大火成巖省（LIP）被認(rèn)為是地殼快速增長(zhǎng)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(duì)地殼的貢獻(xiàn)，而后者的成因卻存在爭(zhēng)議，對(duì)于大陸地殼生長(zhǎng)的意義也不確定。很多學(xué)者根據(jù)放射性同位素（Sr-Nd-Hf）的虧損或者富集特征，認(rèn)為中酸性巖漿是通過玄武質(zhì)巖漿的結(jié)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，過去在考慮長(zhǎng)英質(zhì)巖石的成因時(shí)，通常過度依賴同位素特征而忽略了巖石本身的主微量元素特征所帶來的成因啟示，因此對(duì)大陸地殼生長(zhǎng)的意義會(huì)產(chǎn)生誤解。
針對(duì)以上問題，中國(guó)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(dǎo)下，對(duì)華北克拉通南緣中元古代熊耳大火成巖省中的閃長(zhǎng)巖和花崗巖（圖1）開展了詳細(xì)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(zhǎng)英質(zhì)巖石成因的具體過程，并且提出了對(duì)大陸地殼生長(zhǎng)意義的新認(rèn)識(shí)。本次研究發(fā)現(xiàn)：
（1）閃長(zhǎng)巖和花崗巖時(shí)代為1780 Ma，與熊耳LIP同期。閃長(zhǎng)巖結(jié)構(gòu)和化學(xué)特征表明為快速結(jié)晶的熔體而非堆晶，結(jié)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(jì)算顯示是經(jīng)過40-50%的玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異形成（圖3）。
（2）花崗巖為I型花崗巖且與閃長(zhǎng)巖成分不連續(xù)以及略高的鋯石結(jié)晶溫度表明，花崗巖不可能通過閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶分異形成；微量元素與熱力學(xué)模擬顯示花崗巖無法通過古老基底斜長(zhǎng)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(jì)算結(jié)果也是一致的（圖3）。
（3）雖然閃長(zhǎng)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(rèn)為的古老地殼重熔。作者同時(shí)還注意到，根據(jù)放射性同位素特征很難評(píng)估大陸地殼生長(zhǎng)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(zhǎng)，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(duì)大陸地殼生長(zhǎng)沒有貢獻(xiàn)。
綜上，本文提出一個(gè)新的成因模型：LIP中的長(zhǎng)英質(zhì)巖石由中基性巖重熔形成，并非由高程度結(jié)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(duì)中酸性巖石成因產(chǎn)生誤解，從而對(duì)大陸地殼生長(zhǎng)的意義產(chǎn)生歧義，需結(jié)合其他證據(jù)謹(jǐn)慎分析。
相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國(guó)際地學(xué)權(quán)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(qū)地質(zhì)背景與采樣位置
圖2 閃長(zhǎng)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(zhǎng)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
附件下載：