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中國科大揭示26億年前板塊構(gòu)造作用的巖石地球化學(xué)證據(jù)

2022-01-18 08:52 作者:中國科大Unofficial 0人讀過 | 我要投稿

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近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院劉貽燦教授研究組首次在華北克拉通發(fā)現(xiàn)了原巖時代為約26億年的堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖，證明其原巖是由富集的幔源物質(zhì)受俯沖大洋沉積物產(chǎn)生的熔流體交代改造而形成的超鉀質(zhì)正長巖巖漿經(jīng)分離結(jié)晶而形成的，揭示了早前寒武紀(jì)板塊構(gòu)造作用的最早啟動時間。相關(guān)研究成果以“Petrogenesis and tectonic significance of Neoarchean (~2.6 Ga) alkalineultrapotassic granitic gneisses from the southeastern margin of the NorthChina Craton: Constraints from U-Pb dating, Hf isotopeand petrogeochemistry”為題發(fā)表于Lithos上。

早前寒武紀(jì)板塊構(gòu)造作用的最早啟動時間屬于地球動力學(xué)方面科學(xué)問題，一直是國際上的研究熱點，長期存在爭議。此外，近三十五年以來，盡管前人對超鉀質(zhì)巖石的形成和演化進行了廣泛的研究，普遍認為其形成于碰撞后環(huán)境中，然而，具體成因及演化過程仍存在較大分歧。而且，早前寒武紀(jì)（特別是大于25億年的太古代）堿性超鉀質(zhì)花崗巖極為罕見，因而，前人也很少報道或研究。為此，劉貽燦教授研究組在國家自然科學(xué)基金項目的持續(xù)資助下，根據(jù)近十五年的研究積累，對華北克拉通東南緣前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖石（五河雜巖或“五河群”）進行了系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查和深入研究，發(fā)現(xiàn)了堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖。

鋯石U-Pb年代學(xué)研究結(jié)果（圖1a、b）表明，堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的原巖形成時代為26億年，并經(jīng)歷了~25億年麻粒巖相變質(zhì)；隨后，又在18.5億年經(jīng)歷了與古元古代碰撞造山作用有關(guān)的變質(zhì)作用疊加。該片麻巖富硅、堿，屬于硅飽和的堿性超鉀質(zhì)花崗巖，并具有輕微過堿性到過鋁質(zhì)特征（圖1c、d）。此外，樣品具有明顯的Eu正異常，以及較強的Nb、Ta、P和Ti負異常和顯著的Pb正異常，并表現(xiàn)出顯著富集大離子親石元素（圖1e、f）。上述結(jié)果證明華北克拉通東南緣確實存在約26億年的堿性超鉀質(zhì)花崗巖。

圖1堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的鋯石U-Pb定年及主微量元素圖解

該堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的鋯石εHf(t)值變化范圍較小（圖2），并且未發(fā)現(xiàn)相關(guān)鎂鐵質(zhì)巖石，與巖漿混合成因巖石的特征不符，因而難以用單一的巖漿混合過程解釋其巖石成因和相關(guān)特征。此外，簡單的地殼混染也無法解釋大多數(shù)片麻巖樣品的遠高于大陸地殼的高Rb和高大離子親石元素特征。上述異常地球化學(xué)特征表明華北東南緣超鉀質(zhì)片麻巖源自于富集K、Ba和Rb以及輕稀土元素的源區(qū)。而且，片麻巖中巖漿鋯石具有正的εHf(t)值，位于虧損地幔和球粒隕石的演化曲線之間，進一步表明片麻巖原巖的源區(qū)主要來自于幔源物質(zhì)（圖2）。此外，所研究的樣品與巴西東北部的超鉀質(zhì)花崗巖具有類似的地球化學(xué)以及巖石學(xué)特征。前人質(zhì)量平衡計算模擬結(jié)果表明，堿性長石+透輝石+云母+中長石+磷灰石的礦物組合的分離結(jié)晶即相當(dāng)于正長巖的初始組成，并可能最終形成類似于超鉀質(zhì)花崗巖的成分。因此，研究區(qū)超鉀質(zhì)花崗片麻巖的高大離子親石元素（特別是Ba和Rb）、低Mg#、Cr、Ni以及FeOT+MgO等特征可歸因于正長巖巖漿的分離結(jié)晶，而非幔源成因影響。此外，片麻巖也表現(xiàn)出與俯沖相關(guān)的高Th/Yb-高Ta/Yb特征，指示形成過程中存在俯沖沉積物質(zhì)的加入。