廣州地化所等發現洋內弧大陸地殼成熟新機制

2020-11-27 光明網

　　大陸的形成和演化是地球科學研究中廣泛關注的前沿科學問題之一。大陸地殼總體上具有安山質到英安質地球化學成分特徵，與洋內弧中大洋俯衝作用形成的巖漿巖具有相似的微量元素地球化學特徵（如富集大離子親石元素和虧損高場強元素），眾多學者認為大陸地殼的形成與洋內弧環境下的大洋俯衝作用相關。但是，洋內弧中來源於地幔的巖漿巖為玄武質，而非安山巖和英安巖。這種顯著差異被稱為「地殼成分悖論」（crust compositional paradox）。因此，如果大陸地殼形成于洋內弧，這就需要其它地質過程使得洋內弧地殼從玄武質轉變為安山-英安質，也就是新生的洋內弧巖漿如何演化為成熟的大陸。目前已經有多種假說來解釋「地殼成分悖論」，包括洋內弧地殼拆沉、俯衝洋殼的分層作用，以及古老地殼物質的加入等。

　　針對這一問題，中國科學院廣州地球化學研究所研究員唐功建、王強、但衛與澳大利亞雪梨大學的學者合作，選擇了中亞造山帶準噶爾洋內弧為研究對象。準噶爾巖漿巖地球化學統計結果顯示在300 Ma的時候從典型的洋內弧地殼轉變為成熟的大陸地殼。準噶爾所有巖漿巖均具有虧損的鋯石Hf同位素特徵，但是300 Ma之前和之後的巖漿巖具有明顯不同的鋯石O和全巖B同位素組成。300 Ma之前的巖漿巖具有低的鋯石O同位素特徵和高的δ11B值，因此這些巖漿巖主要來源於虧損的軟流圈地幔楔，指示準噶爾地殼的生長發生在300 Ma之前。300 Ma之後的巖漿巖雖然也具有虧損地幔特徵的Hf同位素組成，但是這些巖石具有非常高的鋯石O和低的全巖δ11B值，與成熟大陸地殼同位素組成相一致。同時早二疊世花崗巖中的部分鋯石核的年齡為晚石炭世，這些鋯石核具有地幔特徵的O同位素組成，與石炭紀巖漿巖相一致。因此，這些300 Ma之後的巖漿巖主要形成於準噶爾石炭紀洋內弧地殼風化的火山沉積物的熔融。元素和同位素計算顯示對於這些300 Ma之後的巖漿巖其源區含有大於50%的火山沉積物。

　　研究結果顯示準噶爾從玄武質洋內弧地殼轉變為成熟的大陸地殼主要與島弧地殼自身的化學風化以及隨後風化產物的熔融作用相關。同時該研究也提出了洋內弧地殼自身的化學風化和地殼循環作用可以導致其地殼成熟。

　　研究成果發表於Earth and Planetary Science Letters。

　　論文信息：Tang, G.-J., Wang, Q., Wyman, D. A. & Dan, W. (2019). Crustal maturation through chemical weathering and crustal recycling revealed by Hf–O–B isotopes. Earth and Planetary Science Letters 524, 115709.

　　圖1：準噶爾巖漿巖地球化學成分特徵，300 Ma之前的巖漿巖具有低的SiO2, K2O，Rb和高MgO含量，與洋內弧地殼成分相一致。300 Ma之後的巖漿巖具有高的SiO2, K2O，Rb和低MgO含量，與大陸地殼的上地殼成分特徵相吻合。因此，準噶爾洋在300 Ma時從典型的洋內弧地殼轉變為成熟的大陸地殼。

圖2：準噶爾巖漿巖Hf-O-B同位素組成

圖3：準噶爾地殼生長與成熟示意圖

[ 責編：戰釗 ]

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