论文部分内容阅读
地球早期历史与太古宙大陆地壳的形成与演化是地质学研究的基础与前沿方向，而古老岩石及矿物是研究相关科学问题最直接的样品。然而，地球早期样品的稀少性制约了人们对地球早期历史的认识。鞍山地区是中国最早也是目前唯一报道有3.8 Ga岩石出露的区域，并且存在从3.8 Ga直至2.5 Ga连续太古宙地质记录，全球罕见，因而是研究地球早期历史与太古宙大陆地壳形成与演化理想的天然实验室。然而太古宙岩石中锆石的复杂多期性使其地质解释存在巨大争议，这直接影响制约着人们对地球早期历史和陆壳演化的认识。本论文选择太古宙鞍山杂岩为研究对象，与吉林大学合作，对研究区进行详细的野外地质填图和样品采集，并进行岩石学、地球化学和锆石微区原位同位素研究，结合前人相关研究，取得如下认识: 首先，新发现锅底山北部～3.8 Ga奥长花岗岩露头。该岩石呈包体状位于～3.30-3.36 Ga条带状片麻岩-混合岩杂岩中，而后者被～3.14 Ga块状奥长花岗岩侵入。该露头各岩性野外关系明确，为鞍山地区太古宙各期次岩石间的野外关系提供了参考“标杆”。参考该露头的野外关系，我们对前人报道的～3.8 Ga岩石进行了重新认识，认为东山变石英闪长岩及深沟寺奥长花岗岩均为～3.8 Ga岩石，而仙语亭条带状片麻岩为新识别出来的～3.3 Ga条带状片麻岩杂岩组成部分，而非3.8 Ga岩石。 其次，研究区最古老岩石中谐和～3.8 Ga锆石能保存其原生Hf-O同位素特征，其εHf(t）=-1.6～6.2，而δ18O=5.3～7.2‰，表明其源于Hf同位素不均匀的基性岩的部分熔融，并且形成时没有大量的低温表壳物质加入。部分锆石具有强烈亏损的Hf同位素组成，明显高于推测的同时代亏损地幔值，表明最晚在3.8 Ga时地幔已存在强烈的分异。 第三，鞍山地区～3.8 Ga岩石可能形成于不同的P-T条件，表明～3.8 Ga时不同深度的地壳发生了熔融，并且锅底山奥长花岗岩和东山变石英闪长岩有来自亏损地幔物质的贡献。～3.8 Ga岩石地球化学特征表明，其源区在主量及微量元素组成上并不均一。 第四，结合详细的野外地质调查以及本次研究和前人资料，将研究区出露的～3.30-3.36 Ga岩石厘定为条带状片麻岩-混合岩杂岩，主要包括奥长花岗质浅色体、黑云片岩、条带状片麻岩，部分地区有黑云母透闪岩，斜长角闪岩等，该认识与已有资料且与岩石野外产状相符。 第五，野外地质产状与室内定年研究表明，陈台沟斑状及细粒二长花岗岩同时形成且与立山-东山-营城子奥长花岗岩同时形成于～3.14 Ga，而非～3.3 Ga。岩相学、地球化学、全岩及锆石同位素特征表明，陈台沟二长花岗岩可能为奥长花岗岩经少量斜长石结晶分异而成;结合前人相关实验岩石学成果，立-东-营奥长花岗岩形成温压可能在13-15 kbar，1000-1100℃左右，且熔体中可能有相当的水含量(～6-10％)。它们具有近似球粒陨石质的Hf-Nd同位素组成，表明其最终来自未明显分异的源区。～3.0 Ga铁架山花岗岩地球化学及锆石微区同位素特征表明，其为中酸性地壳部分熔融产物，结合区域岩石类型和前人相关研究，我们认为该岩体最有可能为～3.14 Ga立山-东山-营城子奥长花岗岩和/或陈台沟二长花岗岩部分熔融产物，且受到同位素富集特征的古老陆壳的混染，反映了中太古代大陆地壳内部的分异。 第六，对比鞍山～3.8 Ga锆石Hf同位素数据与世界范围内太古代岩浆锆石与碎屑锆石特征，可知要么该超亏损地幔可能为普遍特征但随后被均一化，或者该特征为区域性特征，这表明始太古代的地幔同位素组成的强烈不均一性。但晚期岩石及锆石并且发现有该亏损源区的特征，这表明该亏损源区可能被均一化或未参与晚期岩浆作用的形成。