中生代冈底斯弧的岩浆成因与地壳演化

Petrogenesis and density filtering of arcs in active continental margins are central to understanding the formation and evolution of continental crust. This project sheds lights on the magmatic records of two compositionally successive sections at 200 ± 5 Ma and 90 ± 5 Ma due to the occurrence of a large amount of hornblendites and the presence of an arc crust with basaltic andesitic composition in average. This project collects new field, petrological, mineralogical, geochronological, and geochemical data from seven north-south sampling traverses across the eastern Gangdese arc to compare with the extensively studied North American Cordilleran arc in terms of petrogenesis and crustal evolution. We aim to explore the origin of abundant hornblendites and the causes of lacking garnet pyroxenites that are unique in the Gangdese arc and to construct two vertical crustal compositional sections at 200 ± 5 Ma and 90 ± 5 Ma, ultimately making response to the scientific question of “Why are there a large amount of hornblendites and a basaltic andesitic composition in averaged crust of the Mesozoic Gangdese active continental margin arc?” The results of this project are not only favored to explain the petrogenesis and crustal-mantle interaction of the Mesozoic Gangdese arc, but also provide initial conditions for understanding the formation of over-thickened Gangdese crust in the Cenozoic. These results are expected to innovate and improve our knowledge on the petrogenesis of continental arc magmatism and mechanism for continental crustal formation in active continental margins.

活动陆缘弧的岩浆成因和密度分选过程是理解大陆地壳形成机制和演化过程的关键。本项目针对亚洲大陆南部中生代冈底斯弧的特殊性（大量角闪石岩、玄武安山质的地壳平均成分），聚焦岩浆成分较为连续的两个时间断面（约200 Ma、约90 Ma）的岩浆记录。在冈底斯弧东部开展7条南北向岩浆岩剖面调研和相关岩石学、矿物学、年代学和地球化学测试。通过与北美Cordilleran大陆边缘弧岩浆成因和地壳演化的对比，分析冈底斯弧特有的大量堆晶角闪石岩的成因和未出现石榴子石辉石岩的原因，初步构建冈底斯弧两个时间断面的垂向地壳成分剖面，最终回答“为何中生代冈底斯活动大陆边缘弧发育大量角闪石岩、地壳平均成分为玄武安山质？”这一科学问题。本项目成果不但有助于揭示中生代冈底斯弧的岩浆成因和壳幔过程，而且还可为研究新生代时期冈底斯弧巨厚地壳的形成演化提供关键的初始条件，创新和提高对活动陆缘弧的岩浆成因和大陆地壳形成机制的认识。

以藏南冈底斯岩浆岩和土耳其东北部Eastern Pontides弧岩浆岩为主要研究对象，（1）重建了120 Ma以来印度－亚洲汇聚过程及其驱动机制，提出板片堆叠模型（Slab stacking hypothesis）来解释印度－亚洲汇聚带50 Ma以来的岩浆产生机制和印度陆壳的运动学行为；（2）发现了冈底斯弧约200 Ma代表完整地壳剖面的崔久火成杂岩，构建了该时间断面的垂向地壳成分剖面，提出角闪石分异在中生代冈底斯弧岩浆形成和演化过程中具有重要作用；（3）详细刻画了崔久火成杂岩中MME的成因，并引用气体压滤作用来解释MME形成过程中的晶体-熔体分离机制，提供了结晶分异形成MME的一个经典实例；（4）查明了崔久富角闪石超镁铁质－镁铁质捕虏体的成因过程，不仅呈现了一个中地壳尺度的弧堆晶岩与熔体反应的实例，同时也提出了角闪石控制弧岩浆分异的一种新机制；（5）详细刻画了Eastern Pontides弧Yusufeli和Camlikaya侵入杂岩的成因和演化过程，不仅为古特提斯洋在侏罗纪发生南向俯冲提供了新的岩石学和地球化学证据，也为恢复全球造山带中古岩浆弧的俯冲极性提供了新的解决思路；（6）聚焦藏南林子宗火山岩中富集组分的起源，提供了印度－欧亚碰撞时限和过程的岩石学和地球化学约束，呈现了一个通过研究岩浆成分（尤其是富集组分）时空变化及其成因来揭示碰撞带深部过程的很好案例。共发表论文37篇，包括英文SCI论文29篇，6篇代表性SCI论文发表于Geological Society, London, Special Publications（1）和Journal of Petrology（5）。培养博士研究生4名。项目负责人获得2018年度高校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然奖一等奖、入选2020年度科睿唯安（Web of Science）“高被引学者”名单、入选2018、2019和2020年度爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者（Chinese Most Cited Researchers）榜单，项目负责人获批基金委创新群体项目。