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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院張海江教授課題組，與中國地質(zhì)科學(xué)院侯增謙院士和呂慶田研究員、南京大學(xué)王孝磊教授、美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校劉麗軍教授、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）王瑞教授等合作，通過地震成像、地球化學(xué)和地球動力學(xué)綜合分析，揭示巖石圈拆沉對華南地區(qū)大規(guī)模中生代巖漿省的形成具有控制作用。研究成果以“Seismically imaged lithospheric delamination and its controls on the Mesozoic Magmatic Province in South China”為題于5月11日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》上。

華南是我國鎢錫稀有金屬礦產(chǎn)的“大糧倉”，同時也是世界上獨具特色的花崗巖分布區(qū)。這些金屬礦產(chǎn)資源的形成與中生代大面積分布的巖漿省密切相關(guān)，但這些巖漿巖和伴生金屬礦床形成的動力學(xué)機制一直存在爭議（圖1）。古太平洋板片的平俯沖和后續(xù)的回轉(zhuǎn)是一種可能的解釋，但是早中生代的巖漿巖沒有呈現(xiàn)出明顯的平板片俯沖所指示的向西年輕化趨勢；而晚中生代的俯沖板片后撤也無法很好地解釋花崗質(zhì)巖石向外擴展分布的時空分布特征。研究團隊基于最新發(fā)展的地震聯(lián)合反演算法，利用地震體波走時、面波頻散和接收函數(shù)確定了華南巖石圈高分辨率的速度模型，發(fā)現(xiàn)在深度～90公里以下的軟流圈中存在高速異常體。這些高速異常體主要分布在揚子和華夏塊體之間的江南造山帶下方，并且在西北側(cè)與四川盆地下方的克拉通巖石圈存在弱的連接（圖2）。這些高速異常體可以解釋為180-170Ma開始拆沉下來的巖石圈塊體，后來在下沉的過程中被深部地幔加熱又上浮回到目前的位置。巖石圈拆沉也和地球物理反演獲得的東北向延伸的莫霍面附近高速度梯度條帶、低Vp/Vs條帶和薄地殼條帶相一致，表明巖石圈拆沉還伴隨鎂鐵質(zhì)下地殼的拆沉。

圖1 華南構(gòu)造格局(a)與中生代巖漿的分布(b)。右圖不同顏色的圓圈表示鎂鐵質(zhì)巖石的分布情況，其他顏色的區(qū)域指的是花崗質(zhì)巖石的分布情況。

圖2 地震聯(lián)合反演確定的華南巖石圈Vs模型。(a-e)顯示了沿著(f)中五條剖面的Vs模型，90公里以下的高速異常指示了拆沉的巖石圈；(f)莫霍面附近的速度梯度分布，其中高梯度指示了巖石圈拆沉的區(qū)域。

大規(guī)模的拆沉?xí)r石圈進行改造，導(dǎo)致地幔巖石圈的減薄，觸發(fā)軟流圈的絕熱上涌，以及后續(xù)巖石圈的擴展和上覆地殼的大規(guī)模熔融，進而形成華南中生代盆嶺型的巨型巖漿巖省。地球化學(xué)數(shù)據(jù)進一步支持了該巖石圈拆沉機制，拆沉需要來自下方對流地幔的大量熱和水來觸發(fā)上層巖石圈尤其是中下地殼的大范圍熔融，從而產(chǎn)生了大量花崗質(zhì)巖石和出露的少量鎂鐵質(zhì)巖石。分布于西華夏塊體和江南造山帶的幔源巖漿巖記錄著巖石圈拆沉的時間和源區(qū)的轉(zhuǎn)變，從180–160 Ma期間虧損的軟流圈和富集的巖石圈地幔共同作為巖漿源區(qū)，到160–95 Ma期間以富集巖石圈地幔熔融為主，再到95–80 Ma期間兩種類型巖漿共生。地震成像結(jié)果和地質(zhì)觀測數(shù)據(jù)共同約束了華南塊體下方中生代巖石圈拆沉和減壓熔融上涌的過程：在早侏羅紀，受早期加厚巖石圈或可能的平板俯沖的觸發(fā)，江南造山帶下方的巖石圈開始發(fā)生拆沉，然后不斷向外擴張，并在早白堊世期間在東北部終止。而120Ma以來的巖漿噴發(fā)可能主要受古平板俯沖的后撤引起的弧后軟流圈物質(zhì)上涌的影響。本合作研究關(guān)于華南中生代巖漿省形成機制的新認識將有助于深入理解古太平洋板塊周緣動力學(xué)機制和華南地區(qū)晚中生代巨量成礦大爆發(fā)的深部機制，為建立巖石圈深部過程和淺部巖漿與成礦的聯(lián)系提供新的思路。

圖3 侏羅紀以來華南巖石圈構(gòu)造的演化過程。(a)中生代；(b)當(dāng)前時期

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張海江教授和中國地質(zhì)科學(xué)院侯增謙院士為該項成果的共同通訊作者，合作者還包括張海江教授課題組的韓守誠博士和高磊博士。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新團隊培育基金等項目的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37855-5

（地球和空間科學(xué)學(xué)院，科研部）