新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心在增生型造山帶下地殼熔融流動(dòng)的成因機(jī)制與動(dòng)力學(xué)過(guò)程方面取得新認(rèn)識(shí)
大陸地殼并不是一個(gè)完全剛性的塊體，在其內(nèi)部存在顯著的巖性、流變性及熱結(jié)構(gòu)的不均一性。其中，深熔作用對(duì)地殼流變性的改變影響巨大。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究表，極少量的熔體 (大約7 vol%) 就可以使大陸地殼流變性發(fā)生顯著的改變，并易于發(fā)生流動(dòng)。近年來(lái)，地殼深熔與流動(dòng)已經(jīng)在以喜馬拉雅為代表的碰撞型造山帶中得到了廣泛而深入的探討。碰撞造山過(guò)程常形成巨厚的大陸地殼（最厚可達(dá)約70 km），而加厚的大陸地殼往往可以產(chǎn)生大量的熱，使得其中下地殼發(fā)生部分熔融。熔融的地殼與周緣剛性的圍巖存在流變性的巨大差異，從而造成結(jié)構(gòu)的解耦。在此基礎(chǔ)上，受上覆地殼自身重力或區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的作用，熔融地殼便容易發(fā)生流動(dòng)。與之相比，增生造山過(guò)程通常沒(méi)有那么巨量的地殼增厚，地殼深熔往往與具異常熱流的低壓/高溫變質(zhì)事件有關(guān)。增生的新生大陸地殼通常含有更多的易熔組分，地殼深熔可以產(chǎn)生大量的熔體。在當(dāng)今主要增生型造山帶中大量出露于地表的花崗巖-混合巖穹隆是增生型造山帶內(nèi)發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈地殼深熔改造與物質(zhì)流動(dòng)的最好例證。然而，迄今為止我們對(duì)于增生型造山帶中地殼深熔與流動(dòng)的成因機(jī)制及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相知甚少。
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心博士生汪晟，在導(dǎo)師蔣映德研究員的指導(dǎo)下，與澳大利亞莫納什大學(xué)Roberto Weinberg教授及法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)Karel Schulmann教授合作，選取位于世界上最大的增生型造山帶（中亞造山帶）腹地的中國(guó)阿爾泰為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)該地區(qū)出露的泥盆紀(jì)花崗巖-混合巖穹隆（圖1）內(nèi)部開(kāi)展精細(xì)的野外地質(zhì)填圖，構(gòu)造期次恢復(fù)及鋯石U-Pb定年工作，取得了以下認(rèn)識(shí)：
圖1 中國(guó)阿爾泰西部代表性花崗巖-混合巖穹隆核部之花崗巖體
(1) 中國(guó)阿爾泰泥盆紀(jì)花崗巖-混合巖穹隆的形成是兩期構(gòu)造變形下的產(chǎn)物，是構(gòu)造應(yīng)力和熔體流動(dòng)共同作用的結(jié)果：早期地殼深熔作用伴隨著區(qū)域尺度上的巖石圈水平伸展與減薄、深熔熔體的析出，形成區(qū)域尺度上大規(guī)模的近水平熔體條帶；晚期近水平的地殼縮短擠壓使得熔體向擠壓褶皺的軸面通道大量匯聚，從而形成熔體網(wǎng)狀聯(lián)通系統(tǒng)，這一過(guò)程使得深熔地殼流變性發(fā)生巨變，進(jìn)而在持續(xù)的水平擠壓構(gòu)造應(yīng)力和熔體浮力的共同作用下發(fā)生大規(guī)模的垂直向上流動(dòng)，形成區(qū)域上宏偉壯闊的花崗巖-混合巖穹隆（圖1，圖2）。
圖2 中國(guó)阿爾泰西部代表性混合巖-花崗巖穹隆野外地質(zhì)特征、地質(zhì)產(chǎn)狀投影和演化模式
(2) 定年結(jié)果顯示早期地殼深熔作用及熔體析出發(fā)生在距今420-410 Ma（百萬(wàn)年前），晚期熔體匯聚流動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段：410-100 Ma 構(gòu)造應(yīng)力由伸展轉(zhuǎn)換為擠壓，熔體開(kāi)始向擠壓褶皺軸部富集并形成網(wǎng)狀的熔體遷移通道；400-380 Ma 熔體在褶皺軸面通道大量匯聚，造成深熔地殼顯著的向上流動(dòng)，其后在淺部地殼形成花崗巖-混合巖穹隆；370-360 Ma 冷凝階段，殘余熔體以脈體的形式侵入到冷卻的圍巖中（圖3）。
(3) 增生型造山帶中俯沖板片前進(jìn)和后撤的反復(fù)轉(zhuǎn)換過(guò)程導(dǎo)致了區(qū)域上應(yīng)力場(chǎng)的轉(zhuǎn)變并提供了地殼深熔所需的異常熱。這一機(jī)制普遍存在于增生型造山帶中，為解釋增生型造山帶中地殼深熔與流動(dòng)的成因機(jī)制及動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了關(guān)鍵證據(jù)。
圖3 中國(guó)阿爾泰下地殼熔融流動(dòng)時(shí)空演化模式圖
研究成果近期發(fā)表于國(guó)際期刊《Geological Society of America Bulletin》上，該項(xiàng)研究成果獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (41672056, 42022017, 42021002，41872222)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 (2017YFC0601205)，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng) (B) (XDB18020203)，中科院國(guó)際合作項(xiàng)目（132744KYSB20190039）的資助。文章信息如下：
Sheng Wang, Yingde Jiang, Roberto Weinberg, Karel Schulmann, Jian Zhang, Pengfei Li, Ming Xiao, and Xiao-Ping Xia, 2021, Flow of Devonian anatectic crust in the accretionary Altai Orogenic Belt, central Asia: Insights into horizontal and vertical magma transfer: GSA Bulletin
相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1130/B35645.1.
（同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
