辽东变质地块新太古代富钾质花岗岩的成因及壳幔动力学研究

Neoarchean potassium-rich granitoid magmatism was intensively developed within ancient cratons globally, and they can provide valuable insights into the transformation mechanism of crustal evolution and crust-mantle geodynamics during the transition from Neoarchean to Paleoproterozoic era. In this proposal, systematic field geological, petrological, and whole-rock geochemical data are going to be carried out for the representative Neoarchean potassium-rich granitoid plutons in the Eastern Liaoning Province along the northern margin of the NCC. Combined with comprehensive U-Th-Pb-Lu-Hf-O isotopic and trace element analyses for the accessory minerals, e.g., zircon and monazite, these data are aimed to (1) decipher the lithological assemblages, temporal-spatial distributions, magmatic evolution stages as well as the magma sources, petrogenesis, crust-mantle interactions, and geodynamic regime for each magmatic stage; (2) discuss related crustal growth and recycling processes; and (3) clarify the sources and enrichment mechanism of potassium in the magmatic system. This study is not only critical for unraveling the Neoarchean crustal growth modes and crust-mantle geodynamic processes for the NCC, but also important for exploring the crustal-mantle geodynamic regime responsible for the global transformation of crustal evolution pattern during the Archean-Proterozoic transition in general.

全球范围内在新太古代时期发育强烈的富钾花岗质岩浆作用，是探索新太古代-古元古代过渡期地壳演化和壳幔动力学机制转变的重要窗口。本项目拟对华北克拉通北缘辽东变质地块中代表性的新太古代富钾质花岗岩体进行系统的野外地质、岩石学、全岩地球化学以及锆石、独居石等副矿物U-Th-Pb-Lu-Hf-O同位素和微量元素研究，重点解剖富钾质花岗岩体的岩石组合、时空分布、岩浆演化期次、不同期次岩浆作用的源区性质、岩石成因及其反映的壳幔作用和动力学机制，分析地壳生长和再循环过程，明确钾质的来源和富集机制。这对解决华北克拉通新太古代地壳生长方式和壳幔动力学过程、探讨太古宙-元古宙过渡阶段地壳演化转折和壳幔动力学机理等重大科学问题具有重要的意义。

通过野外地质、岩石学、全岩地球化学以及锆石U-Th-Pb-Lu-Hf同位素研究，本项目确定了辽东抚顺-清原地区新太古代大苏河、红庙子和石文场等富钾花岗岩类岩体的岩石组合、时空分布、源区性质和岩石成因以及壳幔动力学体制。取得原创性研究成果如下：（1）各岩体以花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩为主要岩石类型，部分岩体边部发育系列中性侵入岩，包括似斑状二长岩、等粒状石英闪长岩和二长岩，局部两套岩石组合呈渐变过渡关系；（2）研究区新太古代花岗岩类岩浆作用具明显时空分带性：a）>2530 Ma岩石从东南到西北逐渐变年轻，并分为三个岩浆岩带（~2592-2580、~2573-2550、~2554-2537 Ma），均表现为高压型TTG向中、低压型TTG和富钾花岗岩的演化趋势；b）<2530 Ma岩石遍布整个研究区，包括富钾花岗岩、中性富钾花岗岩类岩石和TTG片麻岩，它们与区域高级变质作用同期，指示最终克拉通化过程；（3）TTG片麻岩形成于变玄武质岩石在不同温压条件下的部分熔融；富钾花岗岩源自变质安山岩、TTG片麻岩和杂砂岩混合壳源物质的部分熔融；中性富钾花岗岩类岩石分为铁质和镁质两系列，前者源自富铁拉斑玄武质和富钾花岗质岩浆的混合作用，并有古老陆壳物质卷入，后者与富镁拉斑玄武质和富钾花岗质岩浆的混合作用有关，表现为初生的同位素特征；（4）研究区在新太古代晚期形成于后撤型增生造山体制下，并经历了弧-陆增生和陆壳克拉通化过程。在上述壳幔动力学演化过程中，区域花岗岩类岩浆作用逐渐多样化：a）后撤型增生造山阶段，板片后撤与上覆地壳伸展诱发“初始”花岗岩类岩浆作用多样化，形成少量壳源富钾花岗岩；b）弧-陆增生和克拉通化阶段，板片后撤或者断离诱发软流圈物质上涌，不均一的岩石圈地幔和上覆地壳均发生不同程度部分熔融，形成富铁-富镁拉斑玄武岩、大量富钾花岗岩和TTG片麻岩，同时壳、幔岩浆上升过程中发生混合作用，形成中性的铁质和镁质富钾花岗岩类岩石；（5）在大苏河和石文镇南部识别出~2.7 Ga TTG片麻岩，证明研究区存在少量新太古代早期地壳记录。依托本项目支撑，项目组共发表3篇国际SCI论文，其中第一标注1篇，第二标注1篇，第三标注1篇。本项目相关研究成果为深入解析全球太古宙晚期花岗岩类岩浆作用多样化的起源具有重要借鉴意义，有助于进一步探讨太古宙晚期壳幔动力学过程的演化转折机制。