华北太古宙晚期地壳生长机制与板块构造的渐进式发展

大量地质地球化学证据表明，板块构造在太古宙时期已经启动，但在表现形式上与显生宙时期有所不同，主要与太古宙时期较高的地幔温度有关。认识古老板块构造的运行特点，对于理解大陆地壳的形成与演化、地球宜居性的逐渐形成具有重要意义。本文通过对华北克拉通晚太古宙两期地壳生长事件的深入剖析，指出太古宙板块构造很可能经历了从不成熟向成熟的渐进式演化过程。华北克拉通在~2.9–2.7和~2.6–2.5 Ga经历了两期显著的地壳生长事件，分别表现为太古宙长英质片麻岩的同位素模式年龄峰以及广泛分布的绿岩带镁铁质岩石。尽管保存下来的绿岩带镁铁质岩石总体上具有岛弧型微量元素分布特征，但其中早期的镁铁质地壳较少，多数已在几百个百万年内发生再造。TTG（奥长花岗岩-英云闪长岩-花岗闪长岩）作为这些镁铁质地壳部分熔融的产物，其锆石Hf-O同位素组成指示源区岩石的属性为不同时代的海水热液蚀变洋壳，说明早期镁铁质新生地壳很可能以洋壳玄武岩为主。TTG的中-低压型特征进一步说明，洋壳并未成功俯冲到地幔深度，而是因俯冲夭折增生到陆核边缘或者因板块碰撞而加厚。与之不同，晚期地壳生长事件中保留下来的镁铁质岩石数量很多，且其不相容元素的富集程度与根据岩石主量元素计算所得的含水量耦合，说明岛弧型微量元素特征与源区流体交代作用有关。结合区域上~2.5 Ga的含超高压矿物包裹体蛇绿岩、榴辉岩相残余洋壳等地质证据，可以认为在太古宙晚期类似现今的板块构造已经有效运行。由此看来，现代板块构造体制的产生并非一蹴而就，而是随着板块边缘热状态的演化经历了不同阶段的发展。正因如此，太古宙板块构造体制下仍能带来显著的地壳生长。两期不同性质的地壳生长事件最终导致华北克拉通的形成。