近日，国际地学权威期刊《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》在线发表了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与国内外合作者的研究成果，题为“Apatite Geochemical Perspectives on the Maturation of Continental Arc Crust via Mush-Facilitated Processes During Magmatic Flare-Up”。该研究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、李三忠教授、李东永工程师、于胜尧教授、李晓辉副教授、曹花花副教授和中国科学技术大学高彭研究员、赵子福教授以及都柏林大学Ian Somerville教授等共同完成，陈龙副教授为论文的第一作者，陈龙副教授和高彭研究员为论文的共同通讯作者。

大陆弧地壳的成熟过程是地球科学领域的重要课题之一。传统观点认为，大陆弧地壳的演化主要依赖于岩浆房内的分异结晶和地壳熔融。然而，近年来提出的“晶粥体”主导的穿地壳岩浆系统（TCMS）模型为理解大陆弧地壳的成熟提供了新的视角。该模型认为，岩浆长期在的低熔体分数“晶粥体”系统中存储，能够促进岩浆的分异和成熟地壳的形成。然而，关于岩浆爆发事件中“晶粥体”再活化对地壳成熟化的具体贡献，仍缺乏直接的证据。

陈龙副教授与国内外合作者通过对青藏高原南部冈底斯弧三个白垩纪岩体（图1）的磷灰石地球化学、全岩地球化学及同位素分析，揭示了岩浆爆发事件中“晶粥体”再活化对大陆弧地壳成熟的关键作用。

图1 冈底斯弧的地质背景及研究区域示意图

研究团队发现，冈底斯弧在白垩纪岩浆爆发期间，岩体从早期的基性岩（约94 Ma）逐渐演化为中酸性岩（约92-88 Ma）和酸性岩（约88 Ma），伴随着放射性Sr-Nd同位素的逐渐富集（图2）。

图2 冈底斯弧三个白垩纪岩体的年龄和SiO2含量对比图解

研究团队通过磷灰石的微量元素和Nd同位素分析，进一步证实了“晶粥体”再活化在岩浆混合过程中的重要作用。基性和长英质岩石中的磷灰石的εNd(t)值与其寄主岩相似，而中性岩石的εNd(t)值则相对其寄主岩系统偏高。基性和中性岩石中的磷灰石元素成分相似，但与长英质岩石中的有所不同（图3）。三阶段岩石中磷灰石相容元素（如La）与不相容元素（如Rb）相对于SiO2分别呈现三角和线性协变关系，证实了富含磷灰石的晶粥体参与了岩浆混合过程（图4）。对代表性基性岩样品的元素含量面扫进一步揭示它们不同程度的受到了磷灰石等矿物的堆晶作用的影响。

图3冈底斯弧三个白垩纪岩体中磷灰石的元素和Nd同位素组成对比图解

图4冈底斯弧三个白垩纪岩体中磷灰石相容和不相容元素与SiO2之间差异协变关系的对比图解

这些发现表明，基性岩浆结晶形成了富含磷灰石的晶粥体，该晶粥体随后被重新活化并与长英质岩浆混合，形成中性岩浆。长英质岩石代表了由地壳熔融和/或基性岩浆分异形成的端元岩浆。因此，冈底斯弧地壳在岩浆活动高峰期的成熟过程依次为：基性岩浆的结晶和晶粥体形成、晶粥体的重新活化与长英质岩浆的混合、以及长英质岩浆的积累和分离（图5）。

图5冈底斯弧三个白垩纪岩体的形成联系和成分演化示意图

该研究不仅深化了对大陆弧地壳成熟机制的理解，还为全球其他典型大陆弧的地壳演化提供了新的参考。研究结果表明，岩浆爆发事件中的“晶粥体”再活化是大陆弧地壳成熟的重要驱动力，这一过程在安第斯弧等其他大陆弧中也具有普遍性。

Chen, L., Gao, P., Somerville, I., Li, S.-Z., Deng, J.-H., Li, D.-Y., et al. (2025). Apatite geochemical perspectives on the maturation of continental arc crust via mush-facilitated processes during magmatic flare-up. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 26, e2024GC011700. https://doi.org/10.1029/2024GC011700

论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GC011700