鲁山太华杂岩的Pb同位素地球化学研究及其构造意义

The North China Craton (NCC) is one of the oldest cratons in the world. Geological records in the ancient crust of the NCC hold important clues for the composition, origin and evolution of the Precambrian crust and provide an important window to probe into the ancient lower crust. The crustal formation and tectonic evolution of the craton remain controversial due to the deviation in understanding thermo-tectonic events of the Trans-North China Orogen and relatively weak research on the Precambrian rocks of the southern NCC. In this project, we propose to carry out detailed geochemical research on representative metamorphic rocks from Lushan-Taihua Complex preserved well in southern NCC. Multiple methods will be applied on the granitoid gneisses, amphibolites and mafic granulites collected from the Lushan-Taihua Complex. Firstly, we apply in-situ micro analysis of Pb isotopes to feldspars by using fLA-MC-ICPMS technique. Secondly, geochronological studies will be conducted on the mafic granulites by zircon U-Pb geochronology, Hf and O isotope composition analysis. Combining our analyses and previous studies in this area, we discuss the initial lead isotopic compositions, time of magma extracted from mantle and metamorphism of rocks. Our work can provide new constraints on ancient crustal composition and evolution of the southern NCC.

华北克拉通作为全球最古老的克拉通之一，保存有大量的前寒武纪地体，是探究古老下地壳形成和演化的重要窗口。目前关于华北中部造山带的形成和演化的认识还存在分歧，而缺乏系统研究的中部造山带的南段是解决相关争议的重要研究对象。本项目拟选取华北南缘出露最完整、保存最好的太古代鲁山太华杂岩中几类典型的变质岩（包括花岗片麻岩、斜长角闪岩和研究程度较低的基性麻粒岩）为主要研究对象，通过飞秒激光剥蚀多接受等离子质谱（fLA-MC-ICPMS）系统地对岩石中长石进行原位微区Pb同位素组成分析测试，并开展麻粒岩的锆石U-Pb定年、O和Hf同位素组成等分析，结合前人已有工作成果，探讨太华杂岩不同类型岩石的初始Pb同位素组成、母岩浆来源及后期的变质作用过程，最终为华北克拉通南缘前寒武纪地壳的形成和演化过程提供新的约束。

出露的太古代地体的岩石学和地球化学研究是探讨地球早期大陆地壳的形成和演化的重要途径。华北南缘鲁山地区太华群高级变质地体作为华北克拉通出露最完整、保存最好的太古代地体之一，为探讨华北南缘太古代地壳的形成及其演化过程提供了最好的现实样品。因此本项目选取华北南缘鲁山太华群中花岗片麻岩、斜长角闪岩以及新发现的麻粒岩为研究对象，以详细的岩石学和地球化学分析为基础，采用飞秒激光剥蚀多接受等离子质谱（fLA–MC–ICPMS）对太华群高级岩石中的长石进行了原位微区Pb同位素组成的测定，结合年代学研究，讨论了不同岩石类型的形成时代、成因及演化过程。结果显示不同类型的岩石具有不同的Pb同位素组成，其中下太华群花岗片麻岩的Pb同位素组成最低（206Pb/204Pb = 13.8~16.8、207Pb/204Pb = 14.6~15.1和208Pb/204Pb = 33.9~36.6），其长石中Pb的单阶段演化模式年龄暗示其原岩从地幔中分异时间为2.74 ± 0.33 Ga，与锆石U–Pb获得的2.80~2.90 Ga年龄接近，代表花岗片麻岩的形成年龄。因此，下太华群花岗片麻岩纪录了华北克拉通南缘太古代一期地壳生长事件。已透镜状产出的斜长角闪岩和石榴子石麻粒岩明显比花岗片麻岩的Pb同位素高，它们的Pb单阶段演化模式年龄分别为3.42 ± 0.18 Ga和3.29 ± 0.31 Ga，代表了其原岩从地幔中分异出来的年龄，结合锆石U–Pb年龄（2.78~2.82 Ga），认为古太古代的基性岩浆在晚中太古–早新太古形成古老地壳的基性部分。而麻粒岩岩墙（不论是否含有石榴子石）中的长石Pb同位素数据较为一致的投于2.62 ± 0.30 Ga的207Pb–206Pb年龄，这一年龄也与锆石U–Pb定年结果（~2.52 Ga）相近，表明在新太古代晚期麻粒岩岩墙的原岩母岩浆从地幔分异并侵位。几乎所有样品都记录了1.88~2.02 Ga的变质事件，结合华北南缘的构造背景表明整个地体1.88~2.02 Ga向下俯冲发生峰期变质（高达麻粒岩相）。此外，长石的增生边和后成合晶比早期形成的长石斑晶核部相对更富K贫Ca、高放射成因的Pb同位素，这种同一样品不同生长期次长石和同一长石颗粒的不同长石微区的不均一性暗示了岩石峰期变质后又遭受退变质作用，且有富钾且高μ的外来熔流体加入。