新闻动态广州地化所在台湾恒春半岛增积玄武岩研究方面取得新进展
增生楔是板块俯冲汇聚的产物，完整记录了板块俯冲构造演化过程。台湾是目前世界上最活跃的造山带之一，台湾南端的恒春半岛增生楔(图1)出露有大量玄武质岩块, 岩石类型包括玄武岩、辉长岩、辉绿岩、斜长角闪岩及玄武安山岩等(图2)，这些岩块是南海向花东-菲律宾板块俯冲过程中刮积的洋壳残片，是研究南海及花东-菲律宾海岩浆演化和地幔性质的绝佳素材。
中国科学院广州地球化学研究所边缘海与大洋地质重点实验室田陟贤博士后、闫义研究员及其合作者等针对恒春半岛出露的增积玄武质岩石开展了系统的岩石学、地球化学及同位素地质年代学研究, 厘清了增积玄武质岩石构造属性和来源，提出了台湾造山带构造-沉积演化模型。
图1 台湾造山带及其临区构造-地形图(a); 北马尼拉海沟弧-陆碰撞、欧亚板块与花东-菲律宾海板块会聚之立体示意图(b)
图2 台湾恒春半岛地质简图及采样位置(a); 恒春半岛典型露头: 牡丹组复理式沉积(b); 垦丁公园的岩浆岩砾石露头(c);棱角状玄武岩(尖山地区) (d); 垦丁公园大型辉长岩块露头(e); 石门地区大型枕状玄武岩块(f)
地球化学分析显示，这些岩石具有显著的地球化学多样性, 识别出N-MORB、E-MORB和OIB三种类型。同位素地质年代学、Hf-Nd同位素结果显示:
(1) N-MORB型岩石占基性岩块的多数, 锆石SIMS U-Pb年代学给出22.86 ± 0.32 Ma和24.2 ± 1.1 Ma, 是由亏损地幔部分熔融形成的南海洋壳的碎片;
(2) OIB亲缘性的碱性玄武岩与南海海山玄武岩具有地球化学相似性, 是剪切破碎并加积进入增生楔的南海海山残片。Nd-Hf同位素特征表明其源区至少包括EM Ⅱ, HIMU和DMM三种地幔端元, 可能由与EM Ⅱ端元有关的海南地幔柱携带再循环洋壳成分交代DMM源区形成;
(3) E-MORB型玄武岩与吕宋岛弧弧前基底(花东海盆)玄武岩具有一致的早白垩世年龄(40Ar/39Ar年龄135.0 ± 5.6 Ma)、相似的岩石类型和地球化学特征, 并且都具有显著的IMM (印度洋MORB地幔)型Hf-Nd同位素特征, 表明它们是吕宋弧前基底在俯冲消减过程中进入增生楔的碎片。
图3 恒春半岛基性杂岩的构造-沉积演化模式图: (a)海山俯冲引发短期物质再循环形成复理层序中的砾岩透镜体(即石门砾岩), (b)陆壳俯冲与弧陆碰撞导致构造剪切形成垦丁混杂岩、海底滑坡形成青蛙石滑塌堆积。
基于野外地质调查和恒春半岛区域构造演化背景, 提出了台湾恒春半岛增生楔新的构造-沉积演化模型: 透镜状或夹层状分布于复理式浊积层序中的石门砾岩和OIB岩块记录了晚中新世南海海山俯冲和短暂的增生楔物质出露-再循环(图3a); 而半岛西侧的垦丁混杂岩是由增生楔中的浊积层序和其中的基性岩块在强烈的构造剪切作用下形成(图3b); 垦丁青蛙石一带出露的富含基性岩块和砾石的堆积体则是增生楔失衡而发生大规模持续滑塌、物质再循环的产物(图3b)。
本研究受到国家自然科学基金项目(41606067, 41676048, U1701641, 41476036, 41472093)的资助。相关成果发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth: Tian, Z.-X., Yan, Y., Huang, C.-Y., Zhang, X.-C., Liu, H.-Q., Yu, M.-M., et al. (2019). Geochemistry and geochronology of the accreted mafic rocks from the Hengchun Peninsula, southern Taiwan: origin and tectonic implications. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124.
