自板块构造运动启动以来，大陆地壳物质被认为主要通过俯冲相关的岩浆活动等方式产生，又通过俯冲侵蚀等方式被破坏。相关统计研究表明，目前全球大陆地壳的新生速率近似等于大陆地壳的破坏速率，意味着全球大陆地壳的净生长趋近于零（Clift et al., 2009）。但这种大陆地壳总量的收支平衡在地球历史中并非总被保持。大量研究显示，在不同的历史时期存在着一些大陆地壳净生长的高峰期，它们在时间上与超级大陆的形成时间有着良好的对应关系（图1a；Cawood et al., 2013；Kemp et al., 2006）。因此，大陆地壳的生长也常常被描述为一个幕式的过程。最近的研究表明大陆地壳的幕式生长过程可能是由于碰撞阶段大陆地壳物质的保存潜力更高，即大陆地壳破坏率更低所致（图1b；Hakesworth et al., 2009； Mulder and Cawood, 2022）。但是为何在大陆碰撞阶段地壳物质保存潜力会更高并没有得到解释。
(资料图)
图1 大陆幕式生长与大陆物质保存偏差（改自Hawkesworth et al., 2009）。（a）由新生陆壳年龄和锆石年龄统计揭示的幕式的大陆生长模式；（b）在俯冲、碰撞和大陆裂解阶段的岩浆产生量（蓝线）与其保存量（红线），棕色区域表示三个阶段最终的大陆地壳净生长量
增生造山带是大陆生长的主要场所，其中中亚造山带是显生宙以来最大的大陆增生区域，是研究大陆生长过程的天然实验室。在重点研发项目“北方增生造山成矿系统的深部结构与成矿过程”的资助下，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室博士研究生杨旭松和导师田小波研究员与肖文交院士团队2017年至2018年在中亚造山带的东准噶尔地区布设了一条短周期密集台阵进行地下结构探测。研究团队揭示了东准噶尔地区存在两个向上拱起的弧形莫霍片段（图2）。基于对中亚造山带演化的历史以及对地磁异常数据的分析，研究团队认为这两个弧形莫霍片段为在古生代块体拼合过程中保留下来的弧间海洋盆地的莫霍面（图2）。
图2 东准噶尔地区地壳结构与地磁异常三维视图。正地磁异常标志着古生代岛弧的位置；莫霍面片段1、3、5代表着岛弧的莫霍面；莫霍面片段2、4、6代表着海洋盆地的莫霍；克拉美丽洋盆和巴里坤洋盆的莫霍面仍保留其在古生代向两侧岛弧下方俯冲的形态
由于海洋盆地密度相对大陆地壳较大，因此洋盆通常被认为在块体拼合过程中会俯冲至地幔，难以作为新生大陆的一部分。但实际上发生拼合碰撞的块体边缘往往是不规则，这就会导致在拼合的时候块体之间存在一些空隙，为海洋盆地的保存提供了条件。在东准噶尔地区的块体拼合过程中，哈萨克斯坦山弯构造是一个马蹄形的构造单元，它吸收了与北部图瓦蒙古块体和南部塔里木块体碰撞过程中的主要应力，从而对其内部的多岛海系统起到了保护作用（图3）。因此，古生代的海洋盆地得以广泛的保存在准噶尔盆地内。近年来，在西准噶尔地区开展的综合地球物理工作也揭示了大量的残留洋盆的存在（Liu et al., 2019; Wu et al., 2018; Xu et al., 2020）。
图3 哈萨克斯坦山弯构造对准噶尔地区海洋盆地保护作用示意图。T代表塔里木块体；T-M代表图瓦-蒙古山弯构造，古亚洲洋俯冲回撤在其南缘形成了一个多岛海系统；K代表哈萨克斯坦山弯构造。马蹄形的哈萨克斯坦山弯构造在与塔里木块体和图瓦蒙古山弯构造碰撞过程中吸收了大部分的应力，因此其内部的多岛海系统受其保护得以保存下来。本次研究揭示了准噶尔内部的古生代岛弧与其弧间盆地的最终保存形态
在碰撞过程中海洋盆地被大量保存意味着发生了更少的俯冲侵蚀作用，更重要的是近期的研究表明残留的海洋盆地可能在随后的演化过程中转换为大陆地壳（Morgan and Vannucchi, 2022）。因此，如果大量的海洋盆地在超级大陆形成过程中被捕获，就会导致大陆地壳的大规模生长。考虑到类似哈萨克斯坦山弯构造的不规则块体并不罕见（比如现今的东南亚及西南太平洋地区存在大量的山弯构造），且残留洋盆在不同构造背景的造山带中均有发现（Gray et al., 2016；Norris and Craw, 1987；Bradshaw, 1989；Foster et al., 2014），因此这种大陆生长的模式应具有很高的普适性。最近的研究表明全球联动的板块构造至少在20亿年前就已经启动（Wan et al., 2020），因此残留洋盆在20亿年以来的大陆生长过程中都可能起到了重要的作用。
有关该生长模式的最大挑战在于为何在全球的地质填图过程中并未发现大量海洋盆地的存在。一个合理的猜测是残留洋盆往往被巨厚的沉积层所覆盖而很少暴露在地表，而常规的地球物理学成像手段难以有足够的分辨率将其识别。而即使其后期发生部分熔融也很难从地球化学成份上进行识别。Foster等人通过对几个典型残留洋盆地区进行研究分析提出可以根据大规模浊积岩的结构和变质模式来作为残留洋盆的一个识别标志。同时，近来流行的短周期密集台阵技术大大提高了地壳结构成像的分辨率，这为将来识别此类残留洋盆提供了一个极具成本效益的方案。
研究成果发表于国际学术期刊GRL。（杨旭松, 田小波*, Windley B F, 赵亮, 芦一帆, 袁怀玉, 肖文交*. The role of multiple trapped oceanic basins in continental growth: Seismic evidence from the Southern Altaids[J]. Geophysical Research Letters, 2022, 49(11): e2022GL098548. DOI: 10.1029/2022GL098548）
美编：傅士旭
校对：万鹏
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