新特提斯洋的誕生—錸-鋨同位素與玄武岩鋯石年代的意義

113年05月10日

【本篇報導由地球科學系  謝奈特優聘教授研究團隊提供】 　　潘加爾火成岩區（Panjal Traps）的形成與沿著岡瓦納大陸的特提斯洋邊緣的張裂活動有關。從南皮爾潘加爾（Pir Panjal Range）採集的玄武岩經鋯石鈾-鉛定年，顯示其平均206Pb/238U年代為288.2 ± 0.3百萬年。此區域的岩石可分為三個成分不同的組別，其化學性質與東喀什米爾谷地的岩石而不是北皮爾潘加爾相關。岩石中的鍶-釹同位素（87Sr/86Sri = 0.70860–0.71104; εNd(t) = −6.1 to −4.4）顯示其岩漿源可能為受隱沒作用影響的岩石圈大陸地函。而酸性岩則是由大陸地殼部分熔融形成的（87Sr/86Sri = 0.71022–0.71093; εNd(t) = −8.7 to −7.2），其在南皮爾潘加爾區域的發現表明酸性火山活動比之前所認為的要廣泛得多。潘加爾火成岩區不同區域的187Os/188Osi同位素比值在0.1230到0.2832之間。來自北皮爾潘加爾的兩個樣本的比值為0.1230和0.1256，略高於原始上部地函噴發時的數值，而其餘樣本皆顯示富集的值（0.1343–0.2832）。新的數據表明，潘加爾火成岩區的地函來源可能隨著海底擴張的發展而由岩石圈大陸地函來源過渡到岩石圈地函下部來源。   　　自從板塊構造學說逐漸完善以來，古代超大陸的形成與分裂一直是重要的研究方向，儘管現在的大陸地殼分為了七大洲，在距今大約三億三千萬前的石炭紀開始，直到一億七千萬年前的侏儸紀中期，地球的主要大陸地塊幾乎都連結在一起形成了盤古大陸，造就了當時逐漸濕潤高溫的氣候，並影響了後續的動物演化過程。然而，在大陸地殼相對穩定的這段時間，卻有一個地方仍然發生了大陸的張裂並在上億年的時間裡緩慢的朝著古歐亞大陸移動，並最終將當年張裂形成海洋的證據遺留在了現在數千公尺高的山區，這就是如今在印度北部喀什米爾地區的潘加爾火成岩區（如圖1）。 圖1：潘加爾火成岩區分布與位置   　　潘加爾火成岩區屬於大陸洪流玄武岩，與現今形成在板塊交界的隱沒島弧火山、張裂中洋脊火山不同，大陸洪流玄武岩可以發生在遠離板塊交界的區域，並且在短時間內形成了大量的玄武岩質的火成岩體，輔以少量的中酸性岩（如:安山岩、英安岩、流紋岩），如此大規模的噴發有可能與地函熱柱或是板塊拉張變薄所引起的地函上升有關，因此尋找潘加爾火成岩區的起源可以幫助人們更加了解古生代晚期稀有的張裂事件的成因以及其可能帶來的經濟價值。  　　前人研究主要著重在喀什米爾谷地西部（Lidder valley, Guryal Ravine, PJ3）以及皮爾潘加爾山脈北部（PJ4），本研究則於皮爾潘加爾山脈南部沿著山脈公路採取了十顆新的岩石樣本，並對其進行了主要、微量元素、鋯石鈾–鉛定年以及鍶-釹同位素分析，並從結合各區的前人樣本，一起帶往了日本海洋研究機構執行錸-鋨同位素分析。 　　研究的結果顯示，皮爾潘加爾南部區域與北部區域相差較大，不論是地球化學結果與年代皆與谷地西部的Guryal Ravine較為相關，同位素分析結合微量元素的分析結果指出，潘加爾火成岩區的岩漿源可能為受隱沒作用影響的岩石圈大陸地函，皮爾潘加爾北部區域則呈現出了原始上部地函的信號，此區域並沒有看到地函熱柱造成的地形變化以及熔融溫度，研究團隊推估潘加爾火成岩區的成因應為盤古大陸岡瓦納部分東北部靠近特提斯洋的區域，受到特提斯洋另一邊隱沒造成的拉張，使得地殼變薄岩石圈地函上升，依序噴發出地殼再熔融形成的酸性岩、岩石圈地函為岩漿源的基性岩、以及最後代表海洋地殼開始形成接近原始上部地函性質的基性岩（如圖2）。此結果表明了，大陸洪流玄武岩不一定與地函熱柱有關，且此區亦可能隱含與海洋地殼相關的塊狀硫化物礦床，值得更深入的研究與勘查。   圖2：潘加爾火成岩區形成機制之地體構造模型   原文出處：Chen, W. Y., Shellnutt, J. G., Bhat, G. M., Tejada, M. L. G., Suzuki, K., & Denyszyn, S. W. (2023). Geochronology and geochemistry of the Panjal Traps from the southern Pir Panjal Range, Kashmir, India. Lithos, 436, 106967. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2022.106967