锆石、独居石和金红石微量元素和同位素研究与华北古元古代超高温变质事件的P-T-t演化重建

Ultrahigh-temperature (UHT) metamorphism is one of the international hot issues, of which the most important problem is the geologic and tectonic mechanism that can produce high heat environment, and the key study point is to retrieve its thermal evolution process. Several UHT granulites have been recognized in the Khondalite Belt of the North China Craton recently, but show different metamorphic PT conditions, P-T paths and ages, which have hindered further understanding of the Paleoproterozoic UHT metamorphism in the North China Craton. One significant reason is that PT conditions are usually yielded according to the rock-forming minerals, whereas metamorphic age is relying on U-Th-Pb system of the accessory minerals. Thus, it lacks effective combination of the petrology and in-situ micro probe analysis. This project will carry on elaborate geochronology and trace element geochemistry study on the typical UHT granulites in the Khondalite Belt to address the above problem. Firstly, it will do the U-Th-Pb dating on the zircons and monazites both in the thin sections and selected from the cracked rocks, and explain the data accurately with the evidences from CL/BSE imaging, trace element characteristic and types of inclusions of the two accessory minerals and so on. Secondly, this project will analyze trace elements contents and U-Th-Pb isotopes of the coexisting rutiles and zircons in the thin sections, so as to check if the two trace element thermometers fit each other and the U-Th-Pb systems yield the same ages. Finally, the project will retrieve the thermal evolution history of the UHT metamorphism in the Khondalite Belt.

超高温变质作用是国际研究热点之一，其核心科学问题是产生高热环境的地质和构造机制，研究的关键是热演化过程的精细刻画。近年来，华北克拉通孔兹岩带中发现了多处超高温麻粒岩，但是已有研究给出的变质温压条件、P-T轨迹和变质时代都存在差异，影响了对华北古元古代超高温事件的深入理解。一个重要原因是，温压条件的估算主要基于造岩矿物，而变质时代的确定主要依据副矿物的U-Th-Pb定年,没有实现岩石学意义上的微区原位结合。针对该问题，本项目拟选择孔兹岩带中典型超高温麻粒岩，进行精细年代学和微量元素地球化学研究。首先拟对薄片原位的锆石和独居石及岩石破碎挑出的颗粒进行U-Th-Pb定年，结合其CL/BSE图像、微量元素特征和包裹体种类等多方面证据，准确解释年龄数据。其次拟对薄片中共生的金红石和锆石进行分析，检验其微量元素温度计的一致性和U-Th-Pb体系封闭的统一性。最终精细刻画该带超高温变质作用热演化。

华北克拉通孔兹岩带中已报道的超高温麻粒岩已有多处，但变质温压条件、P–T轨迹和变质时代却不尽相同，因而对该带超高温变质作用的期次、时代和成因仍有争议。本项目对大青山地体两处含假蓝宝石变质岩进行精细的视剖面图刻画和锆石、独居石年代学研究以期回答上述问题，其中沙尔沁地区的含假蓝宝石麻粒岩为我们首次发现。.沙尔沁地区的岩石共保存了四期矿物组合，以假蓝宝石+斜长石后成合晶（S2）取代残余的夕线石（可能是蓝晶石假晶，S1），假蓝宝石后被堇青石或纤维状夕线石取代（S3–S4）为特征。各期次的斜长石表现为不同的Ca含量。热力学视剖面图模拟揭示出一个顺时针的P–T轨迹，即一个先升温，再近等温减压，最后近等压冷却的热演化历史。峰期温压条件为860–890 ºC和7.5–8.5 kbar。在近900 ºC的条件下，多期次矿物组合和成分环带得以保存，暗示着该岩石可能经历了一个快速的地质过程。锆石和独居石年代学限定变质时代为ca. 1.86 Ga。对此最合理的解释是大青山地体当时处于伸展的构造背景，地幔基性岩浆底侵为上覆地壳提供了热源。进变质升温阶段的识别是研究的亮点。.东坡地区的含假蓝宝石麻粒岩为熔融残留体。我们的研究揭示出东坡麻粒岩共经历了四个阶段的变质作用，很可能是两期变质事件的叠加。第一期变质作用（M1）以富集Ca的石榴石核部为特征，偶尔残留石英包体，视剖面图模拟限定温压条件为840–920 °C和8.8–10.0 kbar。锆石和独居石年代学限定其最小变质时代为ca. 1.92 Ga，在区域上与集宁地区的超高温变质作用可对比；第二期变质作用（M2）以假蓝宝石+斜长石后成合晶和假蓝宝石冠状体为特征，与沙尔沁的岩石学特征类似，锆石和独居石年代学结果也类似，虽然温度条件明显偏高为910–1020 °C（压力为7.3–9.0 kbar）。.我们的研究揭示出孔兹岩带两期的超高温变质作用，时代分别为≥1.92 Ga和ca.1.86 Ga，可能都与幔源基性岩浆活动有关。其中第二期解释为造山后伸展阶段的产物，而第一期的成因有待进一步的研究工作。