《Polar Science》：Neoarchean to Paleoproterozoic tectono-thermal events in Mt. Cronus, Napier Complex, East Antarctica
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南极东部的Napier复杂体 Mt. Cronus酸性片麻岩和基性麻粒岩研究表明，前者形成于低压力下部分熔融的陆壳，具有高SiO?、K?O和Y-HREE特征，Sr-Nd同位素指示陆壳起源；后者具地幔源特征，低Sr同位素比支持幔源岩浆。U-Pb锆石定年显示四组年龄（2760.6±4.9 Ma等），揭示Neoarchean-Paleoproterozoic多阶段高温至中温变质过程，包括持续热事件。
香岛信一（Shin-ichi Kagashima）| 近藤美久（Miku Endo）| 佐藤宏子（Hiroko Sato）| 谷地健一郎（Kenichiro Tani）| 野原里香子-今中（Rikako Nohara-Imanaka）| 津田良光（Yoshimitsu Suda）
山形大学理学部，日本山形市小寺川町1-4-12，邮编990-8560
摘要
东南极洲的纳皮尔复合体（Napier Complex）保存了从太古宙到元古宙时期的构造-热事件记录，这些事件以高温（HT）到超高温（UHT）的变质作用和地壳熔融为特征。本研究通过岩相学、全岩地球化学、Sr–Nd同位素比值以及U–Pb锆石定年法，分析了克罗诺斯山（Mount Cronus）的热演化和构造演化。研究表明，长英质正片麻岩和基性麻粒岩样品中的长英质正片麻岩富含SiO2、K2O和Y–HREE（重稀土元素），表明其形成过程发生在相对低压条件下，且未残留石榴石。长英质正片麻岩的高初始Sr比值和低初始Nd比值进一步支持其大陆地壳起源的结论。相比之下，基性麻粒岩具有类似E–MORB（埃塞俄比亚-马里亚纳洋中脊玄武岩）的成分特征，其低初始Sr同位素比值表明其来源于地幔玄武岩岩浆，并可能为该地区的热活动提供了热输入。对克罗诺斯山长英质正片麻岩的U–Pb锆石定年分析揭示了四个不同的年龄组。加权平均年龄为2760.6 ± 4.9 Ma，被认为是长英质原岩的岩浆结晶年龄；而2637.9 ± 4.6 Ma的年龄则反映了同位素的重新平衡过程。较年轻的年龄组（约2523 ± 3.8 Ma和约2436 ± 3.3 Ma）对应于UHT变质作用期间的锆石生长和/或同位素修改，以及随后的长期高温变质过程。这些结果表明，克罗诺斯山从新太古宙到古元古宙的演化过程包括约2760 Ma时的长英质地壳形成，随后经历了多阶段的高温至超高温变质作用。
引言
太古宙至元古宙大陆地壳的形成与发展是理解地球历史的重要课题之一。东南极洲恩德比地（Enderby Land）的纳皮尔复合体记录了太古宙的构造-热事件（参见James和Black, 1981; Sheraton等, 1987; Harley和Hensen, 1990; Motoyoshi, 1998; Carson等, 2002; Kelly和Harley, 2005; Hokada等, 2008; Horie等, 2012; Król等, 2020, 2022; Takehara等, 2023的研究）。已报道的地质年龄范围为：约3840–3770 Ma（Sones山，Harley和Black, 1997）、约3850 Ma（Gage Ridge，Kelly和Harley, 2005）、>3700 Ma（Jewell山和Budd Peak，Król等, 2020）等。这些地区被认为是地球早期大陆地壳形成的记录地。本研究所在的克罗诺斯山也获得了多个年龄数据。使用化学Th–U–总Pb等时线法（CHIME）测得的石英-长石片麻岩年龄为3600–2400 Ma（Asami等, 2002），而高分辨率离子微探针（SHRIMP）对含石榴石-正辉石的石英-长石片麻岩和含石榴石的石英岩的分析得出的原岩年龄为3128–2580 Ma（Horie等, 2012）。然而，尚未获得早太古宙的年龄数据（>3800–3600 Ma），且在纳皮尔复合体中此类古老年龄较为罕见（Harley和Black, 1997; Horie等, 2012）。Suzuki等（2023）通过分析整个岩石的同位素组成与里瑟-拉尔森山（Riiser-Larsen Mountain）太古宙英安岩至花岗闪长岩正片麻岩的原岩年龄进行了比较，发现其结果与从该地区获得的锆石SHRIMP U-Pb年龄（3.27 Ga和3.07 Ga，Hokada等, 2003）一致。Król等（2020）的研究表明，阿蒙森湾（Amundsen Bay）东侧的图拉山脉（Tula Mountains）正片麻岩的年龄和地球化学特征表明，太古宙的岩浆活动不仅仅是年轻地壳的形成，还涉及多种地壳成分的熔融和再循环。Król等（2022）利用二次离子质谱（SIMS）对斯科特山（Scott Mountains）和拉加特山（Raggatt Mountains）采集的样品进行了锆石U-Pb定年和全岩地球化学分析，结果显示拉加特山英安岩正片麻岩的原岩年龄为2711 ± 5 Ma，斯科特山 trondhjemitic 正片麻岩的原岩年龄为2726 ± 6 Ma，表明它们形成于中等压力条件下的玄武岩地壳部分熔融。此外，斯科特山其他英安岩样品的较年轻原岩年龄分别为2539 ± 5 Ma、2533 ± 5 Ma和2522 ± 9 Ma，表明它们形成于较低压力条件下。这种较年轻的岩浆活动时间与2540–2440 Ma期间观察到的变质锆石生长年龄相吻合。总之，纳皮尔复合体的长英质正片麻岩包含了从太古宙到元古宙的地质信息。
长英质正片麻岩分布于本研究的目标区域——克罗诺斯山，通过锆石U–Pb地质年代学、全岩地球化学成分和同位素特征提供了关于地壳熔融过程的见解。基性麻粒岩被认为是由地幔玄武岩岩浆衍生而来，为该地区的热输入提供了关键线索，可能是导致高温事件的热源。本研究旨在通过整合长英质正片麻岩和基性麻粒岩的地球化学特征以及新获得的锆石U–Pb年龄，阐明从新太古宙到古元古宙的热演化和构造演化过程。
地质背景
东南极洲的纳皮尔复合体保存了太古宙构造-热事件的记录。该复合体中分布着多种长英质岩石，包括英安岩-trondhjemite-花岗闪长岩（TTG）正片麻岩、花岗片麻岩和副片麻岩，具有麻粒岩相的变质特征。Kelly和Harley（2005）认为新太古宙的构造-热历史至少经历了两次不同的高级变质事件。
岩相学
在克罗诺斯山，从一处露头采集了六份长英质正片麻岩样品，以及其附近的三份基性麻粒岩样品。照片（图2）展示了本研究中分析的长英质正片麻岩和基性麻粒岩的露头，其具有弱片麻结构。基性麻粒岩的层理与长英质正片麻岩的层理大致一致（图2A和2D）。长英质正片麻岩采集自一个宽度仅几米的狭窄区域。
分析方法
长英质和微量元素的全岩化学成分分析采用波长色散X射线荧光光谱仪（WD-XRF，RIX2000，Rigaku）进行，方法依据Yamada等（1995）的研究。微量元素的全岩浓度分析使用新潟大学的Agilent 7500a四极杆电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）完成。样品溶液通过Senda等提出的酸消化（AFAD）后进行碱熔融处理制备。全岩化学成分
克罗诺斯山的长英质正片麻岩含有77.2至78.7 wt.%的SiO2，在总碱-硅（TAS）分类图中接近亚碱性花岗岩范围。其成分与Sheraton等（1987）报道的长英质正片麻岩成分一致（图5A）。大多数主要元素和微量元素的浓度较为均匀，其中MgO含量为0.12至0.26 wt.%，CaO含量为1.28至1.55 wt.%，均低于图拉山脉的长英质正片麻岩。K2O含量克罗诺斯山长英质正片麻岩和基性片麻岩原岩的岩浆过程
克罗诺斯山的长英质正片麻岩在TAS图上接近花岗岩范围（图5A），其成分与太古宙TTG岩系不同（图5C）。其特征是较高的Sr同位素比值（图5E），并在板块内花岗岩（WPG）范围内（图5D），表明其起源于地壳内部的局部熔融作用。克罗诺斯山长英质正片麻岩的原岩来源将在下文讨论。结论
- 1.
本研究介绍了东南极洲纳皮尔复合体中克罗诺斯山长英质正片麻岩和基性麻粒岩的地球化学特征。长英质正片麻岩具有较高的SiO2、K2O和Y-HREE含量，据认为形成于相对低压条件下的大陆地壳部分熔融过程，且未残留石榴石。其高初始Sr比值和低初始Nd比值的同位素特征进一步支持其大陆地壳起源。
作者贡献声明
香岛信一（Shin-ichi Kagashima）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法验证、研究设计、资金获取、数据管理、概念构思。谷地健一郎（Kenichiro Tani）：数据管理。野原里香子（Rikako Nohara）：数据管理。近藤美久（Miku Endo）：数据管理、概念构思。佐藤宏子（Hiroko Sato）：数据管理。津田良光（Yoshimitsu Suda）：方法验证、研究调查。Biao等，1996年。
利益冲突声明
作者声明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
我们非常感谢两位匿名审稿人和编辑提出的建设性意见和建议。特别感谢JARE46小组成员以及破冰船“白濑”号（Shirase）的船员，尤其是Y. Motoyoshi、Y. Hiroi、N. Ishikawa和M. Satish-Kumar在野外工作中的合作。本研究得到了JGC-Saneyoshi奖学金基金会的研究资助。
