?

早前寒武紀(jì)板塊構(gòu)造作用的最早啟動(dòng)時(shí)間一直是國際上存在較大爭(zhēng)議的地球動(dòng)力學(xué)問題。此外，近三十五年以來，盡管前人對(duì)超鉀質(zhì)巖石的形成和演化進(jìn)行了廣泛的研究，普遍認(rèn)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)堿性超鉀質(zhì)花崗巖極為罕見，因而，前人也很少報(bào)道或研究太古代超鉀質(zhì)巖石。

為此，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在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的持續(xù)資助下，根據(jù)近十五年的研究積累，在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”）中首次發(fā)現(xiàn)晚太古代26億年堿性超鉀質(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(zhǎng)巖巖漿經(jīng)分離結(jié)晶而形成的，從而為早前寒武紀(jì)板塊構(gòu)造作用的最早啟動(dòng)時(shí)間提供了直接的巖石地球化學(xué)方面證據(jù)。

圖1 堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡諧和圖

紅色、黑色和綠色符號(hào)分別表示鋯石巖漿核、變質(zhì)幔和變質(zhì)邊的U-Pb定年數(shù)據(jù)

鋯石U-Pb定年結(jié)果表明（圖 1），堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的原巖形成時(shí)代為~2.6 Ga，并經(jīng)歷了~2.5 Ga麻粒巖相變質(zhì)；隨后，又經(jīng)歷了~1.85 Ga變質(zhì)疊加，并與該地區(qū)古元古代碰撞造山作用有關(guān)。

堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖富硅、堿，SiO2含量為69.85-74.51 wt%，堿含量較高（K2O+Na2O = 9.67-12.17 wt%）。在TAS圖中位于花崗巖區(qū)域（圖 2a），屬于硅飽和的堿性系列。片麻巖具有輕微過堿性到過鋁質(zhì)特征，其A/CNK比值為0.86-1.05（圖 2b）；FeOT/(FeOT + MgO)比值為0.75-0.86，對(duì)應(yīng)于鐵質(zhì)花崗巖（Frost et al., 2001) （圖 2c）。該類巖石具有較高的K2O含量（8.52-11.50 wt%），而Na2O含量相對(duì)較低（0.47-1.15 wt%），在K2O vs Na2O圖中位于堿性超鉀質(zhì)系列（圖 2d)。此外，堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖具有明顯的Eu正異常（Eu/Eu* = 0.87-5.26）（圖 3a），并表現(xiàn)出顯著富集大離子親石元素（如Rb、Ba、K和Th），以及較強(qiáng)的Nb、Ta、P和Ti負(fù)異常和顯著的Pb正異常（圖3b）。結(jié)合上述測(cè)年結(jié)果，證明華北克拉通東南緣存在~2.6 Ga的堿性超鉀質(zhì)花崗巖。

圖2 堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的地球化學(xué)分類圖

圖3 堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素圖（a）和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化元素蛛網(wǎng)圖（b）

堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖的巖石成因存在一定的爭(zhēng)議。巖漿混合通常會(huì)導(dǎo)致鋯石中記錄的Hf同位素組成變化范圍較大，并且往往會(huì)存在同期的鎂鐵質(zhì)巖石（Griffin et al., 2002; Kemp et al., 2007）。本文研究的花崗片麻巖顯示出鋯石εHf(t)值變化范圍較?。?2.5-+6.6，圖 4），并且未發(fā)現(xiàn)相關(guān)鎂鐵質(zhì)巖石。因此，簡(jiǎn)單的巖漿混合難以解釋它們的巖石成因和相關(guān)特征。此外，簡(jiǎn)單的地殼混染也無法解釋大多數(shù)片麻巖樣品的遠(yuǎn)高于大陸地殼（總地殼的平均Rb含量為49 ppm，而上地殼為82 ppm）的高Rb（183-297 ppm）特征。此外，上述巖石的LILE（如LREE、Ba、Rb、K、Pb）含量也遠(yuǎn)高于上、中大陸地殼值，表明它們的主要成因機(jī)制并非是大陸地殼同化混染。超鉀質(zhì)片麻巖的異常地球化學(xué)特征表明，它們?cè)醋杂诟患?LREE、K、Ba和Rb的源區(qū)。

在鋯石形成年齡與εHf(t)圖（圖4）中，巖漿鋯石顯示正的εHf(t)值（+2.5-+6.6），位于虧損地幔和球粒隕石的演化曲線之間，進(jìn)一步表明片麻巖原巖的源區(qū)主要來自于幔源物質(zhì)。此外，所研究的超鉀質(zhì)花崗片麻巖與Plá Cid和Nardi (2006)以及Nardi (2008)等在巴西東北部所研究的超鉀質(zhì)花崗巖具有類似的地球化學(xué)以及巖石學(xué)特征。Nardi (2008)等利用質(zhì)量平衡計(jì)算模擬結(jié)果表明，堿性長(zhǎng)石 (36 wt%) +透輝石 (23 wt%) +云母 (23 wt%) +中長(zhǎng)石 (15 wt%) +磷灰石 (3 wt%)的礦物組合約70–90 wt%的分離結(jié)晶即相當(dāng)于正長(zhǎng)巖的初始組成，可能最終形成類似于超鉀質(zhì)花崗巖的成分。高的大離子親石元素（特別是Ba和 Rb）含量也是正長(zhǎng)巖巖漿分離結(jié)晶的結(jié)果（Plá Cid and Nardi，2006）。超鉀質(zhì)片麻巖低 Mg#（22.18-37.51）和低 Cr（7.90-27.98 ppm）、Ni（5.27-13.65 ppm）以及FeOT+MgO（2.33-4.01 wt%）含量特征可歸因于正長(zhǎng)巖巖漿的分離結(jié)晶，而非幔源成因影響。此外，在Th/Yb vs.Ta/Yb的曲線圖上，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。

圖4 華北東南緣前寒武代表性巖石的鋯石U-Pb年齡與εHf(t)圖解

綜上所述，我們首次在華北克拉通發(fā)現(xiàn)了原巖時(shí)代為~26億年的堿性超鉀質(zhì)花崗片麻巖，而且，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(zhǎng)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(dòng)時(shí)間。

相關(guān)研究成果以“Petrogenesis and tectonic significance of Neoarchean (~2.6 Ga) alkaline ultrapotassic granitic gneisses from the southeastern margin of the North China Craton: Constraints from U-Pb dating, Hf isotope and petrogeochemistry”為題發(fā)表在國際著名期刊Lithos上。論文第一作者是蘇海燕博士研究生，通訊作者是楊陽博士后和劉貽燦教授。

該項(xiàng)研究受到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41773020）的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2021.106324

（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）