冀东草场中太古代TTG片麻岩的成因及其对华北克拉通早期地壳演化的意义

The Mesoarchean era (time period around 3 Ga) may represent a key transition period in Earth’s evolution and an important period for crustal growth. However, for the North China Craton (NCC), due to the lack of geological records, the character of the Mesoarchean crust and the mechanism of crustal growth and evolution are poorly understood. In 2007 we report the existence of the Mesoarchean TTG gneisses in the Caochang village, Eastern Hebei province. This finding uncovered a more complex magmatic evolution history in Eastern Hebei area and provided an ideal study object for the early evolution of the NCC. In this project, a further study on the Caochang Mesoarchean TTG gneisses will be conducted to reveal their petrogenesis and tectonic environment, and also the generation and evolution of the multistage magmatism in Eastern Hebei. Finally, on the basis of the accumulated published geochemical data, changes of the tectonic settings and crustal growth mechanisms of the magmatism from Mesoarchean to Neoarchean era will be explored, with the aim to discuss the true time of the crustal growth in the North China Craton.

中太古代可能代表着地球演化史上一个关键的转折时期和重要的地壳生长时期，但对于华北克拉通而言，受限于地质记录的缺乏，中太古代时期华北克拉通的地壳性质、地壳生长和演化的方式却知之甚少。2017年申请人及课题组成员初步报道了冀东挂兰峪草场地区存在的中太古代TTG岩体，揭示了冀东有着更为复杂的岩浆演化历史。该岩体也为研究华北克拉通早期物质组成及中太古代地壳演化提供了不可多得的理想研究对象。在前期工作的基础上，本项目拟通过对冀东地区草场中太古代岩体的进一步研究，揭示该中太古代岩体的成因和形成环境，并在此基础上深入探讨冀东地区各期次岩浆作用之间的演化规律和继承关系，结合现已积累的大量地球化学数据，深入解析冀东地区从中太古代到新太古代构造环境和地壳生长机制的演变过程，并为进一步探讨华北克拉通真正的地壳生长时代提供依据。

本项目通过对冀东草场岩体为代表的冀东早前寒武纪地体的详细研究，取得如下成果：（1）在冀东草场地区识别出至少三阶段的岩浆事件，分别发生在3.2-3.0 Ga, 2.9-2.8 Ga, ~2.5 Ga，并紧随其后在2.5Ga又叠加了一期变质事件；（2）通过对冀东遵化地区一系列闪长岩、TTG 片麻岩和角闪石岩的研究证实，传统意义上的高压型 TTG 可以由闪长岩通过中低压下角闪石和一些副矿物的分离结晶形成。部分熔融并非形成 TTG 的唯一机制，加厚（石榴石稳定相）的地壳或岩石圈也并非必要条件。（4）全球太古宙花岗岩类微量元素数据显示 Eu 异常在 3.2-3.0 Ga 突然增加，可能表明角闪石自 3.2-3.0 Ga 开始在地壳岩浆演化起到主导作用。考虑到角闪石的稳定需要比较高的水含量，这可能指示 3.2-3.0 Ga 俯冲作用主导的板块构造体制已经占据主导地位；（5）通过对曹庄碎屑锆石进行了一系列U-Pb-Hf-O研究，并通过对全球古老地体的比对提出，曹庄碎屑锆石的U-Pb年龄以及Hf-O同位素、微量元素等特征与全球古老地体存在显著不同，但与鞍山杂岩存在相似性，因此其最可能的物源区应该是鞍山杂岩或与鞍山杂岩类似的岩体；（6）综合其他岩石学和地球化学证据，提出冥古宙-始太古代（4.4-3.8Ga）的大多数锆石所具有的球粒陨石特征，反而意味着此时全球性地幔亏损已经普遍存在。