2016年04月08日 星期五

研究亮点

康月蓝、石玉若等-IGR:从郯庐断裂带中南段岩浆作用看早白垩世华北克拉通岩石圈破坏机制

来源:地调局地质所 作者:康月蓝、石玉若、科技处 发布时间:2021-08-06

  华北克拉通岩石圈在中生代遭受破坏,这一观点已被地学界广泛接受。尽管大多数模型都显示该破坏过程与古太平洋俯冲作用有一定联系,但华北克拉通破坏的时间及其机制仍存有争议。位于中国东部的郯庐断裂带中生代演化历史是华北克拉通破坏过程的重要记录,其构造运动又与太平洋的俯冲作用有很好的响应关系。本研究试图从郯庐断裂带广泛分布的中生代岩浆岩(图1)角度入手,来探讨中生代构造-岩浆演化作用过程、以及该断裂带中生代构造活动与华北克拉通破坏作用的联系。

图1. (a)郯庐断裂带中南部地质示意图; (b)苏鲁造山带和鲁西地区中生代岩浆岩的分布图;(c)大别造山带和郯庐断裂南部中生代岩浆岩分布图

  中国地质科学院地质研究所石玉若研究团队对郯庐断裂带及邻区的早白垩世岩浆岩进行了SHRIMP锆石U-Pb定年、锆石O-Hf同位素以及全岩地球化学元素分析测试,并搜集整理了郯庐断裂带沿线地区早白垩时期岩浆岩的年龄和地球化学数据,取得了以下研究成果:
  1. 沿郯庐断裂带分布的早白垩世岩浆主要来源于地壳物质的部分熔融。根据地球化学特征,本次研究确定了在断裂带分布的四种岩石类型:高镁埃达克岩(HMA)、低镁埃达克岩(LMA)、正常长英质岩(NIF)和A型花岗岩(图2)。LMA最早出现在大别地区(143~128Ma),大别地区低镁埃达克岩早于苏鲁地区(130~112 Ma)。地壳增厚后,下地壳熔融产生LMA。随着壳幔相互作用增加,产生了代表拆沉下地壳与地幔反应的高镁埃达克岩(HMA),与LMA相比,HMA具有更高的Mg#值(大于45),结合同位素特征表明此类岩石代表了拆沉下地壳和地幔物质反应后的产物。我们认为,高镁埃达克岩(HMA)的形成可以制约壳幔相互作用的时间,约为135 Ma。A型花岗岩在125 Ma后开始产生,代表研究区进入大规模的拉张构造背景之中。
  2. 郯庐断裂带中南段及其邻区在135 Ma后岩浆作用有向东变年轻的趋势。结合岩石的时空分布特征可以得出在135 Ma以后,该地区的岩浆活动呈现出向东年轻化趋势,根据研究区中生代时期的构造演化,这一趋势可能与早白垩世古太平洋板块后撤有关。沿断裂带分布的岩浆活动峰期与华北克拉通中生代的岩浆峰期一致,均为135-125 Ma,这一时期也是岩石圈减薄的高峰期。
  3. 大型断裂带对于克拉通破坏的作用不可忽视。在135-125 Ma期间地幔物质和含水流体对岩浆的形成起着关键作用,断裂带地区拆沉作用和板片俯冲释放流体的化学侵蚀都对岩石圈的破坏产生了影响。通过分析不同岩石类型时空分布及其岩浆源区特征,岩浆岩的地球化学特征显示,距离断裂带越近,岩浆源区更多地遭受了俯冲板块含水流体的交代。因此,郯庐断裂带作为地幔物质和俯冲流体输送的有利通道,其下伏岩石圈遭受了更强烈的破坏和变薄。
图2.郯庐断裂带中南部花岗岩类时空相关性示意图。(高镁埃达克岩:HMA;低镁埃达克岩:LMA;正常长英质岩石:NIF;A型花岗岩类:A)
  郯庐断裂带的形成演化可以反映中生代时期华北克拉通经历的构造演化过程,其在中生代的构造活动主要受古太平洋板块俯冲作用的影响。断裂带是热和物质传输的良好通道,在中生代时期沿着断裂带产生的岩浆能比较直观地反映岩浆源区特征,本研究成果为揭示中国东部早白垩世岩浆岩成因,探讨华北克拉通岩石圈破坏的构造机制方面提供了一个新的着眼点。
  研究成果近期发表在国际SCI期刊《International Geology Review》上(Yuelan Kang , Yuruo Shi & J. Lawford Anderson (2021) Tectonic mechanism and evolution of eastern China during the Early Cretaceous: a view from magmatism in the middle to Southern Tan-Lu fault zone, International Geology Review, 63:1, 21-46, DOI: 10.1080/00206814.2019.1700400),康月蓝博士研究生为第一作者,石玉若研究员为通讯作者。
  原文链接:https://doi.org/10.1080/00206814.2019.1700400