近日，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团队在《中国科学：地球科学》发表了题为“东特提斯构造域中生代和新生代镁铁质岩浆岩地球化学成分演化及其对汇聚板块边缘构造演化的启示”的研究成果。该研究由中国海洋大学陈龙副教授和中国科学技术大学郑永飞院士共同完成，陈龙副教授为论文的第一作者和通讯作者。

古特提斯和新特提斯汇聚板块边缘是东特提斯构造域中岩浆岩出露最好的两大造山带. 前人研究表明, 这两大造山带在不同演化阶段不仅广泛发育岛弧型镁铁质岩浆作用, 还发育洋岛(±洋脊)型镁铁质岩浆作用. 对这两大造山带不同阶段产出的不同类型镁铁质岩浆岩进行对比研究, 是认识和重建东特提斯构造域从大洋板块俯冲经大陆板块碰撞到陆内再造的汇聚板块边缘构造演化的共性和异性的理想手段（图1）.

图1 东特提斯构造域(中国境内)中生代和新生代镁铁质岩浆岩分布图

研究团队通过对中国境内东特提斯构造域中生代和新生代镁铁质岩浆岩的系统分析（图2），发现:

(1) 除了大洋俯冲阶段之外, 大陆碰撞和陆内再造阶段是汇聚板块边缘镁铁质岩浆岩发育的主要时期, 这在古特提斯和新特提斯构造域是类似的;

(2) 洋岛(±洋脊)型镁铁质岩浆岩不仅在古特提斯和新特提斯构造域的大陆碰撞阶段均有产出, 而且还产出于古特提斯构造域的陆内再造阶段;

(3) 从大洋俯冲到大陆碰撞阶段, 古特提斯和新特提斯构造域镁铁质岛弧型岩浆岩的成分是连续变化的, 它们在岩性、元素和同位素组成特征上均非常相似, 表明它们形成于相似的深部地球动力学过程, 即俯冲大洋板片衍生熔/流体交代地幔楔的部分熔融. 因此, 从大洋俯冲到大陆碰撞, 镁铁质岩浆岩表现出更多的成分继承性, 而差异性并不显著. 在大陆碰撞阶段, 镁铁质岩浆的地幔源区没有明显的俯冲陆壳加入的信息;

(4) 在大陆碰撞阶段部分镁铁质岛弧型岩浆岩和大多数洋岛(±洋脊)型岩浆岩具有相对大洋俯冲阶段的镁铁质岩浆岩更为亏损的放射成因同位素组成特征, 指示软流圈地幔组分在其形成中的贡献增大, 而俯冲地壳组分贡献则相对减弱;

(5) 在具有挤压构造体制的大陆碰撞阶段, 大规模镁铁质岩浆作用出现在大陆俯冲带上盘地区, 指示那里的主动大陆边缘岩石圈出现相对拉张环境, 可能是俯冲大洋板片发生回卷乃至断离诱发软流圈地幔上涌的结果. 软流圈上涌导致不同类型地幔源区的同时熔融, 可能是该时期镁铁质岩浆岩在岩性和地球化学组成上高度变化的主要原因;

(6) 在古特提斯构造域和新特提斯构造域, 汇聚板块边缘在陆内再造阶段形成的岛弧型镁铁质岩浆岩地球化学特征与大陆碰撞和大洋俯冲阶段产物均具有显著差异, 这一差异是俯冲大陆地壳组分加入其地幔源区的结果. 陆内再造阶段镁铁质岩浆作用的最可能诱发机制是加厚岩石圈的拆沉减薄.

图2 东特提斯构造域中生代和新生代镁铁质岩浆岩的Sr-Nd-Pb同位素组成随年龄(汇聚板块边缘演化)的变化图解

从大洋俯冲经大陆碰撞到陆内再造, 古特提斯和新特提斯构造域中生代和新生代镁铁质岩浆岩在地球化学成分和成因上的相似性表明, 不同时代汇聚板块边缘之间存在构造演化上的共性特征, 主要体现在深部壳幔相互作用过程, 也即俯冲大洋/大陆板片衍生流体交代地幔楔形成镁铁质岩浆地幔源区的过程（图3）. 此外, 在地幔源区形成之后, 其部分熔融所涉及的主要地球动力学过程也是类似的, 即从大洋俯冲阶段的俯冲板片回卷经大陆碰撞阶段的俯冲大洋板片回卷或者断离到陆内再造阶段的加厚岩石圈地幔拆沉减薄, 软流圈地幔的上涌加热总是诱发交代成因地幔域岩石发生部分熔融的最有效机制（图3）. 由此可见, 无论是在汇聚板块边缘演化的哪个阶段, 镁铁质岩浆作用的发生总是存在两个阶段, 第一阶段为大洋/大陆俯冲带壳幔相互作用和地幔源区形成, 第二阶段是交代成因地幔域的加热熔融和镁铁质岩浆岩的形成, 只是两个阶段之间的时间间隔有所不同而已（图3）.

图3 东特提斯构造域壳幔相互作用和交代地幔域部分熔融机制随汇聚板块边缘演化的演变示意图

该研究不仅深化了对东特提斯构造域镁铁质岩浆岩演化机制的理解，还为全球其他汇聚板块边缘的构造演化提供了新的参考。

论文信息

陈龙, 郑永飞. 东特提斯构造域中生代和新生代镁铁质岩浆岩地球化学成分演化及其对汇聚板块边缘构造演化的启示. 中国科学: 地球科学, 2025, 55: 1-20.

论文链接
https://doi.org/10.1360/SSTe-2024-xxxx