Lithos：中國科學技術大學揭示26億年前板塊構造作用的岩石地球化學證據

圖1堿性超鉀質花崗片麻岩的鋯石U-Pb定年及主微量元素圖解

圖2 華北東南緣前寒武紀代表性岩石的鋯石U-Pb年齡vs. εHf(t)圖解
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學技術大學（地球和空間科學學院、科研部）：近日，中國科學技術大學地球和空間科學學院劉貽燦教授研究組首次在華北克拉通發現了原岩時代為約26億年的堿性超鉀質花崗片麻岩，證明其原岩是由富集的幔源物質受俯衝大洋沉積物產生的熔流體交代改造而形成的超鉀質正長岩岩漿經分離結晶而形成的，揭示了早前寒武紀板塊構造作用的最早啟動時間。相關研究成果以“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”為題發表於Lithos上。
早前寒武紀板塊構造作用的最早啟動時間屬於地球動力學方麵科學問題，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，盡管前人對超鉀質岩石的形成和演化進行了廣泛的研究，普遍認為其形成於碰撞後環境中，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（特別是大於25億年的太古代）堿性超鉀質花崗岩極為罕見，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基金項目的持續資助下，根據近十五年的研究積累，對華北克拉通東南緣前寒武紀變質基底岩石（五河雜岩或“五河群”）進行了係統的地質調查和深入研究，發現了堿性超鉀質花崗片麻岩。
鋯石U-Pb年代學研究結果（圖1a、b）表明，堿性超鉀質花崗片麻岩的原岩形成時代為26億年，並經曆了~25億年麻粒岩相變質；隨後，又在18.5億年經曆了與古元古代碰撞造山作用有關的變質作用疊加。該片麻岩富矽、堿，屬於矽飽和的堿性超鉀質花崗岩，並具有輕微過堿性到過鋁質特征（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，並表現出顯著富集大離子親石元素（圖1e、f）。上述結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花崗岩。
該堿性超鉀質花崗片麻岩的鋯石εHf(t)值變化範圍較小（圖2），並且未發現相關鎂鐵質岩石，與岩漿混合成因岩石的特征不符，因而難以用單一的岩漿混合過程解釋其岩石成因和相關特征。此外，簡單的地殼混染也無法解釋大多數片麻岩樣品的遠高於大陸地殼的高Rb和高大離子親石元素特征。上述異常地球化學特征表明華北東南緣超鉀質片麻岩源自於富集K、Ba和Rb以及輕稀土元素的源區。而且，片麻岩中岩漿鋯石具有正的εHf(t)值，位於虧損地幔和球粒隕石的演化曲線之間，進一步表明片麻岩原岩的源區主要來自於幔源物質（圖2）。此外，所研究的樣品與巴西東北部的超鉀質花崗岩具有類似的地球化學以及岩石學特征。前人質量平衡計算模擬結果表明，堿性長石+透輝石+雲母+中長石+磷灰石的礦物組合的分離結晶即相當於正長岩的初始組成，並可能最終形成類似於超鉀質花崗岩的成分。因此，研究區超鉀質花崗片麻岩的高大離子親石元素（特別是Ba和Rb）、低Mg#、Cr、Ni以及FeOT+MgO等特征可歸因於正長岩岩漿的分離結晶，而非幔源成因影響。此外，片麻岩也表現出與俯衝相關的高Th/Yb-高Ta/Yb特征，指示形成過程中存在俯衝沉積物質的加入。
論文第一作者是中國科學技術大學博士研究生蘇海燕，通訊作者是中國科學技術大學楊陽博士後和劉貽燦教授。該項研究受到國家自然科學基金項目（41773020）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2021.106324

(责任编辑：賈思樂)