华北中部吕梁地区新太古代构造-岩浆作用与地壳演化

The North China Craton suffered a strong tectonothermal event in late Neoarchean, with the crystalline basement dominantly composed of ca. 2.6-2.5 Ga granitoid gneisses and metamorphosed volcano-sedimentary sequences. However, controversial issues have long existed on the geodynamic setting of this event. In this project a systematic petrology, isotopic geochronology and geochemistry study will be carried out on a suit of Neoarchean rocks in the Lüliang Complex. These Neoarchean rocks are mainly composed of amphibolites and felsic gneisses interbeded with minor mica schists, which all experienced ductile deformation. Detailed in-situ zircon U-Pb dating and Hf-O isotopic analysis, whole rock Sm-Nd isotopic analysis and major and trace element analysis will be combined, to elucidate the protolith and rock association, to investigate the evolution and source properties of the magma, to estimate the Archean crustal evolution, and to discuss the tectonic setting. This study will provide important constraints on the tectonic significance of the 2.6-2.5 Ga tectonothermal event of the North China Craton.

华北克拉通在新太古代末经历了一次强烈的构造-热事件，使其前寒武纪基底广泛出露~2.6-2.5 Ga的花岗片麻岩以及变质的火山-沉积岩序列，然而对此构造-热事件发生的地球动力学背景目前仍存在大量争议。本研究拟对吕梁地区东北部出露的一套新太古代岩石序列进行系统的岩石学、同位素年代学和地球化学研究。该岩石序列在野外表现为斜长角闪岩与长英质片麻岩互层，夹少量云母片岩，岩石均发生韧性变形。本研究将在详细野外观测的基础上，通过SIMS锆石U-Pb定年，Hf-O同位素分析，全岩主、微量元素以及Sm-Nd同位素分析，厘清原岩类型与岩石组合，分析岩浆的演化过程与岩石成因，并探讨吕梁地区新太古代地壳增长与演化特征，以及大地构造背景。本研究将为揭示华北克拉通新太古代构造演化特征以及~2.6-2.5 Ga构造热事件的动力学机制提供重要的补充和约束。

华北克拉通在2.8-2.7Ga和2.6-2.5Ga经历了两次构造-热事件，而对于两次事件的属性与关系一直存在争议。本项目以吕梁东北部的云中山杂岩为研究对象，对其中的镁铁质与长英质火山岩、TTG片麻岩以及富钾花岗岩进行了系统的岩石学、年代学与地球化学研究。结果表明，镁铁质与长英质火山岩分别形成于~2535-2486Ma与~2562-2508Ma，TTG片麻岩与富钾花岗岩则分别形成于~2537-2504Ma与~2532-2508Ma。镁铁质火山岩具有不同程度低的Nb/U比值（2.7-32.2）和稳定低的Ce/Pb比值（1.3-11.1），显著低于OIB和MORB比值；在原始地幔标准化图解上，具有显著的Pb正异常和Nb-Ta-Ti负异常，说明地幔源区受到了俯冲地壳流体的交代，其中安山岩源区相对于玄武岩源区具有更多沉积物熔体的加入。锆石Lu-Hf与全岩Sm-Nd同位素组成表明，三类长英质火成岩均来自2.8-2.7Ga新地壳的部分熔融。长英质火山岩可分为高Si与低Si两种类型。低Si长英质火山岩含有大量2.8-2.7Ga的残留锆石，来源于~2.72Ga TTG在~730-750℃的部分熔融；高Si长英质火山岩则来源于~2.72Ga TTG岩浆提取之后镁铁质残留体在~15kbar压力下的部分熔融。TTG片麻岩形成于2.8-2.7 Ga石榴石角闪岩在~10-15kbar下的部分熔融，源区残留不等量石榴石、角闪石和斜长石。富钾花岗岩形成于2.8-2.7 Ga中-高钾镁铁质岩石在＜10-12kbar压力下的部分熔融，源区残留大量斜长石。长英质火山岩与TTG片麻岩的源区为太古宙低钾岛弧玄武岩，而富钾花岗岩的源区则为中-高钾岛弧玄武岩，与现代岛弧玄武岩类似。华北克拉通新太古代两期构造-热事件均与俯冲有关，其在2.8-2.7Ga主要表现为围绕各古老陆核发育的洋内弧，在~2.7Ga发生了弧镁铁质地壳成分由富钠向富钾的转变，可能与岛弧向古老大陆边缘拼贴所导致的俯冲带陆源沉积物增多有关。到了2.6-2.5Ga，在新形成的大陆边缘同时有新地壳的增长和古老岛弧地壳再造，产生了2.56-2.50Ga的镁铁质与长英质火成岩。本项目建立的新太古代构造演化模型为探讨两期新太古代构造热事件的属性提供了新的依据与思路。