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科研進展

廣州地化所在臺灣恒春半島增積玄武巖研究方面取得新進展

  

  增生楔是板塊俯沖匯聚的產物,完整記錄了板塊俯沖構造演化過程。臺灣是目前世界上最活躍的造山帶之一,臺灣南端的恒春半島增生楔(1)出露有大量玄武質巖塊, 巖石類型包括玄武巖、輝長巖、輝綠巖、斜長角閃巖及玄武安山巖等(2),這些巖塊是南海向花東-菲律賓板塊俯沖過程中刮積的洋殼殘片,是研究南海及花東-菲律賓海巖漿演化和地幔性質的絕佳素材。 

  中國科學院廣州地球化學研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室田陟賢博士后、閆義研究員及其合作者等針對恒春半島出露的增積玄武質巖石開展了系統的巖石學、地球化學及同位素地質年代學研究, 厘清了增積玄武質巖石構造屬性和來源,提出了臺灣造山帶構造-沉積演化模型。 

圖1 臺灣造山帶及其臨區構造-地形圖(a); 北馬尼拉海溝弧-陸碰撞、歐亞板塊與花東-菲律賓海板塊會聚之立體示意圖(b)。

圖2 臺灣恒春半島地質簡圖及采樣位置(a); 恒春半島典型露頭: 牡丹組復理式沉積(b); 墾丁公園的巖漿巖礫石露頭(c);棱角狀玄武巖(尖山地區) (d); 墾丁公園大型輝長巖塊露頭(e); 石門地區大型枕狀玄武巖塊(f)。

  地球化學分析顯示,這些巖石具有顯著的地球化學多樣性, 識別出N-MORB、E-MORB和OIB三種類型。同位素地質年代學、Hf-Nd同位素結果顯示:

  (1) N-MORB型巖石占基性巖塊的多數, 鋯石SIMS U-Pb年代學給出22.86 ± 0.32 Ma和24.2 ± 1.1 Ma, 是由虧損地幔部分熔融形成的南海洋殼的碎片;

  (2) OIB親緣性的堿性玄武巖與南海海山玄武巖具有地球化學相似性, 是剪切破碎并加積進入增生楔的南海海山殘片。Nd-Hf同位素特征表明其源區至少包括EM Ⅱ, HIMU和DMM三種地幔端元, 可能由與EM Ⅱ端元有關的海南地幔柱攜帶再循環洋殼成分交代DMM源區形成;

  (3) E-MORB型玄武巖與呂宋島弧弧前基底(花東海盆)玄武巖具有一致的早白堊世年齡(40Ar/39Ar年齡135.0 ± 5.6 Ma)、相似的巖石類型和地球化學特征, 并且都具有顯著的IMM (印度洋MORB地幔)型Hf-Nd同位素特征, 表明它們是呂宋弧前基底在俯沖消減過程中進入增生楔的碎片。

  圖3 恒春半島基性雜巖的構造-沉積演化模式圖: (a)海山俯沖引發短期物質再循環形成復理層序中的礫巖透鏡體(即石門礫巖), (b)陸殼俯沖與弧陸碰撞導致構造剪切形成墾丁混雜巖、海底滑坡形成青蛙石滑塌堆積。

    基于野外地質調查和恒春半島區域構造演化背景, 提出了臺灣恒春半島增生楔新的構造-沉積演化模型: 透鏡狀或夾層狀分布于復理式濁積層序中的石門礫巖和OIB巖塊記錄了晚中新世南海海山俯沖和短暫的增生楔物質出露-再循環(3a); 而半島西側的墾丁混雜巖是由增生楔中的濁積層序和其中的基性巖塊在強烈的構造剪切作用下形成(圖3b); 墾丁青蛙石一帶出露的富含基性巖塊和礫石的堆積體則是增生楔失衡而發生大規模持續滑塌、物質再循環的產物(圖3b)。 

  本研究受到國家自然科學基金項目(41606067,41676048,U1701641,41476036,41472093)的資助。

    相關成果發表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth: Tian, Z.-X., Yan, Y., Huang, C.-Y., Zhang, X.-C., Liu, H.-Q., Yu, M.-M., et al. (2019). Geochemistry and geochronology of the accreted mafic rocks from the Hengchun Peninsula, southern Taiwan: origin and tectonic implications. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124. http://dx.doi.org/10.1029/2018JB016562 

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