GR：东北大学 | 首次利用B同位素揭示华北克拉通东部新太古代大洋弧的存在

学术 2025-01-09 00:00 湖北

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来源：地学之家

华北克拉通（NCC）是地球上最大、最古老的克拉通之一，由于太古代基底岩石的广泛暴露，为研究太古代构造演变提供了一个天然实验室（图1a）。近年来，学者们通过鞍山-本溪、冀东、山东等地区出露的TTG岩石，建立了太古代基底的基本格架。然而，华北克拉通新太古代基底的具体构造演化过程仍然不清楚，包括地幔柱模型、与板块构造有关的俯冲模型，以及地幔柱和俯冲之间的相互作用。

近期，东北大学地质系刘博副教授所带领的Rocking Tectonics课题组对位于华北克拉通东部的吉林南部新太古代岩石进行了全岩B同位素和主-微量元素地球化学、锆石U-Pb-Hf同位素研究（图1b）。这些岩石样品按岩性和形成时代可分为2.65~2.60 Ga TTG系列和2.54 Ga闪长岩系列。

图1 (a)华北克拉通构造单元图；(b)吉南地区地质简图

结果显示，2.65~2.60 Ga TTG系列具有中等钙碱性特征，Th/La比值相对较低（0.11~0.41），为弱过铝I型花岗岩，类似于典型的太古代中压型TTG岩石。结合正的ε_Hf(t)值（+3.73~ +7.93），认为该岩石系列可能是由大洋弧下新生玄武质地壳部分熔融形成的。而2.54 Ga闪长岩系列则呈现正的Zr、Hf、Eu异常，且Nb/Zr比值（0.013~0.028）和ε_Hf(t)值（+2.00 ~ +5.49）相对较低，表明它们可能与幔源岩浆引起的变质玄武岩地壳重熔有关。

图2 太古代地壳出露与δ¹¹B值的简化图

重要的是，白山地区TTG系列（2.65~2.60 Ga）全岩δ¹¹B值为+4.11~+15.08‰，与Izu-Bonin-Mariana洋弧和South Sandwich Island弧火山岩相似（图2和3）。这些TTG岩石的形成归因于俯冲洋板释放的富¹¹B流体和随后弧下地幔楔的交代作用，表明吉南地区发育大洋弧。与洋弧TTG系列不同，2.54 Ga闪长岩系列的全岩δ¹¹B值较轻（−4.23~−4.50 ‰），很可能是弧-陆碰撞的结果。TTG系列（2.65~2.60 Ga）和闪长岩系列（2.54 Ga）形成于不同的构造演化阶段，反映了该区从俯冲到碰撞的过渡转换阶段。综合前人的研究，NCC东部可能经历了由早期自下而上的地幔柱体系向晚期自上而下的俯冲相关体系的地球动力学转变，其特征是大洋弧和大陆边缘弧的共同演化（图3）。

图3 华北克拉通新太古代末期构造演化模型及全球已报道太古代岩石B同位素汇总

相关成果于2025年3月发表于SCI Q1期刊《Gondwana Research》（IF: 7.2）上。该项研究成果获得了国家重点研发计划（2023YFB2603602）；中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室开放-合作基金（SKLaBIG-KF-22-03）；中央高校基本科研业务费国家项目培育基金（N2201014）；中国地质调查局东北地质科技创新中心区创基金项目（QCJJ 2023 -8）联合资助。第一作者获国家留学基金委支持（202306080045）。

论文信息：Bo Liu^*（刘博）, Jingxuan Ma（马婧轩）, Pengfei Li（李鹏飞）, Yangbaihe Hong（洪阳百合）, Wei Feng（冯伟）, 2025. First boron isotopes in the southern Jilin TTG series uncover a Neoarchean oceanic arc in the eastern North China Craton. Gondwana Research 139: 243-259. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2024.11.008.

第一作者信息：刘博，北京大学构造地质学博士，二级副教授，硕士研究生导师。沈阳市拔尖人才。CSC国家公派访问学者；中国地质学会会员；中国矿物岩石地球化学学会终身会员；辽宁省地质学会青年工作委员会副秘书长；沈阳北京大学校友会副秘书长；《Journal of Earth Science》、《China Geology》、《大地构造与成矿学》、《地球科学》、《地球科学与环境学报》、《地质与资源》、《防灾减灾学报》期刊青年编辑委员会委员。“Rocking Tectonics”课题组成立于2018年，主要关注中亚造山带（CAOB）和华北克拉通（NCC），围绕新疆北部、大兴安岭和吉林白山地区开展造山带时限、增生造山过程、克拉通演化和区域成矿作用研究。欢迎热衷于上述研究方向的同学们加盟“Rocking Tectonics”！