拉布拉多北部Saglek–Hebron复合体中的新元古代超高温变质作用

《Precambrian Research》：Neoarchean ultrahigh-temperature metamorphism in the Saglek–Hebron Complex, northern Labrador

该研究通过岩石学、矿物化学及U-Pb年代学分析，揭示Labrador北部的Saglek-Hebron Complex在2.72 Ga经历了超高温变质作用，压力-温度条件为7.2-9.2 kbar和920-1000°C，并伴随后期冷却加压过程，为古大陆构造提供新证据。

　　

黄美云|焦书娟|蒂姆·E·约翰逊|乔纳森·奥尼尔|哈尼卡·里佐|克里斯·克拉克|兰中武|李秋丽|郭静辉

中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈与环境共同演化国家重点实验室，北京 100029，中国

摘要

超高温（UHT）变质作用代表了极端的地壳条件，通常与超级大陆聚合过程中的汇聚板块边缘有关。然而，在超级大陆循环之前形成太古代UHT变质作用的机制仍存在争议。Saglek–Hebron复合体（SHC）包含了一些地球上最古老的岩石，这些岩石形成于约39亿年前，并记录了太古代的多期变质作用，尽管其具体的变质条件和历史尚不清楚。在这项研究中，我们分析了来自北大西洋克拉通（NAC）北部拉布拉多地区的SHC的变沉积岩的岩石学特征、压力-温度（P–T）估算以及锆石U–Pb地质年代学。锆石的U–Pb年龄和微量元素组成表明，锆石在27.2亿年或更早的时候经历了熔体结晶和石榴石再吸收过程，随后发生了超高温（UHT）变质作用。通过相平衡建模、双长石测温和Zr在金红石中的测温方法，我们将UHT变质作用的P–T条件限定在7.2–9.2 kbar和920–1000°C之间。石榴石中钙铝榴石成分的边缘增厚、石榴石模式的改变以及基体蓝晶石和金红石的局部生长，都与P–T路径中的高温后退阶段一致，这一阶段伴随着压力的增加和温度的降低（降至约11 kbar和约850°C）。我们提出，这些UHT岩石最初形成于一个热而松弛的背弧区域的下地壳中，该区域由于岩石圈拉伸和软流圈上涌而具有较高的热流，后来在多次地块聚合过程中被封闭。我们的发现与NAC岩石中的Hf同位素结果、全球变质作用记录以及新太古代地球古老地壳核的克拉通化过程相符，这可能与板块构造活动同时发生。

引言

超高温（UHT）变质作用代表了极端的热压条件，其中下地壳的变质温度超过900°C（Harley, 1998, Harley, 2008, Kelsey, 2008）。地质记录中显示，超高温变质作用可追溯到约31亿年前（Yu et al., 2021）。自约22亿年前以来产生UHT变质作用的机制已由Jiao等人（2023）系统地进行了研究，并证实其与超级大陆循环和汇聚板块边缘过程密切相关。然而，由于可靠的板块重建数据匮乏以及对于太古代板块构造类型的确切时间和性质的不确定性，建立造山类型与UHT变质作用之间的明确联系较为困难。因此，仔细记录UHT岩石的罕见出现可以为了解太古代的地球动力学过程提供宝贵的见解。

Saglek–Hebron复合体（SHC）位于拉布拉多北部，包含了一些地球上最古老的岩石，这些岩石形成于约39亿年前（Komiya et al., 2015, Vezinet et al., 2019, Wasilewski et al., 2021）。该复合体经历了三次太古代变质作用，分别发生在约36亿年、27亿年和25亿年前（Bridgwater and Schi?tte, 1991, Collerson and Bridgwater, 1979, Dunkley et al., 2019, Kusiak et al., 2017, Sa?acińska et al., 2018, Schi?tte and Bridgwater, 1990）。这些变质事件也在北大西洋克拉通（NAC）的其他区域被观察到（Bridgwater et al., 1973），包括格陵兰西南部（Nutman and Friend, 2007, Nutman et al., 2004），至少在新太古代事件方面，也出现在苏格兰西北部的Lewisian片麻岩复合体中（Johnson and White, 2011, Zhu et al., 1997, Zirkler et al., 2012）。以往对SHC的研究主要集中在体积占主导地位的 tonalite–trondhjemite–granodiorite（TTG）片麻岩和变质后的基性至超基性岩石上，这些岩石基于U–Pb锆石测年显示其具有超过十亿年的岩浆历史（从约39亿年前到约27亿年前）（Wasilewski et al., 2021）。锆石和独居石的测年结果显示，在27.5亿至27亿年前发生了高级变质作用，而在27亿至25.1亿年前期间，由于长时间的高温条件，形成了长英质地壳（Dunkley et al., 2019）。然而，SHC中变质作用的具体时间和P–T条件仍不明确。

在本文中，我们研究了来自SHC的变沉积岩样本，包括详细的岩石学特征、矿物化学成分、锆石地质年代学和地球化学分析、相平衡建模以及双长石测温、Zr在金红石中的测温和Ti在锆石中的测温方法的应用。这些结果为从UHT变质作用的角度理解太古代构造提供了新的见解。

地质背景

在北大西洋克拉通（NAC）的西部边缘，SHC是地球上最古老的多期变质岩体之一（图1A, B；Bridgwater et al., 1973）。SHC中的主要岩石类型（约占80%体积）是通过多次岩浆作用形成的TTG片麻岩，包括Iqaluk（约38.57亿年）、Uivak（约37.44亿年和约35.75亿年）、Iluilik（约33.30亿年）以及Lister（约32.24亿年）片麻岩（Sa?acińska et al., 2019, Wasilewski et al., 2021）。上地壳岩石，包括变火山岩和变沉积岩，也存在于该区域。

全岩和矿物化学成分的分析方法

全岩主要元素和微量元素成分采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP–MS）进行分析，使用的是Perkin Elmer Sciex ELAN 9000 ICP–MS高速四极杆（表S1.1），方法依据Wasilewski等人（2019）描述的方法。薄片中的矿物分布使用北京大学生态带与地壳演化实验室的TESCAN Integrated Mineral Analyzer（TIMA）系统进行了表征（图2C）。

矿物化学成分

岩石学特征和矿物化学成分

样品SG-049是一种典型的混合岩，含有丰富的黑云母和石榴石（黑云母相）以及石英长石相（白云母相）（图2A, B），由于在野外考察中观察到了部分熔融现象，该样品被选为后续岩石学研究的对象，这可能记录了该地区最高的变质程度。其化学组成为：SiO₂ 66.61 wt%，Al₂O₃ 15.56 wt%，K₂O 2.40 wt%，Na₂O 4.03 wt%，Mg#为58.2，A/CNK比为1.37（表S1.1）。该样品主要由石榴石组成

新太古代SHC中的P–T–t演变

根据我们的研究结果，样品SG-049经历了7.2–9.2 kbar和920–1000°C的峰值变质条件，随后退化为>11 kbar和约850°C。这一结论得到了峰值变质矿物组合、石榴石中钙含量的等值线、正交辉石中铝含量的等值线以及黑云母中钛含量的等值线的支持（图7A），并结合了Zr在金红石中的测温和双长石测温的结果（图5, 图6）。通常认为正交辉石中的钛含量反映了...

结论

• 1. 拉布拉多北部Saglek–Hebron复合体（SHC）的新太古代超高温变质作用发生在约27亿年前，达到了7.2–9.2 kbar和920–1000°C的峰值条件；
• 2. 岩石记录了一个逆时针方向的P–T路径，表明地壳经历了从较高压力（约11 kbar）到较低温度（约850°C）的演变，这与先前背弧区域的增厚过程一致；
• 3. 新太古代UHT变质作用在北大西洋克拉通的部分区域发生，并与Hf同位素结果相结合...

CRediT作者贡献声明

黄美云：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，软件应用，方法学研究，数据分析，概念构建。焦书娟：撰写 – 审稿与编辑，项目监督，项目管理，资金筹集，数据管理，概念构建。蒂姆·E·约翰逊：撰写 – 审稿与编辑，研究工作，资金筹集。乔纳森·奥尼尔：撰写 – 审稿与编辑，资金筹集。哈尼卡·里佐：撰写 – 审稿与...

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢CJ. Wei、C. Kinney和其他匿名审稿人的意见。资金支持来自国家自然科学基金（NSFC，项目编号42330304；41890832）、深部地球探测与矿产资源勘探国家科技重大项目（2024ZD1001601；2025ZD1005308）、中国科学院青年创新促进会（2018089）、中国地质科学院重点研究计划（202204），以及加拿大自然科学与工程研究委员会和北方补充资助（RGPIN 435589-2013，RGPIN-2015-03982，RGPIN-477144-2015）。