大陸弧是匯聚板塊邊緣的構造活動區(qū)，記錄了大陸地殼生長和再造的一系列復雜地殼過程。厘清大陸地殼的形成和演化過程是地球科學最為基礎且重要的目標之一。作為大陸地殼的重要組成部分，產自于大陸邊緣弧背景下的硅質巖漿（花崗閃長巖-花崗巖-英安巖-流紋巖等）通常富集SiO2和大離子親石元素，虧損MgO，FeOT和Ba，Sr，Eu，P和Ti等高場強元素，他們被解釋為幔源巖漿的強烈分異產物或者古老/新生地殼的部分熔融產物，因此，不同類型的硅質巖漿記錄了不均一的大陸地殼組分的重熔和循環(huán)作用。我國華南揚子周緣分布有大量的新元古代長英質火山巖和侵入巖，它們被認為是Rodinia超大陸匯聚與裂解過程的巖漿產物。因此，這些酸性巖漿是揭示華南新元古代大陸地殼熔融與物質循環(huán)的重要研究對象。
為了系統(tǒng)揭示我國華南揚子周緣地球早期新元古代大陸地殼的形成和演化過程，我院朱毓特任教授及其合作者選取揚子西緣冕寧地區(qū)新元古代英安巖和流紋巖進行系統(tǒng)研究（圖1），通過全巖地球化學及鋯石U-Pb-Hf-O同位素約束其地殼源區(qū)屬性及演化過程。
圖1 華南揚子西緣及研究區(qū)冕寧地區(qū)地質簡圖
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這些英安巖和流紋巖形成于ca. 815-811 Ma，具有較高的全巖SiO2和低的MgO，Mg#，Cr和Ni含量，微量元素顯示明顯分異的稀土配分模式，并且富集大離子親石元素，虧損高場強元素（圖2）。
圖2 華南揚子西緣新元古代硅質火山巖主微量元素特征 |
這些硅質火山巖顯示明顯差異的全巖Nd同位素和鋯石Hf-O同位素特征，第1組英安巖具有虧損的全巖Nd同位素 (εNd[t] = +0.51~+1.65)、鋯石Hf同位素(εHf[t] = +1.80~+8.86)以及低于地幔值的鋯石O同位素(δ18O = 3.95‰–4.63‰)（圖3-4），說明他們來自于新生鎂鐵質弧下地殼的部分熔融。第2組英安巖-流紋巖顯示負的εNd(t) = -4.05~-2.12、低的鋯石εHf(t) = -2.84~+3.44以及高的鋯石δ18O = 4.50‰–9.90‰（圖3-4），指示他們來自于古老富集地殼組分的部分熔融。
圖3 華南揚子西緣新元古代硅質火山巖Nd-Hf-O同位素特征 |
圖4 華南揚子西緣新元古代硅質火山巖鋯石Hf-O同位素混合模擬計算 |
結合揚子西緣新元古代俯沖構造背景，研究團隊提出受俯沖板片熔體（低δ18O）交代的地幔巖漿上涌形成新生弧下地殼，進一步熔融產生低δ18O硅質巖漿，交代地幔/新生地殼來源的熱量加熱上覆成熟地殼發(fā)生部分熔融，形成高δ18O的硅質巖漿（圖5）。
本項研究強調俯沖背景下不同地殼源區(qū)及熔融層次的巖漿房控制了硅質巖漿的地球化學多樣性，進而控制了大陸弧背景下弧地殼的分異和富集過程。
圖5 華南揚子西緣新元古代不均一的地殼源區(qū)以及物質循環(huán)過程 |
我院朱毓特任教授為論文第一作者兼通訊作者，合作者包括西北大學賴紹聰教授、秦江鋒教授、朱韌之副教授、劉敏博士和楊航博士以及中國科學院海洋研究所張方毅副研究員。該研究受到國家自然科學基金項目（42202048和42172056）和陜西省科協(xié)青年拔尖人才托舉計劃（20230706）聯(lián)合資助。(審核 夏小平）
論文信息： Zhu Yu*, Lai Shaocong, Zhu Renzhi, Liu Min, Zhang Fangyi, Qin Jiangfeng, Yang Hang, 2025. Heterogeneous crustal sources and recycling for silicic magmas in a Neoproterozoic continental arc in the western Yangtze block, South China. Geological Society of America Bulletin, https://doi.org/10.1130/B37989.1.
