研究发现海底热液区第四纪火山岩记录了太古代地壳残留和大陆拼合事件
近日，国际学术期刊Scientific Reports报道了中国科学院海洋地质与环境重点实验室曾志刚研究团队关于冲绳海槽西南端热液区火山岩中锆石U-Th-Pb年代学、微量元素及Hf-O同位素研究成果，为了解陆缘弧后盆地热液区的岩浆作用及其导致的地壳张裂持续时间、早期地壳性质及生长演化提供了理论依据。
冲绳海槽热液区火山岩中第四纪锆石的238U-230Th不平衡年龄分布
本研究发现冲绳海槽热液区火山岩中存在两种不同类型的锆石，类型1为亮色的阴极发光图像（CL），年龄非常年轻（3.1千年-101.5千年）且跨度约100千年，相对均一的Hf-O同位素组成，稀土元素（REE）配分模式上表现出铕（Eu）显著负异常和陡峭的重稀土元素配分模式；类型2为暗色的CL图像，被包裹在年轻锆石的核部，年龄相对较老（108百万年-26亿年），与大陆拼合事件相吻合，且Hf-O同位素组成变化范围大。同时，两者均具有明显的震荡环带、自形程度比较好和Th/U比值大于0.4的特征，指示其为典型的岩浆锆石。
冲绳海槽热液区火山岩中第四纪锆石及其继承核的U-Th-Pb年龄和Hf-O同位素组成特征
年轻锆石的形态、U-Th年龄和Hf-O同位素组成表明其为喷发火山岩的母岩浆在岩浆房中结晶的产物，且结晶年龄跨度表明岩浆持续活跃的时间可达约100千年，证实了由该岩浆作用产生的冲绳海槽张裂时间至少持续了约100千年。同时，结晶出的年轻锆石相对地幔锆石具有低的Hf同位素和高的O同位素组成特征，揭示其母岩浆由幔源基性岩浆上升过程中混染了地壳组分并进一步分异形成，这与年轻锆石的核部存在大量老继承锆石的现象一致。
冲绳海槽热液区火山岩中年轻锆石及其继承核的U-Th-Pb年龄、REE及Hf-O同位素组成
冲绳海槽西南端岩浆演化概念图及区域构造模式图
年轻锆石的太古代继承核（约26亿年）具有接近地幔锆石的O同位素组成和正的初始Hf同位素组成特征（δ18O=5.74-5.85；εHf(t)=4.7-4.9），在REE配分模式上无显著的Eu负异常，加之二阶段Hf模式年龄为~29亿年，且位于下地壳演化线上，指示其物源来自中太古代的新生下地壳。不仅如此，冲绳海槽热液区火山岩中元古代以来的继承锆石具有负的Hf同位素组成和高的O同位素组成特征，其年龄分布与大陆拼合事件一致，指示了早期大陆拼合过程中壳幔相互作用增强。因此，陆缘弧后盆地海底热液区火山岩中锆石不仅可以反映区域性的岩浆作用过程及其导致冲绳海槽张裂的持续时间，而且还可以提供早期地壳演化的信息。
上述研究成果得到了国家自然科学基金项目、中科院先导专项子课题等联合支持。
论文信息：Zeng Zhigang, Chen Zuxing, Zhang Yuxiang. Zircon record of an Archaean crustal fragment and supercontinent amalgamation in quaternary back-arc volcanic rocks. Scientific Reports, 11, 12367 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-90578-9
新闻来源：中国科学院海洋研究所