将古生代以来海南岛与婆罗洲的构造演化相联系：对东南亚特提斯与古太平洋构造域相互作用的启示

《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》：Linking the Tectonic Evolution of Hainan Island and Borneo Since the Paleozoic: Implication for Interaction Between the Tethyan and Paleo-Pacific Tectonic Domains in Southeast Asia

　　

自古生代以来，东南亚地区特提斯（Tethyan）与古太平洋（Paleo-Pacific）俯冲系统之间的相互作用尚不明确。海南岛与婆罗洲地处特提斯与古太平洋两大构造域交汇部位，为理解两大构造域之间的动力学过程与相互作用提供了关键区域。研究人员利用新的及已发表的锆石U-Pb-Hf同位素数据及碎屑锆石Eu/Eu*数据，对两地区的地壳演化及相对地壳厚度变化进行了评估。数据集揭示出在440–410 Ma、370–350 Ma、270–220 Ma及160–140 Ma期间，两地存在大致同步的由Eu/Eu*推断的表观地壳厚度减薄事件，同时古生代—三叠纪期间ε_Hf(t)值总体为负，其特征为幔源物质与古老地壳组分的混合，可能与古太平洋俯冲作用相关。婆罗洲侏罗纪—白垩纪锆石转变为以正ε_Hf(t)值为主，支持幔源物质的加入以及巽他陆（Sundaland）之下存在特提斯—古太平洋双俯冲系统。然而，海南岛仍保持主要为负的ε_Hf(t)值，与持续的古太平洋俯冲及古老地壳组分相一致。这些结果阐明了两构造系统在东南亚地区的相互作用方式。

弧岩浆作用（arc magmatism）与俯冲带的地壳生长密切相关，是理解大陆边缘演化的关键窗口。古生代以来，泛大洋—太平洋（Panthalassa-Pacific Ocean）俯冲系统环绕盘古超大陆（Pangea），受超大陆聚合影响形成了广泛的岩浆活动。然而，沿盘古超大陆东缘的地壳生长与地球动力学过程仍存在诸多争议。华南块体（South China Block）在晚古生代由被动大陆边缘转变为安第斯型主动大陆边缘，并经历了从晚古生代至白垩纪长期受古太平洋俯冲控制的过程；婆罗洲（Borneo）则由多个小地块在晚中生代之后拼贴至巽他陆，其三叠纪发生了原地地壳生长。这些不同认识源于对东亚大陆边缘地壳演化缺乏全面理解。海南岛与婆罗洲地处特提斯洋与古太平洋交汇的独特位置，是理解盘古超大陆东缘弧岩浆作用的关键区域，但两者是否经历了相似的地壳生长过程尚不清楚。因此，解析该地区俯冲历史与地壳演化对于认识大陆边缘演化至关重要。

该研究发表于《Geochemistry, Geophysics, Geosystems》。研究人员开展了综合地层学、碎屑锆石年代学及铪同位素地球化学研究，采集了海南岛石炭纪—白垩纪地层中的7块砂岩样品及婆罗洲的2块砂岩样品，并结合已发表数据，旨在揭示东亚大陆边缘南部从古生代至白垩纪的岩浆演化与地壳生长过程。

研究采用的关键技术方法包括：激光剥蚀—电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）进行锆石U-Pb定年；Neptune Plus多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）进行原位Lu-Hf同位素分析，分析束斑直径为32 μm或24 μm；利用碎屑锆石Eu/Eu*比值计算地壳厚度，公式为z（厚度）=（84.2±9.2）×Eu/Eu*+（24.5±3.3），并剔除Th/U<0.1和/或La>1 ppm的数据以排除变质锆石及包裹体影响；同时汇编西苏门答腊、婆罗洲、华南、海南岛及印支地区的已发表锆石U-Pb-Hf数据及火成岩地球化学数据进行对比分析。

**锆石特征与U-Pb年龄**

大多数分析样品的锆石颗粒在阴极发光（CL）图像中显示清晰的振荡环带，且具有高Th/U比值（>0.1），表明主要来源于岩浆。海南岛样品的锆 Chevron 石U-Pb年龄范围为3272–102 Ma，婆罗洲样品年龄范围为103–450 Ma。海南岛晚石炭统南好组（DF07）样品中近90%的碎屑锆石年龄大于1000 Ma；而早白垩统鹿母湾组（BS12、BS13）样品中超过90%的碎屑锆石年龄小于1000 Ma，85%以上小于500 Ma，年龄谱峰值分别位于110 Ma、140–160 Ma、240–250 Ma、350–370 Ma和430 Ma处。总体而言，海南岛与婆罗洲的锆石U-Pb年龄谱具有相似性，表明两地可能存在相似的潜在物源。

**碎屑锆石Hf同位素数据汇编**

海南岛砂岩样品中107–450 Ma的碎屑锆石ε_Hf(t)值范围为?17.5至+12.5，其中370–350 Ma的碎屑锆石大多具有正值。婆罗洲115个碎屑锆石ε_Hf(t)值的变化趋势与海南岛相似：从440–410 Ma到370–350 Ma逐渐升高，从270–220 Ma显著降低，随后从晚侏罗世—早白垩世再次升高。特别值得注意的是，婆罗洲样品的碎屑锆石ε_Hf(t)值在三叠纪最晚期开始升高，至晚侏罗世—早白垩世以正值为主；而海南岛该时期仍以负值为主。相比之下，西苏门答腊的岩浆锆石自早侏罗世起显示紧密聚集的正值，碎屑锆石亦基本为正值，这一模式在婆罗洲、海南岛和华南均未出现。

**海南岛与婆罗洲地壳的协同演化**

研究人员进一步利用碎屑锆石Eu/Eu*代理指标约束450–100 Ma期间海南岛与婆罗洲的平均地壳厚度演化，对每个5百万年区间内上下各10%的Eu/Eu*值进行剔除以最小化数据离散度。重建结果显示，440–410 Ma、370–350 Ma、270–220 Ma期间，两地在 magmatic flare-up（岩浆爆发）期均伴随岩石圈伸展和地壳减薄，具有假周期性的地壳减薄或增厚、岩浆爆发事件及锆石ε_Hf(t)值反映的地壳演化在空间上具有相似性。然而在330–280 Ma和220–180 Ma期间，两地出现岩浆静寂期和显著增厚的地壳，暗示古太平洋板块可能发生平板俯冲（slab shallowing）。华南全岩Sr/Y–(La/Yb)_N趋势与海南岛碎屑锆石Eu/Eu*趋势在66 Ma之前具有较好的一致性，进一步验证了结果的可靠性。

自小角度或大角度俯冲的讨论来看，多期岩浆爆发与地壳减薄事件可能与古太平洋板块俯冲过程中的板片陡化（slab steepening）或板片后撤（slab rollback）有关。从侏罗纪开始，特提斯俯冲对婆罗洲演化的影响也日益显著。婆罗洲侏罗纪—白垩纪ε_Hf(t)值以正值为主，表明存在特提斯与古太平洋双俯冲系统；而海南岛仍以负值为主，与持续的古太平洋俯冲和古老地壳组分的再循环一致。

**研究结论**

研究结论部分明确指出：第一，海南岛与婆罗洲的碎屑锆石年龄谱定义了140–160 Ma、220–270 Ma、350–370 Ma和410–440 Ma的主导锆石年龄群体。440–410 Ma、370–350 Ma和270–220 Ma期间以负ε_Hf(t)值为主的特征，表明古太平洋古老大洋岩石圈俯冲导致古老地壳组分发生熔融。第二，侏罗纪—白垩纪期间，婆罗洲和海南岛的碎屑锆石ε_Hf(t)值总体呈升高趋势，但婆罗洲更偏正的ε_Hf(t)值可能暗示巽他陆之下存在特提斯与古太平洋双俯冲系统；而海南岛以负ε_Hf(t)值为主，可能与古太平洋大洋岩石圈的俯冲有关。第三，假周期性的岩浆活动、地壳厚度变化及相似的锆石ε_Hf(t)值揭示了从古生代至三叠纪海南岛与婆罗洲地壳的协同演化。