近日
《地质学》期刊发表文章，对
印度东高止山脉
变质沉积岩中的锆石颗粒进行了铀铅定年和钛含量分析，
发现锆石的结晶时间跨度长达1.5亿年。这意味东高止山脉下地壳的冷却速率远低于预期。
超慢冷却速率表明部分造山带的下地壳可能长时间保持熔融状态，
为成矿元素的迁移和富集提供了有利条件，可能形成大型或超大型矿床。
这项研究挑战了现有地壳演化模型，有助于我们理解造山带的冷却机制、大陆地壳的生长以及大规模成矿作用。
造山运动是地球上最剧烈的地质过程之一，其不仅塑造了地球表面的壮丽山川，也深刻影响着地壳的结构和演化。
造山带（orogen）的形成通常伴随着强烈的岩浆活动和变质作用，地壳深处的岩石在高温高压下发生熔融和重结晶，形成复杂的岩石构造和矿物组合。
超热造山带是指地壳深部温度超过900摄氏度的造山带，其形成机制和演化历史一直是地质学家关注的焦点。传统的地质模型认为，造山带形成后，由于地壳增厚和热传导，下地壳会相对快速地冷却，冷却速率通常在每百万年20-30摄氏度。然而，近年来的一些研究表明，某些超热造山带的冷却速率可能远低于预期，这意味着这些地区的深部地壳可能长时间保持熔融状态，这对我们理解地壳演化和大陆地壳的形成具有重要意义。
超热造山带下地壳的冷却速率究竟有多慢？是什么因素控制着冷却速率？
为了解答这些问题，研究人员选择印度东高止山脉作为研究对象。东高止山脉是新元古代时期形成的超热造山带，经历了大规模的地壳熔融和高温变质作用。
研究人员在东高止山脉采集了六个不同地点的变质沉积岩样品，这些样品都经历了高温高压的麻粒岩相变质作用。他们利用激光剥蚀多接收器等离子体质谱仪（LA-ICPMS）对样品中的锆石颗粒进行了U-Pb定年和钛含量分析。
锆石是一种非常稳定的矿物，可以保存形成时的同位素和微量元素信息，因此被广泛应用于地质年代学和地球化学研究。U-Pb定年可以确定锆石的形成年龄，而钛含量可以用来估算锆石形成时的温度。
研究结果表明，东高止山脉六个样品中锆石的结晶年龄从9.5亿年前持续到8亿年前，跨越了1.5亿年的时间。更重要的是，研究人员发现，在1.5亿年的时间里，锆石的结晶温度随着时间的推移而逐渐降低，这表明东高止山脉下地壳经历了长时间的缓慢冷却。
根据锆石的钛含量，研究人员估算出东高止山脉下地壳的冷却速率在每百万年0.26到0.90摄氏度之间，远低于传统地质模型预测的冷却速率。
这项研究首次提供了超热造山带下地壳超慢冷却的直接证据。
超慢冷却速率表明，部分造山带下地壳可能长时间保持熔融状态，这与传统的地壳演化模型相矛盾，需要我们重新评估造山带的热演化过程。
长时间保持熔融状态的下地壳有利于元素的分异和富集，这可能促进了大陆地壳的生长和稳定。
缓慢冷却的深部地壳为成矿元素的迁移和富集提供了有利条件，可能形成大型或超大型矿床。
论文信息：
Chris Clark
,
Michael Brown
,
Ben Knight
,
Tim E. Johnson
,
Ruairidh J. Mitchell
,
Saibal Gupta; Ultraslow cooling of an ultrahot orogen.
Geology
2024
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