羌塘地块早侏罗世橄长岩和氧化物辉长岩形成的岩浆过程和动力学机制

Continental troctolites and oxide gabbros are of great geological significances to elucidate the mechanism of magma differentiation, the genesis of iron-titanium oxide deposits, and deep dynamic processes. The rock suites are usually found in the relatively water-poor tectonic settings, but they may be generated by two different mechanisms of magma differentiation: fractional crystallization and accumulation in melt-rich magma chambers and reactive melt flow in crystal-rich mushes. In order to reveal the magmatic processes in the rock suites and the Early Jurassic geodynamic setting of the Qiangtang block in Tibet, an integrated geochronological, petrological, mineralogical, major and trace element, and Nd-Hf isotope geochemical study will be carried out on the newly identified Early Jurassic (~191 Ma) troctolites and oxide gabbros as well as associated diabase dykes in the Qiangtang block. The differences in the mineral structure and composition between the fast-cooled diabase dykes and troctolites and oxide gabbros can throw light upon the magmatic processes preserved in the rock suites. Inversion of magmatic processes can constrain the composition of mantle-derived primary magmas that can characterize their mantle sources and trace the geodynamics to form these rocks. The project research findings may provide new constraints on the reconstruction of the Mesozoic tectonic evolution of the Qiangtang block, and important implications for the mechanism of mafic magma differentiation.

大陆橄长岩和氧化物辉长岩对于探讨岩浆分异方式、铁钛氧化物矿床的成因以及深部动力学过程等方面具有重要的地质意义。该岩石组合通常出现在相对贫水的构造环境，但可能形成于两种不同的岩浆分异方式：富熔体的岩浆房中分离结晶和堆晶以及富晶体的晶粥体中反应熔体流过程。为揭示该岩石组合形成的岩浆过程以及青藏高原羌塘地块早侏罗世的地球动力学背景，本项目拟对羌塘地块新发现的早侏罗世（~191 Ma）雀莫错橄长岩和氧化物辉长岩及其伴生的辉绿岩脉进行系统的年代学、岩石学、矿物学、主-微量元素和Nd-Hf同位素地球化学的研究。快速冷却的辉绿岩脉与橄长岩和氧化物辉长岩的矿物结构和成分的差异可以阐明该岩石组合所记录的岩浆过程，通过岩浆过程的反演可以限制幔源原生岩浆的组成，进而示踪它们的地幔源区特征以及其形成的动力学机制。项目研究成果可能为重建羌塘地块中生代的构造演化历史提供新的约束，也为基性岩浆分异方式提供重要启示。

大陆碱性玄武岩通常与拉斑玄武岩共生，它们被广泛用来示踪地幔熔融过程和不均一性。然而，根据玄武岩成分来推断地幔信息时，需要仔细校正壳内岩浆分异过程的影响，传统观点只考虑富熔体岩浆房的分离结晶过程。但是最近研究表明岩浆储库是以富晶体（>50%）的晶粥体形式存在，其岩浆分异方式是以渗透熔体和矿物之间的反应为主。因此，需要重新评估壳内岩浆储库的演化对玄武岩成分多样性的贡献。针对上述科学问题，本项目对青藏高原羌塘地块一套共生的镁铁质堆晶岩和岩墙进行了详细的研究，取得了以下新的认识（图1）：镁铁质堆晶岩揭示了贫水（H2O<0.9 wt%）的拉斑质熔体通过更热的纯橄和橄长质晶粥体（50-60%橄榄石±长石）时，发生了高温熔体-晶粥体反应，该反应涉及橄榄石、斜长石和单斜辉石的溶解和再沉淀。最晚期结晶的高钛辉石和钛闪石表明粒间熔体已经从拉斑质转变成了碱性玄武质熔体。相比之下，相同的拉斑质熔体（岩墙）沿着断裂侵入到冷的围岩中，发生了铁钛氧化物和钠质斜长石的结晶，最后形成了富硅的残余熔体。通过熔体-晶粥体反应生成的碱性镁铁质熔体具有比初始拉斑质熔体更富集的不相容元素含量（如Ti和REE）和比值（如Ce/Y），但具有相似的MgO和SiO2含量，这种演化趋势不能通过简单的分离结晶来实现。因此，高压下（≥0.5 GPa）壳内岩浆储库中的拉斑质熔体-晶粥体反应是一种形成大陆碱性玄武质熔体的新机制，这也暗示相对高镁的碱性玄武岩不一定是幔源原生岩浆，即大陆拉斑—碱性玄武岩的转变可能不一定是地幔不均一性或熔融过程导致的。