华夏地块冥古宙碎屑锆石的发现及其地质意义

2015-04-24

在华夏地块内部中深变质岩中发现两颗冥古宙碎屑锆石，其中一颗记录了迄今为止亚洲已知最古老锆石年龄（4127Ma）；另一颗锆石记录了约4070Ma、可能为地球最早的变质事件。中国地质调查局南京地质调查中心邢光福等在中国地质调查局项目和国家自然科学基金项目的资助下，开展了“华夏地块冥古宙碎屑锆石的发现及其地质意义”研究，发现锆石核部具有高δ¹⁸O（7.2±0.2‰）、高Ti含量（53±3.4 ppm）以及正Ce异常，计算获得异常高的氧逸度（FMQ+5）和温度（910℃），与全球已知其它冥古宙锆石明显不同，为地球早期地壳的多样性提供了重要新证据。

在华夏地块北部的北武夷地区广泛发育中深变质岩系，龙泉岩群出露于该区浙南龙泉一带。对龙泉岩群云母石英片岩中的214颗锆石进行了235个点的SRHIMP锆石U-Pb定年，其中两颗碎屑锆石（编号分别为#8和#123）获得了大于4050Ma的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄（图1）。

在CL图像中，#123锆石具正常的岩浆震荡环带和稳定的幔源氧同位素组成（δ¹⁸O=5.8-6.0 ‰），环带区域具低Ti含量（<19.8ppm），测得其核部岩浆锆石²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄为4127±4Ma，这是亚洲地区迄今发现的最古老锆石。#8号锆石发育核边结构，测得其岩浆成因核部²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄为4100±7Ma，具有高的δ¹⁸O（7.2‰）和Ti含量（53ppm）；变质幔年龄为4070～4060 Ma，最外部是＞3600Ma的增生边；幔部和增生边具有相对更高的δ¹⁸O（>7.4‰）和相对低的Ti含量（<23 ppm）（图2，3）。

采用锆石Ti温度计计算得到#8号样品核部的形成温度为910ºC，明显高于地球上其它所有已知冥古宙锆石的形成温度（图2）；其核部的δ¹⁸O值与西澳Jack Hills冥古宙岩浆成因锆石中的最高值相当，且高于幔源岩浆锆石值，暗示其源区中存在蚀变地壳物质加入，或者其母岩在4150Ma之前与地表水经历了同位素交换（图3）；基于Ce/Ce*异常的氧逸度计算表明，#8号锆石核部的logfO₂平均值（ΔFMQ+5）（对应910 ºC的温度条件）亦高于大多数已报道的Jack Hills壳源锆石，暗示其源区岩石可能由幔源高logfO₂的熔体所形成，这种性质的熔体在Jack Hills地区可能亦不存在，证明早期地幔的氧逸度具有不均一性；同时，其4070～4060 Ma的变质时代反映了地球上由锆石记录的最早变质事件。上述研究结果表明，华夏地块冥古宙碎屑锆石的花岗质母岩可能来源于被地表水改造的部分地表沉积物参与下的无水重熔，这种特殊成岩方式迄今未见报道。

锆石对于人们了解地球形成初期500Ma内的地壳演化过程至关重要。迄今为止，全球仅有极少数大于4050Ma的锆石被发现，且绝大多数位于西澳Yilgarn克拉通直径约300km的狭小区域内。此次在华夏地块北部首次获得的冥古宙碎屑锆石，其母岩成岩过程中特殊的熔融条件以及～4070Ma的变质过程，提供了地球早期地壳性质多样性的新证据、以及西澳地区之外的更多古老锆石信息，为理解地球早期大陆演化过程、探讨华夏地块与冈瓦纳大陆之间的关系提供了重要新信息。此项研究成果已于2014 年6月3日在《Nature · Scientific Reports》（DOI: 10.1038/srep05143）在线全文发表。

　　　　 专家简介

　　　　 邢光福，博士，研究员，现任中国地质调查局南京地质调查中心（南京地质矿产研究所）总工程师。长期从事中国东南部基础地质调查研究，研究领域包括区域地质、中新生代火山地质与矿产、地质遗迹与旅游地学等，与香港大学、台湾大学、澳洲西澳大学、加拿大地调所与滑铁卢大学等开展了学术合作。1990年10月～1991年5月，参加中国第七次南极考察队。2000年以来，先后主持国家自然科学基金项目2项，地质大调查项目4项，国土资源部“百人计划”项目1项，出版专著2部（独著1部），以第一作者发表论文40余篇。