澳大利亚中部Petermann造山带冷却历史的原位Rb-Sr年代学新见解

为解决Petermann造山带变形与冷却时空变化机制问题，研究人员通过原位白云母/黑云母Rb-Sr年代学结合Ti-in-quartz温度计，揭示出598-497 Ma期间造山带北部的差异折返与地壳热产率对冷却过程的控制作用，为理解板内造山过程的热演化提供了关键年代学约束。

　　

在地球科学领域，板内造山作用的热演化机制一直是争议焦点。澳大利亚中部的Petermann造山带作为典型的埃迪卡拉纪-寒武纪右旋压扭造山带，其高压变质核部的折返过程与周围Amadeus盆地的变形关系长期存在两种竞争性解释：一种认为是冈瓦纳拼合远程应力导致的板内造山，另一种则归因于西/南澳大利亚克拉通相对于北澳大利亚克拉通650-550 Ma期间的40°顺时针旋转。尽管前人已对该造山带的变质-变形演化开展大量研究，但对其冷却历史的时空变化规律仍缺乏系统认识。

针对这一科学问题，中国的研究人员创新性地将原位白云母和黑云母Rb-Sr年代学与石英中Ti温度计（Ti-in-quartz）相结合，对造山带北部不同变质域样品开展系统分析。通过对比不同热敏感性的Rb-Sr体系（白云母封闭温度约500-550°C，黑云母约350°C）与区域热产率分布模式，揭示了地壳热结构和差异折返对冷却过程的联合控制机制。该成果发表在《Geoscience Frontiers》期刊，为理解板内造山的热-力学耦合过程提供了新视角。

研究主要采用三项关键技术：1）原位激光剥蚀ICP-MS/MS测定白云母和黑云母的Rb-Sr同位素组成，使用N₂O反应气体分离⁸⁷Sr和⁸⁷Rb干扰；2）Ti-in-quartz温度计基于Wark和Watson（2006）方程，通过激光剥蚀测定石英中Ti含量计算结晶温度；3）样品来自Petermann推覆复合体（PNC）和造山带核部13个典型露头，涵盖不同变质等级岩石。

研究结果部分显示：

1. Rb-Sr年代学数据：PNC西部的白云母+红帘石Rb-Sr年龄（584-565 Ma）记录早期变形事件，而东部样品（556-541 Ma）反映较晚冷却；造山带核部黑云母Rb-Sr年龄（555-497 Ma）呈现东年轻西老的格局，与区域热产率无直接关联。
2. Ti-in-quartz温度：PNC样品温度范围375-749°C，造山带核部达518-936°C，与报道的10-14 kbar高压条件吻合。温度-年龄关系表明PNC西部样品Rb-Sr年龄代表变质生长期，而核部黑云母年龄反映冷却过程。
3. 构造热演化模型：地壳热产率控制PNC东部快速冷却（556-541 Ma），而造山带核部年龄变化主要归因于差异折揭——高压麻粒岩相核部与中上地壳岩石的剥露程度不同。

结论与讨论部分强调，该研究首次通过原位微区技术揭示了Petermann造山带600-500 Ma期间热演化的三维不均一性。两个关键控制因素被确认：1）高放射性热产率区域（如PNC东部）通过增强地温梯度加速冷却；2）造山带核部垂向剥露差异导致冷却年龄跨度达58 Myr。这些发现为"通道流"模型（Raimondo等提出）与"局部剪切加热"模型（Camacho等提出）的争论提供了新约束，表明在板内造山过程中，热力学过程受控于先存地壳结构与区域应力场的复杂相互作用。研究建立的Rb-Sr-Ti-in-quartz多方法联用方案，为造山带热年代学研究提供了可推广的技术框架。