中国科大在古俯冲带地球动力学过程研究取得重要进展
俯冲带是壳幔物质循环和能量交换的关键场所，为弧岩浆活动和大陆地壳形成提供了有利条件。弧岩浆的时空分布特征为理解俯冲带地球动力学过程提供了重要线索。研究表明，弧岩浆活动主要受控于两大因素：一是俯冲板块动力学和几何形态的变化，包括海沟前进/后退、板片窗形成、俯冲角度与汇聚速率的改变；二是上覆板块状态的改变，如俯冲侵蚀/增生、板块厚度变化以及构造控制的岩浆上升和侵位。这些因素共同调控着地幔楔的熔融条件、岩浆上升路径和滞留时间，从而直接控制岩浆的形成与分布特征。虽然现代活动大陆边缘为研究这些地球动力学过程提供了丰富资料，但古老造山带中保存的长期岩浆记录为揭示古俯冲带动力学演化提供了独特窗口，这一领域仍存在诸多未解之谜。
中国科学技术大学地球和空间科学学院、岩石圈演化和环境演变全国重点实验室郑永飞院士研究团队戴立群教授研究组以中国西北天山为研究靶区，系统梳理了该区域的古生代火成岩、蛇绿岩和碎屑锆石的空间分布、年代学与地球化学数据。结果显示，古生代岩浆活动存在明显的时空演化规律，岩浆岩与碎屑锆石随时间演化均显示逐渐亏损Nd-Hf同位素特征(图1)，并伴随有同时期富Nb玄武岩-高镁安山岩-埃达克岩组合以及Cu-Au矿床的形成，指示了洋脊-转换断层交错俯冲导致的板片窗间歇性打开对弧岩浆的控制作用。相关研究成果以“Magmatic record reveals an ancient slab window linked to paleo-oceanic subduction”为题，5月23日发表在Nature Index收录的国际地质学知名期刊《Geology》上。
图1. 弧岩浆作用时空演化(A-B) 与岩浆岩和碎屑锆石Nd-Hf同位素变化(C-D)
尽管俯冲上盘和下盘均可影响弧岩浆的形成和演化，但是西北天山古生代弧岩浆活动与蛇绿岩在时空分布上同步变化，表明弧岩浆作用与蛇绿岩侵位具有成因联系，因此俯冲板块的行为是控制弧岩浆演化的主导因素。此外，传统的机制，如海沟前进/后退、俯冲角度与汇聚速率改变、板片断离及岩石圈拆沉，都难以解释平行于海沟的岩浆活动转移和同位素组成的逐渐亏损。综合各项地质证据表明，洋脊-转换断层交错俯冲引起的板片窗最有可能解释这些特征(图2)。当北天山洋的洋中脊与伊犁-中天山板块北缘以小角度交汇，板片窗间歇性打开，促使岩浆弧从西北向东南方向逐渐转移并造成周期性岩浆作用 (图1和2A-C)，同时伴随高温变质作用，富Nb玄武岩-高镁安山岩-埃达克岩组合、Cu-Au矿床和A型花岗岩的形成。当北天山洋闭合，洋脊俯冲到大陆之下，最终在大陆边缘产生广泛的岩浆作用(图2D)。此外，板片窗的打开导致亏损的软流圈地幔物质上涌，造成Nd-Hf同位素系统性亏损。因此，洋脊-转换断层交错俯冲不仅控制了弧岩浆活动的时空分布和地球化学特征，同时也塑造了古俯冲带独特的构造演化格局。
图2.洋脊-转换断层交错俯冲对弧岩浆演化的影响
马利涛特任副研究员为论文的第一作者，戴立群教授为通讯作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金(42488101和42303044)资助。
文章链接：https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geology/article/doi/10.1130/G53112.1/654561/Magmatic-record-reveals-an-ancient-slab-window.
（地球和空间科学学院、科研部）
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