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              廣州地化所發現洋內弧大陸地殼成熟的新機制

                

                大陆的构成和演化是地球科学研究中广泛关注的前沿科学问题之一。大陆地壳总体上具有安山质到英安质地球化学成分特征,与洋内弧中大洋爬升作用构成的岩浆岩具有类似的微量元素地球化学特征(如富集大离子亲石元素和亏损高场强元素),众多学者认为大陆地壳的构成与洋内弧环境下的大洋爬升作用相关。但是,洋内弧中来源于地幔的岩浆岩为玄武质,而非安山岩和英安岩。这种显著差异被称为被称为“地壳成分悖论”(crust compositional paradox)。因而,如果大陆地壳构成于洋内弧,这就需要其它地质过程使得洋内弧地壳从玄武质转变为安山-英安质,也就是重生的洋内弧岩浆如何演化为成熟的大陆。目前已经有多种假说来解释“地壳成分悖论”,包括洋内弧地壳拆沉、爬升洋壳的分层作用,以及陈旧地壳物质的加入等。

               

                图1:准噶尔岩浆岩地球化学成分特征,300 Ma之前的岩浆岩具有低的 SiO2, K2O,Rb,和高 MgO含量,与洋内弧地壳成分相一致。300 Ma之后的岩浆岩具有高的 SiO2, K2O,Rb,和低 MgO含量,与大陆地壳的上地壳成分特征相吻合。因而,准噶尔洋在300 Ma时从典型的洋内弧地壳转变为成熟的大陆地壳。

                针对这一问题,中國科學院广州地球化学研究所唐功建研究員、王强研究員、但卫研究員与澳大利亚悉尼大学的学者合作,选择了中亚造山带准噶尔洋内弧为研究对象。准噶尔岩浆岩地球化学统计结果显示在300 Ma的时候从典型的洋内弧地壳转变为成熟的大陆地壳。准噶尔所有岩浆岩均具有亏损的锆石Hf同位素特征,但是300 Ma之前和之后的岩浆岩具有明显不同的锆石O和全岩B同位素组成。300 Ma之前的岩浆岩具有低的锆石O同位素特征和高的δ11B值,因而这些岩浆岩主要来源于亏损的软流圈地幔楔,指示准噶尔地壳的生长发生在300 Ma之前。300 Ma之后的岩浆岩虽然也具有亏损地幔特征的Hf同位素组成,但是这些岩石具有非常高的锆石O和低的全岩δ11B值,与成熟大陆地壳同位素组成相一致。同时早二叠世花岗岩中的部分锆石核的年龄为晚石炭世,这些锆石核具有地幔特征的O同位素组成,与石炭纪岩浆岩相一致。因而,这些300 Ma之后的岩浆岩主要构成于准噶尔石炭纪洋内弧地壳风化的火山堆积物的熔融。元素和同位素计算显示对于这些300 Ma之后的岩浆岩其源区含有大于50%的火山堆积物。

               

              圖2:准噶爾岩漿岩Hf-O-B同位素組成。

               

                圖3:准噶爾地殼生長與成熟示意圖

                因而,研究結果顯示准噶爾從玄武質洋內弧地殼轉變爲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産物的熔融作用相關。同時我們的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。

                研究成果發表于Earth and Planetary Science Letters

                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.

               

              同位素地球化學國家重點實驗室&科技與規劃處供稿

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