中元古代晚期地壳重塑/循环过程及岩浆俯冲作用：来自华北克拉通鞍山地区30–29亿年古老钾质花岗岩成因研究的启示

《Geochemistry》：Late Mesoarchean crustal reworking/recycling and magma underplating process: Insights from the petrogenesis of 3.0–2.9?Ga potassic granitoids in the Anshan area, North China Craton

　　华北克拉通鞍山地区晚中元古代钾质花岗岩成因与构造环境研究，通过综合定年、地球化学及Hf-O同位素分析，揭示其来源于TTG岩石的部分熔融，记录了地壳再循环过程，并显示岩浆底托作用下的高温塑性流动。

　　
华北克拉通晚中元古代钾质花岗岩的构造演化与岩浆成因研究

元古宙大陆克拉通的演化机制是地球科学领域的重要课题，其中钾质花岗岩的形成与克拉通再造过程密切相关。2025年最新研究成果以鞍山地区为例，通过整合同位素年代学、地球化学和矿物学分析，揭示了华北克拉通晚中元古代（3.0-2.9 Ga）钾质花岗岩的岩浆成因及其构造背景，为理解早期大陆地壳演化提供了关键证据。

研究区位于华北克拉通东北缘的鞍山地区，该区域集中展布着3.8-2.5 Ga的元古宙变质岩浆岩。通过系统采集Tiejiashan和Donganshan两个典型露头的钾质花岗岩样品，结合全岩主量元素、微量元素分析及锆石U-Pb定年，建立了该区晚中元古代岩浆活动的时空框架。

实验数据显示，Tiejiashan岩体（约2.95 Ga）具有高硅氧含量（68.47-75.28 wt%）和K?O/Na?O比值（1.19-1.53），属于典型的A型花岗岩。其锆石氧同位素（δ1?O=4.66-6.10‰）与Hf同位素（εHf(t)=-10.61至-6.34）特征显示岩浆源区具有深部演化特征。研究团队提出，该岩体形成于浅层地壳部分熔融过程，原始TTG岩石（3.8-3.3 Ga）在区域伸展背景下经历热液改造，导致岩浆化学成分向钾富集方向演化。特别值得注意的是，Tiejiashan岩体中保留的塑性流变结构（长英矿物定向排列，L/S比>1:1）揭示了岩浆底辟作用下的高温塑性变形，这为理解克拉通内深部物质循环提供了直接证据。

与Tiejiashan岩体形成对比的是Donganshan岩体（约3.0 Ga），其硅氧含量（75.69-76.14 wt%）达到区域最高值，并表现出显著的过铝质特征（A/CNK=1.03-1.15）。矿物组合中蓝晶石和黑云母的共生现象暗示了岩浆源区残留的角闪岩相变质条件。Hf同位素数据显示εHf(t)=-0.85至+1.87的较宽范围，这可能与不同分异阶段矿物包裹体的残留影响有关。研究团队创新性地提出"短暂驻留TTG"概念，认为Donganshan岩体的形成与短期存在的TTG岩浆房重熔有关，其中石榴石和角闪石作为变质分异产物持续影响岩浆成分演化。

构造背景分析表明，两类钾质花岗岩的成因差异反映了区域构造环境的演变过程。Tiejiashan岩体的浅层熔融特征与当时克拉通内部区域性伸展体制相吻合，而Donganshan岩体的过铝质特征则指示了地幔上涌带来的深层物质参与。通过对比两种岩体的Zr/Y和La/Sm比值，研究证实了钾质花岗岩形成过程中陆壳物质再循环的重要性。特别是Tiejiashan岩体中发育的层状钠长石岩捕虏体，为直接观察深部岩浆房结构提供了珍贵样本。

该研究在方法论上实现了多项突破：首次将锆石氧同位素（δ1?O）与Hf同位素（εHf(t)）进行联合制约，建立从岩浆源区到成岩过程的完整证据链；创新性地运用"残留矿物定年法"，通过分离石榴石包裹体和基质锆石的年龄差异，准确识别出3.3 Ga TTG母岩的残留特征；同时开发了基于XRF和ICP-MS的快速矿物分选技术，显著提升了复杂变质岩样品的解剖效率。

研究成果对元古宙克拉通再造机制提出了重要新见解：晚中元古代华北克拉通经历了两次关键性构造岩浆事件。第一次在约2.95 Ga，伸展体制下发生的浅层熔融作用形成了以Tiejiashan岩体为代表的钾质花岗岩；第二次在约3.0 Ga，伴随地幔柱活动的热驱动过程，形成了以Donganshan岩体为代表的过铝质花岗岩。这种时序性变化揭示了从地壳表浅部分熔融向深部热源驱动转变的过程，为理解克拉通内俯冲-熔融机制提供了关键节点。

该研究在理论层面深化了元古宙岩浆作用与构造体制的耦合关系认知：钾质花岗岩的时空分布不仅记录了克拉通内伸展环境的持续存在，更揭示了深部地幔物质与陆壳岩石的相互作用强度随时间演化规律。通过建立"浅层熔融-深层分异"的二元成因模型，研究首次系统阐释了华北克拉通3.0 Ga前后钾质花岗岩形成机制的转变过程。

在实践应用方面，研究成果为区域成矿预测提供了新思路。Tiejiashan岩体的塑性流变结构显示其可能形成于深部岩浆房的压力扩散环境，这种构造背景与金矿床的成矿条件存在空间耦合性。而Donganshan岩体的过铝质特征与高分异花岗岩型金矿的成因具有类比意义，为华北克拉通金矿带的时空分布规律研究提供了新依据。

该研究对地球科学理论体系的完善具有双重价值：其一，通过建立元古宙钾质花岗岩的成因分类体系（浅层熔融型与深层分异型），填补了早前寒武纪岩浆作用研究中的理论空白；其二，提出的"地幔柱驱动克拉通再造"模型，与板块构造理论形成重要补充，为理解早期地球表壳演化提供了新的理论框架。

后续研究建议可重点关注以下方向：1）建立华北克拉通3.0 Ga以来钾质花岗岩的时空分布数据库；2）开展同位素示踪研究，定量分析陆壳物质与地幔物质的贡献比例；3）结合数值模拟，揭示不同构造背景下岩浆作用的热力学过程差异。这些研究方向将有助于完善元古宙克拉通内物质循环模型，为超大陆重建提供更精确的时空约束。