刘泽：贫水拉斑质和富水钙碱性岩浆的液体血统线对岩体形成的控制【JP，2020】

发布时间：2021-01-15     作者：[科学研究院]张帅    阅读：541次

恢复造山带中古大陆弧的俯冲极性可以为重建区域地质演化奠定基础性框架。然而由于造山带常发育有强烈挤压变形和多期地质作用的相互叠加，使得沟-弧-盆体系发生破坏，导致俯冲极性难以被识别。弧拉斑质和钙碱性岩浆的时空分布特征具有成为岩浆弧极性指示计的潜力。这是因为，在板块汇聚边缘，俯冲的大洋岩石圈会因脱水作用引发地幔楔的注水熔融，在主弧上产生富水（wet，~2-14 wt.% H₂O）母岩浆。而在弧后，地幔橄榄岩由于绝热上涌会发生减压熔融，且产生干（dry，<~1 wt.% H₂O）或潮湿（damp，~1-2 wt.% H₂O）的母岩浆。大量的实验岩石学工作已经表明，岩浆中的水含量对岩浆的液体血统线（liquid line of descent-LLD）具有重要的控制作用。富水岩浆会引导岩浆发生钙碱性系列分异，而干和潮湿岩浆会导致岩浆进行拉斑质系列分异。造成这一差异的根本原因是由于高的含水量会抑制斜长石而促进角闪石和铁钛氧化物的结晶。此外，通过对全球现代岩浆弧的观察，钙碱性岩浆主要分布在主弧上，而拉斑质岩浆主要分布在弧后地区。  

为了验证这一研究思路，中国地质大学（北京）“大陆汇聚与青藏高原生长”求真研究群体求真博士后刘泽，在导师朱弟成教授和美国麻省理工学院Oliver Jagoutz副教授的共同指导下，对土耳其东北部Eastern Pontides弧Yusufeli地区的侏罗纪Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩开展了详细的野外调研，通过岩石学、锆石U-Pb年代学、全岩和矿物地球化学以及锆石Hf同位素研究，取得如下重要认识：

（1）Yusufeli侵入杂岩的主要岩性包括辉长岩、角闪辉长岩、辉长闪长岩、闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和流纹质岩脉（图1a-1f），侵位于179-170 Ma。Camlikaya侵入杂岩的主要岩性包括辉长闪长岩、闪长岩、英云闪长岩、二长花岗岩和闪长质岩脉（图1g-1l），侵位于151–147 Ma。

（2）Yusufeli侵入杂岩以低-中钾拉斑质系列和相对亏损的Hf同位素组成为特征，而Camlikaya侵入杂岩具有中-高钾钙碱性系列和相对富集的Hf同位素组成。

（2）Yusufeli和Camlikaya岩浆在位于上地壳~5-9 km深处（~150-250 MPa）的开放岩浆房中受降温 ± 减压驱动分异。Yusufeli岩浆主要发生斜长石和单斜辉石的分离结晶，而Camlikaya岩浆主要发生角闪石的分离结晶。

（3）岩相学观察、LLDs、微量元素比值、稀土和Rhyolite-MELTS模拟结果共同表明，Yusufeli侵入杂岩起源于由弧后地幔楔减压熔融产生的潮湿（~1-2 wt.% H₂O）母岩浆，而Camlikaya侵入杂岩起源于由主弧下地幔楔注水熔融产生的富水（>2 wt.% H₂O）母岩浆（图2和3）。

（4）结合Eastern  Pontides弧南部地区侏罗纪的区域沉积和构造记录，Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩的时空分布和LLDs可被合理地解释为以现今黑海为代表的古特提斯洋岩石圈南向俯冲的产物（图4）。

本文不仅详细刻画了Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩的成因和演化过程，还为古特提斯洋在侏罗纪发生南向俯冲提供了新的岩石学和地球化学证据。更重要的科学意义在于，本文为恢复全球造山带中古岩浆弧的俯冲极性提供了新的解决思路。

图1 Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩的岩相学特征

图2  （a-h）Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩的主量元素哈克图解；图2e和图2f中不同颜色线条代表不同条件下Rhyolites-MELT模拟的LLDs

图3 （a）母岩浆初始含水量对LLD的控制示意图；（b）Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩及全球其它构造背景下TiO2  vs MgO演化趋势

图4 两种可能产生Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩的地球动力学模式图

上述研究成果发表在国际岩石学领域顶级期刊《Journal of Petrology》上：Liu, Z., Zhu,  D.C.*,  Jagoutz, O., Rezeau, H., Wang, Q., Eyuboglu, Y. (2020). Magmatic Evolution  Following Damp Tholeiitic and Wet Calc-alkaline Liquid Lines of Descent: An  Eastern Pontides (NE Turkey) Example. Journal of  Petrology.  [IF = 3.451]

全文链接：https://academic.oup.com/petrology/advance-article-abstract/doi/10.1093/petrology/egaa088/5903743