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地大(北京)朱弟成教授团队：堆熔导致大陆碰撞带地壳的密度分层与成分成熟
基于大洋俯冲带研究提出的拆沉（delamination）和刮垫（relamination）作用被认为是驱动大陆地壳密度分层与成分成熟（硅铝质）的关键机制。但碰撞带大陆地壳如何形成还缺乏系统性认识。中国地质大学（北京）朱弟成教授研究团队主要基于显生宙板块运动驱动力，将大陆碰撞带演化划分为俯冲期（碰撞前）、同碰撞、转换期和碰撞后四个阶段，重点从岩浆产生机制角度论证了不同演化阶段的岩浆成因，提出堆熔（accumelting）作用，即大陆碰撞带俯冲期形成的大量富角闪石堆晶岩在俯冲晚期-同碰撞-碰撞后发生重熔的堆晶-重熔两阶段过程，主导了大陆碰撞带大陆地壳的密度分层和成分成熟。
引言：
在国家自然科学基金委创新研究群体项目“碰撞带地壳演化”和其他相关项目的支持下，朱弟成教授研究团队基于近年发表在Nature Communications和Annual Review of Earth and Planetary Sciences的研究成果和其他相关研究进展，近期在《中国科学：地球科学》2025年第4期发表评述论文，在划分大陆碰撞带演化阶段基础上，系统阐述了不同演化阶段的岩浆产生机制和岩浆成因，论证了大陆碰撞带地壳的密度分层机制和成分成熟过程，完善了大陆地壳形成演化的知识体系。
图1 大陆碰撞带俯冲和同碰撞期的深部过程与岩浆产生机制
1、大陆碰撞带演化阶段界定
（1）俯冲期（碰撞前）：指两大陆发生初始碰撞之前的时期，初始碰撞意指薄的被动大陆岩石圈与活动大陆边缘岩石圈发生直接接触（又称软碰撞），其间的大洋岩石圈沿着缝合带在浅表的某一点或某一段已经消失，但仍然俯冲在弧前或弧下深度（图1c）。
（2）同碰撞：界定在初始碰撞和板片断离之间（图1d），此时期可发生厚的被动大陆岩石圈俯冲（称为硬碰撞），但大洋板片的拖拽力仍然在发挥作用。
（3）转换期：指从大洋板片断离到被动大陆边缘开始伸展的这段时间间隔，此时期可能出现被动大陆停止俯冲（图2a）或继续俯冲（图2b）两种情况。
（4）碰撞后：转换期之后即进入碰撞后阶段，先前增厚的岩石圈发生拆沉（图2c和2d）或撕裂，大陆碰撞带总体处于一种伸展背景。
图2 大陆碰撞带转换期和碰撞后的深部过程与岩浆产生机制
2、大陆碰撞带岩浆成因
俯冲期以中钾钙碱性系列为主的中酸性弧岩石，主要来源于幔源岩浆在富水条件下的分离结晶，同时形成成分互补的类型丰富的富角闪石镁铁质-超镁铁质堆晶岩；同碰撞中酸性岩石以高钾钙碱性系列为主，主要来自俯冲期形成的下地壳富钾堆晶岩和非堆晶岩因板片回转和断离发生部分熔融和岩浆混合，并在中上地壳层次发生分离结晶的结果；碰撞后岩浆更加富钾、更加富集不相容元素（如Th），可能与慢速俯冲的大陆地壳物质加入有关。
3、大陆碰撞带地壳演化机制
大陆碰撞带地壳的密度分层和成分演化由堆熔（accumelting）驱动：俯冲期形成的大量富角闪石堆晶岩在俯冲晚期至碰撞后阶段发生重熔。关键证据链包括：（1）长寿命岩浆弧由岩浆分异形成的下地壳镁铁质-超镁铁质岩（大部分为堆晶岩）规模大（厚度 >30km）；（2）大陆弧下地壳镁铁质-超镁铁质岩以富钾为特征（不同于低钾大洋弧下地壳岩石）；（3）大洋俯冲晚期至碰撞后阶段发生的板片回卷、断离和岩石圈拆沉等深部过程（图1和图2）将诱发增强的幔源岩浆活动，在地壳增厚背景下提升莫霍面热流值引起先存下地壳岩石部分熔融；（4）实验证实富钾镁铁质-超镁铁质堆晶岩在高温高压（800~1000°C、1.0~2.0GPa）条件下可脱水熔融形成中酸性富钾熔体（图3）。堆熔形成的榴辉岩化熔融残留体在同碰撞期可能并没有发生大规模拆沉，而是穿过莫霍面转移到了上地幔。
图3 富角闪石堆晶岩岩相学观察和部分熔融实验结果
4、大陆碰撞带堆熔作用的意义
下地壳镁铁质-超镁铁质岩（尤其是占主导的堆晶岩）主要由橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、黑云母和硫化物等矿物组成。堆熔将促使主要造岩矿物（橄榄石、辉石、角闪石和斜长石）分解形成大陆地壳主体的中酸性岩浆，导致地壳成分成熟和岩石圈流变学性质改变；堆晶岩中富Cu硫化物的分解有助于形成斑岩Cu矿，黑云母脱水熔融可导致熔体富集Li、Be、Sn、Cs和W等成矿金属，而多阶段熔融可形成富Li伟晶岩；熔体与含碳酸盐沉积物反应将释放CO2，从而影响大气CO2含量带来气候变化（图4）。
图4 大陆碰撞带堆熔作用的意义
5、大陆碰撞带未来研究方向
未来研究应重点关注：（1）弧岩浆缺乏机制与碰撞带中酸性岩石成因，（2）榴辉岩化熔融残留体或堆晶岩在同碰撞期是否发生了大规模拆沉或穿过莫霍面转移到了地震学定义的上地幔，（3）碰撞带上盘大规模I型富钾中酸性岩石（包括I型花岗质和I型流纹质岩石）是否主要来自先存下地壳富钾镁铁质－超镁铁质变质火成岩（原岩包括堆晶岩和玄武质岩石）的部分熔融，（4）岩浆弧富角闪石堆晶岩的下地壳是否是挥发份的重要储库。
中文版: 朱弟成, 王青, 李世民, 詹琼窑, 刘泽, 谢锦程, 刘力, 张亮亮, 钟辛易, 赵宇轩. 2025. 大陆碰撞带岩浆成因与地壳演化. 中国科学: 地球科学, 55(5): 1398–1423