大陸地殼并不是一個(gè)完全剛性的塊體，在其內部存在顯著(zhù)的巖性、流變性及熱結構的不均一性。其中，深熔作用對地殼流變性的改變影響巨大。實(shí)驗巖石學(xué)研究表，極少量的熔體 (大約7 vol%) 就可以使大陸地殼流變性發(fā)生顯著(zhù)的改變，并易于發(fā)生流動(dòng)。近年來(lái)，地殼深熔與流動(dòng)已經(jīng)在以喜馬拉雅為代表的碰撞型造山帶中得到了廣泛而深入的探討。碰撞造山過(guò)程常形成巨厚的大陸地殼（最厚可達約70 km），而加厚的大陸地殼往往可以產(chǎn)生大量的熱，使得其中下地殼發(fā)生部分熔融。熔融的地殼與周緣剛性的圍巖存在流變性的巨大差異，從而造成結構的解耦。在此基礎上，受上覆地殼自身重力或區域構造應力的作用，熔融地殼便容易發(fā)生流動(dòng)。與之相比，增生造山過(guò)程通常沒(méi)有那么巨量的地殼增厚，地殼深熔往往與具異常熱流的低壓/高溫變質(zhì)事件有關(guān)。增生的新生大陸地殼通常含有更多的易熔組分，地殼深熔可以產(chǎn)生大量的熔體。在當今主要增生型造山帶中大量出露于地表的花崗巖-混合巖穹隆是增生型造山帶內發(fā)生過(guò)強烈地殼深熔改造與物質(zhì)流動(dòng)的最好例證。然而，迄今為止我們對于增生型造山帶中地殼深熔與流動(dòng)的成因機制及其動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相知甚少。
針對上述問(wèn)題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、深地科學(xué)卓越創(chuàng )新中心博士生汪晟及其導師蔣映德研究員和其合作者在國家深地資源項目（2017YFC0601205）等的資助下，選取位于世界上最大的增生型造山帶（中亞造山帶）腹地的中國阿爾泰為研究對象，通過(guò)對該地區出露的泥盆紀花崗巖-混合巖穹隆（圖1）內部開(kāi)展精細的野外地質(zhì)填圖，構造期次恢復及鋯石U-Pb定年工作，取得了以下認識：
圖1 中國阿爾泰西部代表性花崗巖-混合巖穹隆核部之花崗巖體
- 中國阿爾泰泥盆紀花崗巖-混合巖穹隆的形成是兩期構造變形下的產(chǎn)物，是構造應力和熔體流動(dòng)共同作用的結果：早期地殼深熔作用伴隨著(zhù)區域尺度上的巖石圈水平伸展與減薄、深熔熔體的析出，形成區域尺度上大規模的近水平熔體條帶；晚期近水平的地殼縮短擠壓使得熔體向擠壓褶皺的軸面通道大量匯聚，從而形成熔體網(wǎng)狀聯(lián)通系統，這一過(guò)程使得深熔地殼流變性發(fā)生巨變，進(jìn)而在持續的水平擠壓構造應力和熔體浮力的共同作用下發(fā)生大規模的垂直向上流動(dòng)，形成區域上宏偉壯闊的花崗巖-混合巖穹隆（圖1，圖2）。
圖2 中國阿爾泰西部代表性混合巖-花崗巖穹隆野外地質(zhì)特征、地質(zhì)產(chǎn)狀投影和演化模式
- 定年結果顯示早期地殼深熔作用及熔體析出發(fā)生在距今420-410 Ma（百萬(wàn)年前），晚期熔體匯聚流動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段：410-100 Ma 構造應力由伸展轉換為擠壓，熔體開(kāi)始向擠壓褶皺軸部富集并形成網(wǎng)狀的熔體遷移通道；400-380 Ma 熔體在褶皺軸面通道大量匯聚，造成深熔地殼顯著(zhù)的向上流動(dòng)，其后在淺部地殼形成花崗巖-混合巖穹隆；370-360 Ma 冷凝階段，殘余熔體以脈體的形式侵入到冷卻的圍巖中（圖3）。
- 增生型造山帶中俯沖板片前進(jìn)和后撤的反復轉換過(guò)程導致了區域上應力場(chǎng)的轉變并提供了地殼深熔所需的異常熱。這一機制普遍存在于增生型造山帶中，為解釋增生型造山帶中地殼深熔與流動(dòng)的成因機制及動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了關(guān)鍵證據。
圖3 中國阿爾泰下地殼熔融流動(dòng)時(shí)空演化模式圖
論文信息：Sheng Wang, Yingde Jiang, Roberto Weinberg, Karel Schulmann, Jian Zhang, Pengfei Li, Ming Xiao, and Xiao-Ping Xia, 2021, Flow of Devonian anatectic crust in the accretionary Altai Orogenic Belt, central Asia: Insights into horizontal and vertical magma transfer: GSA Bulletin, https://doi.org/10.1130/B35645.1.
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