胡培远、翟庆国等-GRL：碎屑锆石稀土元素

约束拉萨地块的古地理起源

　　大陆（或陆块）的古地理重建对研究和验证超大陆旋回理论具有至关重要的作用。由于缺少稳定的古生物和沉积记录，造山带中古陆块的前寒武纪古地理重建一直是一个难以解决的科学问题，制约了前寒武纪超大陆重建方案的进一步细化。前人尝试使用碎屑锆石的年龄频谱和Hf同位素组成来解决这一问题，但是由于数据的多解性，无法为古陆块的古地理位置提供精确约束，因此，探索新的古地理重建方法极为迫切。构造地质研究室胡培远研究员、翟庆国研究员与澳大利亚蒙纳士大学Peter Cawood教授和Roberto Weinberg教授、香港大学赵国春院士合作，总结了地壳演化过程中锆石稀土元素的变化规律，取得了以下重要认识：

1、进一步揭示了地壳演化过程中碎屑锆石稀土元素的变化规律

　　在充分总结前人实验岩石学研究成果的基础上，研究团队进一步揭示了地壳演化过程中锆石稀土元素的变化规律，即：（1）在洋-陆俯冲造山带中，中酸性岩浆岩以I型（岩浆岩源区）为主，并且氧逸度和水含量总体稳定在较高水平，导致锆石Eu异常和轻/重稀土比值主要受控于母岩浆的源区深度，其变化趋势耦合，并且与地壳平均厚度正相关；（2）在陆-陆碰撞造山带中，虽然母岩浆的源区深度依然是重要的控制因素，但是由于S型岩浆岩比例的上升和不稳定的氧逸度和水含量，锆石Eu异常和轻/重稀土比值呈现解耦的变化趋势。随后，研究团队使用全球（全球河沙）和区域（西藏冈底斯山脉）尺度的碎屑锆石稀土元素数据库进一步验证了上述变化规律（图1）。

图1 全球河沙和西藏冈底斯山脉碎屑锆石稀土元素数据与地壳演化的耦合关系示意图

2、首次将碎屑锆石稀土元素资料用于约束青藏高原拉萨地块的古地理起源

　　基于碎屑锆石稀土元素与地壳演化的耦合关系，研究团队提出碎屑锆石Eu异常和轻/重稀土比值的变化趋势可以作为一种古地理重建的新方法，从而为传统的碎屑锆石年龄频谱和Hf同位素组成方法提供有意义的补充，进一步提高前寒武纪古地理重建的精确度。作为应用实例，研究团队将这一新方法用于约束青藏高原拉萨地块的古地理起源。传统观点认为，拉萨地块起源自印度或者澳大利亚，但是，基于全球超过18000个碎屑锆石的年龄、Hf同位素和稀土元素分析结果（图2），研究团队发现拉萨地块在罗迪尼亚-冈瓦纳超大陆旋回（约1.4–0.4 Ga）中的稀土元素变化趋势与非洲类似，与印度和澳大利亚区别明显（图3），从而提出拉萨地块更可能起源于非洲。

图2 拉萨地块及其在冈瓦纳超大陆中的古地理复原图

图3 拉萨地块、非洲、印度和澳大利亚的碎屑锆石年龄、Hf同位素和稀土元素对比图

　　本研究提出了基于碎屑锆石稀土元素的古地理重建新方法，并进一步约束了青藏高原拉萨地块的古地理起源，推动了全球超大陆重建方案的进一步细化，对研究和验证超大陆旋回理论具有重要意义。本研究得到了第二次青藏高原综合考察研究项目（2019QZKK0703）、国家重点研发计划项目（2021YFC2901901）、国家自然科学基金项目（41872240和42072268）、中国地质调查局项目（DD20190060）等的联合资助。相关研究成果发表在国际权威地学期刊《Geophysical Research Letters》上：Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Peter A. Cawood, Roberto F. Weinberg, Guo-chun Zhao, Yue Tang, Yi-ming Liu. 2023. Paleogeographic reconstruction of Precambrian terranes reworked by Phanerozoic orogens: an example based on detrital zircon REE from Lhasa terrane in southern Tibet. Geophysical Research Letters 50, e2023GL102979.

　　原文链接：https://doi.org/10.1029/2023GL102979