地质所青藏高原南部上地幔氧化还原状态和超钾质岩的氧逸度研究获新进展

地球深部上地幔的氧化还原状态控制着岩石的部分熔融，同时影响变价元素、亲铜元素的价态和挥发分的形成，其与岩浆起源、成矿作用乃至大气圈的演化密切相关。例如青藏高原发育大量后碰撞斑岩铜矿床，其形成被认为与幔源超钾质岩浆有直接或间接的关系。当前，多数构造环境下的上地幔氧化还原状态已经得到了较好的约束，如俯冲带的楔形地幔通常是相对氧化的（ΔFMQ = 0 to +3），而克拉通地幔（ΔFMQ = −4 to −2）和大洋地幔（ΔFMQ = −1.2 to −0.4）是相对还原。相比之下，造山带之下的上地幔氧氧化还原状态研究程度较弱，有关造山带之下的上地幔逸度（fO2）数据较少，且变化范围较大（ΔFMQ = –4.5 to +2.6），影响造山带上地幔fO2变化的机制也尚未得到很好的限定。

针对上述科学问题，自然资源部中国地质调查局地质研究所杨志明研究组选择青藏高原南部后碰撞（~25-8 Ma）超钾质岩中的二辉橄榄岩包体开展详细研究，首次报道了喜马拉雅造山带之下的上地幔fO2，以及超钾质岩浆从地幔源区到浅部地壳上升过程中的fO2变化。本次研究结果进一步暗示，后碰撞时青藏高原岩石圈地幔高fO2，有利于Cu、S等成矿物质从深部到浅部地壳的迁移，这可能是青藏高原大量发育后碰撞斑岩铜矿的关键。

图1. 藏南后碰撞超钾质岩及其内地幔包体的ΔFMQ vs. T (A)、P (B)和全岩Mg# (C) 图解

　　研究表明，二辉橄榄岩包体的fO2范围为ΔFMQ = +0.5 to +1.2（图1A，B），指示藏南~25-8 Ma时岩石圈地幔相比克拉通和大洋地幔更加氧化，大致落在俯冲带楔形地幔的fO2范围内。矿物学证据显示，源自俯冲于藏南陆壳之下的新特提斯洋壳和印度陆壳的富水流体和/或熔体对藏南岩石圈地幔的交代作用，很可能导致了其fO2的升高。此外，超钾质岩浆在从56km的古深度上升到15km的过程中，ΔFMQ从+0.8升高至+3.0（图1C）。这一fO2从深部到浅部过程的升高规律，与深部粗面安山质岩浆至浅部粗面质岩浆结晶分异过程中钛铁矿、硫化物和橄榄石含量降低等规律一致。因此，结晶分异作用，这一壳内岩浆演化过程，很可能导致了幔源岩浆fO2的变化，幔源岩浆fO2不能简单用来代表其源区氧化还原状态。

本研究得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划项目资助，研究成果近期在线发表在著名地学期刊《Geology》上（Li, W.K., Yang, Z.M., Chiaradia, M., Lai, Y., Yu, C., and Zhang, J.Y., 2020. Redox state of southern Tibetan upper mantle and ultrapotassic magmas, Geology, doi: 10.1130/G47411.1）。原文链接：https://doi.org/10.1130/G47411.1