Subduction polarity reversal facilitated by plate coupling during arc-continent collision: Evidence from the Western Kunlun orogenic belt, northwest Tibetan Plateau
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Subduction polarity reversal usually involves the break off or tearing of the downgoing plate (DP) along the continent-ocean transition zone, in order to initiate subduction of the overriding plate (OP) with opposite polarity. We propose that subduction polarity reversal can also be caused by DP-OP coupling and can account for the early Paleozoic geological relationships in the Western Kunlun orogenic belt in the northwestern Tibetan Plateau. Our synthesis of elemental and isotopic data reveals transient (~2 m.y.) changes in the sources of early Paleozoic arc magmatism in the southern Kunlun terrane. The early-stage (ca. 530–487 Ma) magmatic rocks display relatively high εNd(t) (+0.3 to +8.7), εHf(t) (−3.6 to +16.0), and intra-oceanic arc-like features. In contrast, the late-stage (485–430 Ma) magmatic rocks have predominantly negative εNd(t) (−4.5 to +0.3), εHf(t) (−8.8 to +0.9), and higher incompatible trace elements (e.g., Th), similar to the sub-continental lithospheric mantle beneath the Tarim craton. This abrupt temporal-spatial variation of arc magmatism, together with the detrital zircon evidence, indicate that subduction polarity reversal of the Proto-Tethys Ocean occurred in a period of ~10 m.y., consistent with the time interval reflected by ophiolite age. This rapid polarity reversal corresponds with the absence of ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic and post-collisional magmatic rocks, features normally characteristic of slab break-off or tearing. Numerical modeling shows that this polarity reversal was caused by plate coupling during arc-continent collision. This coupling modified the normal succession of arc-continent collision events, preventing slab break-off or tearing-induced buoyant rock rebound and asthenosphere upwelling. Our model successfully explains early Paleozoic orogenesis in the Western Kunlun orogenic belt and may be applied elsewhere where post-collisional magmatic and UHP rocks are absent.
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