发布时间：2024-07-28 浏览次数：10
TTG (tonalite-trondhjemite-granodiorite) 是地球早期陆壳的主要岩石组成，其主要来源于水化的镁铁质地壳的部分熔融。近些年来，大量的研究工作通过热力学模拟和地球化学计算去研究TTG的形成过程，限定其形成时的温度压力等物理化学条件，进而对地球早期的板块构造的启动时间和机制进行讨论。该研究方法存在一个基本前提，即：TTG岩浆从深部源区形成到浅部地壳就位的过程中并没有发生明显的成分变化。但越来越多的研究工作表明，TTG如同显生宙的岩浆岩一样，在其形成之后经历了一定程度的分异，从而影响了通过单一的岩石地化鉴别其原始成分。在TTG岩浆的结晶分异过程中，造岩矿物如斜长石、角闪石等被认为是控制岩浆成分变化的主要因素，而控制微量元素分布的诸多副矿物如磷灰石、榍石、锆石等却没有得到广泛重视。因此，深入分析副矿物在岩浆结晶分异过程中对TTG岩浆微量元素组成的影响，对我们认识早期陆壳的形成具有重大意义。
图1 研究区TTG岩石的传统分类图解
针对这一科学问题，南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室王孝磊教授课题组通过对南非巴伯顿（Barberton）地区的花岗-绿岩带中34.5亿年的Stolzburg TTG岩体开展一系列岩相学、矿物学分析和热力学、地球化学模拟工作，提出在TTG岩浆结晶分异的过程中，副矿物的不均匀分布是导致其微量元素变化的主要因素。研究发现，巴伯顿花岗绿岩带中Stolzburg岩体的岩石成分具有极大的成分变化，在传统的TTG压力分类图解上，高压-中压-低压-钾质四个区域都有分布（图1），而且不同类型的岩石有的还采自同一个露头区。岩石的相平衡模拟和地球化学计算结果表明（图2），要形成这样成分变化极大、在短时间内侵位且同位素均一的岩体，需要一个成分均一的地壳源区在至少在36-60 km深度范围内同时发生熔融，产生熔体并向上侵位到同一深度。这对于Stolzburg这么一个不大的岩体来说 (约130 km2)，显然不太合理；目前所提出的几种太古宙可能存在的构造模式均不能很好的解释这一过程。因此，有必要仔细分析TTG岩石成分变化的根本控制因素。
图2 相平衡模拟限定研究区TTG岩石的形成温度-压力范围
详细的岩相学观察和矿物填图的结果表明，这些34.5亿年的岩石具有显著不同的结构和矿物组成，我们把它们分成两类：Group-1代表富堆晶相，Group-2代表演化熔体相（图3）。同时观察到的副矿物含量与钾长石含量、全岩Sr/Y、La/Yb比值呈负相关，暗示岩浆分异过程中副矿物的不均匀分布是导致全岩微量元素变化的主要因素。为了将这一过程准确地定量化，我们做了平衡结晶的热力学和地球化学模拟（图4），结果显示副矿物在岩石中的不均匀分布显著地影响了全岩的微量元素组成。在地球早期，许多克拉通内部均存在着成分变化巨大的TTG岩体，但这一现象缺乏足够的关注，本工作呼吁在未来应对这一问题作出更加深入的思考。并且，要通过岩浆过程来深入分析TTG岩石的形成，有时仅凭地球化学来判断TTG岩浆来源深度是不够的，在此基础上的一些构造讨论都需要重新审视。
图3 矿物填图，其中矿物边界根据镜下照片绘制
Qz-石英；Bt-黑云母；Pl-斜长石；Kf-钾长石。
图4 TTG岩浆分离结晶的微量元素模拟
该项研究成果以“Compositional diversity of TTGs controlled by heterogeneous accumulation of accessory minerals” 为题于2024年7月在线发表于国际岩石学领域知名期刊《Lithos》。博士研究生丁宁为论文第一作者，王孝磊教授为通讯作者，参与本项研究的还有杜德宏博士，王迪博士和南非Witwatersrand大学的Carl Anhaeusser教授。该项工作得到了国家自然科学基金杰出青年科学基金项目、科技部国家重点研发计划和中央高校基本科研业务费的资助。