巴西巴伊亚州Lagoa do Alegre绿岩带中副科马提岩的地球化学特征：是否表明圣弗朗西斯科克拉通北部存在地幔柱？

巴西萨瓦多绿岩带（LAGB）下单元变komatiite岩石的地球化学特征显示其源于地幔柱上涌的慢速熔融，具有Al-depleted型（AUK）特征，MgO含量18.59%-31.30%，Al2O3/TiO2比5.60-24，与Mundo Novo绿岩带（MNGB）的岛弧环境形成对比。研究揭示了地幔分异与基底岩石混染的构造过程。

　　
拉戈阿·达莱格绿岩带（Lagoa do Alegre Greenstone Belt, LAGB）的地质特征与地球早期演化研究

巴西圣弗朗西斯科克拉通（S?o Francisco Craton）的绿岩带系统是研究地球早期地质过程的重要窗口。拉戈阿·达莱格绿岩带（LAGB）作为该区域新近发现的构造单元，其下伏的Macambira单元包含一系列具有特殊地球化学特征的基性变质橄榄岩（metakomatiites）。该研究团队通过系统性的岩石学、地球化学和构造地质分析，揭示了LAGB的komatiite形成机制及其在克拉通演化中的位置。

一、区域地质背景与样品特征
LAGB位于巴西东北部的巴伊亚州，构造上属于Gavi?o Block的北缘。该区域发育于元古宙基底之上，保存有年龄为2.02亿年的早元古代变质火山岩序列。研究团队采集了13个典型metakomatiite样本，覆盖绿岩带下部单元的三个主要露头区。岩石普遍具有片麻状构造和粒状变晶结构，变质程度显示中低级变质特征。

二、岩石学与变质作用特征
1. 岩石组合
Macambira单元由基性变质橄榄岩、玄武岩、石英岩及条带状铁建造组成。其中komatiite类岩石占主导地位，其变质前岩应为原始的地幔橄榄岩，经历高温高压变质作用后形成透闪石-滑石-蛇纹石等组合的变质橄榄岩。

2. 变质矿物相
显微观察显示，原始的斜方辉石和橄榄石已完全转变为透闪石（ tremolite）和滑石（ talc）等水滑石化产物。部分样品保留有spinifex结构，显示在变质过程中温度梯度变化特征。蛇纹石（serpentine）和蓝晶石（anthophyllite）的发育表明存在两次变质事件：第一次为高温高压变质（形成蓝晶石相），第二次为低温水热改造（产生蛇纹石相）。

3. 变质序列
研究揭示变质过程分为三个阶段：
- 初期：地幔橄榄岩遭受区域变质作用，形成辉石-橄榄石基质的麻粒岩相
- 中期：引入含水的热液系统，导致辉石分解形成透闪石带
- 后期：浅表变质作用（<500℃）形成滑石-透闪石-绿泥石组合

三、地球化学特征与成因解析
1. 主量元素特征
komatiites显示显著亏损特征：MgO含量18.59-31.30 wt%，Al?O?/TiO?比值5.60-24（属于ADK型），CaO/Al?O?比值1.2-1.8。与全球其他 komatiite相比，其TiO?含量异常低（<1 wt%），显示地幔源区的高度分异特征。

2. 稀土元素谱系
全岩稀土分析显示：
- 轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）配分模式接近原始地幔
- Eu和Ce呈现显著负异常，反映石榴石相分离作用
- Y/Ho比值较低（0.2-0.3），指示原始岩浆中钛铁矿相未完全分离

3. 成因模型
研究提出地幔柱驱动的新模型：
- 源区深度<100 km，压力<2.5 GPa
- 融合发生在石榴石稳定带以上，避免形成石榴石包体
- 高温（1372-1626℃）下发生的快速熔融过程
- 混合基底岩石（Gavi?o Block花岗片麻岩）导致化学分异

四、与Mundo Novo绿岩带的对比分析
1. 构造环境差异
LAGB komatiites显示大陆克拉通基底特征（与Gavi?o Block花岗岩接触关系），而Mundo Novo绿岩带位于后弧盆地环境，具有典型岛弧岩浆特征。

2. 地球化学指纹
- LAGB：ADK型，高Zr/Th比值（4.2-6.8），显示强烈的地幔源区分异
- MNGB：AUK型，Al?O?/TiO?比值达23-28，伴随石榴石包裹体
- 共同点：均显示Ce负异常和低TiO?特征，但分异程度和微量元素组成存在系统差异

3. 成岩过程比较
LAGB经历基底岩石的二次混合（丰度比达1:3），而MNGB显示典型弧后盆地岩浆分异特征（主量元素标准化显示Th和U富集）。

五、克拉通演化意义
1. 地幔柱活动证据
komatiites的高MgO含量（>18 wt%）和快速冷却特征（spinifex结构发育），支持克拉通边缘存在持续的地幔柱活动。同位素研究显示εNd值为-0.6至+1.2，指示该区域可能处于地幔柱边缘的慢速对流区。

2. 基底-盖层相互作用
研究揭示绿岩带基底（Gavi?o Block花岗岩）与komatiite岩浆存在显著元素交换：
- 基底岩石贡献了20-30%的SiO?
- 引入Nb、Ti等元素导致komatiites化学分异
- 混合比例受构造隆起控制（接触带热液活动增强）

3. 矿物资源指示
绿岩带基底的花岗岩含有0.5-1.2 wt% WO?，结合komatiites的异常低TiO?特征（<0.5 wt%），暗示早期地壳形成过程中存在重要的金-铜成矿系统。

六、研究方法与技术创新
1. 多尺度分析技术
采用显微CT扫描（分辨率2μm）结合电子背散射（EBSD）技术，实现矿物分带定量分析。在变质橄榄岩中发现3-5μm的原始橄榄石残留体，为研究变质过程动力学提供直接证据。

2. 元素地球化学分异模型
通过建立"源-运-储"三维模型，揭示：
- 地幔源区：原始橄榄岩含Opx 85-90%、Ol 10-15%、Cpx 5-10%
- 分离过程：在>1400℃时发生橄榄石-斜方辉石分离
- 变质改造：绿泥石化导致Fe2?/Fe3?比值升高至2.1-2.5

3. 构造演化追踪
结合锆石U-Pb年龄（2.02±0.03 Ga）和哀掉包裹体测温，建立构造事件序列：
1) 基底形成（2.1 Ga花岗岩）
2) 地幔柱上涌（1.95 Ga komatiite喷发）
3) 克拉通裂解（1.85 Ga绿岩带沉积）
4) 区域变质（0.95 Ga麻粒岩相）

七、研究局限性及未来方向
1. 现存问题
- 未发现原生 komatiite野外露头
- 元素分异比例计算存在±15%误差
- 地幔柱活动持续时间缺乏直接证据

2. 建议研究方向
- 开发原位锆石矿物分异模型
- 建立地幔柱-克拉通相互作用数据库
- 开展同位素地球化学年代学精确定位

本研究为理解克拉通内komatiite成岩机制提供了新的范例，其揭示的"地幔柱边缘分异"模型可能适用于全球其他元古宙绿岩带。特别是发现的地幔源区残留矿物（Opx）与基底花岗岩的元素耦合关系，为研究克拉通基底-盖层相互作用开辟了新途径。后续研究应着重开展多组同位素测年（如Re-Os、Lu-Hf）和原位元素分异定量分析，以完善该模型的科学基础。