我系在定量碎屑锆石记录与构造背景关系的研究中取得重要进展
2022-11-17 15:21:00李哲萱

板块构造对地球的地貌、气候和生物有着深刻影响。早期研究者们大多专注于大陆在地球表面的运动过程,致力于厘清地球历史上大陆汇聚和离散事件的顺序。而近年来的全板块重建工作在尝试超越大陆漂移的范式,重点研究板块和板块边界(特别是俯冲带、大洋中脊、转换边界和扩散变形带)的存在和位置,以回溯地球上曾经发生过的板块构造演化和动力学过程。因此在深时地球系统研究中,通过计算机软件进行可视化的全板块重建工作是不可缺少的。目前的板块重建主要基于海洋地球物理数据和古地磁数据的定量化限制。然而,这些数据并不能直接限制俯冲带和其他的板块边界的移动轨迹。因此想要重建板块的完整演化过程还必须要有其他可靠方法。近日,我系超大陆学科团队将构造背景与基础地质大数据相联系,详细探讨了碎屑锆石年龄谱在指示深时构造背景方面的适用性。

汇聚型构造背景下沉积的样品容易受到岩浆活动的干扰,大量老于沉积时代的碎屑锆石无法在沉积岩中保存,且同沉积作用的岩浆活动生成的新锆石通常在样品中占据了主导地位。反之,长时间保持相对稳定的伸展型构造背景更容易将不同时代的老锆石保存下来,其样品的碎屑锆石年龄谱图通常呈现出多峰值且无近沉积时代峰值的特征。因此,研究者们可以根据样品中锆石结晶年龄接近沉积年龄的比例(可用锆石结晶年龄与沉积年龄差值的累积分布函数曲线来表示)给样品分类,进而反向判断其所处的构造背景类型。


1从样本采样点到最近俯冲带距离的累积分布函数(CDFs),不同的颜色代表不同分类的样品。实线曲线为基于Y2019重建模型的计算结果,虚线曲线则是使用M2016备选重建模型的计算结果。透明曲线段表示将最年轻的锆石颗粒年龄用作沉积年龄计算得出的CDFs。考虑到非随机采样对于此结果会有一定的影响,我们模拟了在大陆内随机位置采样后计算得出的曲线,在图中用灰色带表示。垂直的橙色虚线为辅助线,分别指示的是距离俯冲带500km2000km(a-d)展示的是不同沉积年龄组的样品。 


通过板块边界和大量碎屑锆石样品分类的一致性研究,研究者们发现这种样品分类在判别是否为汇聚型构造背景上有大约70%的成功率(图1a红色实线所示),同时每个碎屑岩样品中可用锆石颗粒数量或样品沉积年龄不确定等因素对判别结果的影响不大,但这种样品分类在判别裂谷盆地等伸展型构造背景上的准确率还不十分清楚。如果从超大陆尺度上来分析更加广泛的样品分布规律,可以看到一个清晰的模式,即其中以年轻锆石为主的样品(红色表示)多分布于超大陆边部,而以较老锆石为主的样品(绿色表示)多分布于超大陆核部(图2)。这一结果表明,碎屑锆石数据可以帮助量化全板块重建的不确定性,并用来评估不同的超大陆模型。


2 超大陆聚合和裂解过程中分类样品地理分布的趋势概要图。重建显示了50150250350 Ma的地图,每张地图显示的样品为沉积年龄在重建年龄±50 Ma以内的样品。这些图件中,以年轻锆石为主的样品(红色表示)主导了超大陆的边部,而以较老锆石为主的样品(绿色表示)则多分布于超大陆的核部。注:350Ma的地图是基于固定南美洲坐标绘制的。


相关成果发表在Nature Index收录期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。澳门威斯尼斯人app下载安装和大陆动力学国家重点实验室为第一单位和通讯单位。我系超大陆学科团队简东川博士生为论文第一作者,Simon E. Williams教授为通讯作者,赵国春院士和余珊博士为共同作者。该项工作得到国家自然科学基金项目(41972237, 41730213, 41890831)的资助。

文章信息:

Jian, D., Williams, S. E.*, Yu, S., & Zhao, G. (2022). Quantifying the link between the detrital zircon record and tectonic settings. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127, e2022JB024606. https://doi.org/10.1029/2022JB024606

原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022JB024606