青藏高原南部下地壳向北流动的依据

【摘要】青藏高原南部下地壳流动成为当代地学研究的热点甚至前沿课题,其流动方向一直存在争论。本文通过对青藏高原南部冈底斯埃达克质含矿斑岩进行详细的野外地质调查、年代学、全岩地球化学、全岩Sr-Nd-Pb和锆石Hf同位素研究,结合已有的地球物理资料,指示其下地壳由南向北的流动。本文进而厘定了成岩成矿物质源区,提出了含矿斑岩的成因模式以及岩浆侵位过程的大陆动力学背景。同时,通过对青藏高原南部卓奥友峰主峰西侧5个锆石和4个磷灰石裂变径迹样品的研究,获得了卓奥友峰地区在中新世不同时段的隆升速率,约束了藏南拆离系(STDS)在中新世的活动历史,指示了青藏高原南部中新世热隆伸展对下地壳流动过程的响应。大量的地球物理资料综合研究表明,青藏高原南部广泛发育壳内低速层、低阻层,其分布与下地壳高热流值、地震发生的多震层范围较为一致,表明青藏高原南部存在壳内部分熔融层,并且是广泛发育。青藏高原南部和其南部恒河盆地的moho面表现出与高原高海拔的镜像对称关系,恒河盆地下地壳特别薄、上地壳相对较厚,而青藏高原的地壳加厚,特别是下地壳增厚,表现出物质的循环过程：在地表,青藏高原的风化剥蚀物进入恒河盆地沉积,使得青藏高原南部剥露出中、下地壳物质,而恒河盆地上地壳加厚；在地壳内,恒河盆地下地壳物质受热熔融发生韧性流动进入青藏高原,使得恒河盆地下地壳减薄,而青藏高原下地壳不断增厚。青藏高原南部地表南北向正断层的分布,约束了温泉的出露,表现出与广泛发育的壳内低速、低阻层很好的一致性,暗示了在青藏高原南部南北向正断层之下,存在壳内部分熔融层,形成不同的流动通道,控制着青藏高原浅源地震和地表温泉的分布。下地壳麻粒岩或麻粒岩相包体主要出露于喜马拉雅核部,大多数麻粒岩呈透镜状、团块状、似层状产于片麻岩和石英岩中,由糜棱面理和构造片理构成局部强应变带。麻粒岩的主要造岩矿物为：斜方辉石、单斜辉石、斜长石、角闪石和石榴石,他们都显示出强烈塑性变形的显微构造特征,整体表现出固态流变特征。喜马拉雅高压麻粒岩年龄存在17Ma左右的峰期年龄,与喜马拉雅造山带大规模的逆冲推覆作用、伸展拆离作用和淡色花岗岩侵位同步。强应变带中岩石塑性流变强烈,应变量大,发生应变局部化,形成顺层伸展性韧性剪切带,发育透入性拉伸线理,矿物颗粒细粒化,显示稳态流动特征。喜马拉雅的变质作用、岩浆活动、火山作用是同构造过程,与地壳伸展和韧性流动有关。以冈底斯南缘冲江和朱诺两个矿区为主要研究对象,含矿斑岩体地表呈不规则岩株或岩脉陡立产出。矿区构造以形成于中新世的高角度正断层系统为主,可以划分为两个阶段：早期阶段为E-W向的高角度正断层,一般沿河谷两侧分布而构成典型的地堑构造,如者拉普曲、康莎普曲两侧即发育相向的高角度正断层而构成地堑；晚期阶段为S-N向、NNW向高角度正断层,沿河谷展布而形成地堑,如美曲藏布、木普曲两侧亦即发育相向的高角度正断层而构成地堑。测区S-N向、NNW向的地堑规模更大。且在E-W向与S-N向、NNW向断层交汇处往往是成矿的有利地段。含矿斑岩新鲜面为灰～灰白色,具似斑状结构、块状构造。矿体主要赋存在斑岩体及其外接触带的斑状角闪二长花岗岩和黑云母花岗斑岩中。由斑岩体向外,蚀变类型有钾化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化、高岭土化→青盘岩化、硅化、泥化及铁碳酸岩化等,黄铁绢英岩化、硅化与矿化密切相关。本文对冲江矿区2个样品和朱诺矿区的3个样品的锆石进行U-Pb年龄测试。获得其侵位年龄为14.8-15.3Ma,均显示岩体成岩时代为中新世。这与前人研究获得的冈底斯含矿斑岩的成岩年龄(20-11Ma)成果基本一致。大多数锆石无色透明至浅灰色,并具很好的棱柱状晶形,锆石颗粒大多为50～400μm,长宽比例为1.5：1～4：1。通过CL图像可见锆石发育清晰的韵律振荡环带,且环带较窄,指示其为低温环境结晶较慢的岩浆锆石。冈底斯南缘含矿斑岩样品主、微量数据,表现出Si02(63-37%-74.59%),A1203(12.80%-16.27%),CaO(0.63%-4.13%),Na2O(0.03％-5.34%),K2O(2.84%-5.98%),和高Sr/Y比值(11～166),高(La/Yb)N比值(22～83),以及Eu/Eu*比值(0.6-1.0)的特征。暗示其具有埃达克质岩石的特征。同时,冈底斯埃达克质花岗斑岩具有较大范围的Mg#(31.70～57.91)值,较高的Mg#可能指示存在地幔物质的混染,对于不同矿区埃达克质岩的横向对比,推测不同矿体,由于源岩中地幔物质参与量的不同,导致Mg#含量的变化。另外,冈底斯含矿埃达克质斑岩的大离子不相容元素Rb、K、U、Th和Pb高度富集,高场强元素Nb、Ta、Ti和重稀土元素Yb强烈亏损,缺少Eu负异常,说明石榴子石在岩浆源区大量残留。冲江岩体锆石εHf(t)值为+0.5～+5.1,朱诺岩体锆石εHf(t)值为-6.9～-0.1,他们与徐旺春等(2010)报道的镁铁质麻粒岩的锆石Hf值(-2.5～+4.8)具有很好的叠合性,暗示镁铁质麻粒岩(印度镁铁质下地壳)可以作为他们的岩浆源区。此外,Sr-Nd同位素表现出雅鲁藏布江蛇绿岩和拉萨地块两个端元混合的特征,Pb同位素表现出雅鲁藏布江蛇绿岩和喜马拉雅富集陆壳端元的特征。上述同位素地球化学特征表明,冈底斯中新世埃达克质斑岩的岩浆源区物质组成包括：拉萨陆壳、印度陆壳、雅鲁藏布江蛇绿岩(地幔成分)。笔者通过对青藏高原喜马拉雅卓奥友峰5个锆石和4个磷灰石样品的裂变径迹实验,分别获得年龄范围为：12.4-14.3Ma。笔者通过年龄温度法计算,得到中新世洛子峰拆离断层在卓奥友峰地区在中新世时期剥蚀作用逐渐增强：17-15.2Ma地壳冷却速率较慢-37.8℃/Ma;15.2-13.5Ma地壳冷却速率为82.4℃/Ma,并且在14.3Ma左右构造活动最强烈,达到峰值；13.5-12.4Ma地壳冷却速率可达100℃/Ma。这些构造作用的地壳冷却历史,暗示了青藏高原南部中新世快速隆升对下地壳流动过程的响应。因此,根据我们对西藏冈底斯南缘含矿斑岩的地球化学和年代学研究,本文认为这些埃达克质斑岩的成因模式为冈底斯之下加厚的地壳的部分熔融,其成岩成矿物质源区来自拉萨陆壳、印度陆壳、雅鲁藏布江蛇绿岩(地幔成分),而这些物质汇聚于冈底斯之下的地球动力学背景是青藏高原南部下地壳由南向北流动。
【作者】高成；
【导师】李德威；
【作者基本信息】中国地质大学，构造地质学，2014，博士
【关键词】青藏高原；冈底斯；卓奥友峰；下地壳流动；Sr-Nd-Pb-Hf同位素示踪；

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