地质地球所揭示俯冲带大陆地壳生长的制约因素
地球是目前已知的所有太阳系行星中唯一具有大陆地壳的行星，因此，大陆地壳的形成与演化研究一直是固体地球科学领域最重要的科学问题之一。由于大陆地壳在元素组成特征上与现今岛弧岩浆岩具有极大的相似性，一般认为大陆地壳形成于与俯冲作用有关的岩浆弧环境。此外，大陆地壳以广泛发育花岗质岩石而显著区别于大洋地壳，因此确定俯冲带花岗岩的成因是揭示大陆地壳成因的关键。俯冲带主要由俯冲板片、地幔楔和上覆地壳三个地质单元组成。目前学界对这三个地质单元中哪一单元在大陆地壳生长过程中起主导作用存在不同的认识。通常认为，源自俯冲板片与地幔楔的花岗岩无疑代表了新生陆壳的形成，而源自上覆地壳的花岗岩如何与大陆地壳的生长相联系却缺乏必要的约束。
在上述背景下，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室副研究员王浩等人对桐柏造山带不同地质单元内的桃园和黄岗花岗岩体展开了详细的全岩地球化学和锆石U-Pb年代学以及Hf-O同位素分析。结果显示，桃园与黄岗岩体同时形成于约440Ma，这在时间上与特提斯洋的向北俯冲作用吻合。桃园岩体具有高的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)比值以及负的Eu异常(Eu/Eu* = 0.33–0.93)。同位素特征上，桃园岩体具有正的εNd(t) (+3.0~+6.7)和εHf(t)(+11.8~+13.2)值，相对较高的全岩初始Sr同位素比值 (0.7040–0.7057)以及相对较低的锆石δ18O值(4.62–5.39‰)，这些特征表明桃园岩体由受热液改造的二郎坪洋弧下地壳部分熔融产生。黄岗岩体具有变化较大的全岩成分范围：SiO2含量为57.01-64.42%，初始Sr同位素比值为0.7065-0.7078，εNd(t)值为5.7~9.4。此外，黄岗岩体中锆石还具有高的δ18O值（7.57-8.45‰）和负的εHf(t)值（14.4~10.5）。这些特征指示黄岗岩体源自宽坪群古老下地壳，并伴有20-40%左右的新生幔源物质加入。两个岩体截然不同的地球化学特征表明，洋弧与陆弧内的花岗岩形成都主要源自上覆地壳的壳内重熔作用。黄岗岩体的研究表明陆弧地区的大陆地壳净增长非常有限，新的陆壳物质加入量与古老基性下地壳的再循环量基本平衡。桃园岩体的研究则表明大陆地壳主要通过洋弧地体的增生与再造实现大量增长。
以上研究成果近期发表在国际岩石地球化学期刊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。
图1 桐柏造山带桃园与黄岗岩体Sr-Nd-Hf-O同位素特征
图2 桐柏造山带桃园与黄岗岩体的形成过程
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