发布时间：2020-09-09 浏览次数：2062
越来越多的研究发现，幔源镁铁质岩石的放射性成因同位素组成有时比共存的壳源长英质岩石更加富集，从而表现出“同位素倒置(Reversed isotope)”特征，尤其是在年轻的增生型造山带地区(例如中亚造山带、喜马拉雅造山带、江南造山带和美国阿巴拉契造山带等)，其成因有待深入研究。南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室徐夕生教授课题组在对华南赣杭带早白垩世(~130 Ma)岩浆岩开展研究过程中也注意到了这一特殊现象。
为了深入探讨“同位素倒置”现象形成机制，该课题组系统研究了赣杭带上同位素上发生“倒置”的镁铁质-长英质端元岩石成因。岛弧型岩浆岩的微量元素特征, 加上相对亏损的Nd-Hf同位素组成、较低的锆石δ18OSMOW值，表明该地区同位素相对亏损的花岗岩类 [例如埭溪花岗岩：ɛNd(t) = −0.4 ~ +0.6；ɛHf(t) = 3.4-4.8；δ18O = 5.94-6.84‰] 主体上是新元古代早期(< 1000 Ma)岛弧(双溪坞岛弧)岩石在白垩纪发生部分熔融的产物(图1和2)。相比于埭溪花岗岩，同时代其他花岗岩具有更低ɛNd(t)和εHf(t)值、更高的锆石δ18O值及全岩Dy/Yb和Sm/Yb比值，指示着可能有少量下覆古老基底物质加入 (图2和3)。
图1.新元古代双溪坞岛弧岩石Nd-Hf同位素演化图解
图2.赣杭带上早白垩世岩浆岩锆石ɛHf(t)和δ18O值模拟计算及ɛHf(t)值直方图
图3.赣杭带上早白垩世花岗岩类全岩Dy/Yb和 Sm/Yb比值与ɛNd(t)值图解
然而，元素地球化学特征、Sr-Nd-Pb-Hf-O多种同位素及定量模拟计算结果表明，赣杭带上同位素富集的镁铁质岩石 [例如泗岭角闪辉长岩：(87Sr/86Sr)i = 0.70788–0.70833；ɛNd(t) = −7.6 ~ −3.5；ɛHf(t) = −6.8 ~ −1.9；206Pb/204Pbi = 18.028–18.108, 207Pb/204Pbi =15.565–15.577, 208Pb/204Pbi =38.198–38.341；δ18OSMOW = 4.5–5.5‰] 的地幔源区的同位素组成在新元古代双溪坞岛弧岩浆作用之前就已经是富集的 (图4和5)。进一步的研究表明，这些同位素富集的镁铁质岩石主要起源于古老的、富集的扬子陆块陆下岩石圈地幔(图5)。
图4.新元古代双溪坞弧下地幔源区Nd同位素正演及泗岭角闪辉长岩的地幔源区Nd同位素反演
图5.新元古代双溪坞弧下亏损地幔与扬子陆下富集岩石圈地幔在经历新元古代和中生代
富集交代后Nd同位素演化图解。值得注意的是泗岭角闪辉长岩的Nd同位素组成于长江下游
内陆地区同时代镁铁质岩石的Nd同位素组成相似。
双溪坞岛弧地壳很可能在早古生代-中生代陆内造山过程中被推覆到了扬子陆块前陆上，从而与下伏的因为交代而富集的古老陆下岩石圈地幔发生了明显的机械“解耦”(图6)。这种解耦表现为壳-幔各自熔融产物(花岗质岩浆vs玄武质岩浆)出现“同位素倒置(Reversed isotope)”特征。该构造模型得到了一系列构造地质学及地球物理观测的证实；同时，其也可以为世界范围内众多年轻的增生型造山带中下伏有神秘的古老大陆岩石圈这一特殊现象提供一种新的解释，因此对弧-陆汇聚板块边缘岩石圈结构的研究具有重要的启示意义。
图6.赣杭带及邻区新元古代-晚中生代构造-岩浆作用模式图
该研究成果在近期的国际主流刊物《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上发表：Emplacement of young island arc crust over older mantle along a cratonic foreland: constraints from multiple isotopes and elemental geochemistry. 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室博士研究生姜鼎盛为论文第一作者，徐夕生教授为论文通讯作者，硕士研究生李晓玲和夏炎副教授参与了此项工作。本研究得到国家自然科学基金重点项目 (No. 41930214, 41430208) 和国家重点研发计划(No. 2016YFC0600203) 联合资助。
论文链接: https://doi.org/10.1029/2019JB018550