弧地壳深部岩浆结晶分异过程:来自中祁连西段哈马尔达坂杂岩体的年代学、地球化学和热力学模拟研究

作者:孙晓奎; 王超; 李航; 郝江波; 喻遵谱; 张帅; 马得青; 李雪
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俯冲带弧分异是大陆地壳形成的主要过程,对研究大陆地壳的演化和生长机制具有重要意义。本文通过对中祁连弧地体西部盐池湾地区中哈马尔-达坂杂岩的野外地质、地球化学、年代学和热力学模拟,探讨了弧分异过程。哈马尔-达坂杂岩主要有两种类型的岩石:镁铁质超镁铁质堆晶岩(包括辉石角闪石岩、角闪石辉长岩和角闪石岩)和闪长岩类(包括闪长岩和石英闪长岩)。锆石u-Pb定年结果表明,角闪石岩辉石的形成年龄为4731 Ma,与邻近的高钾岛弧玄武岩的形成年龄一致。哈马尔-达坂杂岩和高钾岛弧玄武岩具有相似的全岩SR-nd-Hf同位素组成,(87Sr/86Sr)I比值为0.7035~0.7053,Nd(T)=+3.9~+5.1,Hf(T)=+10.8~+13.1,表明它们来自同一岩浆源区。结合现场地质关系和岩石地球化学特征,推测侵入杂岩体的原始熔体与高钾玄武质弧岩浆相邻。岩石学的地球化学特征表明闪长岩是原始玄武质岩浆(主要是角闪石)中、下地壳结晶分异的产物,由俯冲带地幔楔部分熔融形成,由沉积物熔融交代。镁铁质-超镁铁质岩石具有堆晶结构的特征,其地球化学特征为富铁贫硅,MgO含量高(6.19%~14.29%,Mg=52.3~74.6),代表原始玄武质岩浆分离结晶形成的堆晶。热力学模拟计算与实验岩石学数据的对比进一步表明,该杂岩中的闪长岩是50%~67%分离结晶玄武质岩浆在中压(约0.7gpa)条件下的产物,氧逸度为NNO+1。闪长岩和镁铁质超镁铁质堆晶岩具有相似的矿物结晶序列和全岩同位素组成,表明它们在分离结晶作用具有互补成分的特征,分别代表玄武质岩浆和堆晶岩岩浆分离结晶后的衍生熔体。因此,本研究表明,角闪石分异是岩浆弧分异的主要机制,它导致了富SiO2熔体的形成,促进了岩浆成分向富硅方向的演化,从而形成了新安山地壳。