发布时间：2020-08-06 浏览次数：109
大陆的起源与演化是现代地球科学研究的前沿和热点之一，目前仍存在许多亟待解决的关键科学问题，例如，地球早期是否存在大规模的大陆地壳及与之对应的亏损地幔，这对建立大陆地壳生长模式、理解地球早期的壳幔演化与动力体制乃至地表环境和生命起源均具有重要意义。始太古代（3.6 – 4.0 Ga）古老岩石是目前已知的最古老大陆地壳的直接记录，其岩浆源区和形成过程的同位素示踪是约束地球早期壳幔分异程度的关键，但这些古老岩石的研究存在两大难点，一是地质记录十分稀少，目前全球范围内仅发现于10个始太古代片麻杂岩中，二是多期变质变形和混合岩化的改造，导致全岩地球化学成分可能不代表原始岩浆成分。
内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室葛荣峰副教授、朱文斌教授等，与澳大利亚科廷大学Simon Wilde教授和西澳大学Tony Kemp教授等合作，对近年来在塔里木克拉通南缘发现的始太古代（~3.7 Ga）阿克塔什片麻杂岩进行了锆石原位Lu-Hf、O-OH及全岩Sr-Nd-Hf-Pb同位素研究，结合多种同位素和元素地球化学特征，分析并排除了后期扰动的影响，获得了可靠的初始岩浆成分，为地球早期大陆起源和壳幔演化提供了重要约束。
首先，研究通过进一步的离子探针锆石U-Pb定年，获得了阿克塔什片麻杂岩的更为精确的原岩结晶年龄（3722+/-4 Ma，95%置信度）和两期变质事件的年龄（~3.56 Ga和~2.0 Ga）。同位素数据显示，大多数样品的全岩Sr-Nd-Hf-Pb同位素体系已全部被扰动，仅在个别样品中部分保留了初始岩浆成分，其εNd和εHf均接近球粒陨石值（0~-1），这与大多数样品的锆石原位Hf同位素成分一致（εHf加权平均值为-0.2~-1.8），说明其源区为来源于球粒陨石质地幔的新生基性岩，表明地球早期可能并不存在大规模亏损地幔和大陆地壳，或者早期地壳已快速再循环至地幔并与之完全均一化。研究还发现，阿克塔什片麻杂岩中的部分样品具有与著名的格林兰始太古代片麻岩一致的Nd-Hf同位素解耦现象（图1），这一现象的解释已困扰学术界三十多年，本研究清楚地显示，这可能只是Nd和Hf同位素体系通过不同方式被不同程度地扰动或重置的结果。研究进一步对全球所有始太古代岩石的锆石原位Hf同位素数据进行了梳理和总结，并剔除了其中εHf不均一（p<0.05）的样品，结果支持上述结论。此外，本研究首次对始太古代岩石进行了详细的锆石OH-O同位素组成研究。OH是锆石中H2O含量的指标，可用来示踪后期流体对锆石成分的改造。研究发现，阿克塔什片麻杂岩中的部分锆石OH与δ18O呈显著的负相关（图2），说明这些锆石较低的δ18O值可能是后期低δ18O流体改造的结果，不能代表岩浆源区属性，而其中未被改造的锆石的δ18O（加权平均值为6.2 – 6.3‰）稍高于地幔值，说明其源区基性岩经历了与地表液态水的相互作用，从而为水在大陆地壳起源中的作用提供了可靠证据。
这一成果发表在Earth and Planetary Science Letters上（https://doi.org/10.1016/j.epsl.2020.116225），葛荣峰副教授为论文第一作者和通讯作者，研究受到内生金属成矿机制研究国家重点实验室自主课题（ZZKT-201906）、国家自然科学基金优秀青年基金（41922017）和面上项目（41872191、41672186）及国家重点研发计划（2016YFC0601004）等的支持。
图1阿克塔什始太古代片麻岩Nd-Hf同位素组成及其与格林兰样品的对比
（实心为全岩数据，空心为锆石εHf平均值）
图2阿克塔什始太古代片麻岩部分锆石OH-O同位素数据