通过U-Pb地质年代学和Hf同位素技术追踪津巴布韦克拉通太古代地壳的演化过程

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Tracking Archean crustal evolution of the Zimbabwe Craton through U-Pb geochronology and Hf isotopes

　　

Manuela Botero | Jeffrey D. Vervoort | Axel Hofmann

摘要

地球的古代历史以前寒武纪地层中记录的关键时期为标志，这些时期为地壳-地幔系统的演化以及地球演化过程中发生的地质动力学过程提供了重要见解。本研究聚焦于津巴布韦克拉通（Zimbabwe Craton），这是一个重要的古老地层，在这里首次定义了太古代构造学的基本概念，但该地区的高精度同位素研究仍相对较少。我们结合了原位LA-ICPMS技术对锆石的U-Pb年龄测定结果以及岩浆样本和河沙中的Hf同位素组成，来研究该克拉通在古太古代（约36亿至33亿年前）和中新太古代（约29亿至27亿年前）时期的地壳演化过程。来自克拉通中部片麻岩复合体和花岗岩的锆石U-Pb数据表明：在36亿至35亿年前发生了一次主要的岩浆活动；随后在约33亿年前、29亿年前和27亿年前也分别发生了次要的岩浆活动。在克拉通中部以外的奥齐-穆塔雷（Odzhi-Mutare）地区，岩浆活动的记录显示锆石U-Pb年龄主要集中在29亿至28亿年前。现代沉积物中的碎屑锆石也显示出类似的年龄分布：古太古代的年龄峰值出现在36亿至35亿年前（其中34亿至33亿年前的峰值更为显著），中新太古代的年龄峰值出现在29亿至28亿年前和26亿年前。古太古代岩浆成分的Hf同位素组成与碎屑锆石的Hf同位素组成相近（ε_{Hf(3.6-3.3Ga)}介于+2至-4之间）；中新太古代岩浆成分的Hf同位素组成中ε_Hf(i)介于CHUR和+2之间（约29亿至28亿年前），而碎屑锆石的ε_Hf(i)范围则介于+4至-9之间（约29亿至26亿年前）。津巴布韦克拉通的数据表明：古太古代（36亿至33亿年前）的地壳形成过程中有年轻岩浆的加入，这些岩浆可能来源于约38亿年前的球粒陨石；而在约29亿至26亿年前，整个克拉通范围内发生了多次地壳形成事件，这些事件涉及不同程度的地壳重塑及新的年轻物质添加。津巴布韦克拉通的Hf同位素记录与全球同位素记录一致——约37亿至36亿年前表现为球粒陨石至亚球粒陨石类型的Hf同位素组成，约35亿年后开始出现年轻岩浆的加入，约30亿年后出现混合现象——这支持了约36亿年后形成了一个长期存在的贫化地幔储库的观点。