華南晚三疊世火山巖的識別：對古太平洋洋殼俯沖啟動時限的制約

孫 杰，劉 磊，李 響，趙增霞，趙 陽

(1.桂林理工大學(xué) a.廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室；b.有色金屬礦產(chǎn)勘查與資源高效利用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西 桂林 541006；2.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205)

板塊構(gòu)造理論是20世紀(jì)自然科學(xué)的重大成就之一, 也是目前統(tǒng)領(lǐng)固體地球科學(xué)的重要科學(xué)理論[1]。板塊構(gòu)造理論的核心是大洋的生成與消亡, 但促使大洋消亡的俯沖帶是如何啟動的, 是板塊構(gòu)造理論尚未解決的重要科學(xué)問題之一[2-4]。明確俯沖作用早階段的地質(zhì)響應(yīng)有助于解決上述問題, 這需要對保存較好的顯生宙俯沖帶和俯沖作用產(chǎn)物開展研究。

普遍認(rèn)為, 華南板塊于早中生代受控于古特提斯洋閉合[5-8], 晚中生代則與古太平洋板塊的俯沖密切相關(guān)[5, 9-12], 因此經(jīng)歷了由特提斯構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變[5]。然而, 對上述構(gòu)造域轉(zhuǎn)變的時限一直存在不同的認(rèn)識, 如: 晚二疊世[11, 13-15]、 晚三疊世[16-18]、 早侏羅世[5, 19-21]以及晚侏羅世[6, 22]等。這些分歧體現(xiàn)了對古太平洋洋殼俯沖起始時間和地質(zhì)響應(yīng)的認(rèn)識存在不足。

近年來, 學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)識到華南大規(guī)模分布的晚中生代火山巖-侵入巖明顯受控于古太平洋洋殼俯沖作用[5, 9, 11], 尤其是對其中大面積連續(xù)分布、 形成時代連續(xù)的火山巖系列的系統(tǒng)研究, 可以反映古太平洋洋殼俯沖的具體形式[12, 23-26], 對早侏羅世火山巖的研究結(jié)果則顯示其受控于古太平洋洋殼俯沖早階段的影響[21, 23, 27]。以往認(rèn)為, 華南三疊紀(jì)火山巖零星分布[28], 僅在桂西和欽州灣地區(qū)出露有少量早-中三疊世火山巖[29-30], 其他地區(qū)未見報道。本研究在粵東地區(qū)識別出與晚中生代火山巖連續(xù)產(chǎn)出的晚三疊世火山巖, 并進(jìn)行了年代學(xué)和巖石成因研究, 得出的相關(guān)結(jié)論有助于深入認(rèn)識古太平洋洋殼俯沖早階段的地質(zhì)響應(yīng), 并對俯沖起始時間作進(jìn)一步限定。

1 地質(zhì)背景和樣品特征

華南板塊由華夏地塊和揚(yáng)子地塊組成, 二者以江紹斷裂和萍鄉(xiāng)-玉山斷裂為界[31]。華夏地塊和揚(yáng)子地塊具有不同的前寒武紀(jì)地質(zhì)演化歷史, 由不同的地殼基底物質(zhì)組成。華夏地塊的基底成分主要為古元古代變質(zhì)巖, 大多數(shù)出露于浙-閩西北地區(qū), 在其余地方零星分布; 揚(yáng)子地塊內(nèi)部則出露大量的新太古代基底地層, 最古老的基底為位于湖北省宜昌市三峽地區(qū)的中太古代崆嶺雜巖[5, 32]。

華南板塊中生代火成巖90%以上是花崗巖和對應(yīng)的中酸性火山巖, 主要分布在華夏地塊范圍, 按時代可以劃分為早中生代印支期和晚中生代燕山期。其中, 早中生代火成巖主要分布在廣西, 以及湘、 粵、贛、 閩部分地區(qū), 主要是面式分布的花崗質(zhì)侵入巖, 以小、 少、 分散為特點[5]; 同時期火山巖在華南分布有限, 僅限于廣西南部的憑祥-大黎近東西向斷裂帶附近, 以及十萬大山西南側(cè)的臺馬-板八一帶, 其時代為早-中三疊世[29, 30, 33-35]。晚中生代火山活動活躍、 噴發(fā)強(qiáng)烈, 形成了一套大面積分布的陸相火山-沉積巖地層, 在浙東南、 閩東、 粵東等地呈帶狀連續(xù)分布, 而在贛、 浙西北、 閩西、 桂東南主要以盆地形式分散分布[17, 19, 23, 36-39](圖1)。在中國東南部以火山巖分布為主體的浙閩粵沿海地帶, 以往認(rèn)為未發(fā)育三疊紀(jì)火山巖[28]。

圖1 中國東南部晚中生代花崗巖-火山巖分布簡圖及采樣位置(據(jù)文獻(xiàn)[5]修改)Fig.1 Distribution of Late Mesozoic granite-volcanic rocks in southeastern China and locations of the studied volcanic stratigraphic sections

粵東地區(qū)侏羅紀(jì)火山巖在地層劃分上主要分為早侏羅世嵩靈組、 中侏羅世吉嶺灣組(或稱漳平組)和晚侏羅世高基坪群[35]。嵩靈組由一套碎屑巖和火山巖組成, 包括砂巖、 凝灰質(zhì)砂巖、 粉砂巖、 粉砂質(zhì)頁巖、 沉凝灰?guī)r、 火山角礫巖、 安山巖、 安山質(zhì)凝灰?guī)r、 英安質(zhì)凝灰?guī)r、 流紋質(zhì)凝灰?guī)r等[35]。吉嶺灣組火山巖巖性以安山巖為主, 夾玄武巖、 英安質(zhì)-安山質(zhì)凝灰熔巖, 分布范圍比嵩靈組大。高基坪群為一套中酸性、 酸性火山巖, 主要由流紋質(zhì)-英安質(zhì)火山碎屑巖夾少量火山碎屑沉積巖和熔巖組成[35]。

本次工作在具有區(qū)域巖石代表性的廣東梅州市嵩靈剖面采集了3件嵩靈組下部火山巖樣品(圖2),作為控制及對比研究, 在揭西縣中心村剖面采集了1件高基坪群火山巖樣品。嵩靈組火山巖樣品分別為凝灰?guī)r、 流紋質(zhì)凝灰?guī)r和巖屑凝灰?guī)r: 凝灰?guī)r(SL01, N24°31′50″、 E116°16′03″), 幾乎全部由細(xì)小的火山灰組成, 火山凝灰結(jié)構(gòu), 不含明顯晶屑(圖3a); 流紋質(zhì)凝灰?guī)r(SL02, N24°32′06″、 E116°16′43″), 含鉀長石、 石英等晶屑約10%, 石英巖巖屑約5%(圖3b); 巖屑凝灰?guī)r(SL03, N24°32′27″、 E116°19′14″), 火山凝灰結(jié)構(gòu), 火山碎屑主要包括巖屑和晶屑, 巖屑含量約為25%(成分主要為石英巖), 晶屑含量約占3%(主要為石英), 多呈熔蝕港灣狀(圖3c)。高基坪群火山巖樣品為晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r(GJP01, N23°36′06″、 E115°52′45″), 弱熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu), 含較多晶屑和少量巖屑, 晶屑主要為石英, 多數(shù)為自形-半自形, 部分呈熔蝕港灣狀, 含量約為30%, 巖屑成分主要為石英巖, 含量約5%(圖3d)。所采集火山巖樣品均有一定程度的蝕變。

圖2 梅州市嵩靈侏羅系嵩靈組-漳平組-高基坪群剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)[35]修改)Fig.2 Profile of Songling section in Meizhou showing the Jurassic volcanic sedimentary strata

圖3 火山巖樣品顯微照片(+)Fig.3 Micrographs of the studied volcanic rocksa—嵩靈組凝灰?guī)r; b—嵩靈組流紋質(zhì)凝灰?guī)r; c—嵩靈組巖屑凝灰?guī)r; d—高基坪群晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r

2 分析方法

鋯石分選采用傳統(tǒng)的重砂法完成。首先將樣品破碎至60目(250 μm)左右, 分選出無磁性重礦物顆粒, 并在雙目顯微鏡下隨機(jī)挑選出短柱狀或長柱狀自形程度較好的鋯石顆粒; 制作完成的鋯石樣品在顯微鏡下進(jìn)行透射光和反射光觀察和照相, 用于分析鋯石晶體的晶型、 裂隙和包裹體等外觀特征。然后進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)圖像分析, 進(jìn)一步研究鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征, 尋找適合測試鋯石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析的點位。樣品處理與鋯石分選委托廊坊市宇恒礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司完成, 鋯石制靶和CL圖像拍照在重慶宇勁科技有限公司完成。

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年測試在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室進(jìn)行, 測試儀器為搭載193 nm ArF準(zhǔn)分子激光器GeoLas HD激光系統(tǒng)的Agilent 7500型ICP-MS。工作參數(shù): 激光脈沖頻率6 Hz, 脈沖能量密度10 J/cm2, 溶蝕微區(qū)直徑為32 μm, 儀器設(shè)置及分析流程參照Liu等[40]。ICP-MS分析數(shù)據(jù)通過ICPMSDataCal軟件計算獲得同位素比值、 年齡和誤差。為了驗證年齡數(shù)據(jù)的可靠性, 對新識別出的3件晚三疊世火山巖樣品在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室進(jìn)行檢驗性測試。ICP-MS儀器型號為Agilent 7500a型, 激光系統(tǒng)為NewWave公司生產(chǎn)的UP213固體激光系統(tǒng), 儀器參數(shù)設(shè)置與桂林理工大學(xué)實驗室儀器分析系統(tǒng)一致。質(zhì)量分流校正采用GEMOC/GJ-1(609 Ma)[41]。ICP-MS的分析數(shù)據(jù)通過即時分析軟件GLITTER[42]計算獲得同位素比值、 年齡和誤差, 并假定標(biāo)樣的分析誤差為1%。

鋯石Lu-Hf 同位素分析在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室進(jìn)行, 所用儀器為193 nm ArF激光器GeoLas HD激光剝蝕系統(tǒng)和Neptune Plus MC-ICPMS。具體工作參數(shù): 激光脈沖頻率6 Hz, 脈沖能量10 J/cm2, 溶蝕孔徑24 μm。在計算(176Hf/177Hf)i和εHf值時,176Lu的衰變常數(shù)采用1.867×10-11a-1[43],εHf的計算采用Bouvier等[44]推薦的球粒隕石Hf同位素值, 即176Lu/177Hf=0.033 6,176Hf/177Hf=0.282 785。Hf模式年齡計算中, 虧損地幔176Hf/177Hf現(xiàn)在值采用0.283 25,176Lu/177Hf為0.038 4[45], 兩階段模式年齡采用平均地殼(176Lu/177Hf)C=0.015[46]進(jìn)行計算。

3 分析結(jié)果

火山巖樣品的鋯石呈自形-半自形, 長度為100～150 μm, 甚至更大, 長寬比為3∶2～3∶1, 具有清晰的振蕩環(huán)帶(圖4), 表現(xiàn)出巖漿結(jié)晶鋯石的內(nèi)部特征。所有鋯石具有較高的Th/U值(絕大多數(shù)>0.4), 同樣表現(xiàn)出巖漿鋯石的典型特征[47]。

圖4 火山巖代表性鋯石CL圖像、 分析點位和結(jié)果Fig.4 CL images，analyses spots and results of representative zircon grains實線圓圈代表U-Pb年代學(xué)分析點位, 虛線圓圈代表Lu-Hf同位素分析點位; 各標(biāo)尺均代表100 μm; *點在南京大學(xué)測試

3.1 年代學(xué)結(jié)果

統(tǒng)計結(jié)果表明, 對年齡較老(>1 Ga)的鋯石使用207Pb/206Pb年齡更加準(zhǔn)確, 而對于年齡較小(<1 Ga)的鋯石使用206Pb/238U年齡更加準(zhǔn)確[48]。因此,本文選取鋯石206Pb/238U年齡進(jìn)行加權(quán)平均計算。樣品年齡諧和曲線圖解和加權(quán)平均計算結(jié)果見圖5, 詳細(xì)的年齡數(shù)據(jù)結(jié)果列于表1。

表1 粵東地區(qū)晚三疊世火山巖 LA-ICP-MS 鋯石定年結(jié)果Table 1 Zircon LA-ICP-MS dating results of the Late Triassic volcanic rocks in eastern Guangdong

圖5 火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Zircon U-Pb age concordance diagram of volcanic rocks紅色表示在桂林理工大學(xué)測試，藍(lán)色表示在南京大學(xué)測試

嵩靈組下部凝灰?guī)r樣品中16顆鋯石的年齡結(jié)果集中且諧和,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為203±2 Ma(圖5a), 作為對照組在南京大學(xué)測試的另外20顆鋯石的年齡結(jié)果同樣集中且諧和,206Pb/238U加權(quán)平均年齡為202±2 Ma(圖5a), 不同實驗室不同環(huán)境下測得的年齡結(jié)果在誤差范圍內(nèi)吻合一致。嵩靈組下部流紋質(zhì)凝灰?guī)r樣品在兩個實驗室測得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(圖5b)分別為204±1 Ma和202±2 Ma, 在誤差范圍內(nèi)一致。嵩靈組下部巖屑凝灰?guī)r樣品在兩個實驗室測得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡(圖5c)分別為200±1 Ma和199±2 Ma, 同樣在誤差范圍內(nèi)一致。此外, 高基坪群晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r樣品中21顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為154±1 Ma(圖5d), 與前人測得的高基坪群火山巖時代一致[21], 同樣說明了本研究分析結(jié)果的可靠性。

3.2 鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

鋯石Lu-Hf同位素分析與U-Pb同位素定年在相同顆粒上進(jìn)行, 選取CL圖像特征完全一致的臨近或?qū)?yīng)區(qū)域進(jìn)行測試(圖4), 分析結(jié)果見圖6, 詳細(xì)的Hf同位素數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。

表2 粵東地區(qū)晚三疊世火山巖鋯石 Hf 同位素分析結(jié)果Table 2 Zircon Lu-Hf isotopic compositions of the Late Triassic volcanic rocks in eastern Guangdong

圖6 火山巖鋯石εHf(t)分布直方圖Fig.6 εHf(t) distribution histograms of zircon in volcanic rocks

嵩靈組下部凝灰?guī)r樣品εHf(t)為+9.2～+5.7(主要集中于+7.9～+6.0), 對應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為0.85～0.63 Ga; 嵩靈組下部流紋質(zhì)凝灰?guī)r樣品的εHf(t)為+5.7～+2.2, 對應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為1.08～0.85 Ga; 嵩靈組下部巖屑凝灰?guī)r樣品的εHf(t)為+10.0～+2.9, 對應(yīng)的兩階段Hf模式年齡為1.03～0.58 Ga?？傮w上, 每件火山巖樣品的鋯石Hf同位素組成基本均一, 大致呈現(xiàn)鐘形對稱特征, 并且鋯石Hf同位素組成表現(xiàn)出虧損的特點。

4 討 論

4.1 華南晚三疊世火山巖的識別

華南中生代的顯著特征之一是大面積分布的陸相火山巖, 相關(guān)火山作用過程被普遍認(rèn)為與古太平洋洋殼的俯沖作用密切相關(guān)[5, 9, 11], 甚至可以反映古太平洋洋殼俯沖的具體形式[12, 23-26]。因此, 對這些火山-沉積地層開展系統(tǒng)年代學(xué)研究是為了建立火山巖的精確時空分布格局, 以便于進(jìn)一步討論其形成構(gòu)造背景和地球動力學(xué)機(jī)制。

近年來, 高精度定年技術(shù)在華南晚中生代火山巖形成時代方面的廣泛應(yīng)用, 為確定相關(guān)火山巖的時空分布格局提供了豐富的資料。研究表明, 華南晚中生代火山作用呈現(xiàn)多期次噴發(fā)的特點, 并且總體上表現(xiàn)出從內(nèi)陸向沿海呈現(xiàn)年輕化的趨勢[5, 24, 26], 如: 江山-紹興斷裂以西的浙西北地區(qū)火山巖形成于140～130、 130～127和123～118 Ma等3個階段, 而浙東南地區(qū)除早侏羅世毛弄組外, 晚中生代火山巖形成于140～130、 130～128、 122～120和110～88 Ma等4個階段[25]。而同樣作為華南晚中生代火山巖廣泛且連續(xù)分布的區(qū)域,政和-大埔斷裂以東的閩東地區(qū)火山巖形成于160～148、145～130、130～127和110～88 Ma等4個階段[12,23],粵東地區(qū)火山巖則形成于192～183、177～163和162～139 Ma等3個階段[21,23]。因此,華南晚中生代火山巖在沿海地區(qū)還呈現(xiàn)出由粵東向閩東再向浙東南的北東向年輕化的趨勢[12, 21]。

上述研究結(jié)果表明, 華南晚中生代火山活動在古太平洋洋殼俯沖作用的影響下持續(xù)發(fā)生, 其活動過程可能伴隨了洋殼俯沖的開啟和發(fā)展的整個過程[5], 因此對華南晚中生代最早期火山活動的識別, 有助于判定洋殼俯沖的開啟時限。目前, 關(guān)于華南晚中生代時代較早的火山巖已有不少報道, 如: 上述粵東地區(qū)早侏羅世嵩靈組中上部火山巖形成于192～183 Ma[21]; 湘南道縣玄武巖的K-Ar等時線年齡和40Ar-39Ar年齡集中在198～175 Ma[49-50]; 贛南臨江地區(qū)雙峰式火山巖組合的鋯石U-Pb年齡為195～191 Ma[51-54]; 閩西南地區(qū)藩坑組拉斑玄武巖-流紋質(zhì)火山巖雙峰式組合中拉斑玄武巖鋯石U-Pb年齡為183～178 Ma[53, 55], 全巖Re-Os等時線年齡為175 Ma[56]; 浙江松陽地區(qū)零星出露有180～177 Ma的毛弄組火山巖[25, 27, 57]。相比之下, 本研究在華南識別出的晚三疊世火山巖, 將區(qū)域內(nèi)連續(xù)活動的火山作用時代前推至約204 Ma。

結(jié)合前人所報道的區(qū)域內(nèi)零星形成的同時代侵入巖[5, 11, 20, 58-59], 基本可以確定華南地區(qū)晚中生代巖漿活動大致始于約204 Ma。比之更早的火山作用則零星發(fā)生于250～230 Ma的欽州灣地區(qū), 如廣西憑祥北泗組英安巖的結(jié)晶年齡為231.7±2.3 Ma[30], 甚至更早的有246±2 Ma[29], 相鄰的板八組流紋巖的SHIRIMP鋯石U-Pb年齡為250±2 Ma[29]。明顯的時代間隔表明, 本研究識別的晚三疊世火山巖與欽州灣早-中三疊世火山巖形成于不同的構(gòu)造環(huán)境。 晚三疊世火山活動揭開了華南晚中生代大規(guī)模巖漿作用的序幕。

4.2 巖石成因中幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)

中酸性巖形成過程中地殼物質(zhì)的重熔主要受控于地殼基底的成分。Xu等[32]對廣東北江和浙江甌江中的碎屑鋯石進(jìn)行了系統(tǒng)的原位U-Pb年代學(xué)分析及Lu-Hf同位素分析, 并構(gòu)建了地殼基底演化域(圖7), 基本可以代表研究區(qū)的地殼成分。3件晚三疊世火山巖鋯石Hf同位素均較地殼基底明顯虧損, 表明在古元古代地殼基底物質(zhì)重熔的基礎(chǔ)上, 本文火山巖巖石組分中有明顯的新生物質(zhì)貢獻(xiàn), 這也與相鄰地區(qū)時代相近火山巖的巖石成因特點基本一致[12, 21]。

圖7 粵東地區(qū)晚三疊世及鄰區(qū)[12, 21]晚中生代火山巖鋯石Hf同位素與基底成分[32]對比Fig.7 Comparison of zircon Hf isotopic compositions between Late Triassic, adjacent Late Mesozoic volcanic rocks and basement materials

實際上, 目前學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)識到華南晚中生代火成巖的成因過程受控于殼幔相互作用, 幔源巖漿不僅作為熱源誘發(fā)了上覆地殼物質(zhì)的部分熔融, 還作為端元物質(zhì)直接參與導(dǎo)致了巖漿混合[23, 31, 60-61]。然而值得注意的是, 虧損幔源物質(zhì)在火山巖巖石成因中的貢獻(xiàn)程度, 在不同地區(qū)不同時代的火山巖中存在比較明顯的差異。浙江和福建地區(qū)晚中生代火山巖巖石成因研究表明, 這些火山巖由早到晚(160～88 Ma)表現(xiàn)出鋯石Hf同位素組成由富集向虧損的變化趨勢, 富集端元的鋯石Hf同位素組成與地殼基底的成分基本一致, 反映早期火山巖主要源于古元古代地殼基底物質(zhì)的部分熔融, 而在中晚期逐漸出現(xiàn)越來越多的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)[12, 23-25]。但是, 在靠近南嶺的粵東地區(qū)和閩東地區(qū), 盡管晚侏羅世以來的火山巖中仍表現(xiàn)出隨時間由早到晚鋯石Hf同位素組成由富集向虧損的變化趨勢, 但在早-中侏羅世火山巖中該規(guī)律恰恰相反, 由早侏羅世向中晚侏羅世, 火山巖中鋯石Hf同位素由虧損轉(zhuǎn)為富集, 暗示巖石成因中虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例由高變低[12, 21, 23]。本研究識別出的晚三疊世火山巖的鋯石Hf同位素組成特征則進(jìn)一步驗證并拓展了上述巖石成因規(guī)律(圖7), 即華南晚中生代連續(xù)形成的中酸性火山巖中, 由晚三疊世向中晚侏羅世, 巖石組分中虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)的比例逐漸降低, 在約160 Ma之后虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例才重新逐漸升高。

需要說明的是, 上述反轉(zhuǎn)式巖石成因變化規(guī)律可能只出現(xiàn)在靠近南嶺的粵東地區(qū)和閩東地區(qū), 因為在浙東南地區(qū)早侏羅世毛弄組火山巖中, 鋯石Hf同位素表現(xiàn)出典型的富集特征, 暗示該套英安質(zhì)火山巖完全源于古元古代地殼基底物質(zhì)的重熔[25, 57]。這種現(xiàn)象可能與晚中生代南嶺造山帶特征的地質(zhì)背景有關(guān), 該時期南嶺地區(qū)發(fā)育大規(guī)模的雙峰式火山巖, 呈現(xiàn)板內(nèi)裂谷型構(gòu)造環(huán)境[5, 62-63]。板內(nèi)伸展環(huán)境誘發(fā)的幔源巖漿底侵可能導(dǎo)致了晚三疊世—中侏羅世火山巖中有較高比例的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)。

4.3 對古太平洋洋殼俯沖起始時間的限定

洋殼在多種驅(qū)動力共同作用下發(fā)生俯沖, 例如洋中脊因新洋殼擴(kuò)張而產(chǎn)生的推力, 但目前更廣泛的認(rèn)識是冷卻后的, 尤其是洋殼內(nèi)隨深度增加而出現(xiàn)高密度物質(zhì)導(dǎo)致的向下拖曳力, 它是板塊運(yùn)動的主要驅(qū)動力[61, 64-68]。通常, 隨著俯沖作用的進(jìn)行, 重力導(dǎo)致的拖曳效果越來越明顯, 會導(dǎo)致洋殼俯沖的角度越來越大以及海溝后撤, 也就是所謂的俯沖洋殼后撤[66-67]。俯沖洋殼后撤則會在吸力作用下導(dǎo)致上覆大陸地殼被動地隨海溝同步向洋運(yùn)動, 受此影響被俯沖的大陸地殼總體處于伸展環(huán)境。華南晚中生代尤其是晚侏羅世以來的中酸性火山巖, 其向洋年輕化遷移規(guī)律, 以及巖石組分中逐漸升高的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例所反映的逐漸增強(qiáng)的伸展應(yīng)力環(huán)境, 已被廣泛證實是古太平洋俯沖洋殼后撤機(jī)制產(chǎn)生的結(jié)果[5, 11-12, 24-25, 62]。

可以推斷的是, 作為板塊作用的主要驅(qū)動力, 高密度物質(zhì)俯沖洋殼的拖曳力, 在俯沖作用過程中并不是始終占據(jù)主導(dǎo)地位的。在俯沖作用的起始階段, 該拖曳力應(yīng)是由無到有并逐漸增大的。因此, 在俯沖作用的最初階段, 洋脊推力將起主導(dǎo)作用, 理論上會使上覆巖石圈處于擠壓的應(yīng)力環(huán)境, 并且這種擠壓應(yīng)力可能是逐漸增強(qiáng)然后才又趨于減弱的[3, 67], 逐漸增強(qiáng)的地殼擠壓應(yīng)力環(huán)境, 則會顯著阻礙幔源巖漿的上升。據(jù)此, 本研究所揭示的粵東地區(qū)晚三疊世至中侏羅世中酸性火山巖巖石組分中虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)比例逐漸降低的規(guī)律(圖7), 暗示了該時期的地殼應(yīng)力環(huán)境在南嶺地區(qū)受古太平洋洋殼俯沖遠(yuǎn)程效應(yīng)導(dǎo)致的板內(nèi)伸展環(huán)境基礎(chǔ)上逐漸趨于擠壓, 并且可以作為洋殼前進(jìn)式俯沖階段地質(zhì)響應(yīng)的證據(jù)。因此, 華南晚侏羅世以來的火山巖是古太平洋洋殼俯沖晚階段(后撤式俯沖)的地質(zhì)響應(yīng), 而中侏羅世之前的火山巖則是古太平洋洋殼俯沖早階段(前進(jìn)式俯沖)的地質(zhì)響應(yīng)。本研究結(jié)果認(rèn)為, 華南晚中生代連續(xù)的火山活動可前推至晚三疊世(約204 Ma), 表明至少在晚三疊世末期古太平洋洋殼俯沖已經(jīng)開始, 且俯沖開啟的時間只略早于204 Ma。

5 結(jié) 論

(1)粵東地區(qū)嵩靈組下部火山巖的形成時代為204～200 Ma, 表明華南晚中生代連續(xù)的火山活動開始于晚三疊世, 該期火山活動揭開了華南晚中生代大規(guī)模巖漿作用的序幕。

(2)粵東地區(qū)晚三疊世火山巖主要源于古元古代地殼基底物質(zhì)的重熔, 并有明顯的虧損幔源物質(zhì)貢獻(xiàn), 且?guī)r石組分中幔源物質(zhì)貢獻(xiàn)的程度隨時間向中侏羅世逐漸減弱。

(3)粵東地區(qū)晚三疊世火山巖記錄了古太平洋洋殼俯沖早階段的地質(zhì)信息, 對該套火山巖的識別暗示古太平洋洋殼俯沖作用的起始時間不晚于晚三疊世。

致謝: 李政林和余紅霞在實驗測試工作中給予了幫助, 岳曉涵和覃貽鋼協(xié)助完成了野外工作, 在此表示感謝!