幸运飞艇 > 科学研究 >

科学家发现青藏高原地壳低速-高导层为部分熔融层的岩石学证据

科学家发现青藏高原地壳低速-高导层为部分熔融层的岩石学证据

  青藏高原具有巨厚(~ 50–90 km)的大陆地壳,是地球上最大、最高的新生代高原。三种主要的机制被用于解释其地壳增厚过程和高海拔地形的形成:增厚地幔岩石圈的减薄、陆内俯冲和地壳流动(或通道流)。产生上述争论的主要原因是目前青藏高原深部地壳、岩石圈地幔热演化资料的缺少,以及地壳物理观测到青藏高原地壳15–50 km深处的低速层(LVZs)和高导层(HCZs(1)的多解性。这些低速-高导层(LV–HCZs)被许多研究者认为是地壳软弱带(weak layers),其形成可能与这些因素有关:一系列各向同性晶体中云母的近水平定向排列、地幔熔体的出现、含水流体、地壳剪切带,或带内熔体的出现基于深熔熔体、数值模拟、大地电磁和地震的证据,地壳通道流模型认为这些低速-高导层就是地壳内的部分熔融层。有关低速-高导层的争议表明,如果要揭示其特征和起源,就必须要有来自深部地壳岩石样品的直接证据。

  来自深部地壳或上地幔的火山岩及包体为揭示青藏高原深部地壳、地幔热状态提供了重要信息。基于高原中部羌塘地区新生代火山岩中地壳麻粒岩包体和有限的地震波速资料,前人认为青藏高原中下地壳太干而不可能发生地壳熔融。这导致一些研究者对地壳流动导致高原生长的模型产生了强烈质疑。特别是在青藏高原中北部,这种质疑更多。但是,一些其他的研究认为地壳熔融在触发地壳弱化和流动方面发挥了重要作用。

  针对上述低速-高导层成因的问题,在中国科学院先导专项(B)课题(XDB03010600)、国家杰出青年基金项目(41025006)、广东省领军人才项目(2014TX01Z079)和中国科学院广州地球化学研究所“135”项目(135TP201601)的资助下,广州地化所和中科院青藏高原卓越创新中心研究员王强及其合作者、团队对青藏高原中北部羌塘、松潘-甘孜和昆仑地区新生代火山岩和包体(1)开展了深入研究,报道了该区上新世-第四纪(4.7–0.3 百万年前(Ma))粗安岩、英安岩、流纹岩及其捕获包体的岩石学和地球化学资料。通过详细的地球化学研究(2),并结合前人开展的地壳岩石熔融实验资料(3a),王强等认为该区上新世-第四纪的长英质岩浆由地壳岩石在700–1050 oC 的温度和 0.5–1.5 GPa的压力条件下熔融形成。

  上述岩浆产生的温压条件与目前基于地球物理、地壳包体和地球物理与岩石学模拟研究得出的青藏高原中北部现今的地温曲线一致(3b。这表明青藏高原中北部中下地壳的高温导致了地壳岩石缺流体的熔融。简单批次熔融模拟计算显示,青藏高原中北部地壳熔体来自地壳岩石8–22%的熔融。这个熔体分数与大地电磁和熔融与模拟实验研究揭示出的青藏高原的地壳低速-高导层形成所需要的熔体分数(523 幸运飞艇 %823%)非常一致。这表明,在上新世-第四纪,青藏高原中北部地壳岩石在低速-高导层出现的15–50 km深处发生了 8–22%熔融。因此,上述研究为低速-高导层是地壳熔体的源区提供了新的岩石学证据。青藏高原中北部中下地壳中8-20% 熔体的出现将导致该区地壳强度明显被改变。这将有利于青藏高原中北部熔体弱化的中下地壳向北和向东流动。在高温、部分熔融中下地壳中,地壳熔体强化的塑性流动使得青藏高原很容易保持较为一致的抬升,并触发在其北部、东部边缘发生扩展和频繁的地震。

  上述文章于616日发表在Nature Communications (Wang, Q.*, Hawkesworth, C. J. *, Wyman, D., Chung, S.-L., Wu, F.-Y. Li, X.-H., Li, Z.-X., Gou, G.-N., Zhang, X.-Z., Tang, G.-J., Dan, W., Ma, L., Dong, Y.-H. 2016. 幸运飞艇 Pliocene–Quaternary crustal melting in central and northern Tibet and insights into crustal flow. Nature Communications, 7:11888, doi: 10.1038/ncomms)。

 

1 横穿青藏高原的综合示意剖面

 

图2 选择的岩浆岩特征与纬度变化图解

图3 青藏高原中北部地壳热状态