板块撕裂与地幔中的再生大陆沉积物：来自西藏南部唐格拉-永科裂谷中新世碱性岩的地球动力学启示

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Slab Tearing and Recycled Continental Sediments in the Lithospheric Mantle: Geodynamic Insights From Miocene Alkaline Rocks of the Tangra-YumCo Rift, Southern Tibet

该研究揭示，西藏南部唐拉-云母冲断层（TYR）的碱性岩石具有独特的地球化学特征，包括高钾（最高10.59 wt.%）和二氧化硅（最高70.01 wt.%）含量、极轻的硼同位素比值（δ11B = -14.85‰至-29.72‰）以及汞同位素的负质量独立分馏（Δ1??Hg = 0至-0.54‰）。这些特征表明，地幔在大陆沉积物改造后，由板块撕裂触发部分熔融生成。该研究为碰撞带后地壳热活化机制提供了新证据。

　　地球内部的化学和物理变化是地质学研究的重要内容，特别是在构造活动频繁的区域，如汇聚边缘。在这些区域，沉积物和流体被带入地幔中，从而改变了地幔的化学成分，这种现象被称为地幔交代作用（mantle metasomatism）。地幔交代作用可以导致地幔富集在大型离子亲石元素（LILE）和挥发性元素上，进而促进碱性岩浆的形成。虽然深海沉积物的交代作用已被广泛研究，并被认为是弧形构造中岩浆生成的重要因素，但大陆沉积物在地幔交代中的作用仍不明确。本研究聚焦于西藏南部的唐格拉-玉龙错（TYR）裂谷区域，分析其碱性岩浆的形成机制，并探讨大陆沉积物对地幔成分的影响。

西藏南部的地质构造具有复杂性，尤其是其位于特提斯造山带，这一造山带是由于新生代晚期古特提斯洋的闭合而形成的。特提斯造山带横跨从欧洲的阿尔卑斯山脉，经巴尔干半岛、高加索、扎格罗斯、帕米尔高原，直至东南亚。在这一构造背景下，西藏的岩石圈具有显著的厚度，约80公里，是该造山带中最厚的部分。西藏由多个地体组成，这些地体在古特提斯洋闭合过程中碰撞并逐渐拼接在亚洲板块上。地体之间的界限由蛇绿岩混杂岩缝合带构成，如阿尼玛卿-昆仑、三江、班公-怒江和印度-雅鲁藏布缝合带。

TYR裂谷位于西藏南部，其碱性岩石表现出与其他造山带碱性岩浆显著不同的地球化学特征。这些岩石显示出极高的钾（K?O）含量，最高可达10.59 wt. %，以及高硅（SiO?）含量，最高为70.01 wt. %。此外，这些岩石还表现出非常轻的硼（B）同位素比值（δ11B = ?14.85‰至?29.72‰），以及汞（Hg）同位素中负的非质量独立分馏（Δ1??Hg = 0至?0.54‰）。这些特征表明，TYR的岩浆可能来源于一个经历了大陆沉积物交代的地幔源区。

进一步的研究显示，大陆沉积物在地幔中可能经历了广泛的脱水作用，从而影响了其化学组成。脱水过程可能导致了硼同位素比值的显著变化，即形成轻的硼同位素特征。同时，汞同位素的负非质量独立分馏则进一步支持了这些沉积物来自大陆的假说。这些同位素数据不仅揭示了大陆沉积物在地幔交代中的作用，还表明地幔可能经历了不同程度的化学富集。

此外，研究还发现，TYR的岩浆形成时间约为13.0 ± 0.2 Ma（通过铀-铅同位素测定）。这一时期，印度板块在西藏下方发生撕裂（slab tearing），触发了对已交代的地幔域的部分熔融。撕裂过程导致了地幔温度的升高，并促进了地幔楔中大陆沉积物的熔融，从而形成了这些特殊的碱性岩浆。这一过程表明，大陆沉积物的交代作用和地幔撕裂共同影响了西藏地区的地幔成分和岩浆活动。

在西藏南部的其他裂谷区域，如雅鲁藏布-玉龙错（YGR）裂谷，也发现了类似的碱性岩浆，但它们的同位素特征和地球化学组成有所不同。YGR的岩浆形成时间较晚，约为8.81 ± 0.15 Ma，这表明不同裂谷区域的岩浆活动可能受到不同地质条件的影响。例如，YGR区域的岩浆可能与海洋沉积物的交代作用有关，而TYR的岩浆则显示出更强的大陆沉积物影响。

在地幔成分的区域差异方面，TYR的碱性岩浆显示出强烈的地球化学富集，这可能与大陆沉积物的交代作用有关。通过整合不同地质区域的地球化学数据，研究发现，西藏南部的碱性岩浆在空间上具有显著的异质性。这种异质性可能源于不同区域的大陆沉积物输入量和类型存在差异。例如，西段的裂谷区域可能由于大陆板块的较浅俯冲角度，更容易受到大陆沉积物的交代影响。

在矿物学方面，TYR的碱性岩石主要由正长石、斜长石和辉石组成。这些矿物显示出较高的钾含量和较低的钠含量，这可能与大陆沉积物交代后地幔中钾的富集有关。正长石和斜长石的高钾含量和低钠含量，表明这些矿物可能来源于富含钾的地幔域。此外，辉石的矿物化学特征也支持了这一假设，它们显示出较低的铝和钠含量，这与熔融过程中的矿物分异有关。

地幔交代作用和岩浆活动的相互关系在西藏地区尤为重要。由于印度板块的俯冲和撕裂，地幔可能经历了不同程度的化学变化，这些变化影响了地幔的富集程度和岩浆的生成。通过分析不同区域的岩浆形成时间，研究发现，TYR的岩浆形成时间与其他裂谷区域的岩浆形成时间存在差异，这可能与地幔撕裂的时间和程度有关。

此外，研究还探讨了大陆沉积物在地幔交代中的具体机制。大陆沉积物在俯冲过程中可能经历了复杂的脱水和熔融过程，这些过程导致了地幔中钾和硼等元素的富集。同时，这些沉积物可能在地幔中形成了独特的矿物相，如富钾的云母和高钾的长石，这些矿物的存在进一步支持了大陆沉积物在地幔中的作用。

在西藏地区的其他裂谷区域，如雅鲁藏布-玉龙错（YGR）裂谷，虽然也存在碱性岩浆，但其同位素特征和地球化学组成有所不同。YGR的岩浆可能更多受到海洋沉积物的影响，而TYR的岩浆则显示出更强的大陆沉积物特征。这种差异可能与不同裂谷区域的俯冲角度和沉积物输入条件有关。

研究还发现，地幔交代作用可能在碰撞后仍然持续。例如，在西藏的某些区域，地幔可能在碰撞后经历了热事件，这些事件可能重新激活了已交代的地幔域，从而生成新的岩浆。这种现象在西藏的某些裂谷区域得到了验证，如唐格拉-玉龙错（TYR）裂谷。

综上所述，本研究揭示了大陆沉积物在地幔交代作用中的重要性，并强调了地幔撕裂作为触发岩浆生成的关键机制。这些发现不仅有助于理解西藏地区的地幔演化，也为全球其他碰撞造山带的地幔行为提供了新的视角。通过综合地球化学和同位素数据，研究为大陆沉积物在地幔中长期作用的机制提供了有力证据，并展示了其在形成极端化学成分岩浆中的关键角色。