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从洋壳俯冲到大陆碰撞的构造转换：来自中国东部三叠纪基性岩脉的地球化学证据

2、地球化学 > 专题12：岩石地球化学

大陆碰撞造山带的形成包括从洋壳俯冲到大陆碰撞等一系列构造过程，大陆地壳俯冲一般是受到了先前俯冲洋壳的重力牵引。随着板片俯冲的进行，俯冲洋壳和陆壳来源的熔/流体会交代上覆地幔楔橄榄岩，产生不同地球化学成分的地幔区域，由此部分熔融可产生形成具有不同地球化学特征的镁铁质岩浆岩。然而，与大洋俯冲带之上广泛出露同俯冲弧型岩浆岩不同，大陆碰撞造山带很少发育同俯冲岩浆岩。因此，识别大陆碰撞造山带同俯冲岩浆作用，研究其地幔源区性质，对认识碰撞造山带物质循环以及从洋壳俯冲到大陆碰撞的构造演化具有重要意义。秦岭-桐柏-红安-大别-苏鲁造山带是典型的大陆碰撞造山带，其演化包含了从晚古生代古特提斯洋壳俯冲到早中生代华南-华北陆块碰撞的连续过程。造山带内部广泛发育碰撞后岩浆岩，在苏鲁造山带东部发育有同折返岩浆岩，但是此前在华北陆块东南缘却没有同俯冲岩浆岩报道。我们对出露于华北东南缘大连地区的基性岩脉进行了详细的同位素年代学和地球化学研究，首次发现侵位于大陆碰撞早期的镁铁质岩浆岩。
LA-ICPMS锆石U-Pb年龄指示，基性岩脉侵位于早三叠纪(247-244 Ma)，该时期华南-华北陆块处于大陆碰撞初始阶段，指示大连基性岩为大陆碰撞造山带同俯冲岩浆岩。大连基性岩微量元素特征表现为富集LREE和LILE，不亏损HFSE，具有类似于OIB的微量元素特征。在放射成因同位素上，表现为亏损到弱富集的Sr-Nd-Hf同位素组成。这些地球化学特征指示，基性岩来自俯冲洋壳来源熔体改造的地幔源区。俯冲洋壳到达>200km的弧后深度发生部分熔融，金红石发生分解，产生富集LREE和LILE但是不亏损HFSE的含水长英质熔体，由此交代地幔橄榄岩产生相对富化、富集的地幔源区。岩浆锆石Hf-O同位素组成分为两组，一组具有相对亏损的Hf同位素组成和高O同位素组成，另一组具有相对富集的Hf同位素组成和高O同位素组成，分别对应低温蚀变洋壳玄武岩及其上覆的沉积物。同时，样品中发现有早古生代年龄(429-422 Ma)和中-新元古代年龄(1059-786 Ma)继承锆石，分别与古特提斯洋壳变质年龄和华南陆壳岩浆岩年龄一致，指示俯冲古特提斯洋壳及其上覆陆源沉积物参与了地幔交代作用。基性岩全岩具有高的Fe/Mn和Zn/Fe比值，指示其源区为交代成因的富硅辉石岩而不是正常橄榄岩。
基于这些数据和前人大别-苏鲁造山带构造演化的研究，可见晚古生代俯冲的古特提斯洋壳及其上覆沉积物来源的熔体交代了华北大陆岩石圈之下的软流圈地幔，产生了富化、富集的地幔源区。在早三叠纪时期，华南-华北发生陆陆碰撞，引起俯冲古特提斯洋板片回卷，导致软流圈侧向流动，结果地幔楔底部受到加热发生部分熔融，产生具有OIB地球化学特征的同俯冲岩浆作用。因此，大连基性岩脉作为华北东南缘发现的大陆碰撞同俯冲岩浆岩，不仅提供了碰撞造山带中古洋壳俯冲交代地幔楔的地球化学证据，而且记录了从洋壳俯冲到大陆碰撞过程中的构造转换。