我国学者与海外合作者在碰撞带大陆地壳形成与演化研究领域取得新进展

图1 冈底斯岩基岩浆成分随时间的变化图(图中黑色线条代表了印度-亚洲汇聚速率)

图2 碰撞带大陆地壳化学成熟过程示意图

  在国家自然科学基金项目(批准号:91755207、42121002和41225006)等资助下,中国地质大学(北京)朱弟成教授团队联合澳大利亚研究人员,在碰撞带大陆地壳形成与演化研究领域取得新进展。相关成果以“大洋俯冲与大陆碰撞的相互作用形成大陆地壳(Interplay between oceanic subduction and continental collision in building continental crust)”为题,于2022年11月21日在线发表在《自然•通讯》(Nature Communications)上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-34826-0。论文被《自然•通讯》主编选为相关领域最近发表的50篇最佳论文之一(https://www.nature.com/collections/eihfbddfac)。

  一般认为,碰撞前的大陆弧岩浆作用记录了俯冲洋壳的再循环、地幔楔加水熔融和新生镁铁质地壳的产生,而大陆碰撞导致了新生和古老地壳的再造、地壳升温熔融和成熟长英质大陆地壳的形成。但大陆弧岩石圈的这种再造如何改变了大陆地壳的性质并促使其平均成分向安山质到英安质转换、这种再造为何发生在碰撞带,仍然是固体地球科学研究需要回答的重要基础科学问题之一。

  针对这一科学问题,研究团队对以青藏高原南部冈底斯岩浆岩带为代表的陆-陆碰撞带岩浆岩开展了基于大量岩石学、矿物学和地球化学数据(2630件样品)的深入研究,发现俯冲期(> 60 Ma)岩浆作用以幔源岩浆分异为主,形成大量镁铁质-超镁铁质堆晶岩和中钾钙碱性长英质岩浆,同碰撞(60-45 Ma)以先存弧地壳重熔为主,产生大量高钾钙碱性长英质岩浆,碰撞后(< 45 Ma)以先存弧地壳重熔和被动陆缘物质的加入为特征,形成高钾钙碱性和钾玄质长英质岩浆;还发现岩浆成分在约 70 Ma开始向富硅、富钾和高Th/La方向演化(图1)。

  根据岩石学和地球化学特征,研究团队提出这种成分变化不是增高的俯冲沉积物加入的结果,而是由大陆边缘弧下地壳先存富钾的底侵玄武岩和镁铁质-超镁铁质堆晶岩的重熔引起,并与印度-亚洲汇聚速率增加(67-51 Ma)、板片断离(51-45 Ma)和印度-亚洲汇聚速率降低(< 45 Ma)直接相关。正是这种大规模重熔,形成了冈底斯富钾长英质中上地壳和下地壳镁铁质-超镁铁质熔融残余层(即藏南~60–80 km深度的双莫霍面),实现了冈底斯地壳的密度分选和成分成熟。研究团队进一步对比分析发现,印度-亚洲碰撞带冈底斯岩浆岩记录的这种大洋俯冲期以岩浆分异和堆晶为主,到俯冲晚期、同碰撞和碰撞后以重熔为主的堆晶-重熔两阶段过程(图2),可能是全球碰撞带大陆地壳产生、化学分异和密度分层的有效过程,促进了地质历史上大陆地壳的长期保存。

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