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胡俊等-GCA:幔源岩浆底侵作用在下地壳演化中的意义
2020-05-08 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  大陆下地壳的形成与演化是当今固体地球科学领域的热点问题之一。1973Fyfe最早提出玄武质岩浆的底侵作用(underplating)是太古宙大陆地壳形成的重要方式。出露于古老克拉通的麻粒岩地体被认为代表了太古宙下地壳,而被太古宙之后各个时期的幔源岩浆捕获的麻粒岩捕虏体则代表了太古宙之后的下地壳。因此,对麻粒岩捕虏体的研究成为研究大陆下地壳演化历史和机制的重要手段。前人通过对此二者的对比研究表明,它们存在一系列差别。麻粒岩捕虏体中常存在相对年轻的锆石年龄以及变化的Sr-Nd同位素组成等,被认为是代表了太古宙之后幔源岩浆底侵作用的产物。 

  华北克拉通北缘新生代汉诺坝玄武岩中存在大量深源捕虏体,同时,汉诺坝地区附近出露晚太古代怀安麻粒岩地体,为研究现今及太古宙下地壳的关系,以及幔源岩浆底侵作用在大陆下地壳演化中的作用提供了理想的研究对象。基于此,中国科学院地质与地球物理研究所的博士后胡俊与合作导师姜能研究员等,对采集自华北克拉通北缘汉诺坝玄武岩中的Al-二辉石岩捕虏体进行了详细的矿物学、岩石学、地球化学及锆石年代学及Hf-O同位素研究,并与汉诺坝地区的镁铁质麻粒岩捕虏体、晚太古代怀安麻粒岩地体以及中生代花岗质岩浆岩进行了系统的对比研究,取得以下认识: 

  (1) 汉诺坝Al-二辉石岩和各类麻粒岩中的中生代年龄锆石,绝大多数εHf(t)落在了176Lu/177Hf = 0.015-0.0222.5 Ga地壳演化线附近(图1),表明其结晶自古老下地壳在中生代时部分熔融产生的熔体。只有少数锆石的εHf(t)落在了176Lu/177Hf = 0.001的锆石演化线附近,代表了晚太古代锆石的重结晶。极少数锆石具亏损的Hf同位素组成,δ18O = 5.22‰-5.48 ‰,表明结晶自底侵的亏损地幔岩浆。然而,此类锆石应为外来锆石,与岩石成因无关。 

  (2) 进一步的详细对比显示,汉诺坝Al-二辉石岩和富辉石基性麻粒岩捕虏体具有相同的成因,均为晚太古代下地壳在中生代时部分熔融的残留体,中生代花岗质岩体代表了熔体,这合理地解释了下地壳基性捕虏体、麻粒岩地体以及中生代花岗岩之间在Sr-Nd同位素上的相似以及它们之间的成因联系(图2)。同时也表明汉诺坝Al-二辉石岩捕虏体来源于下地壳,而非前人认为的来源于地幔。 

  (3) 通过与汉诺坝地区的麻粒岩捕虏体以及地体麻粒岩的对比,我们认为WyomingSiberian克拉通的下地壳捕虏体的早古元古代锆石年龄并非如前人认为的那样代表了早古元古代的幔源岩浆底侵事件,而是记录了一期变质事件。毫无疑问,相对年轻的锆石年龄并不能代表幔源岩浆的底侵事件。之前很多依据麻粒岩捕虏体中年轻锆石年龄而认为其反映了幔源岩浆的底侵作用的认识可能需要重新评估,换言之,太古宙之后幔源岩浆底侵作用在下地壳演化中的意义可能并不如前人认为的那么重要。 

1 汉诺坝下地壳捕虏体及地体和中生代岩浆岩锆石及全岩Hf同位素图解,图中可见汉诺坝下地壳捕虏体具有三组迥异Hf同位素特征的中生代锆石

2 汉诺坝镁铁质下地壳捕虏体、麻粒岩地体及中生代花岗岩143Nd/144NdεNdvs 147Sm/144Nd图解    

  研究成果发表于国际权威学术期刊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)(原文链接 

 
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