冀东太古宙富铁苦橄岩年代学和成因研究

Ferropicrites are a rare iron-rich variety of highly magnesian igneous rocks, and their formation is typically associated with mantle plume activities; but the mantle source characteristics, melting conditions and iron-enrichment mechanisms of ferropicrites remain poorly constrained. This project will focus on the newly discovered Archean ferropicrites in Eastern Hebei, the North China Craton. Through comprehensive investigations of field mapping, petrology, isotope geochronology and geochemistry, this project will unveil rock assemblages, spatial distribution, formation ages and compositional features of the Archean ferropicrites and related lithologies in Eastern Hebei, and reveal their mantle source characteristics and formation mechanisms. By comparison with other Archean mantle-derived igneous rocks worldwide, this project will provide further constraints on the compositional characteristics and thermal state of Archean mantle. Not only can this project contribute to the study of ferropicrite petrogenesis, but also play an important role in understanding Archean mantle plume activities and mantle heterogeneity.

富铁苦橄岩是一类罕见的富铁高镁岩浆岩，其形成通常与地幔柱活动有关，但其地幔源区性质、熔融条件和富铁机制尚没有得到准确限定。本立项拟以华北克拉通冀东地区新发现的太古宙富铁苦橄岩为研究对象，基于详细的野外填图，并利用岩石学、同位素年代学、岩石地球化学等研究手段，查明冀东太古宙富铁苦橄岩及相关岩性的岩石组合、空间分布、形成时代、成分特征，确定其地幔源区特征和形成机制；并与全球太古宙地幔来源岩浆岩进行对比，对太古宙地幔的成分特征和热状态进行进一步约束。本立项不仅有助于确定富铁苦橄岩这一特殊岩石类型的成因，而且对于揭示太古宙地幔柱活动及地幔的成分不均一性具有重要意义。

富铁苦橄岩是一类特殊的富铁高镁岩浆岩，在地质历史中产出极为稀少，其形成与地幔柱活动有关，能反应地球深部地幔的物理化学状态。本项目研究了华北克拉通冀东地区新发现的太古宙富铁苦橄岩，通过野外工作厘定其空间分布，利用同位素地质年代学确定其形成时代，应用岩石和矿物化学限定其源区特点和熔融条件；并总结了全球富铁苦橄岩的分布及岩石学和地球化学特征。基于以上工作，本项目对冀东太古宙富铁苦橄岩获得的以下主要科学认识：（1）富铁苦橄岩在冀东太古宙表壳岩中极为稀少，目前仅在三屯营地区的龙湾铁矿发现；（2）冀东富铁苦橄岩的形成年龄应为古太古代（3.45 Ga），在形成之后了经历了至少三期的构造热事件（3.23 Ga、2.9 Ga和2.4 Ga）；（3）冀东古太古代富铁苦橄岩来源于一个高度富集铁和不相容元素的深部地幔源区，与地球早期原始或亏损的深部地幔截然不同，表明地球深部地幔中的成分不均一性在古太古代已经出现。此外，本项目对研究区中的前寒武纪花岗质岩浆作用、新太古代超高压变质作用和晚三叠世镁铁质岩浆作用进行了研究，探讨华北克拉通从克拉通化到岩石圈减薄过程中的岩浆-变质响应。本项目在执行期间共发表7篇SCI论文，并有2篇SCI论文接收并在线发表，其中包括发表于Earth and Planetary Science Letters、Precambrian Research和《岩石学报》的4篇本项目第一标注论文；并通过1次国内会议口头报告及1次特邀报告介绍本项目研究进展。在本项目支持下，有一名硕士研究生正在进行相关的研究工作。