刘泽：板片回转控制了土耳其东Pontides弧约84 Ma的岩浆成分转变

来源：中国地质大学

大洋板片的俯冲作用将在上覆大陆或增生过渡型岩石圈形成以中酸性钙碱性岩浆岩为主体的大陆弧。大陆弧经常会出现伴随有岩浆成分发生明显改变的岩浆大爆发，这一现象通常被解释为受控于特殊的地幔过程（如板片回转、板片断离或岩石圈拆沉等）。但对古老大陆弧而言，如何有效地鉴别发生了何种地幔过程，以及这种地幔过程如何改变岩浆成分，是极具挑战的科学问题。

针对这一科学问题，中国地质大学（北京）“大陆汇聚与青藏高原生长”求真研究群体博士研究生刘泽，在导师朱弟成教授指导下，以限定土耳其东北部Eastern Pontides弧晚白垩世岩浆岩成因和构造背景为切入点，系统地整理了土耳其Eastern Pontides弧晚白垩世岩浆作用的时空分布（图1）和岩石组合、地球化学特征，取得了一系列重要研究成果。

1、在土耳其东北部Eastern Pontides弧发现了晚白垩世低钾到高钾-钾玄质钙碱性花岗岩类，并通过锆石U-Pb定年将侵入年龄限定在91-75 Ma之间。

2、在Eastern Pontides弧首次识别出了晚白垩世花岗岩类的岩浆成分转变，并以约84 Ma为界线，早期（>84 Ma）花岗岩类具有低K₂O/Na₂O、低Th/La比值和亏损的Nd-Hf-O同位素成分；晚期（<84 Ma）花岗岩类具有高K₂O/Na₂O、高Th/La比值和富集的Nd-Hf-O同位素成分（图2）。

3、通过系统的岩石学和地球化学研究，认为两组花岗岩类均起源于新生下地壳的部分熔融，并分别与约5–30%和50–60%的富集地壳基底来源的熔体发生了混合。

4、通过绘制Eastern Pontides南北向Nd-Hf同位素剖面，结合现今布格重力异常和地震B值数据，认为Eastern Pontides北部地区以新生下地壳为主，而南部地区以古老下地壳为主，提出晚白垩世Eastern Pontides弧受控于从北向南的俯冲作用（图3）。

5、结合在Eastern Pontides南部地区在84 Ma之后广泛出现的红色远洋灰岩和伸展断层，提出84 Ma以来的晚白垩世大规模岩浆作用很可能受控于南向俯冲的黑海大洋岩石圈的板片回转。

该项研究在Eastern Pontides弧首次识别出了约84 Ma的岩浆成分转变，为黑海的南向俯冲和板片回转提供了直接的岩石学和地球化学证据，构建了土耳其东北部Easter Pontides岩浆弧晚白垩世时期的构造-岩浆演化过程。该项研究表明，通过结合岩石学、地球化学、地球物理和地表沉积-构造资料，能够有效地识别出复杂地幔过程及其对弧岩浆成分的改造，对研究全球其它古造山带的构造-岩浆演化具有重要借鉴意义。

图1 土耳其东北部构造单元划分和Eastern Pontides弧地质简图

图2 Eastern Pontides弧晚白垩世岩浆成分随时间的变化图

图3 土耳其东北部地区地球物理与地球化学特征的空间变化图

图4 Eastern Pontides弧晚白垩世构造-岩浆演化模式图

上述成果发表于地球科学领域国际著名期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》上：Liu, Z., Zhu, D.C.*, Wang, Q., Eyuboglu, Y., Zhao, Z.D., Liu, S.A., Xu, L.J., 2018. Transition from low-K to high-K calc-alkaline magmatism at approximately 84 Ma in the Eastern Pontides (NE Turkey): Magmatic response to slab rollback of the Black Sea. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 123, 7604-7628. [IF2017=3.482]

全文链接：https://doi.org/10.1029/2018JB016026