大火成巖省（LIP）被認為是地殼快速增長(cháng)的最有效方式之一，通常包括巨量的鎂鐵質(zhì)巖石和小比例的中酸性巖石。前者代表地幔對地殼的貢獻，而后者的成因卻存在爭議，對于大陸地殼生長(cháng)的意義也不確定。很多學(xué)者根據放射性同位素（Sr-Nd-Hf）的虧損或者富集特征，認為中酸性巖漿是通過(guò)玄武質(zhì)巖漿的結晶分異或者古老地殼物質(zhì)重熔形成，分別作為新生地殼和古老地殼循環(huán)。然而，過(guò)去在考慮長(cháng)英質(zhì)巖石的成因時(shí)，通常過(guò)度依賴(lài)同位素特征而忽略了巖石本身的主微量元素特征所帶來(lái)的成因啟示，因此對大陸地殼生長(cháng)的意義會(huì )產(chǎn)生誤解。
針對以上問(wèn)題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所在讀博士生馬建鋒在趙太平研究員指導下，對華北克拉通南緣中元古代熊耳大火成巖省中的閃長(cháng)巖和花崗巖（圖1）開(kāi)展了詳細的地質(zhì)考察、巖石學(xué)、地球化學(xué)分析以及alphaMELTS模擬，揭示了大火成巖省中的長(cháng)英質(zhì)巖石成因的具體過(guò)程，并且提出了對大陸地殼生長(cháng)意義的新認識。本次研究發(fā)現：
（1）閃長(cháng)巖和花崗巖時(shí)代為1780 Ma，與熊耳LIP同期。閃長(cháng)巖結構和化學(xué)特征表明為快速結晶的熔體而非堆晶，結合地幔相似的O同位素特征（圖2）和微量元素質(zhì)量平衡計算顯示是經(jīng)過(guò)40-50%的玄武質(zhì)巖漿結晶分異形成（圖3）。
（2）花崗巖為I型花崗巖且與閃長(cháng)巖成分不連續以及略高的鋯石結晶溫度表明，花崗巖不可能通過(guò)閃長(cháng)巖的結晶分異形成；微量元素與熱力學(xué)模擬顯示花崗巖無(wú)法通過(guò)古老基底斜長(cháng)角閃巖和TTG部分熔融形成，另外花崗巖中的鋯石具有與地幔相似的O同位素特征（圖2），且熱力學(xué)模擬顯示低水含量下熊耳LIP中的玄武安山巖經(jīng)過(guò)30%的部分熔融可以產(chǎn)生相似熔體，與微量元素質(zhì)量平衡計算結果也是一致的（圖3）。
（3）雖然閃長(cháng)巖和花崗巖均具有富集的放射性同位素（Nd-Hf）特征（圖2），但是卻都代表新生地殼，而非前人認為的古老地殼重熔。作者同時(shí)還注意到，根據放射性同位素特征很難評估大陸地殼生長(cháng)速率，并且會(huì )產(chǎn)生誤解。例如造山帶中大量鎂鐵質(zhì)巖石具有富集的放射性同位素特征，但是依然有助于大陸地殼的生長(cháng)，而新生的沉積物重熔雖然具有虧損的放射性同位素特征，但是對大陸地殼生長(cháng)沒(méi)有貢獻。
綜上，本文提出一個(gè)新的成因模型：LIP中的長(cháng)英質(zhì)巖石由中基性巖重熔形成，并非由高程度結晶分異、古老地殼重熔或者不混熔形成（圖4）。同時(shí)放射性同位素可能對中酸性巖石成因產(chǎn)生誤解，從而對大陸地殼生長(cháng)的意義產(chǎn)生歧義，需結合其他證據謹慎分析。
相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際地學(xué)權威期刊《GSA Bulletin》。
論文信息：Jian-Feng Ma（馬建鋒）, Chuan-Hao Qu（瞿川豪）, Yan-Yan Zhou（周艷艷）, and Tai-Ping Zhao（趙太平）*. The genesis of ca. 1.78 Ga granitoids in the Xiong’er large igneous province: Implications for continental crust generation. GSA Bulletin (2023). https://doi.org/10.1130/B36694.1
圖1 研究區地質(zhì)背景與采樣位置
圖2 閃長(cháng)巖與花崗巖全巖Nd同位素與鋯石Hf-O同位素特征
圖3 稀土元素質(zhì)量平衡模擬閃長(cháng)巖和花崗巖形成
圖4 熊耳大火成巖省中酸性巖石成因模式
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