鞍山及冀东古老地壳物质研究

Mantle-crust differentiation, formation and evolution of continental crust during the early Earth are fundamental for understanding the evolution of the Earth. Key to these scientific questions are ancient materials preserved in the crust. Within North China Craton, Anshan preserves relatively complete Archean geological records with rocks records up to 3.8 Ga; while eastern Hebei preserves detrital zircons up to ~3.8 Ga, which makes NCC an ideal place studying continental crust formation and intracrustal differentiation. Significant controversies, however, remain regarding the geological meaning recorded by these ancient crustal materials..Based upon our studies in Anshan, this project will focus on the controversies regarding banded gneisses containing ~3.8 Ga zircons, Chentaigou monzogranite and Qidashan granite. Through field investigations, mineralogical, petrological and geochemical studies, we wish to establish the tectono-thermal sequences of Archean Anshan Complex, and further discuss the petrogenesis of each sequence and their implications for the formation and intracrustal differentiation of Archean continental crust. In eastern Hebei, field investigations and comprehensive investigations of accessory minerals will clarify the source rock types, occurrence and geological significance of these ~3.8 Ga zircons. Research on ancient crustal materials of Anshan and eastern Hebei will put new constraints on the formation and evolution of Archean continental crust in North China.

地球早期演化，特别是早期壳幔分异与大陆地壳的形成与演化，一直是固体地球科学的重要研究内容。地壳古老物质是上述科学问题最直接的研究对象。华北鞍山出露较为完整的太古宙直至3.8 Ga岩石记录，冀东有≥3.8 Ga碎屑锆石记录，因而是少见的研究地球早期及太古宙大陆地壳形成与壳内分异的理想对象。但目前学术界对这些古老岩石和锆石记录的意义存在较大分歧。.本项目结合申请者前期对鞍山研究基础上，针对有争议的含3.8 Ga锆石的条带状片麻岩杂岩、陈台沟岩体以及齐大山岩体为主要研究对象，主要通过矿物学、岩石学及地球化学等手段首先厘清鞍山太古宙地壳演化期次，然后探讨各期岩石成因及其对太古宙陆壳形成与壳内分异的意义。通过野外初步查明冀东含3.8 Ga锆石的岩石类型、产出和分布并对其中古老锆石进行详细的微区地球化学研究。通过对比鞍山与冀东太古宙地质特征，为华北早期壳幔分异和地壳演化模式提供新的约束和认识。

太古宙陆壳由英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩至晚期富钾花岗质岩石是太古宙陆壳内部分异最显著特征，但其机制仍存争议。我们对鞍山太古宙杂岩进行详细研究后认为立-东-营奥长花岗岩结晶于~3.14 Ga，其侵入和包裹~3.3 Ga条带状片麻岩-混合岩杂岩；且陈台沟斑状和细粒二长花岗岩结晶于~3.14 Ga，而非~3.3 Ga。.立-东-营奥长花岗岩具有高SiO2，Al2O3，Na2O，低MgO，且Sr，Y，Yb变化范围大，REE分异程度不等，Eu异常明显(Eu/Eu* = 0.4–1.3)。岩浆锆石δ18O = 3.8–6.9‰，εHf(t) = −1.1 ± 0.7至+4.4 ± 0.9。陈台沟二长花岗岩具高SiO2, K2O，低Na2O，CaO，与奥长花岗岩相似的REE模式以及δ18O = +5.0–6.2‰和εHf(t)值，但更强烈负Eu异常。它们形成于1.0–1.5GPa, 900–950℃，由低Nb/Ta比值，同位素组成未明显分异，部分经历低温水-岩反应变质基性岩脱水熔融，而石榴石斜长角闪岩为残留相。角闪石和斜长石从奥长花岗质熔体分异是岩浆更加富钾的原因，也是该区陆壳成分演化机制。.奥长花岗岩和二长花岗岩同时侵位及两者地球化学表明变基性岩不同压力下的熔融以及斜长石、角闪石从奥长花岗质熔体结晶分异是二者共生原因，也是该区中太古代地壳形成与演化的主要机制，这提供了太古宙内部同时侵入但具有不同地球化学特征的花岗质岩石共生的一种机制。野外地质、岩石的壳源地球化学特征、球粒陨石质的Hf同位素以及原始至轻微演化的氧同位素特征，以及岩石中陆壳属性的捕虏晶表明鞍山奥长花岗岩和二长花岗岩源自大陆基性岩部分熔融，而非俯冲板片部分熔融。因此，这些岩石不支持鞍山地区在中太古代时有板块构造启动。鞍山太古宙奥长花岗岩成分变化表明中太古代时奥长花岗岩的熔融深度及熔融区间均较始太古代更大，且源岩的性质以及熔融深度发生明显变化，反映了鞍山杂岩自始太古代以来开始的不可逆的壳内分异过程。