地質地球所揭示俯衝帶大陸地殼生長的制約因素

地球是目前已知的所有太陽系行星中唯一具有大陸地殼的行星，因此，大陸地殼的形成與演化研究一直是固體地球科學領域最重要的科學問題之一。由於大陸地殼在元素組成特徵上與現今島弧岩漿岩具有極大的相似性，一般認為大陸地殼形成於與俯衝作用有關的岩漿弧環境。此外，大陸地殼以廣泛發育花崗質岩石而顯著區別於大洋地殼，因此確定俯衝帶花崗岩的成因是揭示大陸地殼成因的關鍵。俯衝帶主要由俯衝板片、地幔楔和上覆地殼三個地質單元組成。目前學界對這三個地質單元中哪一單元在大陸地殼生長過程中起主導作用存在不同的認識。通常認為，源自俯衝板片與地幔楔的花崗岩無疑代表了新生陸殼的形成，而源自上覆地殼的花崗岩如何與大陸地殼的生長相聯繫卻缺乏必要的約束。

在上述背景下，中國科學院地質與地球物理研究所岩石圈演化國家重點實驗室副研究員王浩等人對桐柏造山帶不同地質單元內的桃園和黃崗花崗岩體展開了詳細的全岩地球化學和鋯石U-Pb年代學以及Hf-O同位素分析。結果顯示，桃園與黃崗岩體同時形成於約440Ma，這在時間上與特提斯洋的向北俯衝作用吻合。桃園岩體具有高的SiO2含量(73.36-79.16%)，低的Al2O3含量(12.00–13.45%)、Mg值(20.6–38.2)、Sr/Y(2.04–10.1)和(La/Yb)N(2.34–7.32)比值以及負的Eu異常(Eu/Eu* = 0.33–0.93)。同位素特徵上，桃園岩體具有正的εNd(t) (+3.0~+6.7)和εHf(t)(+11.8~+13.2)值，相對較高的全岩初始Sr同位素比值 (0.7040–0.7057)以及相對較低的鋯石δ18O值(4.62–5.39‰)，這些特徵表明桃園岩體由受熱液改造的二郎坪洋弧下地殼部分熔融產生。黃崗岩體具有變化較大的全岩成分範圍：SiO2含量為57.01-64.42%，初始Sr同位素比值為0.7065-0.7078，εNd(t)值為?5.7~?9.4。此外，黃崗岩體中鋯石還具有高的δ18O值（7.57-8.45‰）和負的εHf(t)值（?14.4~?10.5）。這些特徵指示黃崗岩體源自寬坪群古老下地殼，並伴有20-40%左右的新生幔源物質加入。兩個岩體截然不同的地球化學特徵表明，洋弧與陸弧內的花崗岩形成都主要源自上覆地殼的殼內重熔作用。黃崗岩體的研究表明陸弧地區的大陸地殼凈增長非常有限，新的陸殼物質加入量與古老基性下地殼的再循環量基本平衡。桃園岩體的研究則表明大陸地殼主要通過洋弧地體的增生與再造實現大量增長。

以上研究成果近期發表在國際岩石地球化學期刊Lithos（Wang et al. Crustal basement controls granitoid magmatism, and implications for generation of continental crust in subduction zones: A Sr-Nd-Hf-O isotopic study from the Paleozoic Tongbai orogen, central China. Lithos, 2017, 282-283: 298-315）上。

論文鏈接

圖1 桐柏造山帶桃園與黃崗岩體Sr-Nd-Hf-O同位素特徵

圖2 桐柏造山帶桃園與黃崗岩體的形成過程

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