近日，Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta在線刊發(fā)海洋所深海中心孫衛(wèi)東課題組關(guān)于菲律賓島弧早白堊世島弧火山巖—埃達克巖組合的Pb-Sr-Nd-Hf同位素研究成果，揭示了西南太平洋地區(qū)早白堊世太平洋板塊俯沖向新特提斯板塊俯沖的構(gòu)造轉(zhuǎn)換事件。
早白堊時期西向俯沖的太平洋板塊與北向俯沖的新特提斯板塊東部在西南太平洋地區(qū)發(fā)生交匯，然而這兩個板塊之間的俯沖極性卻沒有得到很好的限制。在晚侏羅—早白堊時期起源于太平洋板塊—新特提斯洋板塊的交匯處的菲律賓島弧，可以為這個兩個板塊之間的相互作用提供關(guān)鍵信息。本研究選取了菲律賓島弧目前已知的最老的（早白堊）島弧火山巖和埃達克巖作為研究對象，開展了Pb、Sr、Nd、Hf同位素研究工作。先前的研究認為這些島弧火山巖和埃達克巖分別來至流體交代的地幔楔部分熔融和俯沖板片部分熔融，開展這些巖石的同位素研究可以限定它們的地幔和/或俯沖板片的特征。
菲律賓島弧區(qū)域構(gòu)造簡圖
菲律賓島弧巖漿巖Pb同位素組成及其隨時間演化特征
板塊俯沖過程中Pb的活動性很強，島弧巖漿巖的Pb主要來自俯沖板片，其Pb同位素組成則主要反映俯沖板片，而非弧下地幔的特征。與Pb相對應(yīng)的是，流體不活動的Hf-Nd同位素，更傾向于示蹤島弧地幔的地球化學特征。對于流體交代地幔來源的島弧巖漿，其Pb同位素和Hf-Nd同位素則分別反映俯沖板片和弧下地幔的同位素組成。對于俯沖板片部分熔融形成的埃達克巖，其Pb和Hf-Nd同位素則均反映俯沖板片的特征。菲律賓中部宿務(wù)（Cebu）島Kansi地區(qū)的126-118Ma島弧火山巖具有太平洋型的Pb同位素特征，指示其源區(qū)中的俯沖組分主要來源于太平洋板塊。而其Hf-Nd同位素組成卻顯示其地幔同位素組成為太平洋—印度洋過渡型。因此，該區(qū)126-118Ma的Kansi島弧火山巖的形成指示了早白堊時期古太平洋板塊向太平洋—印度洋過渡型地幔的俯沖。Kansi地區(qū)隨后的110Ma埃達克質(zhì)閃長斑巖同樣具有太平洋型的Pb同位素特征，指示了俯沖的太平洋板塊隨后發(fā)生了部分熔融。與此相區(qū)別的是，在鄰區(qū)（Lutopan地區(qū)的Atlas大型斑巖銅礦）隨后形成的致礦埃達克質(zhì)閃長斑巖（109-107Ma）卻顯示出了印度洋型的Pb同位素（Dupal Pb同位素異常）和Hf-Nd同位素組成，這又指示了具有印度洋型同位素特征的新特提斯板片東部的俯沖和部分熔融。并且110Ma以后整個菲律賓島弧的島弧火山巖均顯示了具有Dupal異常的印度洋型Pb同位素特征，說明菲律賓島弧的構(gòu)造體制由110Ma以前的太平洋板塊俯沖主導轉(zhuǎn)變?yōu)榱?10Ma以后的新特提斯板塊俯沖。
菲律賓島弧早白堊時期構(gòu)造轉(zhuǎn)換示意圖
該論文第一作者為鄧江洪博士，通訊作者為中國科學技術(shù)大學楊曉勇教授和中科院海洋所孫衛(wèi)東研究員。研究得到了中國科學院先導專項（XDB18020102, XDA22050103）、國家自然科學基金（41673040, 91328204, 41373007,4180300）、國家重點研發(fā)計劃（2016YFC0600404）、中國博士后科學基金（2015M582003）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Deng, J.H., Yang, X.Y.*, Zartman, R.E., Qi, H.S., Zhang, L.P., Liu, H., Zhang, Z.-F., Mastoi, A.S., Berador, A.E.G., Sun, W.D.*, 2020. Early Cretaceous transformation from Pacific to Neo-Tethys subduction in the SW Pacific Ocean: Constraints from Pb-Sr-Nd-Hf isotopes of the Philippine arc. Geochimica et Cosmochimica Acta 285, 21-40.
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