大陆弧是汇聚板块边缘的构造活动区，记录了大陆地壳生长和再造的一系列复杂地壳过程。厘清大陆地壳的形成和演化过程是地球科学最为基础且重要的目标之一。作为大陆地壳的重要组成部分，产自于大陆边缘弧背景下的硅质岩浆（花岗闪长岩-花岗岩-英安岩-流纹岩等）通常富集SiO2和大离子亲石元素，亏损MgO，FeOT和Ba，Sr，Eu，P和Ti等高场强元素，他们被解释为幔源岩浆的强烈分异产物或者古老/新生地壳的部分熔融产物，因此，不同类型的硅质岩浆记录了不均一的大陆地壳组分的重熔和循环作用。我国华南扬子周缘分布有大量的新元古代长英质火山岩和侵入岩，它们被认为是Rodinia超大陆汇聚与裂解过程的岩浆产物。因此，这些酸性岩浆是揭示华南新元古代大陆地壳熔融与物质循环的重要研究对象。
为了系统揭示我国华南扬子周缘地球早期新元古代大陆地壳的形成和演化过程，我院朱毓特任教授及其合作者选取扬子西缘冕宁地区新元古代英安岩和流纹岩进行系统研究（图1），通过全岩地球化学及锆石U-Pb-Hf-O同位素约束其地壳源区属性及演化过程。
图1 华南扬子西缘及研究区冕宁地区地质简图
|
这些英安岩和流纹岩形成于ca. 815-811 Ma，具有较高的全岩SiO2和低的MgO，Mg#，Cr和Ni含量，微量元素显示明显分异的稀土配分模式，并且富集大离子亲石元素，亏损高场强元素（图2）。
图2 华南扬子西缘新元古代硅质火山岩主微量元素特征 |
这些硅质火山岩显示明显差异的全岩Nd同位素和锆石Hf-O同位素特征，第1组英安岩具有亏损的全岩Nd同位素 (εNd[t] = +0.51~+1.65)、锆石Hf同位素(εHf[t] = +1.80~+8.86)以及低于地幔值的锆石O同位素(δ18O = 3.95‰–4.63‰)（图3-4），说明他们来自于新生镁铁质弧下地壳的部分熔融。第2组英安岩-流纹岩显示负的εNd(t) = -4.05~-2.12、低的锆石εHf(t) = -2.84~+3.44以及高的锆石δ18O = 4.50‰–9.90‰（图3-4），指示他们来自于古老富集地壳组分的部分熔融。
图3 华南扬子西缘新元古代硅质火山岩Nd-Hf-O同位素特征 |
图4 华南扬子西缘新元古代硅质火山岩锆石Hf-O同位素混合模拟计算 |
结合扬子西缘新元古代俯冲构造背景，研究团队提出受俯冲板片熔体（低δ18O）交代的地幔岩浆上涌形成新生弧下地壳，进一步熔融产生低δ18O硅质岩浆，交代地幔/新生地壳来源的热量加热上覆成熟地壳发生部分熔融，形成高δ18O的硅质岩浆（图5）。
本项研究强调俯冲背景下不同地壳源区及熔融层次的岩浆房控制了硅质岩浆的地球化学多样性，进而控制了大陆弧背景下弧地壳的分异和富集过程。
图5 华南扬子西缘新元古代不均一的地壳源区以及物质循环过程 |
我院朱毓特任教授为论文第一作者兼通讯作者，合作者包括西北大学赖绍聪教授、秦江锋教授、朱韧之副教授、刘敏博士和杨航博士以及中国科学院海洋研究所张方毅副研究员。该研究受到国家自然科学基金项目（42202048和42172056）和陕西省科协青年拔尖人才托举计划（20230706）联合资助。(审核 夏小平）
论文信息： 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.
