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        我校朱弟成教授團隊在《Nature Communications》上發表創新研究成果
        發布:科技處 2022-11-30 閱讀:14932

        近日,國際學術期刊《自然通訊》(Nature Communications)發表題為“Interplay between oceanic subduction and continental collision in building continental crust”(大洋俯沖與大陸碰撞的相互作用形成大陸地殼)的創新研究成果。該成果由我?!皫r漿作用與青藏高原形成”研究團隊朱弟成教授、王青副教授、趙志丹教授、莫宣學教授,聯合澳大利亞莫納什大學Roberto F. Weinberg教授、Peter A. Cawood教授、臺灣大學鐘孫霖教授、中國科技大學鄭永飛教授和中國地質科學院侯增謙研究員共同完成,我??茖W研究院朱弟成教授為第一作者和通訊作者。

        大陸地殼平均成分是安山質到英安質的,這是地球有別于太陽系其它行星的獨特特征。查明大陸地殼的產生和保存過程是重建地球演化歷史和理解地球宜居環境形成的基礎和前提,但大陸地殼如何產生和保存仍然是國際學術界長期關注并正在持續攻關的一個重大基礎科學問題。早期研究認為大陸地殼主要形成于俯沖帶,并經歷了巖漿弧底部榴輝巖化的鎂鐵質-超鎂鐵質巖石拆沉(delamination)或俯沖物質刮墊(relamination)兩種可能的機制使大陸地殼的平均成分從鎂鐵質轉換為安山質到英安質。一般認為,碰撞之前的大陸弧巖漿作用記錄了俯沖洋殼的再循環、地幔楔加水熔融和新生鎂鐵質地殼的產生,而大陸碰撞導致了新生和古老地殼的再造、地殼升溫熔融和成熟長英質大陸地殼的形成。由于控制碰撞帶巖漿產生的驅動機制明顯不同于俯沖帶,隨之而來的問題是,大陸弧巖石圈的這種再造如何改變了大陸地殼的性質和成分促使其平均成分向安山質到英安質轉換?碰撞帶大陸地殼是如何形成的?

        針對上述科學問題,研究人員對以青藏高原南部岡底斯巖漿巖帶為代表的陸-陸碰撞帶巖漿巖開展了基于大量巖石學、礦物學和地球化學數據(2630件樣品)的深入研究,發現俯沖期(> 60 Ma)巖漿作用以幔源巖漿分異為主,形成了大量鎂鐵質-超鎂鐵質堆晶巖和中鉀鈣堿性長英質巖漿,同碰撞以先存弧地殼重熔為主,產生大量高鉀鈣堿性長英質巖漿,碰撞后以先存弧地殼重熔和被動陸緣物質的加入為特征,形成高鉀鈣堿性和鉀玄質長英質巖漿,發現巖漿成分在約 70 Ma開始向富硅、富鉀和高Th/La方向演化。巖石學和地球化學特征顯示這種成分變化不是增高的俯沖沉積物加入的結果(即與俯沖沉積物刮墊無關),而是由大陸邊緣弧下地殼先存富鉀的底侵玄武巖和鎂鐵質-超鎂鐵質堆晶巖的重熔引起,并與印度-亞洲匯聚速率增加(67-51 Ma)、板片斷離(51-45 Ma)和印度-亞洲匯聚速率降低(< 45 Ma)直接相關。正是這種大規模重熔,形成了岡底斯富鉀長英質中上地殼和下地殼鎂鐵質-超鎂鐵質熔融殘余層(即藏南~60–80 km深度的雙莫霍面)(即高密度物質沒有發生大規模拆沉),實現了岡底斯地殼的密度分選和成分成熟。研究人員進一步對比分析發現,印度-亞洲碰撞帶岡底斯巖漿巖記錄的這種大洋俯沖期以巖漿分異和堆晶為主,到俯沖晚期、同碰撞和碰撞后以重熔為主的堆晶-重熔兩階段過程,可能是全球碰撞帶大陸地殼產生、化學分異和密度分層的有效過程,促進了地質歷史上大陸地殼的長期保存。

        該項研究以巖漿記錄保存完整、出露良好、年代學數據豐富、控制巖漿產生的運動學過程(如印度-亞洲匯聚方向、匯聚速率以及相關的驅動機制)清晰的印度-亞洲碰撞帶岡底斯巖漿巖為例,詳細解剖了碰撞帶大陸地殼產生和再造的過程與機制,為研究其他碰撞帶大陸地殼的產生、密度分層和保存機制提供了獨一無二的參照對象。

        該項研究獻給中國地質大學(北京)建校70周年,得到了國家自然基金委重點項目(91755207)、創新群體項目(42121002)、杰出青年基金項目(41225006)、青藏高原二次科考項目(2019QZKK0702)、111計劃(B18048)和澳大利亞研究委員會項目(FL160100168)的聯合資助。

        朱弟成,中國地質大學(北京)教授/博導,科學研究院院長,國家杰青年科學基金獲得者(2012),高等學校學科創新引智基地(111計劃)負責人(2018),國家自然基金委創新群體負責人(2021)。長期從事巖漿作用與青藏高原形成研究。曾獲國土資源部科學技術獎一等獎(2012,排名第2)、國家自然科學獎二等獎(2015,排名第3)和教育部自然科學一等獎(2018,排名第1)。在Nature Communications、Geology和EPSL等刊物發表SCI論文160余篇,SCI引用10000余次,H指數48。國際巖石學主流SCI期刊Lithos主編(2022.1-),愛思唯爾2014-2021年中國高被引學者、科睿唯安2020年全球高被引學者。



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