大陸地殼生長速率一直是固體地球科學(xué)研究的熱點，解決這個問題的難點在于怎么區(qū)分地殼生長和再造相關(guān)的巖漿事件。地殼生長就是向地殼中添加幔源巖漿巖，而地殼再造則是先存地殼的侵蝕、沉積和重熔等殼內(nèi)過程。最近二十年的研究普遍使用鋯石Hf-O同位素來揭示地殼生長速率，因為Hf模式年齡可代表鋯石母巖漿從地幔中抽取的年齡（即地殼生長年齡），O同位素可以用來判斷Hf模式年齡是無意義的混合年齡還是有意義的地殼生長年齡，沉積巖來源的巖漿結(jié)晶的鋯石就會產(chǎn)生無意義的混合年齡。因此，高δ 18O（>5.9‰）鋯石普遍被認(rèn)為是沒有幔源巖漿參與的殼內(nèi)再造產(chǎn)物。然而，越來越多的研究表明幔源巖漿也可能來自俯沖改造的高δ 18O地幔楔，但由于鋯石通常結(jié)晶于長英質(zhì)巖漿，我們很難建立起高δ 18O地幔和鋯石之間的直接聯(lián)系。
中國科學(xué)院廣州地化所王軍博士、王強(qiáng)研究員及合作者通過對西藏北拉薩地塊含高δ 18O鋯石和橄欖石的超鎂鐵質(zhì)堆晶巖及同期火山巖的研究來解決上述難題，取得以下重要進(jìn)展：
?。?）堆晶巖形成于110 ± 2 Ma，其堆晶相包括橄欖石和少量單斜輝石，粒間相包括角閃石和少量斜方輝石、金云母、磷灰石和鋯石（圖1）。
圖1. 超鎂鐵質(zhì)堆晶巖的巖相圖（Amp=角閃石；Ol=橄欖石；Opx=斜方輝石；Cpx=單斜輝石；Phl=金云母；Ap=磷灰石；Zrn=鋯石；Ser=蛇紋石）
?。?）輝石、角閃石和磷灰石及其平衡熔體的溫度、SiO 2、Zr、La/Sm和Dy/Yb變化趨勢表明粒間熔體逐漸從鋯石不飽和的玄武質(zhì)演化到鋯石飽和的流紋質(zhì)熔體（圖2和3）。粒間熔體的這些成分變化趨勢與同期火山巖成分演化一致，表明火山巖可能是堆晶巖中抽離的粒間熔體。
圖2. 礦物平衡熔體的溫度和Zr（左）以及SiO 2和La/Sm（右）關(guān)系
?。?）角閃石包裹著溶蝕狀的橄欖石和單斜輝石（圖1）說明角閃石是通過包晶（peritectic）反應(yīng)形成的，稀土元素模擬也證實了粒間熔體-晶粥體反應(yīng)生成角閃石的過程（圖3），該反應(yīng)產(chǎn)生的低硅角閃石促進(jìn)了粒間熔體的硅富集和鋯飽和。
圖3. 礦物平衡熔體的La/Sm和Dy/Yb（左）以及εHf和δ 18O（右）關(guān)系
?。?）早期橄欖石和晚期鋯石的平衡熔體具有重疊δ 18O值，且高于正常地幔（圖3）；鋯石結(jié)晶前后的磷灰石εNd值（2.4 ± 1.4）也保持不變，這表明鋯石的高δ 18O特征是起源于地幔源區(qū)，而不是殼內(nèi)混染或熔融過程；地幔中再循環(huán)地殼的量少于12%，即研究區(qū)早白堊世巖漿作用代表顯著的地殼生長事件。
最近全球的研究也發(fā)現(xiàn)俯沖組分對地幔楔的交代會導(dǎo)致超鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì)巖漿巖具有高δ 18O特征。因此，假如把這些高δ 18O鋯石都?xì)w因于地殼再造產(chǎn)物，則會顯著低估顯生宙地殼生長的量。本研究也表明，對于特定的弧巖漿作用，超鎂鐵質(zhì)到長英質(zhì)巖石的鋯石和橄欖石氧同位素的結(jié)合比單獨鋯石數(shù)據(jù)在區(qū)分地殼生長與再造方面更有效。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際巖石學(xué)著名刊物Journal of Petrology上，該研究受國家自然科學(xué)基金、第二次青藏科考和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的聯(lián)合資助。
論文信息：Wang, J.（王軍）, Wang, Q*.（王強(qiáng)）, Sun, P.（孫鵬）, Dan, W.（但衛(wèi)）, Kerr, A. C., Zhang, Z.-P.（張志平）, Zhang, L.（張樂）, Wei, G.（韋剛健）, Dong, H.（董瀚）, Hu, W.-L.（胡萬龍）, Yang, Z.-Y.（楊宗永）, Zhang, X.-Z.（張修政）, Qi. Y.（齊玥）, 2023. Crustal growth identified by high-δ 18O zircon and olivine: A perspective from ultramafic arc cumulates in southern Tibet, Journal of Petrology.
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