塔里木大火成岩省霞石岩-碳酸岩岩石成因及其对深部地球动力学过程的约束

We plan to focus on the nephelinites and different types of carbonatites (calciocarbonatite, calci-magnesiocarbonatite and magnesiocarbonatite) in the Wajilitag area, NW Tarim large igneous province (TLIP). Based on the field relation of the different lithologic units, we determine the ages of these rocks by U-Pb method for separated rutile, zircon/baddeleyite and monazite grains. Our results will provide much information for the geochronological framework of the Wajilitag area, even TLIP. In combination with the detailed field observation, in situ microprobe analyses and bulk-rock major and trace element analyses coupled with Sr, Nd, Pb, Hf, Os isotope analyses and C and O isotope analyses of the carbonates, we aim at characterizing the nature of the nephelinites and different types of carbonatites (including the sources of CO2 in the mantle sources) and petrogenetic linkage. We will estimate the compositions of the primary magmas by different methods, which will be in turn employed to address the degree of partial melting and physicochemical conditions in combination with related experimental petrology results. Noble gas isotopic systematics, especial He isotopes and estimated mantle potential temperature will provide crucial petrological and geochemical evidences on the mantle plume. Our studies will also provide important petrological and geochemical constraints on the processes of plume-lithosphere interaction and thermal-compositional structure of mantle plume.

以塔里木大火成岩省的瓦吉里塔格地区霞石岩和不同类型碳酸岩（钙质、钙镁质和镁质碳酸岩）为研究对象，在查明各类岩石单元地质关系的基础上，利用金红石、钙钛矿、锆石/斜锆石和独居石U-Pb同位素测年方法，测定这些岩石的形成年龄，为建立瓦吉里塔格地区乃至整个塔里木大火成岩省的年代学格架提供重要信息。通过详细的岩相学观察，结合矿物微区分析以及全岩主要元素、微量元素和Sr、Nd、Pb、Hf、Os同位素分析以及碳酸盐的C和O同位素分析，揭示霞石岩和不同类型碳酸岩的源区特征（包括源区中的CO2来源）及其成因关系。通过不同方法恢复其原始岩浆成分，结合前人实验岩石学研究成果，估算部分熔融程度和形成的物理化学条件；将惰性气体同位素特别是He同位素和估算的地幔温度相结合，从岩石学和地球化学角度为塔里木大火成岩省地幔柱成因提供依据，并为揭示地幔柱-岩石圈相互作用过程，建立地幔柱的热-成分结构提供岩石学和地球化学约束。

本次研究以塔里木大火成岩省的瓦吉里塔格地区霞石岩和不同类型碳酸岩（钙质+镁质）为研究对象，在查明各类岩石单元地质关系的基础上，利用金红石SIMS U-Pb 同位素测年方法，测定霞石岩的形成年龄为268Ma，结合前人的年代学成果，说明塔里木大火成岩省的活动时限较长（持续了约30Ma）；系统的主微量元素、Sr-Nd-C-O、惰性气体同位素研究表明，霞石岩是碳酸岩化橄榄岩和榴辉岩混合源区的低程度部分熔融产物，而碳酸岩起源于碳酸盐化地幔橄榄岩的低程度部分熔融，不同类型的碳酸岩代表了碳酸质岩浆不同演化阶段的堆晶产物（白云石+方解石）；使用多种方法恢复霞石岩的原始岩浆，揭示其具有高FeO和高TiO2的特征；温压计的估算说明霞石岩形成于高压环境（115-140km），且源区存在100℃的热异常；系统的镁同位素研究表明碳酸岩和霞石岩的δ26Mg值变化范围分别为−1.09‰~−0.68‰和−0.35‰~−0.55‰，它们均低于正常地幔的δ26Mg值（−0.25‰），指示它们的源区受到早期俯冲事件中的沉积碳酸盐岩交代的影响；识别出霞石岩和碳酸岩的Mg-(C)和Sr-Nd-O同位素解耦现象，对俯冲过程中碳酸盐矿物的相转变提供非常重要的约束：随着俯冲深度的增加，碳酸盐矿物可由白云石经菱镁矿向方镁石、钙钛矿转变，霞石岩的源区中的碳酸盐矿物以菱镁矿为主，而碳酸岩的源区以方镁石为主；结合塔里木大火成岩省北缘的玄武岩、镁铁-超镁铁岩体、辉绿岩脉等岩石的镁同位素研究结果，认为塔里木大火成岩省存在着两个截然不同的源区：一种是玄武岩、镁铁-超镁铁岩体、煌斑岩、辉绿岩为代表，其起源于受方解石/白云石和富硅熔体（与俯冲板片有关）交代的岩石圈地幔；第二种是碱性岩石，以碳酸岩、霞石岩、金伯利质岩石为代表，主要起源于受菱镁矿或者方镁石/镁钙钛矿交代的地幔柱源区。由此，我们认为俯冲板片-岩石圈地幔-地幔柱存在着广泛的相互作用，不同部位相互作用、不同程度的部分熔融是导致塔里木大火成岩省复杂岩石组合的主要控制因素。