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穿越大洋岩石圈之旅 —IGCP-649项目第五届国际研讨会及野外考察纪略

2019-12-19 15:37:04  来源:中国自然资源报 作者:牛晓露  阅读: 1147 次
蛇绿岩是遗留在现在大陆造山带中的古代大洋岩石圈(壳)残片。蛇绿岩研究,对恢复古代板块构造格局和了解古代大洋岩石圈的演化具有重要研究意义。而且,蛇绿岩中含有现代工业必需的原材料之一的矿产——铬铁矿。

蛇绿岩中的岩墙群

蛇绿岩中的岩墙群

Sobhi Nasir教授讲解构造演化过程

Sobhi Nasir教授讲解构造演化过程

与会人员考察枕状熔岩

与会人员考察枕状熔岩

Juergen Koepke教授讲解层状辉长岩成因

Juergen Koepke教授讲解层状辉长岩成因

蛇绿岩是遗留在现在大陆造山带中的古代大洋岩石圈(壳)残片。蛇绿岩研究,对恢复古代板块构造格局和了解古代大洋岩石圈的演化具有重要研究意义。而且,蛇绿岩中含有现代工业必需的原材料之一的矿产——铬铁矿。由于铬铁矿具有类似于金刚石的八面体结构和耐风化等特殊的化学特性,使得其成为探讨上地幔岩石成因的重要指示矿物。

11月13日~11月22日,国际地球科学计划“金刚石与地幔再循环”项目(IGCP-649)在阿曼苏丹国苏丹卡布斯大学举办了第五届蛇绿岩国际研讨会,并在阿曼北部地区组织了为期8天的野外考察。来自美国、德国、澳大利亚、俄罗斯、埃及、伊朗、摩洛哥以及中国国内众多高校及科研单位的近百名地质学家,交流探讨地幔橄榄岩岩石成因、铬铁矿成矿理论研究中涌现出的新技术新方法。与会人员还一起“穿越”大洋岩石圈,见到了蛇绿岩的完整层序,触摸到了莫霍面,更见到了闻名于世的Geotime枕状玄武岩。这对理解蛇绿岩的成因和侵位、探讨造山带增生过程以及地球深部动力学过程具有重要意义。

与阿曼蛇绿岩的“亲密接触”

IGCP-649项目主办的一年一度的蛇绿岩国际研讨会,搭建了一个国内外地质学者们的交流平台。

本次研讨会由IGCP-649项目和苏丹卡布斯大学地球科学研究中心联合举办。会上,项目首席负责人、中国科学院院士杨经绥介绍了项目概况和启动5年来举办的活动和进展,阿曼苏丹卡布斯大学的Sobhi Nasir教授系统介绍了阿曼北部地质演化及蛇绿岩概况。各国与会专家围绕会议主题,以口头报告和展板的形式报道了各自团队在地幔橄榄岩岩石成因、铬铁矿成矿理论研究中取得的新的研究成果和进展,新开发的研究技术和方法,特别是针对岩石和矿体中特殊矿物开展的微观研究及同位素研究方法。这些方法的应用,对探讨深部地幔循环和蛇绿岩成因及就位机制具有重要的指示意义。

在苏丹卡布斯大学Sobhi Nasir教授和德国汉诺威大学Juergen Koepke教授的带领下,与会人员对阿曼塞迈尔蛇绿岩(Semail)、马西拉蛇绿岩(Masirah)和巴台(Batain)混杂岩及其相关地质现象进行了考察。

据介绍,塞迈尔蛇绿岩是特提斯蛇绿岩的典型代表,也是世界上出露规模最大、保存最完好的蛇绿岩,沿北西—南东向(NW-SE)呈带状展布,西起阿联酋东北部,一直延伸到阿曼的东海岸,全长近500千米。塞迈尔蛇绿岩具有典型蛇绿岩层序,自下而上包括变质底板、地幔橄榄岩、层状辉长岩、均质辉长岩、席状岩墙以及枕状玄武岩;其壳幔岩石厚度可达20千米。马西拉蛇绿岩位于阿曼东侧印度洋中的马西拉岛(Masirah)上,同样发育了地幔和地壳层序,但其厚度(2~3千米)比塞迈尔蛇绿岩要小很多。巴台混杂岩内发育多种不同岩性的岩石,包括灰岩、硅质岩、砂岩、纯橄岩铬铁矿以及大片的红色硅质岩,其时代主要是二叠纪—侏罗纪。

百闻不如一见。与会人员纷纷表示,通过这次野外考察,加深了对蛇绿岩的认识,将有力推动今后相关研究工作的开展。来自北京大学的郭召杰教授、陈晶教授和刘平平副教授表示:“阿曼蛇绿岩带我们穿越大洋岩石圈,目睹了冰冷的深海硅质沉积物被炙热的玄武质岩浆烘烤裹挟,看见了宛若正在流淌的枕状玄武岩,见证了单冷凝边的直立岩墙群推动洋中脊的扩张,目击了大洋下地壳层状辉长岩和地幔橄榄岩之间的过渡。传说中的莫霍面,终于在阿曼揭开了她神秘的面纱;遥不可及、深不可测的洋中脊,也在阿曼把它的前世今生娓娓道来。此次阿曼蛇绿岩野外考察,对我们理解壳幔相互作用、莫霍面岩浆作用、洋壳的形成、洋脊的扩张等具有重要意义,也将推动我们对地球深部物质和过程的深刻理解。阿曼蛇绿岩实地观察获得的第一手资料,将为我们今后的课堂教学提供珍贵的素材。”

蛇绿岩研究助力探究地球深部物质再循环

IGCP-649项目是一项全球性科研项目计划,2015年获得联合国教科文组织(UNESCO)和国际地科联(IUGS)批准,项目期限为2015~2020年,为期5年。该项目主要研究全球范围内不同造山带中蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿及其伴生矿物的成因研究,探讨大洋岩石圈地幔的形成和演化过程以及壳幔物质深部再循环的地球前沿热点问题。蛇绿岩型金刚石等深部地幔矿物的发现,无疑为问题的解决提供了最好的证据。

该项目由中国地质调查局地质研究所地幔研究中心承担,中国科学院院士杨经绥任首席科学家。截至目前,IGCP-649项目在中国、塞浦路斯、古巴、澳大利亚和阿曼举办的5届国际蛇绿岩研讨会,均选址在世界上著名的蛇绿岩地区召开,吸引了国内外很多学者参与。与会人员考察了祁连山蛇绿岩、塞浦路斯特罗多斯(Troodos)蛇绿岩、古巴东部马亚里—巴拉科阿(Mayarí-Baracoa)蛇绿岩和铬铁矿、法属新喀里多尼亚岛屿的蛇绿岩,以及阿曼塞迈尔蛇绿岩(Semail)、马西拉蛇绿岩(Masirah)和巴台(Batain)混杂岩,看到了分布在欧亚板块、美洲板块、澳大利亚板块等板块边界发育和出露最典型的蛇绿岩。

该项目启动以来,在土耳其、阿尔巴尼亚和缅甸等地的蛇绿岩地幔岩和铬铁矿中,找到金刚石和碳硅石等一批超高压强还原的矿物组合,并且发现了一些新矿物。最近,经绥矿、志琴矿和巴登珠矿已经获国际新矿物委员会批准。研究成果先后在《Episode》《Gondwana Research》和 《Lithosphere》等国际期刊,以及《地球科学》和《地质学报》等国内期刊刊发了专辑。目前,历年IGCP会议成员均已收到野外采集的样品,大量后续研究工作正在进行之中。

本次野外考察的阿曼蛇绿岩,作为全球出露面积最大、构造重置最少的蛇绿岩,是世界上最能代表古代海洋岩石圈的蛇绿岩之一。研究阿曼蛇绿岩的地幔异常矿物,可以有效验证已有的研究成果,提高学科影响力,推动地幔矿物学研究走向国际。另外,阿曼蛇绿岩作为国际知名蛇绿岩,研究程度很高,这有助于厘定地幔异常矿物储库形成的过程,完善现有的理论模型。

地幔矿物学研究的最终目的是建立可验证的深部动力学模型。因而本次阿曼蛇绿岩研究和未来可探讨的科学问题有许多。例如:长期以来被认为是新特提斯上地幔和洋壳残余的阿曼蛇绿岩是否保存了深部地幔的异常矿物群?地幔深部的异常矿物群如何就位到浅部?运输这些异常矿物的介质是流体、熔体、还是塑性地幔的对流?如果阿曼蛇绿岩存在地幔异常矿物群,它们的源区是单一的深部地幔亦或是记录俯冲板片信息?如果阿曼蛇绿岩存在地幔异常矿物群,那它们是如何被改造的,深部物质存在过的证据是如何被大量擦除的?这些问题的答案,将推动对地球深部物质和过程的深刻理解。

西藏罗布莎发现多种新矿物

新世纪以来,以杨经绥为首的地幔研究中心团队,对西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿进行了长期而持续的研究,在罗布莎铬铁矿的地幔矿物研究中取得了很多新的进展,并陆续在豆荚状铬铁矿以及赋矿围岩地幔橄榄岩中发现了强还原、超高压和壳源地幔矿物等特殊地幔矿物群,为探讨铬铁矿深部成因开辟了一条新的道路,在国内外引起了强烈反响。

2006~2019年期间,国际新矿物委员会批准了在西藏罗布莎铬铁矿中新发现的多种新矿物:罗布莎矿(Luobosaite)、曲松矿(Qusongite)、雅鲁矿(Yarlongite)、藏布矿(Zangboite)、青松矿(Qingsongite)、经绥矿(Jingsuiite)、志琴矿(Zhiqininte)和巴登珠矿(Badengzhuite)。这些新矿物的发现,证明罗布莎铬铁矿具有异常地幔矿物群,是重要的地幔异常矿物储库。尤其近几年,项目组在全球5个古板块边界的14处蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中相继找到金刚石等深地幔矿物,证明蛇绿岩及铬铁矿作为地幔异常矿物储库可能具有全球普遍性。

研究还发现,不同于金伯利岩中来自地幔的金刚石以及俯冲带变质榴辉岩中的金刚石,蛇绿岩型金刚石具有生物碳特征,同时蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中出现的深部矿物形成深度可达地幔过渡带之下。据此,杨经绥等建立了深地幔物质再循环模式,认为岩石圈物质可俯冲至地幔过渡带和下地幔深度(410~660千米),被肢解熔融后进入深部流体,随温压条件改变结晶出金刚石等超高压和超还原矿物,再随地幔柱或地幔对流上涌而回到地表,通过板块构造从大洋中脊运移到俯冲碰撞带,赋存于蛇绿岩带中。这一模式的建立,较好地诠释了俯冲带发生的深俯冲作用和地球深部的再循环系统,同时也将对认识地球的碳循环和碳含量变化作出重要贡献。

IGCP-649项目将研究的重点聚焦于俯冲物质深地幔再循环的全球蛇绿岩记录,试图解决俯冲物质到达地幔的深度以及从深部地幔回到浅部的轨迹这一关键科学问题。项目组在杨经绥院士的带领下,将积极开展全球蛇绿岩大洋地幔橄榄岩—铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环后续再研究。

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