上地壳省的本土地壳生长和沉积作用通过外来锆石及碎屑锆石得到了记录

本文通过分析U-Pb/Lu-Hf同位素，揭示了西上萨凡纳省早元古代至新元古代的构造过程，支持地壳自下而上的增长模型，并表明广泛存在的相似沉积源。

　　
该研究通过分析加拿大西部Superior省晚前寒武纪至Neoarchean期岩浆岩和沉积岩中锆石的同位素组成，揭示了该地区地壳生长与克拉通化的新机制。研究团队在 Laurentian大学和矿业勘探研究中心的支持下，对北卡里布欧、温尼佩格河和西部Wabigoon等构造带进行了系统采样，结合激光诱导击穿（LIBS）和单靶Lu-Hf同位素分析技术，构建了跨 terranes（构造带）的时空演化框架。

### 一、研究背景与科学问题
Superior省作为加拿大最古老克拉通的重要组成部分，其构造演化长期存在争议。传统观点认为该地区是通过北部的 Hudson Bay构造带与南部的 Minnesota构造带等外来板块的碰撞拼合形成（Percival et al., 2012）。但近年来发现，西部Superior省广泛分布的Neoarchean花岗岩绿岩带中存在大量继承晶锆石（xenocrystic zircon），这些古老锆石的Hf同位素组成与同时期岩浆活动关系密切，暗示地壳生长可能具有同源特征。

研究团队聚焦三个关键科学问题：（1）Neoarchean期构造事件如何影响地壳演化；（2）不同构造带（如北卡里布欧、温尼佩格河和西部Wabigoon）之间是否存在地壳物质交换；（3）沉积岩中锆石年龄谱是否反映区域性的稳定沉积源区。

### 二、方法创新与数据采集
研究采用双流质谱仪（ICP-MS）与激光剥蚀技术联用，实现了对锆石U-Pb年龄（精度±5 Ma）和Lu-Hf同位素组成的精确测定（误差±0.5%）。技术亮点包括：
1. **多维度年龄校正**：通过对比ID-TIMS与LIBS年龄数据，建立继承晶锆石与岩浆晶锆石的时间关联模型。
2. **Hf同位素分馏校正**：采用CHUR（球粒陨石一致）模型和DM（ depleted mantle）模型双重验证，排除分析误差。
3. **构造带边界追踪**：通过地震反射剖面与锆石年龄数据交叉验证，确认温尼佩格河构造带下伏基底与上覆绿岩带的接触关系。

### 三、核心发现与地质解释
#### 3.1 花岗岩绿岩带中的继承晶锆石
研究采集了6个岩浆岩样本（TTG suite）和5个沉积岩样本，揭示以下规律：
- **北卡里布欧构造带**：NC-26花岗片麻岩中发现3144±13 Ma的继承晶锆石群，其εHf(t)值为+1.68，接近 depleted mantle模型值（ Dickin and Strong, 2025），表明该区在Neoarchean期整合了3.1 Ga的地壳原型。
- **温尼佩格河构造带**：DD83-20岩浆岩中既有3060±3 Ma的岩浆晶锆石，也包含3144±14 Ma的继承晶锆石，显示该带在2710 Ma左右经历了基底活化。
- **西部Wabigoon构造带**：WG-03花岗岩中检测到2960±11 Ma的继承晶锆石，其εHf(t)值为+3.69，与Neoarchean期陆壳生长轨迹一致（ Jones et al., 2022）。

#### 3.2 沉积岩锆石年龄谱
对5个沉积岩样本的统计分析显示：
- **年龄分布特征**：Heaton Lake沉积岩（北卡里布欧带）出现2733±5 Ma和2868±6 Ma两个主要年龄峰，而Couchiching沉积岩（Quetico带）则发育2712±8 Ma和2927±15 Ma年龄组。
- **Hf同位素组成**：所有沉积岩样本的εHf(t)值集中在-2.0至+5.0区间，与Guitreau等（2012）定义的Archean TTG岩浆锆石特征吻合，表明沉积源区具有连续性。
- **最大沉积年龄**：通过 youngest zircon dating法（Zircon-Based Maximum Depositional Age, ZBMDA）确定，北部构造带沉积年龄普遍早于2700 Ma，南部Wabigoon带则达到2756±12 Ma，支持构造演化方向从北向南推进的假说。

#### 3.3 地壳生长模式验证
研究通过以下证据支持"autochthonous growth"（同源生长）模型：
1. **同位素继承性**：北卡里布欧带NC-26花岗岩的3144 Ma继承晶锆石与Hudson Bay带3310 Ma基岩的Hf同位素组成（Strong et al., 2026）具有连续性。
2. **构造连续性**：地震剖面显示温尼佩格河基底岩石（3.3 Ga）与上覆绿岩带（2750 Ma）呈透镜体接触，支持地壳连续生长而非外来拼合。
3. **沉积源区一致性**：整合后的233颗沉积锆石数据显示，西Superior省在2750-2900 Ma期间主要接受来自3.0-3.5 Ga陆壳的碎屑供给，与岩浆锆石年龄谱形成镜像关系。

### 四、与全球Archean克拉顿对比
研究将Superior省模型与Yilgarn（澳大利亚）和 Slave（加拿大北部）克拉顿对比，发现：
- **构造事件时序**：Superior省在3.1 Ga开始出现陆壳生长，而Yilgarn省同期发生强烈俯冲（Schreefel et al., 2024），提示不同克拉顿可能具有差异化构造背景。
- **地壳再循环机制**：温尼佩格河带3144 Ma基岩的再活化事件（通过rim-zircon分析）与Grenville省TTG岩浆活动（Dickin and Strong, 2025）具有相似特征，表明Neoarchean期普遍存在地壳深部熔融。
- **沉积记录差异**：Superior省沉积岩未发现Kaapvaal型古老碎屑（>3.5 Ga），而Yilgarn省存在大量3.7 Ga火山碎屑，可能反映不同区域构造演化的源区控制。

### 五、理论意义与工业启示
1. **克拉通生长理论革新**：研究证实Neoarchean克拉通化可以通过同源生长完成，无需大规模外来板块拼合。这与北美科迪勒拉造山带形成机制形成对比（Cruden et al., 1997）。
2. **基底探测新方法**：通过继承晶锆石的同位素分馏特征，可反演古地壳的熔融历史（如3144 Ma岩浆事件对应地幔柱上涌）。
3. **矿产资源定位**：在温尼佩格河带发现的3.0 Ga锆石群与加拿大铀矿床（2710-2690 Ma）时空耦合，为深部找矿提供新靶区。

### 六、研究局限与未来方向
当前研究受限于：
1. 花岗岩样品中继承晶锆石占比（约5-15%），难以完全排除外来组分影响。
2. 沉积岩样品年龄分辨率较低（±25 Ma），可能掩盖早期碎屑输入。
未来研究建议：
- 增加深部样品（如钻探获取基底岩石）验证同源生长假说。
- 开展Hf同位素年龄-风化指数分析，区分不同世代的沉积源区。
- 结合3D地震成像与锆石年龄数据，建立构造演化时空网格模型。

该研究通过多学科数据整合（岩浆锆石U-Pb、沉积锆石ZBMDA、Hf同位素动力学模型），为Archean克拉顿形成机制提供了关键证据。其方法体系（LIBS-U-Pb/Lu-Hf联用）已被纳入加拿大地调局Archean矿产调查标准流程（CTD, 2025）。