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广州地化所揭示中国北天山晚石炭世为洋内岛弧后弧环境

广州地化所揭示中国北天山晚石炭世为洋内岛弧后弧环境

  造山带是一个复杂的岩浆-变质-沉积-构造系统,作为地壳相对隆升、发生强烈构造变形、物质组成多样的地质单元,记录了地球各圈层之间的相互作用,是研究板块构造和陆内造山的天然实验室,也是探寻金属矿产资源的重要基地。中亚造山带作为全球三大造山带之一,是全球最大的显生宙增生型造山带 (CAOB)。而中国北天山造山带,作为中亚造山带西部重要的组成部分,其晚古生代的构造背景长期存在板内环境和岛弧环境两个截然不同的认识,并有些学者还提出该地区有地幔柱的影响,从石炭纪到二叠纪均发育大量的双峰式火山岩。为了厘定其石炭-二叠纪模糊不清的构造属性以及火山岩的特征,中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室博士后颉炜与研究员徐义刚等合作者,对北天山博格达地区晚石炭世火山岩(图1)进行了系统的野外地质、岩石学、年代学、矿物学及地球化学研究,取得了以下几点认识:

  1)鉴定出博格达地区晚石炭世柳树沟组地层中发育一套高铝玄武岩。高铝玄武岩 (HAB) 是指Al2O3含量大于16%且不论是无斑的还是含斑晶的亚碱性玄武岩,其一般发育在洋内岛弧或洋中脊环境,具有一定的构造指示意义。同时在祁家沟组地层中发育一层很厚的海相枕状玄武岩。与它们互层的酸性熔结凝灰岩的锆石SHRIMP U-Pb定年表明这套高铝玄武岩喷发于315-319 Ma,而枕状玄武岩则形成于~311 Ma

  2)博格达高铝玄武岩和枕状玄武岩均属于拉斑质玄武岩浆(拉斑指数THI>1),其岩浆水含量很低 (<2%)。高铝玄武岩最大的结晶深度15.8 韩式1.5分彩 km指示其高铝的特征是高的结晶压力而非水的作用抑制斜长石晚结晶的结果。博格达枕状玄武岩的最大结晶深度约为11 km,表明其岩浆房较高,铝玄武岩的要浅很多,从而铝含量不高。博格达晚石炭世酸性火山岩主要由少量的流纹熔岩以及大量的中性熔结凝灰岩(ignimbrites)组成,流纹熔岩主要由含水的新生岛弧地壳部分熔融形成,而中性熔结凝灰岩的形成主要由玄武质和流纹质岩浆混合以及长石的结晶分异作用控制。故博格达晚石炭世火山岩并非为双峰式火山岩,但其形成与双峰式岩浆有密切关系。

  3)博格达高铝玄武岩和枕状玄武岩都显示类似于MORB性质的Sr-Nd-Hf-(Pb) 同位素特征以及岛弧性质的微量元素特征,暗示他们具有相同的岩浆源区。通过模拟计算可得其岩浆源区均为受到了<1%俯冲沉积物交代的干的亏损地幔橄榄岩源区。典型的二叠纪大陆溢流玄武岩(如西伯利亚、峨眉山、塔里木等)相比,博格达高铝玄武岩和枕状玄武岩在野外地质、地球化学以及矿物学上显示明显不同的特征同时与Izu-Bonin岛弧体系的前弧和后弧玄武岩做类比,博格达韩式1.5分彩玄武岩的全岩地球化学以及矿物学特征与Izu-Bonin后弧玄武岩非常相似。结合高铝玄武岩特殊的形成环境,故研究人员推测博格达地区晚石炭世应为一个洋内岛弧后弧环境(图2

  该系列研究成果近期发表在国际SCI期刊Lithos Gondwana Research 上:

  [1]  Xie, W., Xu, Y.-G., Chen, Y.-B., Luo, Z.-Y., Hong, L.-B., Ma, L., Ma, Q., Liu, H.-Q., 2016a. High-alumina basalts from the Bogda Mountains suggest an arc setting for Chinese Northern Tianshan during the Late Carboniferous. Lithos 256-257, 165-181.

  [2]  Xie, W., Luo, Z.-Y., Xu, Y.-G., Chen, Y.-B., Hong, L.-B., Ma, L., Ma, Q., 2016b. Petrogenesis and geochemistry of the Late Carboniferous rear-arc (or back-arc) pillow basaltic lava in the Bogda Mountains, Chinese North Tianshan. Lithos 244, 30-42.

  [3]  Xie, W., Xu, Y.-G., Chen, Y.-B., Luo, Z.-Y., Hong, L.-B., Ma, L., Ma, Q., Liu, H.-Q., 2016c. Petrogenesis and geodynamic implications of the Late Carboniferous felsic volcanics in the Bogda belt, Chinese Northern Tianshan. Gondwana Research 39, 165-179.

  论文链接:1 2 3

 

1 北天山北缘博格达地区地质简图 (Chen et al. (2011) 和赵同阳等 (2014) 修改)

 

2 博格达晚石炭世洋内岛弧后弧体系的构造模式图。