沉積物俯沖是地球物質(zhì)循環(huán)的重要方式之一，是地球表層物質(zhì)進入地球內(nèi)部的顯著證據(jù)，也是導致地幔不均一的重要原因之一。數(shù)值模擬結果指示由于俯沖沉積物與上地幔存在較大的密度差，在俯沖過程中往往會與俯沖板片分離，在上升浮力作用下，以底辟體形式穿過地幔最終底墊于上覆板片的地殼之下。現(xiàn)代地球物理觀測結果也表明在太平洋俯沖帶弧前地殼底部可能普遍存在底墊的俯沖沉積物。但沉積物底墊過程在古俯沖帶是否存在還是一個未解之謎。
中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創(chuàng)新中心徐健博士后在夏小平研究員和王強研究員指導下，與加拿大皇后大學助理教授Christopher J. Spencer以及中山大學教授尹常青合作，在青藏高原東南緣云南哀牢山-紅河構造帶發(fā)現(xiàn)了古俯沖沉積物底墊熔融的巖石學新證據(jù)，證實了這一過程確實發(fā)生過。相關研究近日發(fā)表于《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）。
詳細的野外地質(zhì)考察和室內(nèi)分析表明云南元江和元陽地區(qū)出露的一套新生代花崗巖（~32–27 Ma）形成于華南大陸地殼俯沖到印支板塊之下的大地構造背景，形成深度為30-45 km，相當于下地殼深度，推測為殼幔之間。其原巖組成接近于變質(zhì)硬砂巖，含有大量來自華南大陸地殼的沉積物；繼承鋯石的年齡分布為2245-41 Ma，其特征峰值（如235 Ma, 470–570 Ma和960 Ma）與華南二疊紀-三疊紀沉積巖相同；比該地區(qū)同時代下地殼來源的其他類似的巖石具有明顯更高的鋯石δ18O值（可達10.4‰）。
這套巖石顯示出類似于埃達克質(zhì)花崗巖的微量元素組成，具有較高的Sr/Y比值和較低的Y含量。但與典型的埃達克質(zhì)巖石相比，Sr含量低，指示其源區(qū)有斜長石和石榴子石的殘留，形成壓力為1.0–1.5 Gpa。全巖Sr-Nd-Pb和鋯石Hf-O同位素均顯示二元混合趨勢，表明該套巖石形成過程中經(jīng)歷了熔體與下地殼基性巖石反應。
研究團隊提出，俯沖沉積物底墊是哀牢山-紅河構造帶中高δ18O埃達克質(zhì)花崗巖的主要成因機制：在華南板塊俯沖過程中，俯沖沉積物未能隨著俯沖板片進入深部地幔，在上升浮力作用下底墊與殼幔之間發(fā)生熔融；熔體抽提過程中，與下地殼基性巖石發(fā)生了廣泛的熔體-巖石反應。
該研究團隊指出，沉積物相對下地殼基性巖石具有更高的二氧化硅含量，更高的產(chǎn)熱元素（如，Th、U和K）含量和更低的密度，沉積物底墊至下地殼這一過程將會改變和影響大陸巖石圈的物理和化學性質(zhì)，從而促進大陸地殼的大規(guī)模分異。
相關論文信息：https://doi.org/10.1029/2022GL098541
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