北方东部复合造山成矿系统深部结构与成矿过程

火成碳酸岩是揭示地幔源区性质及地球动力学过程的独特探针。它形成于伸展大地构造背景之下，源于地幔的低程度部分熔融，在超大陆旋回中通常形成于超大陆裂解的最初期，因此前寒武纪的火成碳酸岩可以有效锚定超大陆裂解事件的起始时限。然而，目前世界上已经识别的火成碳酸岩大多形成于显生宙，前寒武纪火成碳酸岩鲜有报道，这主要缘于前寒武纪火成碳酸岩普遍遭受了后期变质变形，强烈片理化并重结晶，不易与经历变质的沉积碳酸盐岩区分。

近期，北京科技大学谢玉玲等与来自美国地调局、澳大利亚塔斯马尼亚大学及山东黄金集团的合作者在内蒙古赤峰地区柴胡栏子金矿床附近识别出了时代为1.85 Ga（斜锆石U-Pb年龄）的火成碳酸岩侵入体。柴胡栏子地区火成碳酸岩主要以岩墙或岩床形式产出，侵位于太古宙变质沉积岩之中。该岩石经历强烈变形，曾被认为是太古宙变质沉积岩系中的大理岩夹层。碳酸岩主要由方解石和白云石构成，并含有一定量的富Mg基性硅酸盐矿物（主要为镁橄榄石、金云母、透辉石）；副矿物包括磷灰石、斜锆石、尖晶石、独居石及钛铁矿。相比于其他已知的火成碳酸岩，柴胡栏子地区碳酸岩具有相对较高的全岩SiO₂含量，并且显示出非岛弧的、类似于OIB的微量元素特征，表明该碳酸岩熔体可能源于热地幔柱的部分熔融。该岩石具有较为亏损的Nd同位素特征，表明俯冲的地壳物质在深部地幔的积累可能诱发了地幔柱的上涌。

做为哥伦比亚超大陆的一部分，对华北克拉通元古宙大地构造演化的研究对于揭示超大陆聚合—裂解的地球动力学机制具有重要意义。古元古代—中元古代之交是哥伦比亚超大陆演化的关键时期，而1.85 Ga恰好是华北地区由聚合体制变换为裂解体制的转折点。本次新识别的1.85Ga碳酸岩为超大陆裂解的起始时限提供了精确的制约，并且进一步证实了超大陆裂解事件与地幔柱活动的关系。在超大陆聚合过程中，俯冲板片在深部地幔积累，在新形成的超大陆下形成“板片坟场”，进而诱发了热地幔物质的上涌；上涌的地幔柱进一步冲击新形成的超大陆，诱发了超大陆的裂解过程。

该研究发表于Gondwana Research[Xie, Y., Qu, Y., Zhong, R., Verplanck, P.L., Meffre, S., & Xu,D. (2019). The ~1.85 Ga carbonatite in north china and its implications on the evolution of the Columbia supercontinent. Gondwana Research 65: 125–141]。该研究得到国家重点科技研发计划-北方东部复合造山成矿(2017YFC0601302)资助。

图1 柴胡栏子碳酸岩（图中红色正方形标志）大地构造位置

图2  柴胡栏子碳酸岩野外产状（Carb：火成碳酸岩；Gn：太古宙变质沉积岩）

图3  柴胡栏子碳酸岩岩相学特征，左侧正交偏光，右侧反射光（Cc：方解石；Fo镁橄榄石；Dol：白云石；Phl：金云母；Srp：蛇纹石）

图4  柴胡栏子碳酸岩镁橄榄石中的熔融包裹体，熔体结晶形成含方解石、白云石、透辉石的多晶包裹体，背散射图像及能谱面扫描结果（Cc：方解石；Fo：镁橄榄石；Dol：白云石；Di：透辉石）