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《Science Advances》报道葛荣峰、朱文斌等发现的37亿年古老岩石

发布时间:2018-05-21 浏览次数:14

板块构造是何时启动的?大陆地壳是如何形成的?这是地球科学领域两个密切相关的基本科学问题,也是目前争议很大的国际热点问题。始太古代(3.6 – 4.0 Ga)(“Ga”代表“十亿年前”)TTG(英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩)是目前已知最古老大陆地壳的最主要组分,其岩石成因是理解大陆地壳的起源与板块构造的启动等问题的关键。始太古代TTG在地质记录中极为稀少,目前全球范围内仅在大约10个片麻杂岩中有所发现,如格陵兰的Itsaq杂岩(3.65 – 3.85 Ga)、加拿大的Acasta杂岩(3.6 – 4.03 Ga)和华北鞍山杂岩(~3.8 Ga),这些古老岩石大多遭受了多期变质变形和混合岩化,记录了复杂的锆石年龄组成和混合的全岩成分,为地球化学和同位素研究带来了困难。

南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的葛荣峰副教授、朱文斌教授等近年来在塔里木克拉通东南缘的阿克塔什塔格地区开展了大量的野外和室内工作,在该区首次发现了始太古代的片麻岩(称为“阿克塔什片麻杂岩”)。详细的野外观察和大比例尺填图表明,这些古老岩石(图1A)以规模不等的构造透镜体形式产出于~2.0 Ga的片麻岩中,规模最大的达150m*10m,并被~1.9 Ga的火成碳酸岩和~1.8 Ga的花岗岩脉和基性岩墙侵入。SHRIMPLA-ICPMS锆石原位U-Pb定年表明,阿克塔什片麻岩杂岩的原岩结晶年龄达3713 ± 8 Ma),并经历了~3.56 Ga~2.00 Ga两期变质作用(图1B),其中后者达到麻粒岩相变质,并伴随混合岩化作用。但幸运的是,在局部弱应变带内发现了不含明显浅色体的样品(图1A),其中未记录除~3.7 Ga之外其他年龄的岩浆成因锆石,说明样品的全岩成分未受明显的改造。

1. A:阿克塔什片麻杂岩野外照片;B:阿克塔什片麻岩锆石U-Pb年龄

地球化学研究显示,阿克塔什片麻岩杂岩的原岩是英云闪长岩,且具有高压型TTG的地球化学特征,不同于ItsaqAcasta和鞍山地区的始太古代中、低压型TTG。因此,阿克塔什片麻岩杂可能是目前已知全球最古老的高压型TTG。进一步的地球化学和热力学模拟结果表明,阿克塔什片麻岩的母岩浆可能来源于具有岛弧特征(富集大离子亲石元素)的太古宙玄武岩在1.8 – 1.9 GPa800 – 830 ℃下由外来流体加入导致的部分熔融,表明熔融时的视地温梯度(apparent geothermal gradient)为400 – 450℃GPa-1,与典型的“热俯冲带”一致;而ItsaqAcasta和鞍山地区的始太古代TTG的源区熔融压力仅为1.0–1.5 GPa,对应于正常或加厚的下地壳(图2)。此外,阿克塔什片麻岩的个别样品还记录了高Mg#NiCr等特征,这通常被认为是熔体与橄榄岩相互作用的结果。这在太古宙早期TTG中是十分罕见的,说明熔融发生在地幔楔之下,与现代俯冲带结构类似,不同于太古宙“平板俯冲”模型。研究据此提出,阿克塔什片麻岩杂岩的原岩可能是一个原始岛弧在岛弧拼贴或碰撞过程中被俯冲至地幔深度发生含水熔融并与地幔橄榄岩相互作用的结果。这一模型意味着,早在约37亿年前,地球至少局部已存在具有现代特征的板块俯冲和岛弧拼贴构造,比近年来许多学者提出的3.0 – 3.2 Ga的板块构造启动时间要早至少500个百万年。

2 热力学-地球化学模拟结果

阿克塔什片麻岩杂岩是除鞍山地区的~3.8 Ga片麻岩之外的中国最古老岩石,其发现具有重要的地质意义,说明塔里木克拉通是全球最古老的陆块之一,也为研究地球早期的壳幔分异和动力学提供了新的窗口。这一结果于2018214日在Science子刊Science Advances发表。研究受到国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接:http://advances.sciencemag.org/content/4/2/eaao3159.abstract