蚀变洋壳和俯冲带变质流体的Fe-Mg同位素组成

贫碳酸盐的蚀变洋壳具有与新鲜洋中脊玄武岩一致的Mg同位素组成,说明低温和高温洋壳蚀变不会导致Mg同位素分馏.大别山港河和花凉亭的早期变质脉比榴辉岩具有偏高的δ56Fe-δ26Mg值,而且早期到晚期变质脉的δ56Fe-δ26Mg值逐渐降低.这些结果说明,在流体-岩石反应和流体演化过程中,Fe-Mg同位素发生了显著的分馏,且矿物溶解-再沉淀是同位素分馏的控制因素.相比洋中脊玄武岩,蚀变洋壳和变质脉具有相似或偏高的δ56Fe-δ26Mg值,说明蚀变洋壳脱水产生的流体富集重Fe-Mg同位素,不能解释弧岩浆岩的轻Fe/重Mg同位素组成.因此,弧岩浆岩异常的Fe-Mg同位素组成是熔体提取和富集54Fe-26Mg的蛇纹岩流体交代地幔楔两个过程共同作用的结果.      

俯冲隧道内不同深度的壳幔相互作用:地幔楔超镁铁质岩的镁同位素记录

在不同的俯冲深度,俯冲板片会释放出不同来源和组成的熔/流体进入俯冲隧道中,并进而影响上覆地幔楔及衍生岛弧岩浆的地球化学组成.然而,如何识别俯冲隧道中不同深度熔/流体组分的来源一直是俯冲带研究中的难点.对不同深度来源的地幔楔超基性岩进行了Mg同位素研究,发现了Mg同位素具有示踪俯冲板块熔/流体来源的能力.首先,研究了美国加州Franciscan杂岩中一套经历了多期次流体交代作用的浅部来源（< ~60 km）的变质超基性岩.这些部分蛇纹石化的地幔楔超基性岩在蛇纹石脱水形成滑石的过程中会释放轻Mg同位素进入流体,而重Mg同位素更多地残留在滑石相中;随后进一步受俯冲板块来源流体的交代形成具有高CaO和轻Mg同位素组成的透闪石化变橄榄岩,暗示流体中含有源自俯冲板片的、富集轻Mg同位素的碳酸盐,说明在弧前~60 km深度,部分含Mg碳酸盐（方解石）可以在俯冲隧道中发生溶解并迁移交代上覆地幔楔橄榄岩.对深部地幔楔来源（~160 km）的大别造山带毛屋地区超镁铁质岩体岩相学和元素地球化学研究结果证实了其交代成因.结合多相包裹体、元素地球化学以及前人估计的温-压条件,推测交代介质更接近超临界流体.锆石U-Pb年代学研究揭示,交代作用主要发生在古生代洋壳俯冲阶段（454±58 Ma）,超高压变质作用则发生在三叠纪陆壳俯冲阶段（232.8±7.9 Ma）.古生代锆石中大量的碳酸盐矿物包裹体和重O同位素特征说明古生代洋壳俯冲交代过程中有沉积碳酸盐组分加入.全岩和单矿物的Mg同位素组成均显著低于地幔值以及大别新元古代榴辉岩,说明交代的碳酸盐组分来源应为循环的沉积富Mg碳酸盐,暗示了在俯冲带深部富Mg沉积碳酸盐在超临界流体中会发生溶解迁移.由于沉积碳酸盐具有独特的、显著富集轻Mg同位素组成的特征,这种交代作用会造成地幔楔局部具有异常的Mg同位素组成,从而解释目前观察到的岛弧火山岩的Mg同位素特征.因此,Mg同位素是示踪俯冲碳酸盐与上覆地幔楔相互作用的有效工具.      

苏鲁超高压变质带中蛇纹岩的地球化学特征及岩石成因

青岛的仰口和日照的梭罗树是苏鲁超高压变质带中重要的蛇纹岩出露区。系统的岩石地球化学分析表明,仰口和梭罗树地区的蛇纹岩具有高Mg、低Al_2O_3/Si O_2、贫高场强元素(Nb、Th、Zr和Hf)和重稀土元素(HREE)的特征,其原岩是经历了不同程度部分熔融后的地幔残余,符合弧前地幔橄榄岩的特征。经模拟估算,仰口蛇纹岩的原岩熔融程度15%,梭罗树蛇纹岩的原岩熔融程度在20%~25%之间。蛇纹岩富流体迁移元素(U、Pb和LREE),且LREE和HFSE无明显相关性的地球化学特征表明,研究区蛇纹岩原岩在弧前地幔楔环境下,受到俯冲板片释放的含H_2O流体作用发生蛇纹石化,形成了流体迁移元素富集的蛇纹岩。     

俯冲带蛇纹岩变质脱水过程中的Mg、Fe同位素分馏行为:进展与展望

蛇纹岩在俯冲带地球化学循环中发挥着重要作用.蛇纹岩是俯冲带中极富Mg和Fe的矿物,其变质脱水释放的流体含有显著量的Mg和Fe,对俯冲带中Mg、Fe元素的循环及其同位素的分馏行为起着重要作用.蛇纹岩脱水过程中的Mg、Fe同位素分馏特征与不同温度、压力条件下蛇纹岩体系的矿物组合、释放流体的氧化还原状态、流体中Mg、Fe的价态和种型等密切相关.本文在总结俯冲带蛇纹岩的产出特征、稳定性和主要脱水反应的基础上,系统评述了俯冲带蛇纹岩在变质脱水过程中Mg、Fe同位素分馏行为的研究现状和存在的关键科学问题,并对未来的研究方向进行了展望.     

板块俯冲过程中的Mg-Li-Fe-Cr同位素分馏

金属稳定同位素体系是示踪板块俯冲对壳幔物质再循环影响的全新工具,因此其在俯冲带的地球化学行为备受关注.Mg同位素在俯冲过程中不发生显著分馏,但大陆玄武岩具有低于洋中脊玄武岩的Mg同位素,这可能是碳酸岩的俯冲再循环导致的.与角闪岩继承原岩的Li同位素组成不同,榴辉岩具有轻于原岩的Li同位素组成,可归因于俯冲折返过程中的动力学扩散、脱水反应或低Li同位素的流体交代.作为变价元素,Fe和Cr的同位素在榴辉岩的形成过程中均不发生显著分馏,但是蛇纹岩的Fe同位素和Cr同位素与氧逸度指标具有相关性,指示氧化还原条件变化时脱水过程或流体交代会导致同位素分馏.      

大陆板片-地幔相互作用:来自大别造山带碰撞后安山质火山岩的地球化学证据

俯冲到地幔深度的地壳物质不可避免地在板片-地幔界面与地幔楔发生相互作用,由此形成的超镁铁质交代岩就是造山带镁铁质火成岩的地幔源区.因此,造山带镁铁质火成岩为研究俯冲地壳物质再循环和壳-幔相互作用提供了重要研究对象.为了揭示俯冲陆壳物质再循环的机制和过程,对大别造山带碰撞后安山质火山岩开展了元素和同位素地球化学研究.这些安山质火山岩的SIMS锆石U-Pb年龄为124±3~130±2 Ma,表明其形成于早白垩世.此外,残留锆石的U-Pb年龄为中新元古代和三叠纪,分别对应于大别-苏鲁造山带超高压变火成岩的原岩年龄和变质年龄.它们具有岛弧型微量元素特征、富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,以及变化的且大多不同于正常地幔的锆石δ18O值.这些元素和同位素特征指示,这些安山质火山岩是交代富集的造山带岩石圈地幔部分熔融的产物.在三叠纪华南陆块俯冲于华北陆块之下的过程中,俯冲华南陆壳来源的长英质熔体交代了上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,大陆俯冲隧道内的熔体-橄榄岩反应产生了富沃、富集的镁铁质地幔交代岩.这种地幔交代岩在早白垩世发生部分熔融,就形成了所观察到的安山质火山岩.因此,碰撞造山带镁铁质岩浆岩的地幔源区是通过大陆俯冲隧道内板片-地幔相互作用形成的,而加入地幔楔中长英质熔体的比例决定了这些镁铁质岩浆岩的岩石化学和地球化学成分.      

大陆俯冲隧道壳幔相互作用:来自苏鲁造山带橄榄岩的锆石学证据

大陆碰撞造山带石榴橄榄岩作为超高压变质地体的重要组成部分之一,记录了大陆俯冲带之上地幔楔的组成和演化、壳-幔相互作用、流体-岩石相互作用及俯冲带化学地球动力学等重要信息。我们在锆石岩相学研究的基础上,对苏鲁造山带腾家橄榄岩及其寄主片麻岩不同锆石区域进行了U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素联合原位分析。滕家橄榄岩呈块状产于超高压花岗质片麻岩中,主要矿物组成为橄榄石+斜方辉石+尖晶石+铬铁矿+角闪石+蛇纹石±绿泥石±白云石±锆石。锆石具有明显的核-(幔)-边结构。残留岩浆锆石具有振荡环带或模糊的振荡环带,主要为新元古代U-Pb年龄,同时含有少量中、古元古代的U-Pb年龄。它们具有高的Th/U比值(0.1)和陡峭的MREE-HREE配分,包含石英、磷灰石和斜长石包裹体。残留岩浆锆石的U-Pb年龄、微量元素和Hf-O同位素组成与大别-苏鲁造山带超高压变质岩的原岩锆石相似。因此,这些残留岩浆锆石可能是被来自深俯冲大陆地壳脱水产生的交代流体物理搬运到橄榄岩之中。相反,交代生长锆石具有弱分带或无分带,U-Pb年龄为(220±2)~(231±4)Ma,略低于大别—苏鲁造山带超高压变质作用时间。它们具有相对低的Th/U比值(0.1)、HREE含量、陡的MREE-HREE配分、负的Eu异常和低的δ18O值(-11.3%~0.9‰),包含石英和磷灰石包裹体。因此,这些锆石在深俯冲大陆地壳折返初期从交代流体中新生长。不论残留岩浆锆石还是交代生长锆石,其微量元素和Hf-O同位素组成都与寄主片麻岩明显不同,可见,交代流体不是直接来自寄主片麻岩,而是深俯冲大陆地壳的脱水流体。交代流体亦造成显性交代,形成角闪石、蛇纹石和绿泥石等交代成因矿物。总之,滕家橄榄岩经历了来自深俯冲大陆地壳在折返初期变质脱水形成的富水流体的交代作用。在大陆俯冲隧道的板块-地幔界面,这些地壳来源的流体不仅携带Zr和Si等化学组分,而且把深俯冲地壳来源的微小锆石颗粒迁移进入橄榄岩。因此,造山带橄榄岩通过化学迁移(溶解元素)和物理迁移(微小矿物颗粒)等机制记录了大陆俯冲带的壳幔相互作用。流体-橄榄岩反应是大陆俯冲带壳幔相互作用的基本机制。     

造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用

俯冲带是地壳与地幔之间物质交换的主要场所.前人对大洋俯冲带壳幔相互作用进行了大量研究,但是对俯冲带壳幔相互作用的物理化学过程和机理仍缺乏明确认识.在大陆俯冲带出露有造山带橄榄岩,它们来自俯冲板片之上的地幔楔,是解决这个问题的理想样品.通过对大别-苏鲁和柴北缘造山带橄榄岩进行系统的岩石学和地球化学研究,发现地幔楔橄榄岩由于俯冲地壳的交代作用而含有新生锆石和残留锆石,它们能为地壳交代作用时间、交代介质来源、性质和组成提供制约.地幔楔橄榄岩在大陆碰撞过程的不同阶段受到了俯冲大陆地壳衍生的多期不同性质流体的交代作用.地幔楔橄榄岩还受到了陆壳俯冲之前古俯冲洋壳衍生流体的交代作用.深俯冲陆壳衍生熔体与橄榄岩反应形成的石榴辉石岩具有高的水含量,能提供高水含量的地幔源区.      

西藏松多地区蛇纹岩成因及其对松多古特提斯洋俯冲的约束

蛇纹岩中的锆石不仅可以提供年代学信息,还可以约束蛇纹岩的成因和区域构造演化过程.本文以唐加-松多古特提斯缝合带中的龙崖松多蛇纹岩为研究对象,对其进行了全岩地球化学、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素研究.结果显示,龙崖松多蛇纹岩具较高的MgO和TFeO含量、高Mg^#值以及较低的Al₂O₃和TiO₂含量.样品稀土元素配分曲线呈较为宽缓的“U”型.微量元素蛛网图显示,样品富集U、Ta,亏损Th、Nb、Zr和Hf.龙崖松多蛇纹岩锆石U-Pb定年结果为(230.3±2.3) Ma,ε_Hf(t)值在+13.4到+16.0之间.年代学和地球化学研究表明,龙崖松多蛇纹岩的原岩为地幔楔内尖晶石二辉橄榄岩部分熔融后的残留体.龙崖松多蛇纹岩受到松多古特提斯洋板片俯冲产生的超临界流体的交代形成了交代锆石,可能还受到富水流体的交代,导致流体活动性元素的富集.结合前人研究,本文认为松多古特提斯洋在晚三叠世可能尚处于北向俯冲阶段.     

苏鲁地体胡家林和梭罗树三叠纪变质超基性岩U-Pb、Lu-Hf和O同位素地球化学研究

胡家林超基性岩单矿物氧同位素组成基本上接近正常地幔值（石榴石4.7‰~5.4‰)。梭罗树超基性岩及其共生榴辉岩具有氧同位素正异常（超基性岩中石榴石9.8‰~10.4‰;榴辉岩中石榴石9.0‰~12.1‰)，指示超基性岩和榴辉岩原岩可能在板块俯冲之前，在浅层或地表环境中经历过蛇绿岩套顶部相似的低温热液蚀变。胡家林超基性岩样品中的变质锆石年龄227.2±2.4 Ma，可能代表俯冲板块经峰期超高压变质后，折返初期从金刚石榴辉岩相降压至柯石英榴辉岩相过程中流体活动和错石结晶的年龄。梭罗树超基性岩样品中变质锆石的一组变质年龄240.4±2.4 Ma代表了板块俯冲至超高压峰期变质之前流体活动过程中锆石的结晶年龄，而另一组变质年龄217.1±3.3 Ma代表了板块折返过程中高压榴辉岩相重结晶条件下的锆石结晶年龄。从变质锆石到重结晶锆石，其Th/U和176Lu/177Hf呈现出相似的变化趋势，可能指示了变质作用对锆石中的U-Th-Pb同位素体系和Lu-Hf同位素体系产生相似的地球化学效应。梭罗树超基性岩可能来源于俯冲地壳内部的“残留地幔”。胡家林超基性岩重结晶锆石中继承的放射成因铅或者来源于俯冲地壳与仰冲盘底部石榴辉石岩相地幔发生的壳幔相互作用而导致碎屑锆石的重结晶；或者来源于超基性岩岩浆在板块俯冲前，通过底侵作用上升侵位与地壳物质发生混染形成岩浆锆石，这种岩浆错石在超高压变质过程中经历了重结晶。     

大陆俯冲带大规模的变质流体活动:来自大别造山带超高压硬玉石英岩的记录

硬玉石英岩是一种稀少且与流体作用相关的变质岩,同时出露于高压或超高压洋壳和陆壳俯冲带中.通过对中国东部大别造山带中出露达50 km2的含柯石英的超高压硬玉石英岩进行研究,综合全岩主微量元素、矿物Mg-O同位素和锆石学研究.结果表明,硬玉石英岩的原岩为古元古代TTG岩石,经历过弱化学风化和强物理风化作用,然后在三叠纪时期受到围岩富黑云母片麻岩分解脱水而产生的大量重Mg同位素流体交代,从而形成硬玉石英岩.考虑到这种受流体交代成因的硬玉石英岩在大别山广泛出露,表明其在三叠纪大陆深俯冲过程中存在着大规模的变质流体活动,这项研究首次报道了大陆俯冲带有大规模的流体活动存在,同时也挑战了传统观点认为的大陆俯冲带缺乏岛弧岩浆作用主要原因是缺乏足够量的流体活动.      

Appinite suites and their genetic relationship with coeval voluminous granitoid batholiths

ABSTRACT

Appinite complexes preserve evidence of mantle processes that produce voluminous granitoid batholiths. These plutonic complexes range from ultramafic to felsic in composition, deep to shallow emplacement, and from Neo-Archean to Recent in age. Appinites are a textural family characterized by idiomorphic hornblende in all lithologies, and spectacular textures including coarse-grained mafic pegmatites, fine-grained ‘salt-and-pepper’ gabbros, as well as planar and linear fabrics. Magmas are bimodal (mafic-felsic) in composition; ultramafic rocks are cumulates, intermediate rocks are hybrids. Their geochemistry is profoundly influenced by a mantle wedge extensively metasomatized by fluids/magmas produced by subduction. Melting of spinel peridotite sub-continental lithospheric mantle (SCLM) produces appinites whose geochemistry is indistinguishable from coeval low-K calc-alkalic arc magmatism. Coeval felsic rocks within appinite complexes and adjacent granitoid batholiths are crustal magmas. When subduction terminates, asthenospheric upwelling (e.g. in a slab window, or in the aftermath of slab failure) induces melting of metasomatized garnet SCLM to produce K-rich sho shonitic magmas enriched in large ionic lithophile and light relative to heavy rare earth elements, whose asthenospheric component can be identified by Sm-Nd isotopic signatures. Coeval late-stage Ba-Sr granitoid magmas have a ‘slab failure’ geochemistry, resemble TTG and adakitic suites, and are formed either by fractionation of an enriched (shoshonitic) mafic magma, or high pressure melting of a meta-basaltic protolith either at the base of the crust or along the upper portion of the subducted slab. Appinite complexes may be the crustal representation of mafic magma that underplated the crust for the duration of arc magmatism. They were preferentially emplaced along fault zones around the periphery of the granitoid batholiths (where their ascent is not blocked by overlying felsic magma), and as enclaves within granitoid batholiths. When subduction ceases, appinite complexes with a more pronounced asthenospheric component are preferentially emplaced along active faults that bound the periphery of the batholiths.     

大陆俯冲带壳幔相互作用

由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制.      

柴北缘从大洋俯冲到陆陆碰撞:来自开屏沟造山带M型橄榄岩的证据

造山带幔源（M型）橄榄岩虽然在高压/超高压变质带分布不多,但由于其来自俯冲板块上覆的岩石圈地幔,因此是研究俯冲隧道内俯冲板片与地幔楔之间相互作用的重要对象,对于还原超高压变质带的演化有重要意义.柴北缘鱼卡榴辉岩-片麻岩区边部附近的开屏沟存在一套橄榄岩,其岩石类型、成因、时代等都缺乏研究.对开屏沟橄榄岩全岩的主量和微量元素及铂族元素、橄榄石主量元素、锆石U-Pb年龄和Hf同位素进行了研究.结果显示,其全岩具有高的Mg#、Mg/Si和Ni值,同时表现出亏损难溶的HFSE和HREE,轻微富集LILE和LREE中与流体活动性相关的元素;橄榄石具有较高的Fo值（90.11~92.77）与NiO含量（0.32%~0.45%）、低的CaO含量（< 0.02%）;PGEs的球粒陨石标准化配分模式与交代橄榄岩和残留橄榄岩近似;两组变质锆石年龄为459.5±3.6 Ma和417.5±2.7 Ma,对应的ε_Hf（t）值为-0.71~9.45和-11.96~-1.20,分别反映了洋壳流体（或早期大陆俯冲板片流体）和陆壳流体交代的性质和时限.开屏沟橄榄岩来源于俯冲带上覆地幔楔,遭受了不同来源流体不同程度的交代作用而获得地壳特征,同时为柴北缘大洋俯冲到陆陆碰撞的构造演化提供了新证据.      

造山带橄榄岩起源和大陆俯冲带壳幔相互作用

俯冲地壳衍生流体交代地幔楔,是产生俯冲带岩浆作用的重要机制.但是,目前人们对俯冲大陆物质改造地幔楔的岩石学过程和机理仍缺乏深入认识,造山带橄榄岩是解析这一问题的直接样品.通过对大别-苏鲁造山带橄榄岩进行系统的矿物学、岩石学和地球化学研究,发现橄榄石Ni/Co比值可有效区分幔源和壳源造山带橄榄岩,揭示幔源造山带橄榄岩起源于华北岩石圈地幔.苏鲁李家屯纯橄岩在进入俯冲带之前就已在地幔内部经历了碳酸盐熔体交代.大别毛屋和苏鲁蒋庄橄榄岩及其交代脉体记录了约170~200 km深度的俯冲带壳幔相互作用过程.深俯冲陆壳释放的富Si-Al质熔体可不同程度地改造地幔楔底部,形成富石榴石和富辉石的交代岩,并引发强烈的Os同位素分馏效应.该过程不仅改变地幔楔岩性和化学组成,还能够改变交代介质成分,为俯冲带各类深部地幔岩浆提供源区物质.因此,大陆深俯冲是导致上地幔不均一的重要途径.      

罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录

超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石ε_Hf（t）值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.      

Magmatic evolution of the South Shetland Islands,Antarctica, and implications for continental crust formation

Lavas from the South Shetland Islands volcanic arc (northern Antarctic Peninsula) have been investigated in order to determine the age, petrogenesis and compositional evolution of a long-lived volcanic arc constructed on 32-km-thick crust, a thickness comparable with average continental crust. New ⁴⁰Ar–³⁹Ar ages for the volcanism range between 135 and 47 Ma and, together with published younger ages, confirm a broad geographical trend of decreasing ages for the volcanism from southwest to northeast. The migration pattern breaks down in Palaeogene time, with Eocene magmatism present on both Livingston and King George islands, which may be due to a change in both subduction direction and velocity after c. 60 Ma. The lavas range from tholeiitic to calc-alkaline, but there is no systematic change with age or geographic location. The compositions of lavas from the north-eastern islands indicate magma generation in a depleted mantle wedge with relatively low Sr and high Nd isotopic compositions and low U/Nb, Th/Nd and Ba/Nb ratios that was metasomatized by hydrous fluids from subducted basaltic oceanic crust. Lavas from the south-western islands show an additional sedimentary influence most likely due to fluid release from subducted sediments into the mantle wedge. Although magmatic activity in the South Shetland arc extended over c. 100 m.y., there is no evolution towards more enriched or evolved magmas with time. Few South Shetland arc lavas are sufficiently enriched with incompatible elements to provide a potential protolith for the generation of average continental crust. We conclude that even long-established subduction zones with magmatic systems founded on relatively thick crust do not necessarily form continental crustal building blocks. They probably represent only the juvenile stages of continental crust formation, and additional re-working, for example during subsequent arc-continental margin collision, is required before they can evolve into average continental crust.