在国家自然科学基金等项目资助下，中国科学院广州地球化学研究所博士生陈兵，在该所研究员王强、张修政的指导下，利用羌塘始新世高Ba-Sr岩浆作用，成功揭示了沉积物底垫与地幔富集共同控制的大陆地壳形成机制。近日，相关成果发表于《美国地质学会会刊》（GSA Bulletin）。

半岛湖岩石成因的概念性两阶段三维模型。研究团队供图

大陆地壳总体呈安山质（而非玄武质）的成因，是大陆形成研究的核心科学问题。尽管已有多种模型提出，但现有认识主要建立在对主量元素的分析之上。值得注意的是，大陆地壳不仅整体具有中性组成，还系统富集Ba、Sr等大离子亲石元素。因此，一个合理的大陆地壳形成模型，必须同时解释其中性组成和Ba-Sr等微量元素的富集特征。高Ba-Sr岩浆岩正是解决这一问题的关键对象——其异常高的Ba、Sr含量，以及大离子亲石元素富集、高场强元素亏损和弱或无Eu异常等特征，能够直接示踪Ba、Sr由地幔向地壳的迁移与富集过程，为认识深部物质输入在大陆地壳形成和演化中的作用提供关键约束。

针对上述问题，研究人员以青藏高原北羌塘半岛湖地区新发现的一套始新世高Ba-Sr火山岩为研究对象，系统开展了年代学、全岩地球化学、Sr-Nd-O同位素以及单斜辉石原位Sr-Nd同位素分析。结果表明，这套火山岩形成于约41-40 Ma，岩性涵盖较原始的粗面安山岩到较演化的粗面岩，均具有异常高的Ba和Sr含量，并显示出一致的富集Sr-Nd同位素组成及偏高的锆石δ¹⁸O值。这说明，其Ba-Sr富集特征并非单纯由浅部岩浆分异产生，而是继承自深部富集源区。

综合微量元素特征、同位素约束和模拟结果，研究认为，半岛湖高Ba-Sr岩浆来源于受到松潘–甘孜三叠纪沉积物交代的富集岩石圈地幔。进一步的分离结晶模拟显示，约30%-35%的单斜辉石分离结晶对Ba-Sr富集起到了后期放大作用，但并非该特征形成的根本原因。由此，研究厘清了高Ba-Sr岩浆形成中的控制层级：源区富集是主导因素，岩浆分异是次级放大因素。

在此基础上，研究提出了一个两阶段地球动力学模型：首先，陆内俯冲使松潘–甘孜沉积物底垫到羌塘岩石圈底部，并对上覆地幔发生强烈交代，形成超富集地幔域；随后，岩石圈减薄和软流圈上涌触发这些富集地幔发生部分熔融，最终形成始新世高Ba-Sr岩浆。该模型将沉积物输入、地幔富集与岩浆演化统一在同一动力学框架之中。

该研究将大陆地壳形成机制的认识，从对中性整体组成成因的解释，推进到对关键微量元素富集机制的统一约束。研究表明，混杂岩/沉积物底垫模式不仅可以解释大陆地壳安山质整体组成的建立，也可以解释Ba、Sr等大离子亲石元素富集特征的形成。因此，沉积物底垫引发的地幔交代富集和部分熔融过程，从主量元素和微量元素两个层面，为大陆地壳形成机制提供了统一的地球化学证据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1130/B38869.1