熱能夠促進(jìn)地殼發(fā)生熔融分異、元素遷移，并且能控制線性造山帶向平坦高原演化，但導(dǎo)致大陸地殼增溫的動(dòng)力學(xué)機(jī)制仍存在激烈爭(zhēng)論。近年來，隨著超高溫變質(zhì)作用（溫度 > 900 °C，壓力 = 0.7–1.3 Gpa）記錄的不斷被發(fā)現(xiàn)，人們認(rèn)識(shí)到大陸地殼在演化過程中可以達(dá)到極端的地溫梯度。因此，超高溫變質(zhì)記錄被認(rèn)為是解開地殼熱演化機(jī)制之謎的鑰匙。
“將今論古”是研究復(fù)雜地質(zhì)過程的重要手段。同樣作為極端條件下的變質(zhì)作用（超高壓/超高溫），現(xiàn)代的俯沖/碰撞帶給超高壓變質(zhì)研究提供了明確的構(gòu)造背景和地球物理支持，而超高溫的研究則一直缺少這種契機(jī)。目前已識(shí)別出的絕大部分超高溫變質(zhì)作用的時(shí)代都集中在前寒武紀(jì)，長(zhǎng)期的退變和改造不可避免地帶來一定程度的不確定性，從而引發(fā)爭(zhēng)議。
圖1 (A) 青藏高原新生代巖漿巖分布及熱狀態(tài)圖; (B) 藏北英安巖鋯石SIMS U-Pb定年；(C) 變質(zhì)成因高氟金云母 Ar-Ar 定年
針對(duì)上述問題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心張修政副研究員、王強(qiáng)研究員等在青藏高原中部雙湖地塹北段的東月湖地區(qū)發(fā)現(xiàn)了第四紀(jì)的超高溫記錄，其保存在一套特殊的英安質(zhì)熔巖中，由超高溫熔體、大量超高溫泥質(zhì)麻粒巖包體、轉(zhuǎn)熔礦物，以及少量基性麻粒巖組成。其變質(zhì)和熔融時(shí)代均集中在2.3 Ma（第四紀(jì)） （圖1），峰期溫度為1100–1150 ℃，壓力為0.8–0.9 Gpa （圖2），代表了目前世界上發(fā)現(xiàn)的最年輕的造山帶超高溫變質(zhì)/熔融事件。這一發(fā)現(xiàn)為超高溫的研究帶來很多全新的認(rèn)識(shí)：（1）提供了明確的構(gòu)造背景，首次證實(shí)了碰撞造山帶可以在地殼加厚之后極短的時(shí)間（20–40 m.y.）演化出超高溫條件，遠(yuǎn)低于前人理論預(yù)測(cè)（~120 m.y.）；（2）超高溫熔融發(fā)生在極端貧水甚至無(wú)水的條件，其形成的英安質(zhì)熔巖為熔體和源區(qū)殘留物的混合物，總體地球化學(xué)特類似于A型花崗巖，且該第四紀(jì)A型英安質(zhì)熔巖靠近晚新生代活動(dòng)的雙湖地塹，暗示其形成于伸展的背景中；（3）超高溫巖漿具有極高的放射性元素（Th，U和K）含量和產(chǎn)熱率（Arad = 5.33–5.99 μW m–3），因此超高溫地殼熔融和相關(guān)巖漿作用會(huì)導(dǎo)致深部源區(qū)放射性元素的遷移。
圖2 泥質(zhì)超高溫麻粒巖包體的相平衡模擬結(jié)果及巖相學(xué)特征
結(jié)合青藏高原實(shí)際演化過程以及大量地球物理資料，團(tuán)隊(duì)對(duì)東月湖超高溫變質(zhì)熔融作用進(jìn)行了熱力學(xué)模擬。結(jié)果表明對(duì)于具有增厚地殼的碰撞造山帶環(huán)境，巖石圈拆沉或減薄引發(fā)的地幔熱傳導(dǎo)過程并不能導(dǎo)致超高溫的形成，其僅具有一定的促進(jìn)作用。控制超高溫產(chǎn)生的決定性因素在于地殼的組成和結(jié)構(gòu)，即地殼中放射性生熱層的厚度（圖3）。青藏高原的下地殼可能偏長(zhǎng)英質(zhì)或存在較多變沉積物（放射性元素含量高）而非傳統(tǒng)認(rèn)為的由鎂鐵質(zhì)巖石（無(wú)放射性）組成，導(dǎo)致其70 km的地殼中具有巨厚放射性生熱層（≥ 60 km）。這種地殼結(jié)構(gòu)能夠僅依靠正常地殼巖石（Arad = ~2.5 μW m–3）放射性衰變熱量的積累而快速達(dá)到高溫-超高溫的條件（圖3），從而引發(fā)廣泛的地殼熔融和地殼流動(dòng)，使造山帶擴(kuò)展為淺表平坦、寬廣的高原（如青藏高原）。反之，具有較厚鎂鐵質(zhì)下地殼的碰撞帶則會(huì)形成冷的、線性造山帶（如阿爾卑斯）。這一結(jié)果能夠很好的解釋地質(zhì)歷史時(shí)期，相似的陸-陸碰撞過程，迥異的變質(zhì)、熔融、以及熱演化歷史。
圖3 青藏高原第四紀(jì)超高溫變質(zhì)作用的熱力學(xué)模擬
本研究成果近期發(fā)表在地學(xué)著名期刊Geology上。本項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金（91855215, 41872065和42021002）和青藏高原第二次科考（2019QZKK0702）項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息：
Zhang X.Z.(張修政), Wang Q.*（王強(qiáng)）, Wyman D., Kerr A.C., Dan W.(但衛(wèi)), Qi Y.(齊玥). 2022. Tibetan Plateau insights into >1100℃ crustal melting in the Quaternary. Geology, in press, doi: 10.1130/G50387.1.
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