近日，北京大学地球与空间科学学院宋述光教授课题组在太古宙超高压变质作用及板块构造起始方面取得重要进展。相关研究成果以”Ultrahigh-pressure peridotites record Neoarchean collisional tectonics”为题发表于国际地学期刊Earth and Planetary Science Letters。该论文第一作者为在读博士研究生吴珍珠。

板块构造的启动时间一直存在争议；因为尚未发现能够反映太古宙汇聚板块边缘存在的典型变质岩石记录（高压–超高压变质岩石），一些学者认为太古宙不存在板块构造。超高压变质岩石通常产出于不同板块发生俯冲-碰撞作用的汇聚板块边缘，太古宙超高压变质岩石的发现可以为板块构造是否在太古宙存在提供直接的证据。针对这一重要问题，本研究在华北克拉通冀东地区报道了新太古代超高压橄榄岩，为太古宙超高压变质作用及板块构造起始研究提供了重要的实例。

冀东地区太古宙基底岩石可以划分为高级片麻岩地体和构造混杂带。本研究所针对的太古宙超高压橄榄岩以不同尺寸的块体产出于构造混杂带中的太古宙表壳岩和TTG中。本研究对橄榄岩中的变质锆石进行了U-Pb定年，并给出了~2.5 Ga的新太古代变质年龄；同时对切穿橄榄岩的花岗岩脉进行了锆石U-Pb定年，其侵入年龄略年轻于橄榄岩的变质年龄，与野外所观察到的穿插关系一致，表明所研究的橄榄岩形成于太古宙并在新太古代折返至地壳层次。冀东太古宙超高压橄榄岩保存有石榴石假象，其中的辉石存在大量的出溶结构，说明这些太古宙超高压橄榄岩经历了从高压到低压的转变过程(图1)。本研究对冀东太古宙超高压橄榄岩中的石榴石假象和发育出溶结构的单斜辉石进行矿物成分恢复，并对不同阶段的矿物组合进行温压估算，重构了冀东太古宙超高压橄榄岩的折返过程变质P-T轨迹（图2）：冀东太古宙超高压橄榄岩折返前位于石榴石稳定的岩石圈地幔深度（110–130 km），可能是在新太古代板块俯冲-碰撞过程中从地壳层次转移至此深度，并在随后的折返过程中被抬升至地壳层次。冀东太古宙超高压橄榄岩的发现表明在新太古代时地球已经发育了汇聚板块边缘，并指示某种形式的板块构造至少在新太古代就已经出现。

北京大学地空学院博士研究生吴珍珠为论文第一作者，北京大学宋述光教授和香港大学王潮博士为论文共同通讯作者，合作者包括英国杜伦大学Mark Allen教授、中国地质大学（武汉）Timothy Kusky教授以及中国地质大学（北京）苏犁教授。本研究得到了国家自然科学基金和国家重点研发项目的资助。

论文链接：Wu Z, Wang C, Song S, Allen MB, Kusky T, Su L. Ultrahigh-pressure peridotites record Neoarchean collisional tectonics. Earth and Planetary Science Letters 596, 117787 (2022). https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117787

图1：（a），冀东太古宙橄榄岩中石榴石假象。（b）-（c），(a)中石榴石假象局部放大图。（d），石榴石假象与出溶的辉石伴生。(e)- (f)，石榴石降压分解形成的辉石和尖晶石蠕虫状交生矿物组合。（g）-(i），石榴石假象被橄榄石包围，呈粒状变晶结构。

图2: 冀东太古宙超高压橄榄岩变质P-T轨迹图。阶段1：冀东太古宙超高压橄榄岩在折返前位于石榴石稳定的岩石圈地幔深度（110–130 km），可能是在新太古代板块俯冲-碰撞过程中从地壳层次带至此深度；阶段2：冀东太古宙超高压橄榄岩被抬升至地壳层次，伴随着石榴石分解和辉石中不同矿物的出溶。