我们现在居住的大陆地壳充满生机，是人类和其他众多生物赖以生存的家园，它为我们提供了“肥沃”的物质基础，我们称之为“肥沃”且“成熟”的大陆地壳。那么现代成熟且肥沃的大陆地壳如何形成的呢？

众所周知，大陆地壳的存在是地球这颗星球最显著的特征之一，花岗质岩石代表了大陆地壳的最主要成分，也作为首要证据记录了大陆地壳形成演化的过程。其中地球早期的太古代TTG记录了地球最早时期大陆地壳的形成，也代表了早期大陆地壳最主要成分，以钠质花岗闪长岩-英云闪长岩-奥长花岗岩组合为主，可以通过镁铁质下地壳熔融产生。因此，有科学家认为这些钠质（K₂O/Na₂O ≤ 0.6）花岗岩代表了地球最早时期岩浆海的坚硬外壳，代表了最原始大陆地壳的组成部分，地球化学特征表现为钙碱性-准铝质-相对高的Fe、Mg和Ca元素含量以及亏损的放射性同位素组成和低的δ¹⁸O同位素组成。随着地球进过漫长演化，科学家证实安山质岩石是大陆地壳的主要组成，这些岩石主要是在开放体系下形成的，包括从地幔岩浆的上涌，到不同程度的壳内分异熔融，以及后来的风化作用。一直到现在，我们发现地球大陆地壳的出现了越来越多的富钾花岗岩(K₂O/Na₂O ratios ≥ 1.0)，以含有高含量不相容元素为特征，比如高的K，Rb和Th含量, 低的镁铁质组分，非常演化的放射性同位素组成以及高的δ¹⁸O同位素组成。科学家发现这种富含不相容元素的高硅花岗岩的形成主要是由于在浅部岩浆房内钠质花岗闪长岩-英云闪长岩进过高分异作用既晶体沉降和熔体抽取过程形成。我们同时发现：很多科学家认为再循环地壳物质通过俯冲作用与地幔楔进行壳幔相互作用也可以很好解释其衍生岩浆具有高的不相容元素组成和“地壳特征”的同位素组成。可见，“肥沃”且“成熟”的现代大陆地壳不是一蹴而就的，是进过一系列漫长复杂演化过程共同导致的。那么从初始地幔镁铁质岩浆的产生到上地壳富钾高硅花岗岩的形成，现代大陆地壳到底如何变的越来越成熟呢？

针对上述科学问题，我系“岩石学与地幔地球化学学科团队”朱韧之博士及其合作者选择了位于研究全球造山演化过程最典型地区之一的青藏高原东南缘地区的孟连岩基进行上述科学问题的识别约束。孟连岩基主要由一系列早白垩世高镁闪长岩、钠质花岗闪长岩-英云闪长岩和二长花岗岩组成，我们对这些岩石进行地球年代学、地球化学和同位素约束后发现：（1）高镁闪长岩、英云闪长岩-花岗闪长岩到花岗岩形成于125-115Ma，在10个百万年之内产生，是典型大陆弧背景下的产物，随着K₂O/Na₂O比值的不断增加，SiO₂、K₂O, 、Rb、Th含量也不断增加（图1），而MgO、CaO和Sr含量却不断减少，指示了随着岩浆演化作用的进行岩石中富含越来越多的不相容元素；（2）所有岩石样品都显示出高的δ¹⁸O值和Nd-Hf解耦特征（图1），结合高的Th/La、Th/Yb和低的Lu/Hf等比值，这被认为是俯冲沉积物（以陆源沉积物为主）交代地幔楔形成的：（3）分离结晶-同化混染（AFC）过程和总体抽离过程在岩浆演化中扮演者重要角色（图2）

图 1 同位素演化图解

图 2 微量元素演化图解

通过与全球典型样品对比研究，我们认为（图3）：高镁闪长岩代表了地幔镁铁质岩浆作用形成的产物，是俯冲陆源沉积物熔体交代地幔楔形成的。这些镁铁质岩浆进一步为下地壳物质的部分熔融提供热源和水等物质，这一过程可以导致成分不均一下地壳物质的再造，形成不同类型的钠质花岗闪长岩和英云闪长岩等。这些高镁闪长质岩浆也可以进一步分异形成钠质花岗闪长岩-英云闪长岩组合。通过下地壳部分熔融或者幔源镁铁质岩浆分异形成的钠质花岗闪长质-英云闪长质岩浆可以在中上地壳就位，或可以再次进过分离结晶作用（晶体沉降和熔体抽离机制）进一步演化成最“成熟”的高硅花岗岩，富含不相容元素含量。可见，现代大陆地壳的形成确实是经历了多阶段复杂演化过程，目前看来，这种“成熟且肥沃的地壳特征”主要是由于三个过程控制，包括：从早期俯冲沉积物对地幔物质的改造，导致地幔开始具有“成熟陆壳”特征；具有“成熟陆壳”特征的地幔上涌进入地壳诱发进一步熔融或者分异（AFC过程），导致岩浆富集不相容元素的特征越来越明显；在中上地壳岩浆房经过晶体沉降和熔体抽离过程，最终生产出最“成熟”的高硅花岗岩。

图3 现代大陆地壳演化模式图

西北大学地质学系朱韧之副教授作为文章第一作者和通讯作者，赖绍聪教授作为共同通讯作者，合作者包括朴茨茅斯大学Mike Fowler教授、中国地质大学（北京）谢锦城博士，和德国地学中心SIMS数据处理首席科学家及南非约翰内斯堡大学Sarah Glynn博士。

本研究得到国家自然科学基金（41802054, 42172056 & 41902046）和英国皇家学会中英国际合作交流项目（IES\R3\213093）的共同资助。

文章信息：Ren-Zhi Zhu*, Shaocong Lai*, Mike Fowler, Jin-Cheng Xie, Sarah M. Glynn., 2022. A microcosm of modern crust formation: Evidence from zircon ages, Hf-O and Nd-Sr isotopes and bulk geochemistry of the Menglian Batholith, SE Tibet. Chemical Geology.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0009254122005708