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胡俊等-GCA:幔源巖漿底侵作用在下地殼演化中的意義
2020-05-08 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  大陸下地殼的形成與演化是當今固體地球科學領域的熱點問題之一。1973Fyfe最早提出玄武質巖漿的底侵作用(underplating)是太古宙大陸地殼形成的重要方式。出露于古老克拉通的麻粒巖地體被認為代表了太古宙下地殼,而被太古宙之后各個時期的幔源巖漿捕獲的麻粒巖捕虜體則代表了太古宙之后的下地殼。因此,對麻粒巖捕虜體的研究成為研究大陸下地殼演化歷史和機制的重要手段。前人通過對此二者的對比研究表明,它們存在一系列差別。麻粒巖捕虜體中常存在相對年輕的鋯石年齡以及變化的Sr-Nd同位素組成等,被認為是代表了太古宙之后幔源巖漿底侵作用的產物。 

  華北克拉通北緣新生代漢諾壩玄武巖中存在大量深源捕虜體,同時,漢諾壩地區附近出露晚太古代懷安麻粒巖地體,為研究現今及太古宙下地殼的關系,以及幔源巖漿底侵作用在大陸下地殼演化中的作用提供了理想的研究對象。基于此,中國科學院地質與地球物理研究所的博士后胡俊與合作導師姜能研究員等,對采集自華北克拉通北緣漢諾壩玄武巖中的Al-二輝石巖捕虜體進行了詳細的礦物學、巖石學、地球化學及鋯石年代學及Hf-O同位素研究,并與漢諾壩地區的鎂鐵質麻粒巖捕虜體、晚太古代懷安麻粒巖地體以及中生代花崗質巖漿巖進行了系統的對比研究,取得以下認識: 

  (1) 漢諾壩Al-二輝石巖和各類麻粒巖中的中生代年齡鋯石,絕大多數εHf(t)落在了176Lu/177Hf = 0.015-0.0222.5 Ga地殼演化線附近(圖1),表明其結晶自古老下地殼在中生代時部分熔融產生的熔體。只有少數鋯石的εHf(t)落在了176Lu/177Hf = 0.001的鋯石演化線附近,代表了晚太古代鋯石的重結晶。極少數鋯石具虧損的Hf同位素組成,δ18O = 5.22‰-5.48 ‰,表明結晶自底侵的虧損地幔巖漿。然而,此類鋯石應為外來鋯石,與巖石成因無關。 

  (2) 進一步的詳細對比顯示,漢諾壩Al-二輝石巖和富輝石基性麻粒巖捕虜體具有相同的成因,均為晚太古代下地殼在中生代時部分熔融的殘留體,中生代花崗質巖體代表了熔體,這合理地解釋了下地殼基性捕虜體、麻粒巖地體以及中生代花崗巖之間在Sr-Nd同位素上的相似以及它們之間的成因聯系(圖2)。同時也表明漢諾壩Al-二輝石巖捕虜體來源于下地殼,而非前人認為的來源于地幔。 

  (3) 通過與漢諾壩地區的麻粒巖捕虜體以及地體麻粒巖的對比,我們認為WyomingSiberian克拉通的下地殼捕虜體的早古元古代鋯石年齡并非如前人認為的那樣代表了早古元古代的幔源巖漿底侵事件,而是記錄了一期變質事件。毫無疑問,相對年輕的鋯石年齡并不能代表幔源巖漿的底侵事件。之前很多依據麻粒巖捕虜體中年輕鋯石年齡而認為其反映了幔源巖漿的底侵作用的認識可能需要重新評估,換言之,太古宙之后幔源巖漿底侵作用在下地殼演化中的意義可能并不如前人認為的那么重要。 

1 漢諾壩下地殼捕虜體及地體和中生代巖漿巖鋯石及全巖Hf同位素圖解,圖中可見漢諾壩下地殼捕虜體具有三組迥異Hf同位素特征的中生代鋯石

2 漢諾壩鎂鐵質下地殼捕虜體、麻粒巖地體及中生代花崗巖143Nd/144NdεNdvs 147Sm/144Nd圖解    

  研究成果發表于國際權威學術期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。(Hu J, Jiang N*, Guo J H, Fan W B and Liu D Q. The role of basaltic underplating in the evolution of the lower continental crust[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2020, 275: 19-35. DOI: 10.1016/j.gca.2020.02.002)(原文鏈接 

 
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