俯冲带是新生地壳形成的关键场所，而洋壳俯冲引起的构造侵蚀同时也是造成大陆地壳破坏最主要的方式之一。在新生代环太平洋地区（例如：中美洲墨西哥），洋壳俯冲引起的地壳生长和破坏可以同时出现在同一个俯冲带，这个平衡过程在新生代以前是否普遍存在，对维持地球长期的物质循环以及陆壳体积的相对稳定具有重要的意义。青藏高原南部的冈底斯弧作为新特提斯洋北向俯冲的产物，其在规模上可以与美洲的科迪勒拉弧和安第斯弧相媲美。前人的研究表明冈底斯弧在中生代经历了显著的新生地壳的生长，但是该时期欧亚大陆南缘的俯冲增生或侵蚀过程并没有得到很好地约束，同时也限制了冈底斯弧地壳净生长的定量计算。
针对上述科学问题，中国科学院广州地化所、深地科学卓越创新中心岩石学学科组博士生黄彤宇、王强研究员、马林研究员和唐功建研究员，与甘肃省地矿局第三地质矿产勘察院西藏乃东区调项目组合作，选择冈底斯中东部的泽当地区作为研究对象，通过详细的野外采样，剖面测量，年代学-地球化学分析以及数据整理，揭示了冈底斯弧晚中生代的俯冲侵蚀过程。研究结果取得了以下主要认识：（1）晚侏罗世岩浆弧（J3）与南部的蛇绿岩（120-130 Ma）直接断层接触在一起（图1b-c），弧前地壳的截切以及缩短的弧-沟距离最有可能是俯冲侵蚀引起的，而与新生代以来的陆-陆碰撞过程无关。（2）晚侏罗世开始，弧岩浆活动逐渐向北迁移（图1d和图2a），并且伴随着基性岩所代表的幔源岩浆全岩Nd同位素和锆石Hf同位素的逐渐富集（图2b-c），三者具有很好的耦合关系（图2a-c），这很可能是俯冲侵蚀的、较富集的弧前陆壳物质交代弧下地幔源区的结果。（3）研究区晚白垩世（~90 Ma）埃达克岩与晚白垩世之前的埃达克岩均具有与俯冲板片相关的埃达克岩特征（高Mg#值，Cr和Ni含量），但前者相较于后者具有更高的K2O含量和K2O/Na2O比值（图2d-e），Th含量和Th/La比值（图2f），以及更加富集的Sr-Nd同位素特征，同位素二元混合模拟显示绝大多数晚白垩世埃达克岩落在MORB与陆壳的混合线上而非MORB与沉积物的混合线（图2g），这表明其源区可能由洋壳和俯冲侵蚀的陆壳物质共同参与。（4）研究区在130-110 Ma存在一个明显的岩浆间歇期并在之后发生了弧岩浆向内陆的迁移（图2a），该岩浆间歇期代表大规模俯冲侵蚀发生的时间，并且俯冲侵蚀的触发与新特提斯洋壳上的海山链、无震海岭、大洋高原甚至扩张洋脊的俯冲密切相关（图3b）。（5）研究区晚中生代地壳生长速率和俯冲侵蚀速率的定量估算结果表明，地壳生长（~3.4 to ~10.6 km3/km/Ma）是一个长期且缓慢的过程，而俯冲侵蚀（~31.2 ± 10.1 km3/km/Ma）则更像一个短期的剧烈脉冲。
图1. （a）冈底斯弧的大地构造位置；（b）冈底斯岩基和中生代火山沉积地层的分布；（c）泽当及其邻近地区地质简图；（d）两条近南北向的实测剖面。
图2. （a）定年样品与俯冲带的距离随年龄变化；（b）基性岩全岩Nd同位素值随年龄变化；（c）基性岩锆石Hf同位素值随年龄变化；（d-g）晚中生代与俯冲板片相关的埃达克岩地球化学成分对比。
因此，本研究提出晚中生代的欧亚大陆南缘是一个典型的侵蚀型大陆边缘，该时期的冈底斯弧地壳不仅存在长期且明显的垂向生长，同时也有大量陆壳通过侧向侵蚀循环进入地幔，因此冈底斯弧在晚中生代并没有地壳的净生长。俯冲作用引起的地壳生长和破坏是一个普遍的过程并达到长期的动态平衡，从而维持陆壳体积的相对稳定。
图3. （a）早白垩世以前，新特提斯壳正常俯冲形成冈底斯弧岩浆；（b）130-110 Ma，洋壳上的高地形（例如海山和大洋高原等）俯冲导致上盘的弧前地壳触发大规模的构造侵蚀，并导致弧岩浆活动暂时停止；（c）晚白垩世，弧岩浆活动重新启动，侵蚀的弧前陆壳物质参与弧岩浆的形成，并伴随弧前锋向内陆迁移；（d）现今观察到弧地壳的截切以及弧岩浆的分布。
本研究成果近期发表在 Nature Index 期刊 Geophysical Research Letters 上。本项研究受到二次青藏科考、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项等项目的联合资助。
论文信息：Huang, T.-Y. (黄彤宇), Wang, Q.* (王强), Wyman, D. A., Ma, L. (马林), Tang, G.-J. (唐功建), Zhang, Z.-P. (张志平), & Dong, H. (董瀚) (2022). Subduction erosion revealed by Late Mesozoic magmatism in the Gangdese arc, South Tibet. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL097360. https://doi.org/10.1029/2021GL097360
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