中国西北部塔里木克拉通库鲁克塔格中部地区中太古宙—古元古代大陆地壳的形成与演化

《Precambrian Research》：Formation and evolution of Mesoarchean – Paleoproterozoic continental crust in the central Kuruktag area of the Tarim Craton, northwest China

　　

摘要

地球早期大陆地壳的形成和演化是理解地壳-地幔分异和早期动力学体制的关键过程。然而，由于出露有限和/或后期广泛改造，许多陆块的太古宙—古元古代地壳演化仍知之甚少。本文记录了塔里木克拉通东北部库鲁克塔格中部地区约2.95、2.62和2.14 Ga的多次岩浆事件以及约1.94 Ga的角闪岩相变质作用。约2.95 Ga的闪长岩片麻岩是库鲁克塔格地区有可靠年龄记录的最古老岩石。其锆石εHf(t)值较高（+5.8 ± 0.8，2σ），锆石δ¹⁸O值变化较大（5.6 – 7.0 ‰，中位数5.9 ‰），岩浆氧逸度较高（中位数ΔFMQ = 1.1），水含量较高（~10.5 wt%），这些特征由锆石微量元素体系揭示。相比之下，约2.62 Ga的片麻岩具有球粒状锆石εHf(t)值（?0.4 ± 0.2），伴随较高的锆石δ¹⁸O值（中位数6.2 ‰）、岩浆氧逸度（中位数ΔFMQ = 3.3）和水含量（~13.3 wt%）。约2.95和2.62 Ga的岩石在地球化学上分别类似于低Ti和高Ti桑尼乌岩。它们可能分别来源于俯冲环境下主要由幼年生洋壳熔体和古代沉积物熔体蚀变的富集地幔源。相反，约2.14 Ga的片麻状花岗岩具有负的锆石εHf(t)值（中位数?5.6）、较高的锆石δ¹⁸O值（中位数6.3 ‰）以及较低的岩浆氧逸度（中位数ΔFMQ = 0.5）和水含量（~5.5 wt%），在地球化学上类似于A型花岗岩，表明在伸展环境下通过高温低压部分熔融对中部太古宙地壳进行再造。我们的结果将塔里木克拉通东北部的最古老岩石记录延伸至约2.95 Ga，并结合前人研究，确立了由太古宙间歇性俯冲-增生到古元古代威尔逊旋回板块构造的演化动力学体制所驱动的复杂地壳演化。

引言

地球早期大陆地壳的形成和长期演化是理解地球热历史和板块构造起源的基本问题（Cawood等人，2022；Kirkland等人，2025；Zhu等人，2021）。太古宙大陆地壳主要由钠质花岗质岩石组成，属于片麻岩-二长花岗岩-花岗闪长岩（TTG）系列，一般解释为含水镁铁质地壳部分熔融的产物，形成于与俯冲有关或无关的环境（例如Condie，2014；Hoffmann等人，2019；Moyen和Martin，2012）。相比之下，多样化的钾质花岗质岩石（例如桑尼乌岩、黑云母花岗岩和A型花岗岩）在地质记录中出现较晚，通常被认为是地壳再造和再循环的产物，导致大陆地壳成熟和克拉通稳定化（克拉通化），可能标志着地球历史上第一次俯冲—碰撞造山旋回（Cawood等人，2018；Halla等人，2017；Laurent等人，2014）。因此，重建从原始地壳生长到各种花岗质岩浆岩地壳再造/再循环的时间序列，对于破译早期地球的动力学体制至关重要（Bédard，2006；Brown等人，2020；Ge等人，2023；Hoffmann等人，2019；Johnson等人，2017；Smithies，2000）。

然而，许多陆块的太古宙地壳结构和构造演化因出露有限以及广泛的新元古代至显生宙改造而难以恢复。作为中国三大古老克拉通之一（Zhao和Cawood，2012），塔里木克拉通保存了早期地壳生长和再造的零散但关键记录（Ge等人，2022）。近年来的研究识别了多样的、广泛分布的新太古宙（主要为~2.7和2.5 Ga）变质火成岩（Cai等人，2018；Ge等人，2014b；Hu等人，2000；Hu和Wei，2006；Long等人，2012、2011、2010；Lu，1992；Shu等人，2011；Sun等人，2023；Zhang等人，2012）。塔里木克拉通东南部和西南部还分别记录了早太古宙（~3.7 Ga）TTG片麻岩（Ge等人，2020；Ge等人，2018）和中部太古宙（3.2 – 2.8 Ga）TTG及花岗质片麻岩（Dong等人，2022；Ge等人，2022；Lu等人，2008；Zhao等人，2015a），表明存在长期的太古宙地壳历史。这些岩石大多具有弧型地球化学特征，结合热力学—地球化学模型以及岩浆氧逸度和水含量证据，表明俯冲在整个太古宙的地壳演化中发挥了关键作用（Cai等人，2018；Ge等人，2022、2014b；Long等人，2011、2010；Sun等人，2023；Zhang等人，2012；Zhu等人，2022）。尽管取得了这些进展，但克拉通中零散的太古宙岩石是否形成于统一的连续基底还是由具有不同演化路径的离散微大陆拼合而成，仍然不清楚（Cai等人，2020；Sun等人，2023；Zhang等人，2013a）。

库鲁克塔格地区是理解塔里木克拉通早期地壳演化的关键窗口，因为它拥有克拉通最广泛和最完整的前寒武纪地质记录（Chen等人，2019；Gao Z., Chen J., Peng C., 新疆北部地质[M]. 北京: 地质出版社, 171., 1993；Hu和Rogers，1992；Long等人，2010；Lu，1992；Norin，1937）。此前的研究主要集中在晚新太古宙（2.7 – 2.5 Ga）和古元古代（2.0 – 1.8 Ga）的岩石，Nd和Hf同位素表明许多岩石中存在更古老的地壳组分贡献（Cai等人，2018；Chen等人，2019；Ge等人，2014a；Long等人，2010、2011；Sun等人，2022）。然而，由于缺乏更古老的岩石，新太古宙之前的地壳演化仍是个谜，阻碍了对地壳生长和再造过程及机制的全面理解。

在本研究中，我们提供了库鲁克塔格中部地区多种变质火成岩的锆石原位U-Pb-Hf-O同位素、微量元素及全岩地球化学数据。我们报道了约2.95 Ga的闪长岩片麻岩，首次为塔里木克拉通东北部的中部太古宙岩浆作用提供了可靠的地质证据。我们还记录了新太古宙（~2.62 Ga）和古元古代（~2.14 Ga）的花岗质岩浆作用，以及晚古元古代（~1.94 Ga）的角闪岩相变质作用。结合前人数据，我们重建了从约2.95到1.94 Ga的地壳生长和再造历史，为塔里木克拉通东北部的动力学演化提供了新的见解。

章节摘要

区域地质

塔里木克拉通位于欧亚大陆中部（图1a），北邻中亚造山带西南部的天山造山带，南邻青藏高原。其面积约为600,000 km²，整体呈眼形结构，超过90%的表面被沙漠或新生代沉积岩覆盖。早前寒武纪岩石主要出露在四个边缘基底隆起区：即北阿尔金山、敦煌，

锆石原位U-Pb年代学和微量元素分析

采用重液和磁选技术分离锆石，并在双目显微镜下手选。阴极发光（CL）成像用于表征锆石内部结构，在南京宏创地质勘探技术服务有限公司使用配备一个TESCAN原始CL探测器和两个金晶技术CL探测器的TESCAN Mira3 LMH扫描电子显微镜进行。

LA-ICPMS锆石U-Pb定年工作在

锆石U–Pb年龄

六个样品的锆石U–Pb定年结果汇总如下，根据其结晶和变质年龄分为四组。结果列于补充表S1和S2，并在图4、图5、图6中展示。

晚太古宙片麻岩：地壳再循环产生的多样桑尼乌岩

本研究记录的晚太古宙（~2.95和~2.62 Ga）片麻岩以相对较低的SiO₂和较高的FeOt + MgO及Ba + Sr为特征，在地球化学上与太古宙桑尼乌岩相似（图9a–f，图10a–d）。桑尼乌岩最初在苏必利尔克拉通被识别，被定义为同时具有较高相容元素（例如MgO、Cr、Ni）和不相容元素（例如LILE和LREE）的中间性岩石，原始样品具有SiO₂ = 55 – 60 wt%，MgO > 6 wt%，Mg# > 60，

结论

（1）中部太古宙（~2.95 Ga）闪长岩片麻岩是塔里木克拉通东北部库鲁克塔格地区有可靠年龄记录的最古老基底岩石。其具有正的锆石εHf(t)值、变化的锆石δ¹⁸O值以及较高的岩浆氧逸度和水含量，在地球化学上类似于低Ti桑尼乌岩，表明中部太古宙原始地壳由浅部富集地幔形成，主要受俯冲板片来源的洋壳熔体蚀变。相比之下，约2.62 Ga的Granodioritic片麻岩具有

CRediT作者贡献声明

马丁：撰写—原稿，可视化，调查，形式分析，数据整理。葛荣风：撰写—审阅与编辑，监督，方法学，经费获取，概念化。郭昭杰：资源，调查。朱文彬：调查。刘子贤：形式分析。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到国家自然科学基金委员会（42425204，42372228）、国家重点研发计划（2023YFF0804404）以及深地探测与矿产资源勘查—国家科技重大专项（2024ZD1001000）的资助。作者感谢张剑教授、王卫教授（中国地质大学（北京））以及一位匿名审稿人提出的建设性意见，这些意见对本文稿的改进作出了重要贡献。

马丁|葛荣风|郭昭杰|朱文彬|刘子贤