微区精细的U-Pb定年被认为是确定榴辉岩复杂变质演化历史的有效手段,在苏鲁-大别等著名的高压-超高压变质带研究中获得了巨大的成功,目前已被广泛应用在全球几乎所有变质岩的研究中。然而,通过对青藏高原羌塘中部片石山榴辉岩(图1)的研究,发现锆石微区的矿物包裹体可能与相应的锆石微区并没有必然的成因联系,这种传统研究方法的可靠性及适用性可能需要重新考虑。 

  青藏高原羌塘中部片石山榴辉岩是古特提斯洋俯冲消减的产物,是龙木错-双湖缝合带存在的重要依据。前人根据锆石中广泛存在榴辉岩相矿物包裹体(如绿辉石、石榴石、多硅白云母等),认为锆石形成于榴辉岩相变质阶段,其早三叠世(237-232 Ma)的锆石U-Pb年龄代表了榴辉岩相峰期变质时代。中国科学院广州地球化学研究所岩石学学科组但卫副研究员等对该锆石的成因提出了质疑,同时基于变质锆石和岩浆锆石一般具有不同的氧同位素、微量元素特征和形成温度的原理,对该榴辉岩重新进行了细致的锆石原位U-Pb-O同位素、微量元素以及全岩地球化学研究。 

1 青藏高原中部羌塘片石山榴辉岩及分布图 

  研究揭示,片石山榴辉岩的锆石为岩浆锆石,锆石年龄为~238 Ma(图2ab。锆石CL图像显示具有带状环带(图2a),高的ThU含量以及Th/U值(大部分>1),类似于基性岩浆锆石;氧同位素δ18O 值为5.2± 0.6‰ (2SD)(图2c),类似于亏损地幔的值;稀土配分模式显示其具有正的Ce和负的Eu异常,不亏损重稀土(图2d),与典型榴辉岩相变质锆石(正的Eu异常,明显亏损重稀土)具有显著的差异;锆石Ti温度为721–856 °C,明显高于片石山榴辉岩峰期变质温度(~500℃)。所有这些都表明,这些锆石均为榴辉岩原岩的岩浆锆石,锆石中变质矿物的包裹体可能是晚期(通过裂隙或其他途径)进入锆石内部的产物。因此,其锆石年龄~238 Ma代表了榴辉岩原岩形成的时间,而并非榴辉岩变质峰期时代。地球化学研究表明,榴辉岩具有OIB的特征,很可能形成于大洋中。 

 

2 片石山榴辉岩锆石年龄、氧同位素和稀土元素配分图 

  人石榴子石Lu-Hf定年最小年龄为~233Ma, 可能代表其峰期变质时代;白云母Ar-Ar年龄为~220Ma,代表其冷却折返时代。结合区域演化历史,可构建榴辉岩的演化过程(图3):玄武质岩石在~238 Ma形成;在很短的时间里就俯冲至50-60 km并经历了~233 Ma的榴辉岩相变质作用;随后在~220 Ma拆返至中上地壳。 

 

3 青藏高原中部片石山榴辉岩经历快速演化的卡通图

  此项研究对青藏高原古特提斯洋的闭合时间进行了有效的约束,并表明地壳物质的循环可以发生在极短的时间里。 

  研究成果发表在近期出版的国际著名地学期刊《Chemical Geology》上。 

  Dan, W., Wang, Q., White, W.M., Zhang, X.Z., Tang, G.J., Jiang, Z.Q., Hao, L.L., Ou, Q., 2018. Rapid formation of eclogites during a nearly closed ocean: revisiting the Pianshishan eclogite in Qiangtang, central Tibetan Plateau. Chemical Geology 477, 112-122. 

  论文链接: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.12.012

 

    

  同位素地球化学国家重点实验室 & 科技与规划处供稿 

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