吉黑东部两类高Sr/Y花岗岩的成因及其对古太平洋板块俯冲过程的约束

The Mesozoic calc-alkaline granitic belt extending along the eastern Jilin-Heilongjiang provinces is a key geological unit to understand the Paleo-Pacific subduction beneath eastern Eurasian continental margin. However, the genesis of high Sr/Y granites in this belt is still under discussion due to insufficient evidence. The principal objectives of this research program are to: (1) examine the genetic models of thickened lower crust melting and subducted plate melting, based on analysis of Sr-Nd-Hf isotopes and key elemental compositions (e.g., Na/K, Mg# and Th/U); (2) investigate the genetic links between high Sr/Y geochemical characteristics with magma mixing and/or fractional crystallization, according to plagioclase Sr isotopic data, elemental modeling calculations (e.g., Sr/Y-Y and La/Yb-Yb) and covariation analysis of MME-bearing granites and mafic rocks; (3) determine the spatial-temporal framework of high Sr/Y granites with different genetic types, which will throw new light on the process of Paleo-Pacific subduction and crustal growth along the eastern Eurasian continental margin.

吉黑东部发育近NE走向的中生代钙碱性花岗岩带，是揭示古太平洋板块向欧亚大陆边缘俯冲过程的重要窗口。然而，目前关于带内高Sr/Y花岗岩的成因仍存在较大分歧，主要原因是缺少关键证据的检验。本项目在已有研究基础上，选择新识别的数个高Sr/Y岩体，拟通过：(1) Sr-Nd-Hf同位素示踪和关键元素分析(Na/K、Mg#、Th/U等)，检验加厚下地壳熔融、俯冲板片熔融等成因模式；(2)针对含有包体或与偏基性岩体伴生的花岗岩，采用微量元素模拟计算(Sr/Y-Y、La/Yb-Yb)、多元素相关性分析和斜长石原位Sr同位素测试，揭示高Sr/Y花岗岩形成过程中的岩浆混合和分离结晶作用；(3)结合新的年代学研究，查明吉黑东部不同成因类型高Sr/Y花岗岩的时空演变特征，对认识古太平洋板块俯冲的动力学过程（启动时间等）和大陆边缘地壳生长方式提供新的视角。

近些年吉黑东部中生代钙碱性花岗岩带内新识别出数个高Sr/Y岩体，成为揭示古太平洋板块向欧亚大陆边缘俯冲历史的理想研究对象。项目通过开展系统的岩石学、U-Pb年代学、Sr-Nd-Hf同位素和地球化学研究，查明了吉黑东部高Sr/Y花岗岩及相关岩石的时空分布及成因，揭示了古太平洋板块向欧亚大陆边缘俯冲的动力学演化过程，对理解大陆边缘地壳增生机制以及物质再循环过程等科学问题具有重要意义。取得的主要学术成果有：(1)查明了吉黑东部中生代以来侵入岩的岩石类型及时空分布特征，厘定5期主要的岩浆活动：早-中三叠世（251-240 Ma）、晚三叠世（228-215 Ma）、三叠纪末-中侏罗世（213-158 Ma）、早白垩世（131-105 Ma）、晚白垩世-古新世（95-56 Ma），建立了古太平洋板块向东亚大陆边缘俯冲的动力学演化模型。(2)查明了吉黑东部除存在加厚下地壳熔融成因的高Sr/Y花岗岩外，还存在俯冲洋壳熔融成因、壳幔混合成因另外两种高Sr/Y花岗岩类型。结合不同类型花岗岩的侵位时间和空间分布，提出古亚洲洋沿着索伦-长春-延吉缝合带于早三叠世最终闭合，古太平洋板块俯冲的启动时间可能始于晚三叠世。板块俯冲方向的改变是导致东亚大陆边缘岩浆呈现间歇性活动的主要原因，白垩纪发生的俯冲板片后撤引发岩浆弧向海沟方向迁移，同时造成中国东北地区广泛的弧后伸展。通过地壳熔融和壳幔混合两种成因类型花岗岩的研究，探讨了大陆边缘壳内物质循环和地壳增生的机制。(3)揭示吉黑东部延边地区发育早白垩世高Mg闪长岩（128 Ma），地球化学特征显示其属于赞岐岩质，形成于俯冲沉积物和流体共同交代的岩石圈地幔楔的部分熔融，该高Mg闪长岩的出现标志着东北地区在早白垩世时弧后伸展达到高峰。此外，研究表明高Mg闪长质岩浆随着演化显示出Sr/Y比值升高的趋势，提出在水饱和条件下斜长石结晶受到抑制、角闪石等矿物发生分离结晶是导致演化的岩浆逐渐具有高Sr/Y特征的重要原因。