华北克拉通登封地体晚新太古代多阶段花岗质岩石的成因及其对地球动力学过程的启示

本研究针对晚新太古代K-rich granitoid岩石的成因争议，通过系统分析华北克拉通登封地体2.63–2.50 Ga的TTG片麻岩、高Mg#（45–69）的sanukitoid-like meta-dioritic岩石及高K2O/Na2O（0.67–1.89）的钾质花岗岩，结合锆石εHf(t)（+3.9至+11.2）和磷灰石εNd(t)（?0.1至4.69）同位素数据，揭示了俯冲-增生造山背景下地壳成熟与分异的动力学机制，为早期大陆演化提供了关键证据。

　　

晚新太古代（约2.5 Ga）是地球早期大陆地壳演化的关键时期，K-rich granitoid岩石的广泛出现标志着大陆地壳的成熟与稳定化。然而，这些岩石与早期钠质TTG（tonalite-trondhjemite-granodiorite）系列的关系及其形成的地球动力学背景长期存在争议。华北克拉通登封地体保存了2.63–2.50 Ga的多阶段花岗质岩石组合，成为解析这一问题的天然实验室。

针对这一科学问题，中南大学的研究团队对登封地体的三类岩石（meta-dioritic岩石、TTG片麻岩和K-rich granitoid）开展了系统的岩石学、地球化学和同位素分析。研究发现，2.5 Ga的meta-dioritic岩石具有高MgO（2.2–7.7 wt%）和Mg^#（45–69），锆石ε_Hf(t)值（+3.9至+6.5）显示其源自受俯冲板片流体改造的亏损地幔；2.63–2.52 Ga的TTG片麻岩以高(La/Yb)_N（6.94–114.9）和Sr/Y（28.6–294）为特征，指示其由低钾镁铁质地壳部分熔融形成；而2.56 Ga的K-rich granitoid则通过tonalitic岩石部分熔融生成，锆石ε_Hf(t)（+8.2至+11.2）揭示其源区受板片熔体或变沉积岩富集。该成果发表于《Geochemistry》，为理解新太古代俯冲-增生造山过程提供了关键约束。

研究采用全岩主微量元素分析（XRF和ICP-MS）、锆石U-Pb定年（LA-ICP-MS）及Lu-Hf同位素测试、磷灰石Nd同位素分析等技术。样本来自登封地体16件新鲜露头样品（4件meta-dioritic岩石、6件TTG片麻岩和6件K-rich granitoid），并整合已发表的68件同类数据。

TTG片麻岩
通过高(La/Yb)_N和Sr/Y比值、弱正Eu异常等特征，结合锆石Hf同位素，确认其源自前存低钾镁铁质地壳的部分熔融，反映早期地壳再造过程。

Meta-dioritic岩石
地球化学模拟显示其具sanukitoid-like特征，高Mg^#和亏损型Hf-Nd同位素组成（ε_Nd(t)=?0.1–4.69），支持俯冲板片流体与地幔相互作用的成因模型。

K-rich granitoid
恒定铝饱和指数（ASI=1.00–1.35）与高K₂O/Na₂O比值，结合极端亏损的ε_Hf(t)值，表明其由tonalitic源区熔融形成，且熔融过程中有板片熔体或沉积物加入。

研究结论强调，登封地体晚新太古代花岗质岩浆活动与俯冲-增生造山作用直接相关。三类岩石的时空分布揭示了从TTG主导（2.63–2.52 Ga）到K-rich granitoid广泛发育（2.56 Ga）的转变，标志着华北克拉通南部活动大陆边缘的成熟。该成果不仅厘清了早期地壳分异与俯冲作用的关联，还为全球新太古代克拉通演化模式提供了重要对比案例。