科学研究

李家亮:洋脊俯冲与大陆地壳的韵律性生长:来自中亚造山带的证据 【GSA Bulletin,2022】
2022-04-28 阅读:10139

增生型造山带是大陆地壳生长的重要场所。然而,在增生型造山带漫长的演化历史中,其增生过程与地壳生长的关系还不明确,同时对大陆地壳生长的方式和过程仍缺乏详细的研究。以中亚造山带为例,其为地球上最大的增生型造山带之一,并伴随大量年轻地壳在显生宙期间形成。已有研究提出了多种机制来解释中亚造山带显生宙期间的地壳生长过程,包括俯冲相关的岛弧增生-拼贴和后碰撞或板内伸展作用引起的幔源岩浆底侵,以及最近有学者认为洋脊俯冲可能对中亚造山带的地壳生长起着重要作用。

针对上述科学问题,我校科学研究院博士研究生李家亮在博士生导师刘金高教授指导下,联合国内外合作者,以内蒙古北部古生代中酸性岩浆岩为主要研究对象,开展了系统的岩石学、年代学和同位素地球化学研究(1, 2, 3),并总结了内蒙古地区中酸性岩浆岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素、以及全岩Nd同位素数据(4),取得了如下重要发现和结论:

1)内蒙古北部地区的晚古生代构造-岩浆活动主要划分为三个阶段:339-320 Ma:古亚洲洋板块俯冲到南蒙活动大陆边缘之下,俯冲洋壳流体释放导致地幔楔部分熔融,形成岛弧型火山岩和I-型花岗岩(2, 3);320-275 Ma:古亚洲洋大洋中脊俯冲到南蒙活动大陆边缘之下,促使板片窗打开、软流圈上涌,引起俯冲大洋板片、地幔和上覆大陆地壳广泛熔融,形成埃达克质岩及其对应岩套、多种类型的基性岩、双峰式火山岩和A-型、I-型和S-型花岗岩(2, 3),并引起宝力道岛弧从南蒙大陆边缘撕裂,形成贺根山弧后盆地;262-250 Ma:宝力道岛弧-南蒙大陆碰撞形成二叠纪超钾质安山岩,暗示贺根山弧后盆地闭合,同时也表明洋脊俯冲事件的结束。

2)汇编数据表明在相对较长时间的俯冲-增生过程中,大量岩浆活动主要集中在相对较短的时间内形成,并且这些岩浆岩具有显著亏损的Nd-Hf同位素组成(4)。结合前人的研究,我们认为兴蒙造山带早、晚古生代的两次岩浆爆发(450±20 Ma300±20 Ma)与洋脊俯冲事件相关,并且大部分新生地壳是在较长周期(>140 myr)内相对较短的时间间隔(~20-40 myr)内形成的。显生宙期间,洋脊俯冲事件对中亚造山带新生地壳的韵律性生长发挥着重要的作用。该类地壳生长模式可能适用于地球上其他显生宙增生型造山带。

该研究成果提出了增生型造山带虽然经历了长时间的俯冲-增生过程,但大陆地壳的生长主要集中在相对较短时间内形成,并且主要与洋脊俯冲事件引起的伸展动力学机制有关。


                                             



图1. 兴蒙造山带及其构造单元划分

 

 



图2 内蒙古北部地区晚古生代不同类型花岗岩的微量元素标准化图解

 


图3. 内蒙古北部地区晚古生代岩浆-构造演化模式图

 



图4. 中酸性岩浆岩年龄频谱及其对应的Nd-Hf同位素、新生地壳组分比例计算结果


上述系列研究成果发表在国际知名地质学期刊《Geological Society of America Bulletin》、《Lithos》、《Lithosphere》、《Solid Earth Sciences》上:

Li, J.L., Liu, J.G.*, Zhu, D.C., Nelson, B.K., Gao, R.H., 2022. Ridge subduction and episodes of crustal growth in accretionary belts: Evidence from Late Paleozoic felsic igneous rocks in the southeastern Central Asian Orogenic BeltInner Mongolia, China. https://doi.org/10.1130/B35986.1.

Li, J.L., Liu, J.G.*, Wu, C., Zhu, D.C., 2022. Permian re-melting and maturity of continental crust recorded by the Daqing peraluminous granitic batholith in Inner Mongolia. Lithosphere. https://doi.org/10.2113/2022/5658756.

Li, J.L., Liu, J.G.*, Wang, Y.J., Zhu, D.C., Wu, C., 2021. Late Carboniferous to Early Permian ridge subduction identified in the southeastern Central Asian Orogenic Belt: Implications for the architecture and growth of continental crust in accretionary orogens. Lithos. 384–385. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2021.105969.

Li, J.L., Liu, J.G.*, Scott, J.M., Wu, C., Zhu, D.C., Zhang, L.L., 2022. Early Permian magmatism above a slab window in the northern Inner Mongolia: Implications for the Paleo-Asian Ocean subduction processes and accretionary crustal growth. Solid Earth Sciences. https://doi.org/10.1016/j.sesci.2022.02.001.

全文链接:https://doi.org/10.1130/B35986.1

https://doi.org/10.2113/2022/5658756

https://doi.org/10.1016/j.lithos.2021.105969

https://doi.org/10.1016/j.sesci.2022.02.001