近日，国际地学权威学术期刊《Lithos》发表了题为“Continental crust recycling in ancient oceanic subduction zone: Geochemical insights from arc igneous rocks and paleo-trench sediments in Southern Tibet”的研究成果。此项成果由中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室陈龙副教授、中国科学技术大学郑永飞院士、中国科学技术大学赵子福教授、合肥工业大学安慰副教授以及南京大学胡修棉教授合作完成。

在现代大洋俯冲带中，陆壳物质通过海沟沉积物俯冲和俯冲侵蚀作用实现再循环，这一循环过程是大陆弧安山岩成分变化的主要原因。虽然在古大洋俯冲带也会发生类似的过程，但由于大部分地质记录被随后的大陆碰撞和张裂造山作用所抹去，很难对其进行有效制约。喜马拉雅-冈底斯造山带是典型的大陆碰撞带，其中上盘冈底斯带大陆弧是新特提斯大洋板片俯冲形成的增生造山带，下盘喜马拉雅带是印度-亚洲大陆碰撞形成的碰撞造山带。在冈底斯造山带内发育大量大陆弧玄武质-安山质岩石，它们的源区是否含有再循环的大陆地壳物质？如果有，这个陆壳物质再循环的方式是什么？

针对上述问题，我们对冈底斯造山带出露的晚白垩世玄武质-安山质侵入岩以及近年来在雅鲁藏布江一带发现的白垩纪古海沟沉积物（图1）的Sr-Nd-Pb-Hf同位素和主微量元素进行了综合研究，发现古大洋俯冲带大陆地壳物质以沉积物熔体形式再循环的地球化学证据。

图1 冈底斯造山带构造格局及中新生代火成岩分布图。  

我们对古海沟沉积物与侵入岩之间Nd-Hf同位素组成关系进行了定量地球化学模拟，结果发现，海沟沉积物来源熔体交代区域地幔楔橄榄岩，形成的地幔交代岩部分熔融可以很好的再现冈底斯弧玄武岩和安山质岩石的Nd-Hf同位素组成特征，证实了古海沟沉积物来源熔体对弧玄武质-安山岩岩地幔源区的交代作用（图2）。

图2 冈底斯弧玄武质-安山质岩浆岩全岩Nd-Hf同位素组成模拟结果图。  

我们的研究首次提出并系统论证了古海沟沉积物衍生熔体在古大洋俯冲带陆壳物质再循环中的关键作用，这对制约古大洋俯冲带镁铁质火成岩地幔源区成分至关重要。未来对其他古老造山带火成岩开展研究时，要加强对比它们稍早或者与它们近同期的残留海沟沉积物的联合地质地球化学分析，因为建立弧火成岩与古海沟盆地沉积物之间在成分上的直接联系可能是认识地质历史上古大洋俯冲带地壳物质再循环的关键。

Chen, L., Zheng, Y.-F., Zhao, Z.-F., An, W., Hu, X.-M. (2022) Continental crust recycling in ancient oceanic subduction zone: Geochemical insights from arc igneous rocks and paleo-trench sediments in Southern Tibet. Lithos 414-415, 106619.

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2022.106619