冈底斯带中段奴玛地区晚白垩世辉长质岩石成因及其对新特提斯洋构造演化的启示

Gabbroid rocks and mafic microgranular enclaves (MMEs) are regarded as the “lithoprobe” and “window” for exploring deep Earth. The mantle-derived magma not only carried deep geological information of the planet, but also played an important role in understanding and elucidating mantle compositions, geodynamic process and crust-mantle interaction. In contrast to granitoid rocks, gabbroid rocks contain much information related to deep geological activities. Based on detailed field geological survey, we intend to elucidate formation ages, magma nature, and petrogenesis of gabbroid rocks in the Numa area (southern Tibet, China) by means of mineral, petrologic and geochemical methods aimed to trace tectonic setting and crustal growth in the middle Gangdese belt. Additionally, combined with contemporary granitoid rocks and accompanied MMEs, we shed new light on the geodynamic mechanism of magma mixing and crust-mantle interaction processes, and provide new key evidence on the tectonic evolution of the Neo-Tethys Ocean during Late Cretaceous in the Gangdese belt, southern Tibet.

辉长质岩石和花岗岩类中的暗色镁铁质微粒包体可以当作探测地球深部的“探针”和“窗口”。这些来自幔源的岩浆不仅携带有来自地球深部的关键地质信息，而且对研究和揭示地幔的物质组成、深部地球动力学过程及壳-幔相互作用的方式具有重要的科学意义。与花岗岩类相比，幔源基性岩石通常蕴含有更加丰富的地质信息。本项目拟通过岩石-构造组合的方法，在野外详细调查的基础之上，综合运用矿物学、岩石学和地球化学等手段，深入剖析冈底斯带中段奴玛地区辉长质岩石的成岩时代、岩浆性质、源区特征和成因机制等科学问题，据此反演其成岩时的构造背景及地壳生长的方式。此外，结合区域上同时代的花岗质岩石及其相伴生的镁铁质暗色微粒包体，探讨晚白垩世时藏南冈底斯地区岩浆混合的动力学机制和壳-幔相互作用的过程，并为晚白垩世时新特提斯洋的构造演化提供关键性证据。

本项目在前期研究和工作的基础上，以冈底斯带中段（研究区及邻区）的晚白垩世早期的基性弧岩浆岩以及在时空上相伴生的俯冲期中酸性火成岩为主要研究对象，开展系统性研究，研究内容主要包括野外地质调查、岩石学、矿物学、同位素地球化学、年代学研究；其次，对获得的成果进行综合研究，分析区域上已经发表的数据，根据本项目取得成果，揭示新特提斯洋俯冲期弧火成岩的岩石成因机制以及成岩时的大地构造环境及壳幔相互作用的方式，最终反演新特提斯俯冲的动力学模式和机制。取得的重要成果主要有三个：1）在研究区首次厘定晚侏罗世的闪长玢岩，并得出闪长玢岩是玄武质岩浆结晶分异的产物，其原始的玄武质岩浆是板片熔体和上覆地幔楔部分熔融的产物。2） 冈底斯带中段晚白垩世早期的镁铁质岩石（岩性为角闪辉长岩）主要来自石榴地幔橄榄岩的部分熔融；晚三叠世和晚白垩世早期的镁铁质岩石的岩浆源区的交代流体主要来自于富含滑石的蛇纹岩，重Mg同位素组成暗示了水岩反应过程中，滑石扮演了关键性作用；根据Sr-Nd-Hf-O同位素特征，项目主持人提出了创新的模型（俯冲隧道模型），成功解释了新特提斯洋俯冲期冈底斯带镁铁质岩石的成因以及壳幔作用的方式。3）研究区的早侏罗世的糜棱质花岗岩起源于新生镁铁质下地壳的部分熔融，并且氧同位素显示该花岗质岩体没有遭受明显的水岩反应；在成岩过程中，矿物的结晶分异在岩浆演化的过中扮演了重要作用。本项目的实施主要的科学意义体现在：1）限定新特提斯俯冲期弧岩浆岩的成因及其地壳生长/循环的方式，通过对俯冲期镁铁质弧岩浆岩的精细化研究，确定其成因类型和归属，约束和重塑冈底斯带的形成与演化；2）通过研究，了解冈底斯花岗质岩石在成岩过程中具有幔源物质的加入以及花岗质岩石中暗色微粒镁铁质包体是幔源岩浆和新生地壳部分熔融的产物混合的结果，揭示幔源物质普遍对冈底斯俯冲期的花岗岩的形成具有贡献。