青藏高原后碰撞钾质—超钾质岩石的地球化学特征与岩石成因

【摘要】：青藏高原南部的拉萨地块在后碰撞构造-岩浆演化阶段发育了一套与东西向伸展构造伴生的渐新世-中新世钾质-超钾质火山岩和埃达克质含矿斑岩。作为青藏高原演化过程中深部动力学过程的岩浆活动响应,这套后碰撞岩浆活动记录为探讨高原隆升机制、揭示岩石圈深部物质组成、以及示踪特提斯洋壳俯冲消减和印度-欧亚大陆汇聚过程中的沉积物俯冲交代作用提供了重要视角,具有很高的科研价值。然而,对于藏南幔源超钾质岩石的成因、其地幔源区交代富集作用和中新世藏南深部动力学过程的理解却明显不足。与此同时,钾质中酸性火山岩被认为具有和后碰撞埃达克质侵入岩相似的地球化学特征,因此被视为一种特殊的埃达克质岩石,但是这种观点显然忽略了两者之间可能存在的成因差异。本文以藏南幔源超钾质火山岩(包括捕获的地幔橄榄岩包体和壳源包体)和同时代的钾质中酸性岩石为主要研究对象,进行了系统的锆石U-Pb年代学和原位Lu-Hf同位素研究,并对全岩Sr-Nd-Pb-Os和Mg-O同位素组成进行了准确测定。借助锆石U-Pb定年、微量元素和Lu-Hf同位素分析,本文从藏南超钾质火山岩中发现了大量大陆地壳起源的元古代-新生代锆石捕掳晶。通过对比拉萨地块的碎屑锆石和岩浆活动记录,本文发现超钾质岩浆在演化过程中受到了拉萨地块地壳物质的混染。超钾质岩石锆石捕掳晶的DyN/YbN和U/Yb从~55 Ma开始发生系统性的升高,这种现象被解读为记录了印度-欧亚大陆汇聚导致拉萨地块地壳自早古近纪以来的持续加厚过程,表明幔源岩浆捕获的锆石捕掳晶可以用来反演上覆地壳的演化。全岩Os-Sr-Mg同位素分析进一步证实了地壳混染作用对后碰撞幔源超钾质岩浆活动的同位素组成具有深远影响,同时还发现新特提斯洋壳富含碳酸盐的沉积物在北向俯冲过程中对藏南岩石圈地幔的交代与改造作用。受到地壳混染影响较小的超钾质岩石样品具有低的187Os/188Os,这些低187Os/188Os样品的δ~(26)Mg与~(87)Sr/~(86)Sr呈负相关关系,与Hf/Sm则为正相关关系,表明高镁碳酸盐(例如白云石)的交代作用能够有效改变地幔源区的Mg同位素组成。拉萨地块超钾质岩石的δ~(26)Mg和Hf/Sm在空间分布上向北逐渐降低的趋势表明地幔碳酸盐交代作用会随着新特提斯洋板片俯冲深度的增加而逐渐增强。尽管钾质火山岩和埃达克质侵入岩均展现出高Sr/Y和La/Yb、低Y和Yb的地球化学特征,但是这两种壳源后碰撞岩浆岩具有不同的时空分布和同位素变化特征。后碰撞埃达克质侵入岩主要出露在南部拉萨地块,起源于加厚下地壳的部分熔融,其非放射性成因的~(143)Nd/~(144)Nd以及其同岩浆锆石εHf(t)从35Ma开始迅速减低的趋势早于幔源超钾质岩浆活动的开始,表明俯冲印度大陆地壳物质对埃达克质岩浆活动有重要贡献。另一方面,同时代的钾质中酸性火山岩与幔源超钾质岩石拥有相同的时空分布特征,这两种岩石的全岩Pb同位素和锆石Hf同位素组成不仅证实了两者与拉萨地块的亲缘性,还表明深俯冲的印度大陆地壳物质在岩石形成过程中并未扮演主要角色。通过对比拉萨地块不同地区的后碰撞岩浆活动记录,本文发现早中新世钾质-超钾质岩石在野外呈现类似双峰式火山岩的分布形式,两者在同位素组成上的差异表明幔源超钾质岩浆对同时代钾质火山岩的直接贡献很少;随着拉萨地块后碰撞岩浆活动向东部迁移,晚中新世的钾质火山岩拥有与超钾质岩石相近的同位素组成,暗示两者具有更加密切的成因联系。考虑到与青藏高原加速隆升相关的一系列地质事件在中新世集中爆发,包括剥蚀-沉积速率加剧、海水~(87)Sr/~(86)Sr比值剧烈变化、以及构造应力格架转变等,拉萨地块渐新世-中新世的钾质-超钾质岩浆活动可能与该时期藏南加厚岩石圈地幔底部对流减薄或拆沉作用有关。