东昆仑地区中生代熔融、同化、存储和均一(MASH)过程及壳幔岩浆混合
南卡俄吾等
摘 要: 哈西亚图石英闪长岩是东昆仑地区中生代具幔源组分贡献的花岗岩类典型代表,岩体出露于东昆仑中构造带,广泛发育暗色微粒包体。包体为闪长质岩石,并含有一系列岩浆混合成因的证据,如水滴状、长条状塑性流变外形,淬冷边、反向脉等高—中温混合迹象,以及低Mg/(Fe+Mg)、Na/(Ca+Na)值等混合成因特征。包体A/CNK值介于0.77~0.87,属准铝质,富Al2O3、Fe2O3、MgO,贫K2O、Na2O,富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K等),同时又具有Ta、Nb、Ti的“TNT”负异常,具有俯冲带幔源岩石的成分特点。依据岩石学、地球化学特征并结合同时期大地构造背景,东昆仑晚古生代—早中生代含暗色微粒包体花岗质岩石是幔源岩浆经历多次熔融、同化、存储和均一(MASH)过程后与壳源岩浆混合的产物。在混合岩浆中,富镁铁质端元是由辉长质岩浆进化而来的闪长质岩浆。
关键词: 暗色微粒包体;MASH过程;中生代;壳幔作用;岩浆混合;东昆仑地区
中图分类号: P588.1 文献标志码: A
Abstract: Haxiyatu quartz diorite is one of the typical granites with the contribution of Mesozoic mantle-derived component in East Kunlun region. The outcrop of rock mass is located in the middle tectonic belt, and mafic microgranular enclaves develop widely. The enclave is diorite with a series of magma mixing origin evidences, such as water-drop and long strip plasticity rheological shape, high-middle temperature mixed sign including quenching boundary, reverse pulse, etc., and mixed origin including low values of Mg/(Fe+Mg) and Na/(Ca+Na). The A/CNK value of enclave is 0.77-0.87, belonging to quasi-aluminous; the enclaves are rich in Al2O3 and Fe2O3, MgO, poor in K2O and Na2O; the enclaves are enriched in large ion lithophile elements (Rb, Ba, K, etc.), and have the characteristics of “TNT” negative anomaly for Ta, Nb and Ti, and the composition of subduction mantle-derived rock. According to the lithological and geochemical characteristics as well as tectonic setting in the same period, Neopaleozoic-Early Mesozoic granitic rocks with mafic microgranular enclaves in East Kunlun region is a product of crust-derived magma mixed with mantle-derived magma, which has experienced multiple melting, assimilation, storage and homogenization (MASH) processes. For the mixed magma, the iron end member rich in Mg is dioritic magma, which is evolved from gabbroic magma.
Key words: mafic microgranular enclave; MASH process; Mesozoic; crust-mantle effect; magma mixing; East Kunlun region
0 引 言
花岗质岩石中的暗色微粒包体(Mafic Microgranular Enclave,MME)是注入壳源花岗质岩浆中的幔源岩浆固结产物,其寄主岩往往表现为壳源岩浆与幔源岩浆的混合特征。但是,幔源岩浆具有比壳源岩浆低得多的黏度,两种岩浆很难发生直接混合作用[1],因而与花岗质岩浆发生混合作用的较富镁铁质端元往往是闪长质岩浆,闪长质岩浆可能是幔源岩浆进化的产物。然而,有关幔源原生岩浆进化为闪长质岩浆并与壳源岩浆发生混合作用的实例甚少,因此,深刻理解闪长质岩浆的产生过程具有重要的理论意义。
Hildreth提出熔融、同化、存储和均一(Melting Assimilation Storage and Homogenization,MASH)过程对于阐明弧岩浆作用具有重要意义[2],并且MASH过程往往也是玄武质岩浆进化的主要阶段。受阿尼玛卿洋盆闭合作用影响,东昆仑岩浆弧发育一系列包体为闪长质的弧花岗岩类,尤以含包体花岗岩类为特色;由于研究程度低,这些弧花岗岩仅仅被解释为“壳幔岩浆混合作用”[3-21]。其深部演化过程特别是闪长质岩浆如何形成,目前还不清楚,严重制约了对该地区中生代壳幔源花岗岩的认识。基于此,本文选取东昆仑哈西亚图石英闪长岩中的暗色微粒包体进行岩石学、地球化学研究,旨在探讨闪长质岩浆形成机制,并还原同时期地球深部岩浆过程,为区域地质演化研究提供依据。
1 区域地质概况与岩体地质特征
1.1 区域地质概况
东昆仑造山带岩浆活动记录丰富,是青藏高原内部的一条巨型构造岩浆带[3]。该造山带发育3条近NW向断裂带(图1),前人将其从北到南划分为东昆仑北、中和南3个构造带[22]。区内各时期地层均有出露,主要包括古元古界金水口群、中元古界狼牙山组、寒武纪—奥陶纪(未定)滩间山群、上泥盆统牦牛山组、石炭系大干沟组和四羊角沟组、上三叠统鄂拉山组等。 区内岩浆活动具有明显的规律性,花岗岩类形成主要为4个时段:前寒武纪、早元古代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代。其中,晚古生代—早中生代花岗岩构成了东昆仑花岗岩类主体。
1.2 岩体地质特征
含暗色微粒包体花岗岩在整个东昆仑地区具有较大的分布范围,从东段的加鲁河一带到西段的尕林格地区都有不同程度的发育,并具有一定的规律性(表1):寄主岩石主要形成于三叠纪;包体形成于晚二叠世—中三叠世,形态主要为浑圆状与水滴状[图2(a)],岩性基本为闪长岩。除和勒冈希里克特花岗岩产于东昆仑南构造带,其他4处均出露于东昆仑中构造带。其中,哈西亚图石英闪长岩出露于东昆仑中构造带,岩体长约3 500 m,宽约2 000 m,产出呈岩枝状,面积约7 km2。
暗色微粒包体镜下鉴定为闪长岩,具似斑状结构以及水滴状、长条状构造,主要成分为斜长石(体积分数为55%,粒径为1~2 mm)、角闪石(体积分数为30%,粒径为0.5~1.2 mm)和黑云母(体积分数为15%,粒径为0.5~1.0 mm)。其中,斑晶体积分数约60%,主要为斜长石,粒径约为2 mm,聚片双晶发育,环带结构明显[图2(b)],部分晶体发生绢云母化[图2(d)],部分黑云母也以斑晶形式存在,粒径约为1 mm。基质为角闪石、斜长石、黑云母。闪长岩具有明显混染特征:①暗色矿物含量高,基质中约占50%;②基质具有似角岩结构,黑云母、角闪石矿物晶体呈等轴粒状。
2 测试和结果分析
2.1 样品测试
所测暗色微粒包体样品均采自矿区C11号异常东北角的石英闪长岩体内。依据岩体分布情况,均匀采集5件新鲜岩石样品进行岩石主量、微量和稀土元素分析。主量、微量和稀土元素分析均在西安地质矿产研究所测试中心完成,分析仪器为SX-50型ICP-MS等离子体质谱仪。
2.2 元素地球化学特征
暗色微粒包体主量、微量和稀土元素分析结果列于表2。从表2可以看出:SiO2含量(质量分数,下同)变化范围较小,介于51.73%~54.08%,平均为53.16%,同时具有辉长质岩石与闪长质岩石地球化学特征;A/CNK值介于0.77~0.87,属准铝质。总体表现出富Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO,贫K2O、Na2O,Mg/(Mg+Fe)、Na/(Na+Ca)值分别为0.29~0.33和0.3~0.5。球粒陨石标准化稀土元素配分 模式表现出轻稀土元素较为富集,重稀土 元素较为亏损,稀土元素总含量介于185.6~245.3,
呈负异常,暗示早期斜长石有过分离结晶作用。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示出不相容元素呈不同程度富集,岩石明显富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K等),同时又具有Ta、Nb、Ti的“TNT”负异常(图3),具有俯冲带岛弧岩浆岩成分特点[24],P与Ti的负异常可能是受到金红石与钛铁矿分离结晶的影响。
(1)包体多呈水滴状、长条状,边部为流线型外形(图4),显示出明显的塑性流变特点,但这种塑性流变现象在包体内部并未发现,矿物未发生明显重结晶作用,与源区部分熔融后的难熔体明显不同。包体中斜长石具有岩浆成因环带结构[图2(b)],成分与沉积岩类区别大,基本排除了岩浆侵位过程中捕虏地层围岩的可能性。同时,包体普遍具有淬冷边,暗示包体与寄主岩石曾经同为熔融体。一般来说,基性岩浆温度为1 000 ℃~1 225 ℃,而花岗质岩浆温度为700 ℃~900 ℃[25]。王德滋等在研究福建平潭花岗岩时指出,包体由于突然冷凝会形成不规则裂缝,这些裂缝使得寄主岩石灌入包体内,形成反向脉[26]。类似的特征在哈西亚图暗色微粒包体也有发现,部分包体由于骤然冷却发育不规则的反向脉[图4(a)、(b)],这种较大温差的混合作用不仅会引起包体与寄主岩石温度上的平衡,而且在包体性质脆弱部分易与寄主岩石进行反应,形成过渡带[图4(e)、(f)]。
(2)源区部分熔融后的难熔体中Na/(Ca+Na)、Mg/(Fe+Mg)值都会有较大的差异,而由幔源基性岩浆进化而来的闪长质岩浆Mg/(Fe+Mg)值变化较小, 哈西亚图暗色微粒包体Mg/(Fe+Mg)值为0.29~0.33,Na/(Ca+Na)值为0.3~0.5,都基本无明显变化。在(Tb/Yb)N-(La/Sm)N图解中,样品落入石榴石与尖晶石稳定区域转化线附近(图5),并且该转化线对应的深度约为80 km[27]。
(3) 从包体与寄主岩石的形成时间来看,包体的形成略早于寄主岩石,表明在岩浆侵位以前岩浆混合作用就已发生,并且时间集中于晚二叠世—中三叠世;该时期正处于阿尼玛卿洋盆闭合阶段,洋盆俯冲作用为幔源岩浆进化提供了充足的地球动力条件。
4 地球深部作用与闪长质岩浆来源
洋壳俯冲、板片脱水、部分熔融、岩浆混合等一系列原始岛弧岩浆岩发育并侵位的过程被定义为东昆仑地区晚古生代—早中生代阿尼玛卿洋盆闭合俯冲作用与东昆仑地区中生代岩浆弧形成机制[4-5,12-13]。需要指出的是,部分熔融岩浆流在上升遇到玄武岩底垫时会经历长时间的MASH过程,该过程是原始壳幔源弧岩浆形成的重要过程(图6)。基于哈西亚图闪长质包体岩石学、地球化学特征,壳幔源弧岩浆形成过程如下:
(1)洋壳俯冲与板片脱水:晚古生代末期,阿尼玛卿洋盆开始俯冲闭合,随着俯冲作用的持续,早三叠世基性岩墙开始发育,白日其利地区角闪辉长岩(年龄为(248.9±4.2)Ma)
发育,表明同时期东昆仑地区发展为弧后拉张环境[28],可为后期岩浆岩上侵形成良好通道。试验岩石学已证明,成熟俯冲板片(年龄大于50 Ma)或冷俯冲板片是把水带到深部地幔的最好载体[29],持续的俯冲作用引起软流圈物质上涌,并加热俯冲板片,导致俯冲板片中的含水矿物(特别是镁硅酸盐相)变质脱水,释放出大量水流体并迁移上升。
(2)部分熔融:在压力及温度的影响下,板片水流体交代过渡地壳的玄武岩底垫,并显著降低地幔岩石的固相线温度,从而使基性岩石发生部分熔融。该过程可以从包体中得到印证。闪长质岩石包体中斜长石、黑云母等含水矿物呈斑晶产出并占有很大比例,球粒陨石标准化稀土元素配分模式中Eu具有明显的负异常[图3(a)],说明斜长石为首晶区矿物,在结晶初期就已形成,但是干的玄武质岩浆不具有形成大规模含水矿物的条件,水体必然是由俯冲板片提供;此外,包体Cr、Ni、Ti、Nb、Ta等含量明显低于正常玄武岩,可能是水体交代玄武岩底垫造成Cr、Ni等元素稀释,也可能是水体交代作用造成玄武岩中富Ti、Nb、Ta的金红石、钛铁矿等在早期发生分离结晶。
(3)MASH过程(闪长质岩浆形成)与岩浆混合:MASH过程是一个由非平衡到平衡,再到非平衡,最后到平衡的连续重复变化过程,每次MASH过程都会有新物质的加入,直至其能量足已穿透障碍上侵[30]。部分熔融自玄武岩底垫的基性岩浆在上升过程中经历了多次MASH过程。由于新物质的混入改变了玄武质岩浆成分,辉长质岩浆由非平衡态向平衡态转变,最后形成闪长质岩浆。从暗色微粒包体哈克图解(图6)来看,闪长质包体MgO含量与SiO2、Al2O3、Na2O含量具有很好的负相关性,与TiO2、P2O5、MnO含量具有较好的正相关性,表明闪长质岩浆在混合作用之前发生过分离结晶作用和不同原岩的部分熔融。进化过程的不均一造成部分暗色微粒包体SiO2含量低于53%,显示出基性岩地球化学特征。此外,闪长岩包体中斜长石核部遭受过强烈蚀变[图2(b)],暗示斜长石是同岩浆交代作用的产物,也能证明玄武质岩浆演化过程中流体的性质不断发生改变,即多次MASH过程。在平衡→非平衡→平衡转变过程中,岩浆不断上侵形成具有较高氧逸度的闪长质岩浆[30],同时引起下地壳物质特别是古老
奥长石花岗岩-云英闪长岩-花岗闪长岩(TTG)岩套的部分熔融。在一定温度及压力条件下,闪长质岩浆与壳源岩浆发生混合(图7),经弧后岩浆通道侵位并结晶,形成现有的含暗色微粒包体花岗质岩石。
5 结 语
东昆仑地区晚古生代—早中生代含暗色微粒包体花岗质岩石是幔源岩浆经历多次MASH过程后与壳源岩浆混合的结果;在混合岩浆中,富镁铁质端元是由辉长质岩浆进化而来的闪长质岩浆,部分具有基性岩地球化学特征。
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摘 要: 哈西亚图石英闪长岩是东昆仑地区中生代具幔源组分贡献的花岗岩类典型代表,岩体出露于东昆仑中构造带,广泛发育暗色微粒包体。包体为闪长质岩石,并含有一系列岩浆混合成因的证据,如水滴状、长条状塑性流变外形,淬冷边、反向脉等高—中温混合迹象,以及低Mg/(Fe+Mg)、Na/(Ca+Na)值等混合成因特征。包体A/CNK值介于0.77~0.87,属准铝质,富Al2O3、Fe2O3、MgO,贫K2O、Na2O,富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K等),同时又具有Ta、Nb、Ti的“TNT”负异常,具有俯冲带幔源岩石的成分特点。依据岩石学、地球化学特征并结合同时期大地构造背景,东昆仑晚古生代—早中生代含暗色微粒包体花岗质岩石是幔源岩浆经历多次熔融、同化、存储和均一(MASH)过程后与壳源岩浆混合的产物。在混合岩浆中,富镁铁质端元是由辉长质岩浆进化而来的闪长质岩浆。
关键词: 暗色微粒包体;MASH过程;中生代;壳幔作用;岩浆混合;东昆仑地区
中图分类号: P588.1 文献标志码: A
Abstract: Haxiyatu quartz diorite is one of the typical granites with the contribution of Mesozoic mantle-derived component in East Kunlun region. The outcrop of rock mass is located in the middle tectonic belt, and mafic microgranular enclaves develop widely. The enclave is diorite with a series of magma mixing origin evidences, such as water-drop and long strip plasticity rheological shape, high-middle temperature mixed sign including quenching boundary, reverse pulse, etc., and mixed origin including low values of Mg/(Fe+Mg) and Na/(Ca+Na). The A/CNK value of enclave is 0.77-0.87, belonging to quasi-aluminous; the enclaves are rich in Al2O3 and Fe2O3, MgO, poor in K2O and Na2O; the enclaves are enriched in large ion lithophile elements (Rb, Ba, K, etc.), and have the characteristics of “TNT” negative anomaly for Ta, Nb and Ti, and the composition of subduction mantle-derived rock. According to the lithological and geochemical characteristics as well as tectonic setting in the same period, Neopaleozoic-Early Mesozoic granitic rocks with mafic microgranular enclaves in East Kunlun region is a product of crust-derived magma mixed with mantle-derived magma, which has experienced multiple melting, assimilation, storage and homogenization (MASH) processes. For the mixed magma, the iron end member rich in Mg is dioritic magma, which is evolved from gabbroic magma.
Key words: mafic microgranular enclave; MASH process; Mesozoic; crust-mantle effect; magma mixing; East Kunlun region
0 引 言
花岗质岩石中的暗色微粒包体(Mafic Microgranular Enclave,MME)是注入壳源花岗质岩浆中的幔源岩浆固结产物,其寄主岩往往表现为壳源岩浆与幔源岩浆的混合特征。但是,幔源岩浆具有比壳源岩浆低得多的黏度,两种岩浆很难发生直接混合作用[1],因而与花岗质岩浆发生混合作用的较富镁铁质端元往往是闪长质岩浆,闪长质岩浆可能是幔源岩浆进化的产物。然而,有关幔源原生岩浆进化为闪长质岩浆并与壳源岩浆发生混合作用的实例甚少,因此,深刻理解闪长质岩浆的产生过程具有重要的理论意义。
Hildreth提出熔融、同化、存储和均一(Melting Assimilation Storage and Homogenization,MASH)过程对于阐明弧岩浆作用具有重要意义[2],并且MASH过程往往也是玄武质岩浆进化的主要阶段。受阿尼玛卿洋盆闭合作用影响,东昆仑岩浆弧发育一系列包体为闪长质的弧花岗岩类,尤以含包体花岗岩类为特色;由于研究程度低,这些弧花岗岩仅仅被解释为“壳幔岩浆混合作用”[3-21]。其深部演化过程特别是闪长质岩浆如何形成,目前还不清楚,严重制约了对该地区中生代壳幔源花岗岩的认识。基于此,本文选取东昆仑哈西亚图石英闪长岩中的暗色微粒包体进行岩石学、地球化学研究,旨在探讨闪长质岩浆形成机制,并还原同时期地球深部岩浆过程,为区域地质演化研究提供依据。
1 区域地质概况与岩体地质特征
1.1 区域地质概况
东昆仑造山带岩浆活动记录丰富,是青藏高原内部的一条巨型构造岩浆带[3]。该造山带发育3条近NW向断裂带(图1),前人将其从北到南划分为东昆仑北、中和南3个构造带[22]。区内各时期地层均有出露,主要包括古元古界金水口群、中元古界狼牙山组、寒武纪—奥陶纪(未定)滩间山群、上泥盆统牦牛山组、石炭系大干沟组和四羊角沟组、上三叠统鄂拉山组等。 区内岩浆活动具有明显的规律性,花岗岩类形成主要为4个时段:前寒武纪、早元古代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代。其中,晚古生代—早中生代花岗岩构成了东昆仑花岗岩类主体。
1.2 岩体地质特征
含暗色微粒包体花岗岩在整个东昆仑地区具有较大的分布范围,从东段的加鲁河一带到西段的尕林格地区都有不同程度的发育,并具有一定的规律性(表1):寄主岩石主要形成于三叠纪;包体形成于晚二叠世—中三叠世,形态主要为浑圆状与水滴状[图2(a)],岩性基本为闪长岩。除和勒冈希里克特花岗岩产于东昆仑南构造带,其他4处均出露于东昆仑中构造带。其中,哈西亚图石英闪长岩出露于东昆仑中构造带,岩体长约3 500 m,宽约2 000 m,产出呈岩枝状,面积约7 km2。
暗色微粒包体镜下鉴定为闪长岩,具似斑状结构以及水滴状、长条状构造,主要成分为斜长石(体积分数为55%,粒径为1~2 mm)、角闪石(体积分数为30%,粒径为0.5~1.2 mm)和黑云母(体积分数为15%,粒径为0.5~1.0 mm)。其中,斑晶体积分数约60%,主要为斜长石,粒径约为2 mm,聚片双晶发育,环带结构明显[图2(b)],部分晶体发生绢云母化[图2(d)],部分黑云母也以斑晶形式存在,粒径约为1 mm。基质为角闪石、斜长石、黑云母。闪长岩具有明显混染特征:①暗色矿物含量高,基质中约占50%;②基质具有似角岩结构,黑云母、角闪石矿物晶体呈等轴粒状。
2 测试和结果分析
2.1 样品测试
所测暗色微粒包体样品均采自矿区C11号异常东北角的石英闪长岩体内。依据岩体分布情况,均匀采集5件新鲜岩石样品进行岩石主量、微量和稀土元素分析。主量、微量和稀土元素分析均在西安地质矿产研究所测试中心完成,分析仪器为SX-50型ICP-MS等离子体质谱仪。
2.2 元素地球化学特征
暗色微粒包体主量、微量和稀土元素分析结果列于表2。从表2可以看出:SiO2含量(质量分数,下同)变化范围较小,介于51.73%~54.08%,平均为53.16%,同时具有辉长质岩石与闪长质岩石地球化学特征;A/CNK值介于0.77~0.87,属准铝质。总体表现出富Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO,贫K2O、Na2O,Mg/(Mg+Fe)、Na/(Na+Ca)值分别为0.29~0.33和0.3~0.5。球粒陨石标准化稀土元素配分 模式表现出轻稀土元素较为富集,重稀土 元素较为亏损,稀土元素总含量介于185.6~245.3,
呈负异常,暗示早期斜长石有过分离结晶作用。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示出不相容元素呈不同程度富集,岩石明显富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K等),同时又具有Ta、Nb、Ti的“TNT”负异常(图3),具有俯冲带岛弧岩浆岩成分特点[24],P与Ti的负异常可能是受到金红石与钛铁矿分离结晶的影响。
(1)包体多呈水滴状、长条状,边部为流线型外形(图4),显示出明显的塑性流变特点,但这种塑性流变现象在包体内部并未发现,矿物未发生明显重结晶作用,与源区部分熔融后的难熔体明显不同。包体中斜长石具有岩浆成因环带结构[图2(b)],成分与沉积岩类区别大,基本排除了岩浆侵位过程中捕虏地层围岩的可能性。同时,包体普遍具有淬冷边,暗示包体与寄主岩石曾经同为熔融体。一般来说,基性岩浆温度为1 000 ℃~1 225 ℃,而花岗质岩浆温度为700 ℃~900 ℃[25]。王德滋等在研究福建平潭花岗岩时指出,包体由于突然冷凝会形成不规则裂缝,这些裂缝使得寄主岩石灌入包体内,形成反向脉[26]。类似的特征在哈西亚图暗色微粒包体也有发现,部分包体由于骤然冷却发育不规则的反向脉[图4(a)、(b)],这种较大温差的混合作用不仅会引起包体与寄主岩石温度上的平衡,而且在包体性质脆弱部分易与寄主岩石进行反应,形成过渡带[图4(e)、(f)]。
(2)源区部分熔融后的难熔体中Na/(Ca+Na)、Mg/(Fe+Mg)值都会有较大的差异,而由幔源基性岩浆进化而来的闪长质岩浆Mg/(Fe+Mg)值变化较小, 哈西亚图暗色微粒包体Mg/(Fe+Mg)值为0.29~0.33,Na/(Ca+Na)值为0.3~0.5,都基本无明显变化。在(Tb/Yb)N-(La/Sm)N图解中,样品落入石榴石与尖晶石稳定区域转化线附近(图5),并且该转化线对应的深度约为80 km[27]。
(3) 从包体与寄主岩石的形成时间来看,包体的形成略早于寄主岩石,表明在岩浆侵位以前岩浆混合作用就已发生,并且时间集中于晚二叠世—中三叠世;该时期正处于阿尼玛卿洋盆闭合阶段,洋盆俯冲作用为幔源岩浆进化提供了充足的地球动力条件。
4 地球深部作用与闪长质岩浆来源
洋壳俯冲、板片脱水、部分熔融、岩浆混合等一系列原始岛弧岩浆岩发育并侵位的过程被定义为东昆仑地区晚古生代—早中生代阿尼玛卿洋盆闭合俯冲作用与东昆仑地区中生代岩浆弧形成机制[4-5,12-13]。需要指出的是,部分熔融岩浆流在上升遇到玄武岩底垫时会经历长时间的MASH过程,该过程是原始壳幔源弧岩浆形成的重要过程(图6)。基于哈西亚图闪长质包体岩石学、地球化学特征,壳幔源弧岩浆形成过程如下:
(1)洋壳俯冲与板片脱水:晚古生代末期,阿尼玛卿洋盆开始俯冲闭合,随着俯冲作用的持续,早三叠世基性岩墙开始发育,白日其利地区角闪辉长岩(年龄为(248.9±4.2)Ma)
发育,表明同时期东昆仑地区发展为弧后拉张环境[28],可为后期岩浆岩上侵形成良好通道。试验岩石学已证明,成熟俯冲板片(年龄大于50 Ma)或冷俯冲板片是把水带到深部地幔的最好载体[29],持续的俯冲作用引起软流圈物质上涌,并加热俯冲板片,导致俯冲板片中的含水矿物(特别是镁硅酸盐相)变质脱水,释放出大量水流体并迁移上升。
(2)部分熔融:在压力及温度的影响下,板片水流体交代过渡地壳的玄武岩底垫,并显著降低地幔岩石的固相线温度,从而使基性岩石发生部分熔融。该过程可以从包体中得到印证。闪长质岩石包体中斜长石、黑云母等含水矿物呈斑晶产出并占有很大比例,球粒陨石标准化稀土元素配分模式中Eu具有明显的负异常[图3(a)],说明斜长石为首晶区矿物,在结晶初期就已形成,但是干的玄武质岩浆不具有形成大规模含水矿物的条件,水体必然是由俯冲板片提供;此外,包体Cr、Ni、Ti、Nb、Ta等含量明显低于正常玄武岩,可能是水体交代玄武岩底垫造成Cr、Ni等元素稀释,也可能是水体交代作用造成玄武岩中富Ti、Nb、Ta的金红石、钛铁矿等在早期发生分离结晶。
(3)MASH过程(闪长质岩浆形成)与岩浆混合:MASH过程是一个由非平衡到平衡,再到非平衡,最后到平衡的连续重复变化过程,每次MASH过程都会有新物质的加入,直至其能量足已穿透障碍上侵[30]。部分熔融自玄武岩底垫的基性岩浆在上升过程中经历了多次MASH过程。由于新物质的混入改变了玄武质岩浆成分,辉长质岩浆由非平衡态向平衡态转变,最后形成闪长质岩浆。从暗色微粒包体哈克图解(图6)来看,闪长质包体MgO含量与SiO2、Al2O3、Na2O含量具有很好的负相关性,与TiO2、P2O5、MnO含量具有较好的正相关性,表明闪长质岩浆在混合作用之前发生过分离结晶作用和不同原岩的部分熔融。进化过程的不均一造成部分暗色微粒包体SiO2含量低于53%,显示出基性岩地球化学特征。此外,闪长岩包体中斜长石核部遭受过强烈蚀变[图2(b)],暗示斜长石是同岩浆交代作用的产物,也能证明玄武质岩浆演化过程中流体的性质不断发生改变,即多次MASH过程。在平衡→非平衡→平衡转变过程中,岩浆不断上侵形成具有较高氧逸度的闪长质岩浆[30],同时引起下地壳物质特别是古老
奥长石花岗岩-云英闪长岩-花岗闪长岩(TTG)岩套的部分熔融。在一定温度及压力条件下,闪长质岩浆与壳源岩浆发生混合(图7),经弧后岩浆通道侵位并结晶,形成现有的含暗色微粒包体花岗质岩石。
5 结 语
东昆仑地区晚古生代—早中生代含暗色微粒包体花岗质岩石是幔源岩浆经历多次MASH过程后与壳源岩浆混合的结果;在混合岩浆中,富镁铁质端元是由辉长质岩浆进化而来的闪长质岩浆,部分具有基性岩地球化学特征。
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