
与印度板块与欧亚板块碰撞过程相关的岩浆岩不但有,而且非常多。
只不过这些都是一亿到几千万年前的事了,因为板块汇聚过程有许多阶段,目前印亚虽然也在碰撞阶段,但已经处于中后期,逐渐由盛转衰。
好在,遍布高原的古老岩石,记录着昔日巅峰时期的辉煌。
这是一部正在进行的史诗,让我们回顾一下主角如何一步步走向巅峰。
好吧,装不下去了,说人话就是:下文将介绍与印度板块与欧亚板块汇聚相关的岩浆作用,包括俯冲阶段,同碰撞阶段和晚碰撞阶段。
有两点需要指出:
(1)岩浆弧(火山弧)通常是大洋板块俯冲的产物,即下图中的“太平洋型俯冲”;陆陆俯冲阶段形成的岩浆,除了初始阶段,其他一般不叫“弧岩浆”(或“火山弧”),而称之为“同碰撞岩浆岩”。印度板块与亚欧板块先后经历了洋-陆俯冲、陆-陆俯冲/碰撞两个阶段,因此,既发育广泛的岩浆弧带,也发育大规模的同碰撞岩浆岩。
(PS: 题干中为“俯冲带火山群”,问题陈述里为“俯冲带火山弧”。我理解题主所说的“俯冲带火山群”应该就是指“俯冲带火山弧”。)
(2)与印度板块与亚欧板块俯冲、碰撞相关岩浆岩非常多,而且也多成带分布,俯冲岩浆岩、同碰撞岩浆岩和后碰撞岩浆岩都有。如下图所示,黄色单元为新生代岩浆岩分布,大部分分布于雅鲁藏布江缝合带北部(印度板块与欧亚大陆拼贴的缝合带)。
中生代晚期到新生代的岩浆岩明显成带分布,即冈底斯岩浆岩带(如下图)。
岩浆岩年龄分布如下:
可见最高峰是新生代早期,也就是碰撞相关的时期。
因此,若想弄清这个问题,除了需理清板块构造学的一些基本概念,还需介绍一些与青藏高原岩浆演化相关的地质背景。
青藏高原是一个南北很宽的高原,由很多地块拼接而成。
这些地块多数来自南半球的冈瓦那大陆,一块一块从冈瓦那大陆裂开,向北漂移,拼接到欧亚大陆。
每当有地块裂开就会形成大洋,因此,以此形成了原特提斯洋、古特提斯洋和新特提斯洋。
每次拼接就会有大洋闭合,这个汇聚-拼合的过程就会形成相关的岩浆岩。
印度-欧亚大陆拼合是最后一次事件,也是最新的一次(约6500万年以来),
因此,青藏高原还保存有许多前几次汇聚-拼合过程形成的岩浆岩带,我们简单交代一下。
这主要与原特提斯和古特提斯的闭合有关。
其汇聚-闭合过程产生了大量弧岩浆和同碰撞岩浆,具体可见下图:
印度板块与欧亚板块碰撞的时间争议巨大,。
其争议的原因主要有两点:
(1)对“碰撞”时限的定义不同,导致碰撞的不同阶段都被理解为碰撞。
(2)不同的研究方法各有其优点与局限,对碰撞的时间限定不同。
如下图,是对不同认识和手段的一个概要总结:
既然本文重点讨论岩浆岩,那么就参考岩石大地构造学家的划分标准。
大量岩浆岩研究揭示新特提斯洋主要经历了4个重要的演化时期:
(1)俯冲阶段:分为早期俯冲(>152Ma)— 晚期俯冲(100~65 Ma):
PS:100-150Ma之间存在一个岩浆岩的空窗期。
(2)主碰撞阶段(60~40 Ma)
(3)后碰撞伸展期(23 Ma至今)。
青藏高原是热点地区,地质文献汗牛充栋,观点很多,争议也多。
但是,目前同位素测年技术较为成熟,在青藏地区广泛应用,因此,关于青藏地区的主要岩浆岩形成年龄争议不算太大。
本文基于板块构造学的基本理论,结合西藏地区地质资料,尽量借鉴青藏高原著名岩浆岩学者们(例如莫宣学、吴福元、朱弟成、赵志丹、王强、许继峰、张泽明等)相对主流的观点,简述如下:
俯冲带有两大类:大洋俯冲和大陆俯冲。
大洋俯冲指的是洋壳俯冲到洋壳之下,或是洋壳俯冲到陆壳之下。
大洋俯冲会形成岩浆弧,通常:
洋壳俯冲到洋壳之下,会形成岛弧,类似于现今西太平洋地区的岛弧。
其形成过程如下图:
简言之,就是俯冲下去的富水自己物质融化,或是导致上盘/下盘融化,从而形成岩浆,这种岩浆是弧岩浆。
洋壳俯冲到陆壳之下,会形成大陆弧,类似于现今南美的安第斯山脉。
大陆弧成因如下,和岛弧的差别在于上盘是陆壳,因而岩浆性质有所差异。
新特提斯洋壳向欧亚大陆俯冲阶段,在藏南形成了一条平行俯冲带的火山弧,也就是冈底斯火山弧带。可大致与现今南美的安第斯山脉类比。
在新特提斯洋壳向欧亚大陆俯冲的早期,情况更为复杂一些,因为北侧的班怒洋还未闭合,班怒洋壳向南俯冲,也形成了一条火山弧带,位于冈底斯火山弧的北侧,其整体时代比冈底斯火山弧要老。
其模式被概括为双向剪刀式俯冲作用,模式致如下:
班怒洋属于上文提到的古特提斯洋,在中生代中期就闭合了,与印度-欧亚板块汇聚无关,我们姑且不管。
冈底斯地区的岩浆岩主要是新特提斯洋向欧亚大陆俯冲阶段形成的弧岩浆岩。
如下图为冈底斯岩浆岩的地球化学研究,右图可见大部分岩浆岩落在判别图的“火山弧”区域。
因此,由上文可知,印度-欧亚板块汇聚,洋壳俯冲阶段,在藏南形成了冈底斯岩浆弧。
之后,新特提斯洋消失,印度大陆板块与欧亚板块碰撞,且发生了陆-陆俯冲,这个阶段也出现了大量的岩浆岩,被称为“同碰撞岩浆岩”。
碰撞作用一般是陆壳性质的地壳碰撞造山作用,可以指陆-陆碰撞,弧-陆碰撞,或是陆-弧-陆碰撞。本文主要谈新生代的青藏高原,是典型的陆-陆碰撞造山带。
陆陆俯冲有两种情况:
第一种是洋壳完全俯冲于陆壳下之后,与洋壳相连的陆壳随之一同俯冲与陆壳之下,这种陆陆俯冲过程通常被成为“陆陆碰撞”,此种陆陆俯冲一般不产生“弧岩浆”作用,而被称为“同碰撞岩浆岩”。
但需要注意的是,该阶段并不是完全不会产生弧岩浆。
因为,陆壳与陆壳刚碰撞时,消失的大洋地壳如果在下方没有断离,沉入地幔,还在上部岩石圈下方。那么,仍然会产生弧岩浆作用。如下图:
等到陆壳俯冲到一定程度,就不会出现“弧岩浆”了,而是同碰撞岩浆。
陆陆碰撞相关的岩浆作用如下图:
大陆俯冲到大陆之下,由于岩石性质不同,以及缺少水,所以很难产生像洋壳俯冲阶段的弧岩浆。
但是陆陆碰撞会出现高温环境,同样有利于岩浆产生。
两层大陆叠在一起导致地壳增厚,或是碰撞挤压作用导致地壳增厚。
地壳增厚升温,岩石发生熔融,就会产生同碰撞相关的岩浆岩。
例如出现了很多淡色花岗岩,见下文。
再例如,岩石圈底部拆沉形成埃达克岩:基性下地壳和下覆岩石圈地幔拆沉到了更深的地幔深部,拆沉的基性下地壳发生部分熔融且形成的熔体在上升过程中与周围地幔反应,再喷发到地表形成了埃达克岩。
如果俯冲下去的洋壳与陆壳断离(如上图C),炽热的软流圈(地幔物质)上涌,热传导会导致上部岩石熔融,也会产生碰撞相关的岩浆岩。
如下图所示的峰期年龄,就是印度次大陆与欧亚板块碰撞所形成的年龄。
例如,冈底斯地区从俯冲到碰撞的岩浆演化过程如下:
第二种与构造活化有关,即原来形成的陆陆碰撞造山带,后来在远程构造力的作用下,使得古俯冲带活化,再次发生俯冲,这个或称被称为“陆内造山带”,例如新生代的龙门山和天山等,就是青藏高原远程应力作用下的陆内造山作用。
这种情况在青藏高原也是存在的,就是题主提到的南北各有一个俯冲带的情况。这些也得到深部地球物理资料的证实。
南侧的俯冲带其实是北侧古俯冲带向南俯冲,这是构造活化作用的产物。
还有学者认为,中生代中期班怒洋闭合,拉萨板块俯冲带也可以被新生代活化。
就有了类似于这样的,三条俯冲带的模式图:
但是,在青藏高原地区,主碰撞阶段的这种构造活化,在北侧没有产生太多岩浆岩。
反而是晚碰撞阶段,这些古老板块的拆沉,或是其他岩石圈底部的拆沉,形成了很多,晚碰撞阶段的岩浆岩。例如下图:
这是下一部分的内容了,严格上讲也是碰撞造山的一部分,但是较为特殊,便另起一节接受,即晚碰撞与岩浆作用。
我这里用的是晚碰撞,而不是后碰撞,其实是一个意思,只是避免“后碰撞”与“碰撞后”混淆。
青藏高原有许多两三千万年以来形成的岩浆岩,据初始碰撞过去了两三千万年。
青藏高原虽然已经出现造山垮塌,但造山其实仍未停止,因此并非是进入传统意义上的碰撞后阶段,而是晚碰撞或是后碰撞阶段,即碰撞造山阶段晚期。
由于仍属于印度-欧亚板块碰撞阶段,所以下面将对其进行简要介绍。
青藏高原晚碰撞阶段的岩浆岩包括多种类型:
藏南分布有大量的南北向裂谷带。
通常造山相关的裂谷火山岩,是在碰撞造山结束后岩石圈伸展减薄的情况下形成的,如下图。
但是青藏高原的裂谷不同,因为青藏高原可能并没有岩石圈减薄。
其成因也有很多种,有人做过总结:
这么多种成因模式,后面都有一堆学者在研究,足见青藏高原地质科研有多么卷。
因此,东西伸展的南北向裂谷成因相关,有许多岩浆岩,形成时代大概是两千多万年以来。
在藏南地区,分布有一条瞩目的淡色花岗岩带。
有两种产出形式:
一种是位于喜马拉雅片麻岩穹窿核部,
另一种以独立的侵入体的形式侵入于喜马拉雅岩系之中。
需要说明一下,我把淡色花岗岩放在这里,不太严谨。
因为藏南地区的淡色花岗岩时代,跨越同碰撞和晚碰撞阶段,大概46-7Ma之间。
由于大多定年结果表明它们形成在中新世25-10Ma之间,所以我姑且把它放到这一节。
淡色花岗岩成因,通常认为是加厚的地壳部分熔融的产物。
即高喜马拉雅岩系部分熔融的产物,而且多认为是泥质和长英质岩石发生深熔作用所致。
淡色花岗岩成因模式如下图:
还有一种比较特殊的岩浆岩——超钾质岩浆岩。
这种幔源富钾岩浆明显富集的同位素组成,被认为是俯冲的印度大陆地壳物质对地幔源区交代富集的结果;
或是代表着陆陆碰撞之前洋壳俯冲过程中沉积物的交代作用。
其年龄大概18-13Ma前后:
此外,藏北很多地区还存在碱性岩浆岩,火成碳酸岩等,分布较少,不再赘述。
总结一下,青藏高原的晚碰撞阶段岩浆岩分布如下:
可见北部的岩浆岩很多,这与北侧的古俯冲带激活,岩石圈拆沉密切相关。
下图是青藏高原后碰撞岩浆岩成因机制模式图:
总之,地壳加厚、深部板块变化、岩石圈拆沉、软流圈物质上涌等一些列复杂的作用,形成了青藏高原地区多样的晚碰撞岩浆岩。
印度板块与欧亚板块汇聚过程形成了大量的岩浆岩带,主要位于藏南地区,大致可以分为三阶段:
(1)俯冲阶段:即印度大陆板块与欧亚大陆板块汇聚前,新特提斯大洋板块向欧亚大陆俯冲,在冈底斯地区形成了岩浆弧带,这个可以理解为题干中的“俯冲带火山群”;
(2)碰撞阶段:印度大陆板块与欧亚大陆板块发生陆陆碰撞,即陆陆俯冲,此阶段产生的岩浆作用形成“同碰撞岩浆岩”。
(3)后碰撞阶段:此阶段是造山带热-力学调整阶段,此阶段产生的岩浆作用形成“后碰撞岩浆岩”,包括淡色花岗岩、裂谷岩浆作用,超钾质岩浆作用等。
但是,这些都已是一亿到几千万年前的事了。板块汇聚过程有许多阶段,印亚汇聚经历了俯冲、碰撞造山,目前印亚虽然也在碰撞阶段,但已逐渐步入中后期。
另附一张造山作用与相关岩浆作用分类图:
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青藏高原构造演化、岩浆成因极为复杂,学界观点非常多,矛盾的也不少。
笔者限于能力和时间,仅作简要探讨,难免挂一漏万。
由于题主问的比较专业,本文通篇采用专业术语,也许会引起大家的阅读障碍,抱歉。
