辽宁本溪地块太古代变质火山岩的成因及构造意义

The metamorphic volcanic rocks of Archean greenstone belts are key to explore crustal growth, crust-mantle interactions and geodynamics of the early Earth. This proposal mainly studies Archean metamorphic volcanic rocks of the Benxi area, north of the Eastern Block, North China Craton (NCC). Based on systematic field geological, petrological, whole-rock geochemical, geochronological, whole-rock Sr-Nd isotopic and zircon U-Pb-Lu-Hf-O isotopic researches, we try to confirm the lithological assemblages and temperal-spatial distributions of the Benxi Archean metamorphic volcanic rocks and analyze their petrogenesises, explore the characteristics of contemporaneous crust-mantle interactions, assess the contributions from mantle, juvenile crustal and ancient crustal materials to the magma sources of metamorphic volcanic rocks from the Benxi, and clarify the geodynamic mechanism and crustal growth or recycling for Benxi Archean basements. Collectively, combined with researches of the western Liaoning, northern Liaoning and Eastern Hebei Archean basements, this proposal aims to discriminate whether the Archean basements of Eastern Block, NCC, was controlled by plate tectonic regime, mantle plume regime, or interactions of plate tectonic-mantle plume, which are critical to understand the Archean crustal accretions and crust-mantle geodynamic processes of the Eastern Block, NCC.

太古宙绿岩带中的变质火山岩是研究早期地壳生长、壳幔属性及地质动力学背景的关键地质记录。本项目拟以辽宁东部本溪地块太古宙变质火山岩为主要研究对象，进行野外地质剖面、岩石学、全岩地球化学、地质年代学、全岩Sr-Nd同位素和锆石U-Pb-Lu-Hf-O同位素的系统研究，探索本溪地块太古宙变质结晶基底的岩石组合及其时空分布，分析其岩石成因，建立岩浆作用期次，解剖不同时期壳幔属性和相互作用过程，确定地幔物质、初生地壳和古老地壳物质对本溪变质火山岩岩浆作用的贡献程度，并最终确定本溪地块太古宙晚期的构造动力学背景和地壳生长方式/再循环机制。通过与相邻辽北、辽西和冀东等变质地块的综合对比，判别华北克拉通东部陆块北缘太古宙时期是以板块俯冲横向构造体制为主，还是地幔柱垂向构造体制为主，亦或者两种构造体制共同作用，对解决华北克拉通东部陆块太古宙地壳生长方式和壳幔动力学过程等科学问题具有重要意义。

本项目对本溪地块新太古代变质火山岩开展了详细的野外地质学、岩相学、全岩主微量和锆石U-Pb-Lu-Hf同位素研究，获得原创性成果如下：（1）明确了本溪地块变质表壳岩岩石组合的时空分布特征，其中，本溪周边弓长岭-北台地区主要发育变质基性岩和酸性岩，最高经历角闪岩相，成岩时代集中为~2550-2570 Ma；本溪北部主要发育变质基性岩，仅少量变中酸性岩，最高经历角闪岩相，成岩时代集中为~2520-2550 Ma；鞍山地区主要以~2530-2510 Ma沉积岩为主，发育少量~2530-2550 Ma变基性岩和变酸性岩，以绿片岩相为主；本溪南部海城地区发育变质基性岩和中性岩，成岩时代为~2530 Ma；（2）统计了本溪地块已发表变质表壳岩的锆石Lu-Hf数据，证明~2.5-2.6 Ga本溪地块存在一期重要的地壳生长事件，而~2.5 Ga大面积分布的钾质花岗岩形成于壳内再循环；（3）本溪地块记录了~2.57-2.52 Ga壳幔作用如下：俯冲板片脱流体交代弧下地幔楔，形成了岛弧拉斑玄武岩；俯冲板片脱熔体交代弧下地幔楔，形成了高Mg安山岩；岩浆上涌带来的热量使得古老镁铁质陆壳和变质杂砂岩重熔，分别形成了英安岩和流纹岩；弧后盆地扩张形成了似N-MORB弧后盆地玄武岩；（4）确定本溪地块~2.57-2.52 Ga的变质火山岩形成于岛弧-弧后构造背景。依托本项目支撑，发表第一标注国际SCI论文一篇，并获得辽宁省自然科学学术成果奖一等奖。