印度大陆与亚洲大陆早期碰撞过程与动力学模型——来自西藏冈底斯新生代火成岩证据

为了揭示青藏高原的形成演化及其隆升历史,本文主要立足于西藏冈底斯带新生代岩浆岩,研究了印度—亚洲大陆碰撞早期阶段的关键岩石记录、详细碰撞过程和深部动力机制。西藏新生代火山-岩浆活动贯穿于主碰撞造山过程的始终,形成规模巨大的冈底斯火成岩浆岩带,其中,火山活动形成著名的林子宗第三纪火山岩系(64~43Ma),岩浆作用则形成3个时间连续、但组合不同的岩浆序列,即:1壳源花岗岩组合(65~50Ma)、2正εNd花岗岩-辉长岩组合(52~47Ma)和3幔源玄武质次火山岩-辉绿岩组合(53~42Ma)。林子宗第三纪火山岩系形成于印度—亚洲大陆对接碰撞之后(~65Ma),不整合覆盖于中生代褶皱构造层之上,中下部钙碱性—高钾钙碱性火山岩显示岛弧/陆缘弧地球化学特征,主要来自于洋壳板片流体交代的地幔楔形区,上部钾玄岩系火山岩则更多地显示壳源特征。壳源花岗岩主要侵位于冈底斯东段腾冲地区,成因类型为白云母过铝花岗岩和富钾钙碱性花岗岩,其高(87Sr/86Sr)i(>0.710)和低εNd(<-7)同位素组成反映其源于碰撞加厚的砂泥质地壳的深熔作用。正εNd值(+2~+5)花岗岩和辉长岩沿冈底斯带成对侵位,花岗岩具有埃达克岩与弧花岗岩过渡特征,其形成有较多的幔源物质贡献;辉长岩正εNd值特征(+2.5~+7.0)、REE平坦型或弱富集型以及亏损大部分不相容元素(Nb,P,Ti,U,Th,LREE)特征,反映软流圈地幔对岩浆形成产生重要贡献。幔源玄武质次火山岩主要为钙碱性岩系,REE平坦型,低(87Sr/86Sr)i(<0.7060)、高εNd(高达+4.3),同位素组成接近于MORB,证明其来源于亏损的软流圈地幔。根据这些构造-岩浆事件的时空分布、岩石组合特征、岩石地球化学以及岩浆演变序列,提出了一个青藏高原大陆碰撞的四阶段演化模式。这个模式强调了170~60Ma,新特提斯洋板片回转,印度大陆与亚洲大陆发生碰撞(≥65Ma),并导致加厚地壳深熔;260~54Ma,印度大陆板片向北陡深俯冲,下地壳缩短加厚,地壳深熔作用持续;353~41Ma,新特提斯洋板片发生断离,并向下拆沉。软流圈物质透过板片断离窗上涌,诱发地幔楔、上覆加厚的镁铁质下地壳熔融;4陡深俯冲的印度大陆板片因特提斯洋板片断离而发生折返,开始低角度俯冲(<40Ma),导致高原内部的陆内俯冲、走滑剪切与地壳缩短,造成冈底斯岩浆间断(40~26Ma)和拉萨地体初始抬升。因此,在青藏高原碰撞造山过程中,主碰撞期造山(65~41Ma)的动力机制主要是印度大陆板片的陡角度俯冲和特提斯洋板片断离,晚碰撞期造山(40~26Ma)的动力机制主要为印度大陆板片的低角度俯冲。     

印度大陆与亚洲大陆早期碰撞过程与动力学模——来自西藏冈底斯新生代火成岩证据

为了揭示青藏高原的形成演化及其隆升历史,本文主要立足于西藏冈底斯带新生代岩浆岩,研究了印度-亚洲大陆碰撞早期阶段的关键岩石记录、详细碰撞过程和深部动力机制.西藏新生代火山-岩浆活动贯穿于主碰撞造山过程的始终,形成规模巨大的冈底斯火成岩浆岩带,其中,火山活动形成著名的林子宗第三纪火山岩系(64～43 Ma),岩浆作用则形成3个时间连续、但组合不同的岩浆序列,即: ①壳源花岗岩组合(65～50 Ma)、②正εNd花岗岩-辉长岩组合(52～47 Ma)和③幔源玄武质次火山岩-辉绿岩组合(53～42 Ma).林子宗第三纪火山岩系形成于印度-亚洲大陆对接碰撞之后(～65 Ma),不整合覆盖于中生代褶皱构造层之上,中下部钙碱性-高钾钙碱性火山岩显示岛弧/陆缘弧地球化学特征,主要来自于洋壳板片流体交代的地幔楔形区,上部钾玄岩系火山岩则更多地显示壳源特征.壳源花岗岩主要侵位于冈底斯东段腾冲地区,成因类型为白云母过铝花岗岩和富钾钙碱性花岗岩,其高(87Sr/86Sr)i (＞0.710)和低εNd(＜-7)同位素组成反映其源于碰撞加厚的砂泥质地壳的深熔作用.正εNd值(+2～+5)花岗岩和辉长岩沿冈底斯带成对侵位,花岗岩具有埃达克岩与弧花岗岩过渡特征,其形成有较多的幔源物质贡献;辉长岩正εNd值特征(+2.5～+7.0)、REE平坦型或弱富集型以及亏损大部分不相容元素(Nb, P, Ti, U, Th, LREE)特征,反映软流圈地幔对岩浆形成产生重要贡献.幔源玄武质次火山岩主要为钙碱性岩系,REE平坦型,低(87Sr/86Sr)i (＜0.7060) 、高εNd (高达+4.3,同位素组成接近于MORB,证明其来源于亏损的软流圈地幔.根据这些构造-岩浆事件的时空分布、岩石组合特征、岩石地球化学以及岩浆演变序列,提出了一个青藏高原大陆碰撞的四阶段演化模式.这个模式强调了①70～60 Ma,新特提斯洋板片回转,印度大陆与亚洲大陆发生碰撞(≥65 Ma),并导致加厚地壳深熔;②60～54 Ma,印度大陆板片向北陡深俯冲,下地壳缩短加厚,地壳深熔作用持续;③53～41 Ma,新特提斯洋板片发生断离,并向下拆沉.软流圈物质透过板片断离窗上涌,诱发地幔楔、上覆加厚的镁铁质下地壳熔融;④陡深俯冲的印度大陆板片因特提斯洋板片断离而发生折返,开始低角度俯冲(＜40 Ma),导致高原内部的陆内俯冲、走滑剪切与地壳缩短,造成冈底斯岩浆间断(40～26 Ma)和拉萨地体初始抬升.因此,在青藏高原碰撞造山过程中,主碰撞期造山(65～41 Ma)的动力机制主要是印度大陆板片的陡角度俯冲和特提斯洋板片断离,晚碰撞期造山(40～26 Ma)的动力机制主要为印度大陆板片的低角度俯冲.     

天山石炭-二叠纪后碰撞花岗岩的Nd、Sr、Pb同位素源区示踪

天山造山带不仅是中亚巨型造山带的组成部分，也是我国西部晚古生代岩浆活动的集中区，蕴含着丰富的古亚洲洋演化的复合地质信息。笔者以探索天山晚古生代花岗岩浆活动的物质来源为目标，采用Sr、Nd、Pb同位素地球化学方法，对该区不同构造单元中具有代表性的花岗岩体进行了全面系统的研究，发现天山不同构造单元中花岗岩Sr、Nd、Pb同位素特征具有明显差异。在与其围岩的同位素特征进行对比研究的基础上，提出了产于不同构造单元石炭-二叠纪花岗岩的可能源区。觉罗塔格石炭-二叠纪裂谷带的晚古生代花岗岩，具有最高的εNd(t)值和最低的(^87Sr／^86Sr)t值，如，以康古尔石英闪长岩为代表的二叠纪花岗岩的源岩可能是早期泥盆纪大南湖岛弧火山岩(新生地壳)；博格达地区的晚石炭-二叠纪花岗岩是早期基性火山岩，亦可能是底侵基性岩部分熔融的产物。中新元古代基底晚石炭-二叠纪裂谷带中花岗岩的源岩亦为同期基性火山岩，但在岩浆演化过程中受到古老基底地壳的混染，导致其εNd(t)值低于石炭-二叠纪裂谷带中花岗岩，而(^87Sr／^86Sr)t高于石炭-二叠纪裂谷带花岗岩。南天山东段和前寒武系微地块及其边缘中的晚古生代(含个别早古生代花岗岩)花岗岩分别是类似于库米什斜长角闪岩的古老地壳和西天山元古代古老地壳部分熔融的产物，因此它们均具有负的εNd(t)值和异常高的(^87Sr／^86Sr)t值。上述认识对于了解天山晚古生代区域岩石圈演化及深部过程具有重要意义。     

青藏高原拉萨地块碰撞-后碰撞岩浆作用的三种类型及其对大陆俯冲和成矿作用的启示：Sr-Nd同位素证据

青藏高原拉萨地块是揭示印度与亚洲大陆碰撞的最重要的地区之一,其中广泛发育的碰撞-后碰撞岩浆作用记录了这一地区从特提斯洋俯冲消减到印度大陆陆内俯冲的全过程.本文基于对最新的Sr-Nd同位素资料的分析,从高原岩石圈的三种主要地球化学端元入手,分析了拉萨地块碰撞-后碰撞岩浆作用的类型及其在大陆俯冲与成矿作用方面的意义.青藏高原岩石圈可以分为三种主要的地球化学端元,一是青藏高原北部地球化学省（包括羌塘、可可西里和西昆仑）代表的青藏原始岩石圈地幔地球化学端元,42Ma以来在高原北部广泛分布的钾质岩浆岩的Nd-Sr同位素成分比较均一和稳定,同位素比值的范围较窄,^87Sr/^86Sr=0.707101～0.710536,εNd=-2～-9,tDM=0.7～1.3Ga;二是雅鲁藏布江蛇绿岩代表的新特提斯洋地幔端元,^87Sr/^86Sr=0.703000～0.706205,εNd=＋7.8～＋10,呈印度洋型MORB特征,属于印度洋型地幔域;三是喜马拉雅带地壳基底和花岗岩类显示的喜马拉雅地壳地球化学端元,εNd=-12～-25,^87Sr/^86Sr=0.733110～0.760000,具相对古老的Nd模式年龄,tDM=1.9～2.9Ga.拉萨地块碰撞-后碰撞岩浆作用可以划分出三种地球化学类型,即拉萨地块原地型、亲特提斯洋型和亲喜马拉雅型.这三种岩浆作用类型受控于上述三种地球化学端元在其源区的比例及相互作用.其中,拉萨地块原地型与青藏高原北部地球化学省特征一致,亲特提斯洋型代表了与新特提斯洋俯冲消减及其后的再循环有关的岩浆作用,亲喜马拉雅型岩浆岩的Sr-Nd同位素特征则可能指示了喜马拉雅大陆地壳端元的参与.超钾质火山岩是揭示印度大陆岩石圈向北俯冲的重要证据,印度大陆岩石圈俯冲作用可能同时控制了超钾质岩石和盐类矿床的产出,古老地壳物质作为源区参与了超钾质岩石和盐类矿床的成岩与成矿作用.拉萨地块中部地区的含矿斑岩属于亲特提斯洋型岩浆作用,因此具亲特提斯洋型特征的火山岩、浅成斑岩和深成侵入岩,是进一步寻找铜、钼、金矿床的重要目标.     

拉萨地块南部冈底斯~50 Ma负ε_(Nd)(t)花岗质侵入岩的发现及其地质意义

拉萨地块南部冈底斯岩浆带主要形成于中生代–早新生代(205~40 Ma),正的锆石ε_(Hf)(t)和全岩ε_(Nd)(t)显示了新生地壳组分的特征,其形成普遍被认为与新特提斯洋俯冲或印度–欧亚大陆碰撞后的板片断离有关。作者近期的研究工作显示,冈底斯岩浆带中部的早始新世挡顶拉和先弄错纳花岗质侵入岩具有明显的负ε_(Nd)(t)值。锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄表明,上述侵入岩形成于~50 Ma,与冈底斯早新生代岩浆大爆发时期(~50 Ma)一致。挡顶拉和先弄错纳侵入岩具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损以及中等的负Eu异常特征,但先弄错纳岩体具有低的稀土元素总量和更明显的轻、重稀土元素分异。挡顶拉和先弄错纳侵入岩具有明显富集的Sr-Nd同位素组成:(~(87)Sr/~(86)Sr)i=0.7096~0.7121,εNd(t)=-7.3~-8.0。这些侵入岩主要可能来自古老地壳的重熔,且其源区组成矿物可能为黑云母+角闪石+石英+斜长石,岩浆在上升过程中经历了结晶分异。尽管目前的研究资料还无法解释这种富集的同位素特征是与拉萨古老地壳的部分熔融有关,还是与俯冲的印度古老大陆地壳物质熔融有关,但是明显负ε_(Nd)(t)值的花岗质岩石在拉萨地块南部冈底斯岩基中部的出现,有可能为新特提斯洋俯冲及印度–欧亚大陆碰撞过程提供新的启示。     

东昆仑希望沟中二叠世辉长岩Sr-Nd-Lu-Hf同位素特征及其地质意义

东昆仑东段希望沟-哈陇休玛一带有多处镁铁-超镁铁质岩的出露,针对希望沟地区中二叠世辉长岩3块样品进行的全岩Sr-Nd同位素及锆石Lu-Hf同位素测试,结果表明:希望沟辉长岩87Sr/86Sr为0.707 445~0.707 676,(87Sr/86Sr)i值为0.707 045~0.707 297,高于现代深海拉斑玄武岩(0.702 0~0.703 5),143 Nd/144 Nd的初始计算值为0.512 476~0.512 543,εNd(t)值为-2.65^-1.34,Nd(t)值受蚀变影响较小,基本反映了其源区洋岛玄武岩的同位素特征;176 Lu/177 Hf在0.000 592~0.001 860间,εHf(t)在2.27~5.46间,一阶段Hf模式年龄为691Ma^816Ma,平均为758Ma,表明岩浆源区主要来源于亏损地幔并有少量壳源物质(如洋壳沉积物)的加入。结合区域构造演化特征,认为希望沟辉长岩源区主要为洋岛玄武岩,是东昆仑地区阿尼玛卿古特提斯洋向北俯冲的结果。     

西天山阿吾拉勒埃达克质岩石成因：Nd和Sr同位素组成的限制

西天山阿吾拉勒二叠纪钠质英安岩和钠长斑岩具有与埃达克岩一致的高Sr,低Y、Yb和Eu正异常等独特岩石地球化学特征。系统的Nd和Sr同位素组成研究表明，其（^143Nd/^144Nd)i为0．512384－0．512470，εNd(t)为正值（＋1．57－＋3．26）；（^87Sr/^86Sr)i为0．0751－0．7054，与本区同时代幔源玄武岩的Nd和Sr同位素组成特征相似，但与俯冲洋壳部分熔融成因埃达克岩的Nd和Sr同位素组成有显著区别。结合这些埃达克质岩石形成二叠纪后碰撞阶段构造背景，认为本区埃达克质岩浆最有可能由新底侵的玄武质下地壳在角闪岩相向榴辉岩相过渡或榴辉岩相的条件下部分熔融形成，是西天山晚古生代后碰撞阶段地幔玄武岩浆底侵作用和地壳垂向增生的重要岩石标志。     

新疆中天山南缘比开（地区）花岗岩地球化学特征及年代学研究

伊犁-中天山板块南缘比开地区出露的花岗岩和花岗闪长岩具钙碱性大陆弧花岗岩特征,其形成与南天山洋向北的俯冲事件相关。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究表明,岩浆活动在479～401Ma间一直发生,其中419～401Ma间岩浆活动强烈,形成大量钙碱性花岗岩组成的中天山南缘陆缘弧。(~(87)Sr/~(86)Sr)_i=0.711578～0.704729,ε_(Nd)(t)=-5.01～-2.19,表明花岗岩的形成过程中有地幔物质的加入,而Nd模式年龄t_(DM)介于946～1661Ma间,则反映花岗岩形成过程中有古老地壳物质混染。     

藏南早侏罗世新特提斯洋俯冲过程中壳幔混合作用:来自日喀则东嘎闪长质岩体的证据

大陆地壳的总体成分是闪长质的,闪长岩的成因是理解大陆地壳形成的关键。发育在青藏高原南部的冈底斯岩基,其总体成分是闪长质的,但是前人的研究主要集中在讨论镁铁质和长英质岩石的成因,很少涉及闪长岩。本工作选取冈底斯岩基中部东嘎闪长质岩体作为研究对象,以揭示冈底斯带闪长岩的成因及其与地壳生长的关系。锆石U-Pb定年显示东嘎闪长岩形成于(176.5±1.2)Ma,并且有(191.3±1.2)Ma的继承锆石,指示有早期地壳组分的加入。这些闪长岩具有相对较高的Mg~#(0.40~0.44),亏损的Sr((~(87)Sr/~(86)Sr)_i=0.703570~0.703595)、Nd(ε_(Nd)(t)=+6.1~+6.5)和锆石Hf(ε_(Hf)(t)=+12.0~+14.7)同位素组成,以及较高的~(147)Sm/~(144)Nd值,表明岩浆源区有地幔物质贡献。岩相学上,闪长岩中镁铁质聚晶团块附近的针状磷灰石,以及东嘎岩体中广泛发育的镁铁质包体,暗示闪长岩为岩浆混合成因。岩浆混合的地球化学检验,也证实东嘎闪长岩是由幔源和壳源岩浆混合形成。东嘎闪长岩的壳幔混合成因表明在早侏罗世新特提斯洋俯冲过程中发生了垂向大陆地壳生长。     

初论西藏过铝花岗岩

西藏主要过铝花岗岩岩体有61个,其岩石类型主要有电气石花岗岩、白云母花岗岩和二云母花岗岩.岩石的SiO2=65.7y.52%,A/CNK=1.05～2.26,C-norm=1.2～3.1,表明西藏过铝花岗岩属白云母强过铝花岗岩类型,为岩浆成因.岩石具较强的负Eu异常,(87Sr/86Sr)i值较高,为0.72199～0.75513;εNd(t)值较低,为-16.0～-9.6;δ18O值较高,为 8.9‰～ 18.79‰;结合La/Sm-La图解,表明其形成过程中没有地幔的卷入,为泥质岩石部分熔融的产物,岩浆来源于上地壳.QAP图解、R1-R2图解、Rb-(Y Nb)图解等均表明其为大陆碰撞构造环境.西藏过铝花岗岩发生在2个大陆地壳板块的碰撞阶段,岩浆来源于上地壳的重熔.喜马拉雅过铝花岗岩是陆内俯冲的岩石学记录,而冈底斯带过铝花岗岩更可能是特提斯洋壳北向俯冲的岩石学响应.     

Quaternary stresses revealed by calcite twinning inversion: insights from observations in the Savonnières underground quarry (eastern France)

Calcite samples were extracted both from the rock matrix and the superficial coating of a karstified fault plane of an underground quarry, located in the eastern border of the Paris basin. The karstification is dated as Quaternary. Analysis of mechanical calcite twinning reveals that only the calcite matrix has also undergone a compression trending WNW that can be attributed to the Mio-Pliocene alpine collision. Both coating and matrix have undergone a strike-slip regime with σ₁ roughly trending north–south, that could correspond to the regional present-day state of stress, a strike-slip compression rather trending NNW, modified by local phenomena. To cite this article: M. Rocher et al., C. R. Geoscience 335 (2003).     

HYDROGEOLOGY

正20141756 Chen Ruige(Mathematical College,China University of Geosciences,Beijing100083,China);Zhou Xun Numerical Simulation of Groundwater Level Fluctuation in a Coastal Confined Aquifer with Sloping Initial Groundwater Level Induced by the Tide(Geological Bulletin of China,ISSN1671-2552,CN11-4648/P,32(7),2013,p.1099-1104,6 illus.,16 refs.) Key words:confined water,groundwater level     

METAMORPHIC PETROLOGY

正20141408 Cai Jia(Institute of Geology,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037,China);Liu Fulai Petrogenesis and Metamorphic P-T Conditions of Garnet-Spinel-Biotitebearing Paragneiss in Danangou Area,Daqingshan-Wulashan Metamorphic Complex Belt(Acta Petrologica Sinica,ISSN1000-0569,CN11-1922/P,29(7),     

SERIALS

正~~     

GEOPHYSICAL EXPLORATION

正20142386An Guoying(China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,China)Application of Satellite Remote Sensing in Regional Hydrogeological Investigation:Taking Cenozoic Strata in Wenquan Sheet(1∶250 000)of Karakoram Range as an Example(Geosci-     

QUATERNARY GEOLOGY & GEOMORPHOLOGY

正20141016An Chengbang(Key Laboratory of Western China’s Environmental Systems,Ministry of Education,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China);Zhao Yongtao Lake Records during the Last Glacial Maximum from Xinjiang,NW China and Their Climatic Impli-     

PETROLEUM GEOLOGY

正20141538 Cao Qing(School of Earth Sciences and Engineering,Xi’an Petroleum University,Xi’an 710065,China);Zhao Jingzhou Characteristics and Significance of Fluid Inclusions from Majiagou Formation,Yichuan Huangling Area,Ordos Basin(Advances in Earth Science,ISSN1001-8166,CN62-1091/P,28(7),2013,p.819-828,7 illus.,3 tables,43 refs.)     

GEOCHEMISTRY

正20142002 Wei Hualing(Institute of Geophysical and Geochemical Exploration,Chinese Academy of Geological Sciences,Langfang065000,China);Zhou Guohua Element Content and Mineral Compositions in Different Sizes of Soil in Tongling Area,Anhui Province(Geological Bulletin of China,ISSN1671-2552,CN11-4648/P,32(11),2013,p.1861     

ENGINEERING GEOLOGY

正20141768 An Shaopeng(Institute of Rock and Soil Mechannics,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430071,China);Wei Lide Experimental Study on Mechanical Behavior of Xigeda Formation Siltstone and Structure Interface(Journal of Engineering Geology,ISSN1004-9665,CN11-3249/P,21(5),2013,p.702-708,9illus.,1 table,16 refs.)     

HISTORICAL GEOLOGY & STRATIGRAPHY

正20140985Chen Liang(Post-Doctoral Research Station of Mining Engineering,School of Nuclear Resources and Nuclear Fuel Engineering,University of South China,Heng-yang 421001,China);Huang Wei Composition of Major and Correlated Elements with Organic Matters and Paleoclimatic Implication for Lower Paleogene Sediments in Sanshui Basin