太古宙大陆地壳起源新解：TTG岩石水-氧同位素揭示的两阶段地幔柱-沉陷模式

为解决太古宙大陆地壳形成机制的争议，中国科学院研究人员通过分析华北克拉通东部地块~25亿年前TTG（英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩）系列的水含量（中位数263 ppm）与δ18 O值（中位数6.22‰），提出两阶段地幔柱-沉陷模型。研究揭示TTG源自洋底高原与表壳岩的混合源区，挑战了传统板块俯冲模型，为早期陆壳形成机制提供新视角。

　　

地球早期大陆地壳如何形成？这一直是地质学界的核心谜题。太古宙（>25亿年前）的陆壳主体由TTG（英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩）构成，但其形成机制存在"板块俯冲"与"非板块构造（如地幔柱）"的激烈争论。华北克拉通东部地块（EB）的TTG与伴生的科马提质岩、穹窿-沟谷构造等特征，更暗示着不同于现代板块构造的独特过程。

中国科学院团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究，创新性地通过锆石水含量与氧同位素联用分析，揭示了TTG形成的深层机制。研究人员选取EB的21个~25亿年TTG片麻岩样本，结合锆石U-Pb-Hf-O同位素、全岩地球化学及相平衡模拟，提出两阶段地幔柱-沉陷模型。

关键技术包括：1）锆石二次离子质谱（SIMS）同步测定H₂
O含量与δ¹⁸
O；2）激光剥蚀ICP-MS分析锆石微量元素与Ti温度计；3）相平衡模拟计算源区熔融条件；4）华北克拉通东部与横贯华北造山带（TNCO）TTG的对比研究。

研究结果
源区物质的原生水含量
锆石低水含量（中位数263 ppm）与高δ¹⁸
O（6.23‰）的负相关性，排除了俯冲洋壳作为主要水源。相平衡模拟显示，TTG熔体水含量（5.57-7.10 wt%）符合水助熔融（water-fluxed melting）条件，但水源更可能来自地幔柱衍生的洋底高原而非表壳岩。

洋底高原与表壳岩的混合源区
锆石ε_Hf
(t)（+0.1至+8.2）与δ¹⁸
O的二元混合模型表明，TTG源区由80%地幔来源洋底高原与20%表壳岩（如绿岩）组成。与TNCO俯冲带TTG（锆石水含量>1000 ppm）的显著差异，进一步支持EB的非板块构造背景。

两阶段地幔柱-沉陷模型
阶段一（~27亿年）：地幔柱上涌形成厚层洋底高原，少量TTG（具地幔型δ¹⁸
O）与表壳岩初步形成；阶段二（~25亿年）：新地幔柱事件引发表壳岩沉陷（sagduction）至高原内部，混合源区经水助熔融产生大规模TTG，伴随低密度TTG上涌与高密度绿岩沉陷，形成典型穹窿-沟谷构造。

结论与意义
该研究首次通过水-氧同位素耦合分析，证实太古宙陆壳可通过非板块构造机制形成。提出的两阶段模型合理解释了EB的TTG低水含量、高δ¹⁸
O特征，及其与TNCO俯冲带TTG的差异。这不仅为华北克拉通早期演化提供新框架，更启示太古宙可能存在多机制并存的陆壳生长模式——既有EB的地幔柱-沉陷，也有TNCO的俯冲作用。研究为理解地球早期动力学体制转变（~25亿年）提供了关键同位素地球化学约束。