地球化学的前寒武纪堤坝成群Singhbhum克拉通,印度:对回收地壳在地幔源组件
m·p·马努Prasanth
Kwan-Nang庞
k·r·哈里
Bibhuti Bhusan Sahoo2、3,- 1台湾中央研究院地球科学研究所,台北,台湾
- 2研究学院的地质学和水资源管理,Pt。Ravishankar舒克拉大学sujeet kumar印度
- 3地下水董事会(CGWB)中部,东北部地区,印度古瓦哈蒂
- 4研究所的地球化学和岩石学,苏黎世联邦理工学院,苏黎世瑞士
- 5伯尔尼大学地质科学研究所,瑞士苏黎世
Singhbhum克拉通,印度东部记录多个阶段侵位的前寒武纪岩脉群与造岩对比模型提出了他们的形成。在这项研究中,我们文档元素和Sr-Nd同位素数据三大堤坝成群在南部克拉通的一部分,包括2.7 Ga Ghatgaon戴克群,早期原生代帕堤群和ca。1.76 Ga Pipilia堤坝群。堤坝的作品是由玄武岩和玄武安山岩和小安山岩,表现出典型的大陆地壳岩石微量元素签名。Ghatgaon Age-corrected钕同位素数据(ε无损检测=−4.8 + 4.6),帕ε无损检测=−11.9 + 3.8),和Pipilia(单个样本ε无损检测=−8.8)岩脉群显示实质性的变化。缺乏岩浆成分的变化可能表明存在地幔岩石中潜在的温度升高表明融化政权很可能类似于周围地幔。Dy / Yb和Dy / Dy *分类学的岩石表明融化发生spinel-stable深度和spinel-garnet之间的过渡区。镁铁质岩石的成分居多的和无处不在的大陆地壳微量元素签名是最好的解释为橄榄岩与回收地壳组件来源,可能在辉石岩的形式。我们新的钕同位素数据,反对任何在先前的研究中调用简单的世俗的进化趋势,表明地壳回收可能是一个情景的现象,而不是一个离散的单级过程自太古代。地球化学模型表明sublithospheric地幔来源与地壳(10%或更少)回收组件满意地解释了堤坝成群的微量元素的变化。
1介绍
巨大的辐射堤坝成群表示明显的张性结构,普遍存在在太古代克拉通和常用的重建克拉通裂谷作用的历史街区(威尔逊,1990;Bleeker恩斯特,2006;索德伦德et al ., 2010)。例如,地质年代的和古地磁的数据Neoarchean-Paleoproterozoic堤坝成群识别和描述了几个不同的,短暂的,晚太古代超级克拉通(如Scalvia, Superia和瓦尔巴拉)。虽然不是普遍,巨大的辐射堤坝成群被认为代表了管道系统喂养大火成岩省(嘴唇)(恩斯特,2014;斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019;2021年巴肯和恩斯特)。由玄武岩组成,堤防群及其火山协会被用来探测幔源特征,岩浆分异岩浆起源和过程(条件于佩尔et al ., 1985;Bedard说et al ., 2021)。
如果巨大辐射堤坝成群的确是相关的嘴唇,然后反常地高潜在地幔温度(Tp),因此地幔可能暗示。然而,地幔并不代表一个统一的解释甚至是显生宙的嘴唇。例如,大西洋中部岩浆省(营)和北大西洋大火成岩省(NALIP)解释为上地幔内部加热下厚岩石圈大陆绝缘(由于长期Korenaga 2004;Coltice et al ., 2007;洞,2015;惠伦et al ., 2015)。岩浆作用和随后的开裂事件归因于板块边界力量与泛大陆解体(马努Prasanth et al ., 2022)。进一步,提出地幔来源NALIP和营地包含大量的回收地壳材料(Korenaga 2004;惠伦et al ., 2015;马佐里et al ., 2018)。这种异常肥沃的来源可以解释相关的大量岩浆下嘴唇周围地幔热机制(Korenaga 2004;Coltice et al ., 2007)。是否适用于前寒武纪戴克成群,然而,没有足够详细地探讨。
前寒武纪堤坝成群的不同代Singhbhum保存完好的克拉通,印度。例如,7个不同种类的堤坝成群识别基于侵位时代跨越从Neoarchean古元古代(ca。2.8 - -1.7 Ga)和其他与堤坝成群在克拉通全球质量(斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019)。然而,源和岩浆过程负责生成Singhbhum堤坝成群仍有争议,提出起源涉及地幔柱(斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019),plume-triggered融化次大陆岩石圈地幔(SCLM) (Pandey et al ., 2021)或互动enriched-depleted MORB地幔(DMM)和低程度部分融化metasomatized SCLM (Adhikari et al ., 2021)。这里,我们文档大部分岩石地球化学和Sr-Nd同位素数据探索地幔源的特点和融化动力学Neoarchean Ghatgaon岩脉群(ca。2.76 - -2.75 Ga),古元古代早期帕堤群,和古元古代Pipilia岩脉群(1.77 Ga)的南部Singhbhum克拉通(Shankar et al ., 2018;Dasgupta et al ., 2019;斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019;Adhikari et al ., 2021;Pandey et al ., 2021)。根据我们的新数据和公布的数据,我们显示,三组的生成的堤坝成群最有可能涉及包含偶然地回收地壳地幔来源材料。
2地质背景
Singhbhum克拉通,在印度东部,长时间沉积和岩浆记录生成Paleoarchean新元(Olierook et al ., 2019)。主要的最早阶段地壳增长可能发生在3.55 Ga和3.32 Ga Paleoarchean (阿帕德海耶et al ., 2014;戴伊et al ., 2017;Pandey et al ., 2019),体现Paleo-Mesoarchean侵位的花岗岩类岩石在两间隔3.45∼-3.44 Ga和3.35∼-3.34 Ga和钠的英云闪长岩和奥长花岗岩老变质岩组3.45∼-3.44 Ga。同时代的年长的变质演化集团和部分铁矿石集团注意到在3.5到3.3 Ga (Olierook et al ., 2019)。克拉通也记录最早的地壳在Eoarchean回收。Eoarchean碎屑锆石记录地壳一代回收的地狱的长英质的地壳形成3.95∼4.3到4.2 Ga和∼Ga (Sreenivas et al ., 2019)。证据有一个剧烈的转变从unradiogenic同位素放射产生的高频成分在Paleoarchean和Mesoarchean(3.5∼3遗传算法Ga),已与地球动力学的改变政权的克拉通(Sreenivas et al ., 2019)。克拉通稳定在Paleoarchean结束(3.2 Ga),钾的花岗岩形成的时期,虽然零星的方式,在克拉通(Olierook et al ., 2019;Pandey et al ., 2019;乔杜里et al ., 2022)。碎屑锆石的进化高频和O同位素签名指出,改造现有的地壳主要在2.67 - -2.35 Ga (王et al ., 2022)
前寒武纪戴克侵位的离散集Singhbhum克拉通前寒武纪的嘴唇与管道系统(Kumar et al ., 2017;斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019)。Neoarchean古元古代(ca。2.8 - -1.7 Ga)堤坝成群的克拉通分为七个不同的组(斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019),与其他克拉通建立祖先的克拉通群众的并列,构成前寒武纪的超级大陆。已知最早的堤坝成群侵到目前为止-2.75∼2.8 Ga Keshargaria堤坝群和2.76 Ga Ghatgaon戴克群,这是与镁铁质volcanic-intrusive单位在皮尔巴拉和Kapaval克拉通(Kumar et al ., 2017;Shankar et al ., 2018)。Kumar et al。(2017)建议2.77∼Ga、Singhbhum皮尔巴拉,Kapaval克拉通是近端。根据古地磁的北极的1.75 Ga Pipilia群,Shankar et al。(2018)提出Singhbhum、华北和Baltica克拉通是近端。此外,堤坝成群的相邻东达瓦尔和巴斯塔克拉通也被与Singhbhum戴克群(Pandey et al ., 2021)。早期研究命名为前寒武纪镁铁质堤坝成群Singhbhum克拉通的新辉绿岩。在最近的一项研究中,基于横切关系,方向,和U-Pb Pb-Pb斜锆石年龄,斯利瓦斯塔瓦et al。(2019)分类的堤坝成群Singhbhum克拉通分成七个组:1)NE-SW趋势Keshargaria岩脉群(2.8 Ga), 2) NNE-SSW NE-SW-trending Ghatgaon岩脉群(ca。2.76 - -2.75 Ga), 3) NE-SW ENE-WSW趋势Kaptipada岩脉群(2.26 Ga), 4)早期古元古代西ENE-WSW帕堤群,5)原生代中期Bhagamunda戴克群,6)WNW-ESE Pipilia岩脉群(1.77 Ga)和7)NS-NNE Barigaon堤坝群。如上所示,只有四的七radiometrically过时,和其他人进行分类的基础上横切关系(斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019)。本研究的重点是Ghatgaon戴克群,卡尔帕堤坝群,Pipilia岩脉群(图1),以下是详细描述的功能。
图1。广义的地质图Singhbhum克拉通显示主要堤坝成群(修改后的分布Kumar et al ., 2017;斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019)。
Ghatgaon堤坝群广泛分布在整个Singhbhum克拉通和展品一般NE-SW趋势(图2一个)。堤坝的出现更广泛的南部Singhbhum花岗岩,特别是Pipilia Bagamunda北部和南部。除了广泛分布NE-SW趋势堤坝(斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019),一些堤坝展览南和n的趋势。样本来自Badamahuladiha、Bhimkund Dhenkikote地区,南部的克拉通。卡尔帕堤坝群主要是发现在南部Singhbhum花岗岩复杂的一部分。大多数西帕堤坝的趋势(斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019),尽管堤坝出现n和NE-SW趋势也可以被识别。大部分的堤坝都集中在帕区(图2 d)。我们从Dhurpada收集样本,Baliaguda和Ghadghadi区域。斯利瓦斯塔瓦et al。(2019)发现零星出现的帕堤坝在北部段Singhbhum花岗岩和提出一个总体辐射模式。Pipilia堤坝群主要集中在Pipilia地区,位于南部Singhbhum花岗岩。Srivasatva et al。(2019)提出了一个WNW-ESE Pipilia堤坝的趋势。根据我们的实地观察,Pipilia岩脉群表现出n和-趋势。收集的样本Pipilia和Dumuria区域。取样细节和坐标表1。
图2。场和岩相的图像堤坝成群的Singhbhum克拉通。现场的照片(一)Ghatgaon堤坝群显示了横切关系Paleoarchean ttg和(D)卡尔帕的堤坝Dhurpada地区群。(B)岩石和(C)的背散射图像Ghatgaon岩脉群(KD-09)显示斜辉石斜长石的本文和基质占优势。
表1。样品的细节堤坝成群的Singhbhum克拉通。
3岩相学
大多数样品展示材质和矿物学与无处不在的斜辉石和斜长石(典型的辉绿岩图2 b, C)。橄榄石的遗物在样品中观察到的地方。不透明氧化物(主要是Ti-magnetite和次要的钛铁矿)也存在零星。一些样品含有两个种群的斜长石,包括那些包含在划定的辉石和也大晶体。岩相观察下面的结晶序列:橄榄石>斜辉石>斜长石> Fe-Ti氧化物>间质液体。大多数样品展示变量改变的迹象,斜长石往往被粘土矿物或绢云母所取代。主要的橄榄石,虽然出现在小的分数,完全取代褐绿泥石或蛇形。辉石大多被绿泥石和角闪石。
4分析方法
4.1主要和微量元素分析
大部分岩石细粉的主要和微量元素分析样品进行CSIR-National地球物理研究所,海得拉巴。分析了主要元素使用光谱仪(菲利普斯Axios mAX4),其次是按颗粒样品制备技术。分析方法的细节,如仪器校准、数据采集、准确性和检测提供了限制克里希纳et al。(2016)。微量元素进行了分析使用AttoM HR-ICP-MS(ν仪器,联合王国)。50毫克Savillex粉末状采集标本®瓶和10毫升的酸混合物包含高频和HNO3(7:3比例)补充道。此外,瓶加热在150°C 48 h和一个明确的解决方案。1毫升HClO4添加和示例解决方案是干固体残渣。20毫升的1:1比例高频和微孔水混合添加到瓶和加热在80°C的1 h。示例解决方案进一步转移到25毫升锥形烧瓶,和5毫升1 ppm Rh添加作为内部标准。获得最优的总溶解固体(TDS)水平,最初稀释样品溶液250毫升,和5毫升的稀释溶液进一步稀释50毫升,标准UB-N JP-1随着样品和空白的解决方案进行了分析。样品的细节消化方法,仪器参数,介绍了数据采集和质量Satyanarayanan et al。(2018)。
4.2 Sr-Nd同位素分析
样品制备对同位素测量进行了地质科学研究所,瑞士伯尔尼大学。大约90毫克的粉末状样品飙升了87年Rb -84年老和149年Sm -150年Nd的Savillex峰值®烧杯保持一个经验主义的错误放大1.5∼2 (Stracke et al ., 2014)。样品进行了消化过程使用集中心力衰竭,HNO3两天分别和HCl的解决方案在120°C。每一步进行干燥后的样品在低温电炉。干燥后的样品,样品在DOWEX加载®AG) 50 W-X8(200 - 400目)阳离子列分离Rb和Sr装运盐酸试剂是2.5米。盐酸铷和削减Sr收集使用2.5米,中间有一个截然不同的洗脱步骤。化学分离的Sm Nd使用过程做了概述文德兰花et al。(2021)。
Rb和Sr同位素测量在地质科学研究所,瑞士伯尔尼大学。飙升样本测量Rb和锶同位素在热科学™,海王星加上™影音收藏家电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)。干等离子体模式使用Cetac Aridus II反溶剂系统是用于高效的进样和在测量灵敏度的影音收藏家ICPMS。在同一浓度标准和样品测定的准确性。背景的测量洗酸试剂,0.5 HNO3,减去从每个测量样品和标准的解决方案。干扰的84年基米-雷克南和86年基米-雷克南在84年Sr - 86老被监控和接近基线(< 105V)全程序空白< 500 pg,被用于样品的空白校正。
Sr同位素比例是质量偏差纠正使用指数律和迭代(Stracke et al ., 2014)与标准化的比率86年Sr /88年Sr = 0.1194。NIST标准SRM®987年取得了87年Sr /86年Sr = 0.710253±0.000012 (2 sd;n= 8)。Rb同位素比例是质量偏差的纠正standard-sample-standard交叉法使用指数律。
钕和Sm同位素测定热科学™,海王星™影音收藏家ICPMS研究所的地球化学和岩石学,瑞士苏黎世联邦理工学院。相同的测量技术用于Rb和锶同位素测量进行了Nd和Sm同位素测量。此外,除了使用规范化的比率146年Nd /144年Nd = 0.7219,钕同位素比值也对仪器内部规范化质量偏差万斯和Thirlwall (2002)。标准的JNdi平均收益率143年Nd /144年Nd = .512084±0.000005(2σ;n= 14),与外部的再现性14 ppm。
4.3斜辉石组成
斜辉石成分进行分析在地球科学研究所,台湾中央研究院、台湾。选择样本首先检查用扫描电子显微镜(JEOL SEM地产- 6360 lv) microtextural观察,质矿物识别,和发现网站感兴趣的后续电子探针显微分析(电子探针),这是一个电子探针微分析仪(JEOL电子探针jxa - 8900 R)配备四个波长色散光谱仪(WDS)。二次电子和背散射电子图像图像被用来指导分析目标的位置的矿物质。为定量分析,使用1µm梁的加速电压15千伏的电子束电流12 nA。修正测量x射线的强度是由oxide-ZAF方法使用合成的标准校准标准矿物与各种衍射晶体。标准矿物分析如下:如果与利用水晶硅灰石,金红石钛与宠物水晶,艾尔(TAP)刚玉,氧化铬铬(PET),赤铁矿铁与生活水晶,Mn-oxide Mn (PET)、方镁石毫克(TAP),氧化镍,镍(生活),硅灰石对Ca (PET),钠长石Na (TAP),磷灰石为P (PET)和冰长石K (PET)。峰计数为每个元素和两个上下基线x射线数10年代和5 s,分别。标准作为未知数运行产生的相对标准偏差< 1% Si、钠和钾和其他元素< 0.5%。检测范围是所有元素低于600 ppm。分析了矿物颗粒的核内降到最低分带的影响,变更和re-equilibration。 The results are presented in补充表S1。
5个结果
5.1主要和微量元素地球化学
主要和微量元素数据样本Ghatgaon,卡尔帕和Pipilia堤坝成群了补充表S2。地球化学变化的样品包括玄武岩、玄武安山岩安山岩(图3),显示出实质性的成分变化。卡尔帕展览的样品成分变化从玄武岩、安山岩和3.7 - -12.8 wt %分别以11.3到15.8 wt % FeO说t。大多数Ghatgaon样本6.4到9.2 wt %分别,除了两个样品(KD-12A KD-12B)收集从Dhenkikote∼21 wt %分别。如此高的分别与累积的性质是一致的。从我们的数据和先前的研究(Dasgupta et al ., 2019;Adhikari et al ., 2021;Pandey et al ., 2021)玄武岩成分过滤掉,进一步绘制成Zr / P2O5* 104与Nb / Y图温彻斯特和弗洛伊德(1976)区分碱性拉斑玄武岩质成分(图3插图)。Ghatgaon的堤坝成群,卡尔帕拉斑玄武岩质玄武岩和Pipilia展览作品。相对组分变化观察到主要在Ghatgaon和Pipilia堤坝成群。TiO之间不存在系统的趋势2与Mg # (图4)。艾尔的变化2O3/ TiO2与Mg # (图4在相对较少的进化(Mg # > 50)熔岩从地幔来源表明中等程度的部分熔融(奈斯比特et al ., 1979)。
图3。分类的前寒武纪堤坝成群的Singhbhum克拉通总碱与硅图(Le Bas et al ., 1986)。三大堤坝成群的南部Singhbhum花岗岩被认为是在这项研究中,包括Ghatgoan (2.76 Ga),卡尔帕(元古代早期)和Pipilia群(1.77 Ga)。开放的圆圈表示从以前的研究数据(Dasgupta et al ., 2019;Adhikari et al ., 2021;Pandey et al ., 2021)。稳固的三角形表明本研究样本。玄武岩歧视图(嵌入)碱性和拉斑玄武岩质玄武岩之间温彻斯特和弗洛伊德(1976)。样品绘制的图仅限于SiO玄武岩歧视240到51 wt %。虚线分离碱性和sub-alkaline成分助教情节欧文和Baragar (1971)。
图4。整个岩石的变化Mg-number (Mg #)(一)TiO2,(B)FeOt和(C)艾尔2O3/ TiO2。这些符号是一样的图3。
所有样本显示LREE-enriched模式chondrite-normalized变异图(图5)。虽然Pipilia成群的稀土元素模式近似平行的,其他堤坝成群的变化强调成分变异的个体之间的差异堤坝成群。尤其是样本KD-21of帕堤群表现出相对富集稀土元素模式(图5 c)。在多元化的图表中,成分变化可以观察到在个人堤坝成群,指向一个复杂的岩石成因的关系(图5)。几乎所有的样品展览- Ti异常,积极Pb异常和消极Nb异常(图5)。Ghatgaon样本显示- Y异常,而帕和Pipilia样本表现出消极或积极的Y异常。相对于公关和Nd - Sr异常也可以注意到的样本。
图5。球粒状陨石归一化稀土元素(REE)模式和原始地幔标准化多元件图(A, B)Ghatgaon岩脉群(C, D)卡尔帕堤群(E, F)Pipilia堤坝群。从以前的研究数据(灰色线)也显示比较(Adhikari et al ., 2021;Pandey et al ., 2021)。在原始地幔标准化图表中,增加不相容的元素排列地幔岩石从右到左。球粒状陨石的规范值和原始地幔太阳和麦克多诺(1989)。
5.2 Sr-Nd同位素组成
Sr-Nd同位素数据列出了9个选定的样本与玄武岩组成表2Ghatgaon堤坝,其中包括四个样本群,四个样本帕堤群和一个样本Pipilia堤坝群。他们显示大变化。例如,初始87年Sr /86年老帕堤坝样本群的范围从.705543 .707282,和ε无损检测值从-12.0 + 3.9 (表2)。他们之间缺乏负相关(图6)表明Rb-Sr同位素系统可能已经被post-magmatic过程(例如,变更);Sm-Nd同位素体系相对不敏感等过程。正面和负面εNd值明显Ghatgaon和帕样本。在帕堤群,展品的样本相对富集稀土元素模式(KD-21)也显示了一个丰富ε无损检测-12的价值。一个样本(KD-19A) Pipilia岩脉群产生一个εNd值为-8.8。
表2。Sr和钕同位素数据的堤坝成群的Singhbhum克拉通。
图6。(一)全岩87年Sr /86年老我与ε无损检测Ghatgaon变化,卡尔帕和Pipilia堤坝成群。Sr-Nd同位素变化Paleoarchean ttg和花岗岩Singhbhum克拉通的阿帕德海耶et al。(2019)。亏损地幔的字段和平均值(DM),大洋中脊玄武岩(MORB)、大洋岛玄武岩(OIB) OIB高μ(HIMU),丰富mantle-1 (EM-1),丰富mantle-2 (EM-2)和洪流玄武岩来自大陆Dorais et al。(2005)。领域Singhbhum花岗岩类岩石表示重新计算值对应于堤坝成群的年龄。(B)全岩ε无损检测与时间(Ma)的堤坝成群的Singhbhum克拉通。的Nd进化数组Singhbhum地壳花岗岩类岩石Pandey et al。(2021)。数据从2800年马Keshargaria群和2256 Ma Kaptipada群(Pandey et al ., 2021)也显示了比较。
5.3斜辉石组成
由于改变了样品的性质,选择代表性样本含有新鲜的斜辉石三堤成群的矿物化学分析。选中的样品从帕和Ghatgaon堤坝成群;没有选择Pipilia样本。斜辉石在帕样品展览主要augitic成分(En48-36我们44-34Fs22-13),特点是51-54 SiO wt %2和- wt %分别。斜辉石Ghatgaon样品的成分不同的易变辉石和辉石(En50-37我们36-11Fs44)(图7)。分析了斜辉石都TiO相对较低2。此外,大多数斜辉石成分的情节罗兹图(或低于平衡曲线图7 b),表明大多数斜辉石颗粒结晶形成的平衡。换句话说,这些颗粒结晶从或不断平衡的基质框架最终固化的辉绿岩。斜辉石的成分变化也表现出明显的重叠和大洋中脊玄武岩(MORB)和岛弧拉斑玄武岩(IAT) (图7 c)。
图7。分类Ghatgaon的辉石和帕堤坝成群。大部分的辉石情节的辉石场和一些Ghatgaon展览不同的成分变化。(B)斜辉石矿物岩石Fe-Mg平衡图。曲线显示范围之间的平衡组成矿物和融化Fe-Mg分区系数陈霞±0.08 (Putirka 2008)。(C)SiO2/ 100 vs Na2O vs TiO2(Beccaluva et al ., 1989)歧视图从Ghatgaon斜辉石,卡尔帕堤坝成群。MORB-mid-ocean脊玄武岩;IAT-island-arc拉斑玄武岩;WOPB-within海洋板块玄武岩。
6的讨论
样品分析在这项研究不符合标准的原始岩浆与地幔橄榄岩平衡,也就是说,相对较高的镍(> 400 - 500 ppm)、铬(> 1000 ppm)和Mg # (> 70) (威尔逊,1989)。相反,适度的地球化学参数值表明推导来自幔源岩浆凝固之前进行了分化的堤坝。下面,我们专注于三个堤坝成群的岩石成因的方面:可用数据表明,起源大陆crust-like微量元素签名,世俗的钕同位素变化,融化的岩浆源和条件的特征。
6.1的起源地壳签名
不兼容的微量元素模式Singhbhum堤坝的明显不同于典型的N-MORB和OIB模式(太阳和麦克多诺,1989)。相反,堤坝的图案显示大陆地壳岩石强烈相似之处(图5)。这样的微量元素特征通常被解释为同化大陆地壳岩石的幔源岩浆在上升到水面,岩浆从地幔楔推导在俯冲带地壳或地幔来源已经修改的组件。下面,我们详细地址这些机制。
我们已经从地球化学评估地壳污染的可能性签名(图8)。Nb和Th比例对分离结晶和地幔熔融的影响可以忽略不计,因此Th / Nb比率可以用来评估地壳或地幔源污染异质性的影响(Tegner et al ., 2019)。大陆地壳高Th / Nb (0.875;鲁德尼克和高,2014)。Paleoarchean和Mesoarchean ttg和Mesoarchean K-rich花岗岩类岩石的Singhbhum克拉通也表现出很高的Th / Nb (0.786;阿帕德海耶et al ., 2019)。在目前的研究中,样本Ghatgaon岩脉群(Th / Nb = 0.13 - -0.44),卡尔帕堤群(Th / Nb = 0.15 - -0.32)和Pipilia岩脉群(Th / Nb = 0.15 - -0.32)展览Th / Nb比率低于大陆地壳,也指出,上地壳来源的污染很小。进一步,我们评估的角色地壳污染或可能参与回收组件的源代码使用Th / Yb和Nb / Yb (皮尔斯,2008)。在Th / Yb地幔数组与Nb / Yb图代表融化形成的大洋地幔来源。两个混合曲线生成MORB源之间(N-MORB和E-MORB)和大陆地壳平均(鲁德尼克和高,2014)表明样品吸收5%到40%以上地壳组件,10% - -30%的地壳污染可以解释Th / Yb和Nb / Yb变化观察到Pipila和帕成群(图8)。的Neoarchean Ghatgaon群表现出超过25%的地壳组件的同化。然而,不太可能sub-alkaline原始岩浆同化吸收20%以上-30%的地壳组件(Heinonen et al ., 2022)。罗伊et al。(2004)还提出,δ的变化18O (avg。+ 3.97‰±。‰)的新辉绿岩成群不一致的公司大量的大陆地壳。
图8。Th / Yb与Nb / Yb Ghatgaon变化,卡尔帕和Pipilia堤坝群。大洋地幔数组皮尔斯(2008)。海洋的平均组成地幔端成员包括枯竭的大洋中脊玄武岩或正常大洋中脊玄武岩(N-MORB),丰富了洋中脊玄武岩(E-MORB)和大洋岛玄武岩(OIB) (太阳和麦克多诺,1989)。大陆地壳的平均价值鲁德尼克和高(2014)。两行说明5% - -25%的黄色恒星与固体混合的大陆地壳N-MORB和E-MORB。(B)的ΔNb与洛杉矶/ SmN(原始地幔标准化;太阳和麦克多诺1989)。Singhbhum堤坝展览La / SmN> 1,符合LREE富集(Fitton 2007),构图有别于midoceanic脊玄武岩(MORB)。数据大西洋,太平洋和印度MORB来自Arevalo Jr和麦克多诺(2010)。
有几种不同的地球化学和同位素变化的堤坝成群不容易归因于地壳来源或同化的地壳组件和/或岩浆混合或单独分离结晶。提出的Paleoarchean花岗岩类岩石的克拉通是源自proto-mafic地壳的部分熔融。10 - 15千巴(Pandey et al ., 2019;阿帕德海耶et al ., 2019球粒状陨石的地幔热源附近),由一个(Pandey et al ., 2019)(ε无损检测= -0.3 + 2.2,ε高频感应= -0.3 + 2.0)。然而堤防成群的Singhbhum克拉通,表现出更丰富钕同位素值。例如,部分Paleoarchean老变质奥长花岗岩和Singhbhum花岗岩三世地下室的Ghatgaon岩脉群展览亏损地幔值(ε无损检测= + 2。1 + 4.5;Pandey et al ., 2019)。然而,Ghatgaon的钕同位素样品显示巨大差异(ε无损检测=+ 4.6到-4.8)。在帕群的地下室,Singhbhum花岗岩II展品ε无损检测= + 2.7。的ε无损检测值卡尔帕堤群是-11 + 3.8。阿帕德海耶et al。(2019)也注意到Paleoarchean-Mesoarchean花岗岩和tonalite-trondhjemite-granodiorites (ttg)克拉通来自亏损地幔来源。如果我们重新计算基底花岗岩的同位素变化可能是一个潜在的污染物,但不太可能观察到的同位素变化的结果只能从基底花岗岩类岩石的同化,作为源特征与丰富高温政权的样品不一致。此外,地幔源特征似乎是类似的离散侵位时代,尽管他们也指出isotopically不同基底花岗岩类岩石不能仅仅归因于成分变化。
Nb的负异常,Zr和高频原始地幔标准化图(图5),相对较高的初始87年Sr /86年Sr,负ε无损检测值可以与俯冲带(图6)(郑2019)。同时,卡尔帕的斜辉石和Ghatgaon样本显示了明显的重叠斜辉石的成分字段MORB和IAT (Beccaluva et al ., 1989)(图7 c)。然而,类似的签名也可以从地壳污染或地壳源组件。年龄分布和堤坝成群的横切关系不符合他们的起源与俯冲带(图8)(Dasgupta et al ., 2019;Adhikari et al ., 2021;Pandey et al ., 2021)。堤防成群分布在克拉通内政权的稳定Singhbhum克拉通发生在Mesoarchean (戴伊et al ., 2017;Olierook et al ., 2019;斯利瓦斯塔瓦et al ., 2019;霍夫曼et al ., 2022)。这些堤坝成群发生在离散岩浆的侵位集Neoarchean时代,及其近似平行的分布和面积超过100公里的程度符合一个陆内裂谷系(Pandey et al ., 2021)
我们建议观察到的地球化学特征最有可能是幔源的特点,结合地壳组件(Adhikari et al ., 2021;Pandey et al ., 2021)。证据pre-Neoarchean地壳回收和后续的浓缩的DMM的交代地幔源跟随SCLM已经注意到在2.8 Ga Jagannathpur火山岩和Ghatgaon Keshgaria岩脉群(Adhikari et al ., 2021)。Pandey et al。(2021)建议subduction-related地壳回收修改了耐火SCLM。进一步丰富的情景羽流撞击引发了部分熔融SCLM 2.8 Ga和1.76之间。此外,描述元域下的厚皮解释是证据Neoarchean会聚构造在克拉通(Mandal 2017)。回收Eoarchean和Paleoarchean地壳(Olierook et al ., 2019;Sreenivas et al ., 2019;阿帕德海耶et al ., 2019)和Mesoarchean Neoarchean subduction-related岩浆作用(Mondal et al ., 2006;Manikyamba et al ., 2015),已注意到在太古代构造框架Singhbhum克拉通。即使板tectonics-related争议在太古代地壳回收模型(汉密尔顿,2019年;朱et al ., 2021),可想而知,通过俯冲或non-plate构造模式,像融化metasomatized岩石圈分层从大陆地壳的底部(Cousens et al ., 2001;阿恩特et al ., 2009)的早期地壳Singhbhum已经回收到克拉通地幔。由此产生的异构地幔源(s)可以归因于堤坝的来源成群的Singhbhum克拉通(阿帕德海耶et al ., 2014;Olierook et al ., 2019;Pandey et al ., 2019;霍夫曼et al ., 2022)。
6.2源特征和融化的条件
前面的讨论中抵达认为地幔源引起研究Singhbhum堤坝成群了地壳微量元素签名。的逻辑问题,遵循的是地幔源存在,以及它是怎样部分融化产生的岩浆,最终固化堤坝。这部分地址问题相关的地球化学和矿物学特征地幔来源,和部分熔融温度气压。
首先,我们采用参数ΔNb检查相对浓缩和损耗的地幔来源。日志(Nb / Y)计算为1.74 + - 1.92日志(Zr / Y),ΔNb是用来表达偏离参考线(即。ΔNb = 0)分离富集海洋地幔包体(E-MORB和OIB)和N-MORB (Fitton 2007)。Fitton (2007)建议所有N-MORBΔNb < 0,而E-MORB和OIB熔岩展览ΔNb > 0。图8 b显示了ΔNb Gatagaon变化,卡尔帕和Pipilia堤坝成群。Ghatgaon和帕堤群表现出正面和负面ΔNb值,而Pipilia堤坝ΔNb群表现出消极的价值观。一个样本Ghatgaon (KD-09)展览的最大ΔNb + 0.27,这意味着Nb的ΔNb丰富的2.7倍,相对于零。其他积极ΔNb Ghatgaon堤坝群的值的范围从0.18 + 0.04 +。一个样本帕堤群(KD-05)展品+ 0.06ΔNb而其他人表现出消极ΔNb(-0.2到-0.5)。ΔNb值的变化也表明异构地幔来源,都丰富和枯竭的组件,这是有别于MORB来源(图8 b)。随着ΔNb,高架拉/ Smn值说明高程度的部分熔融或少消耗源(图8 b)。大多数ΔNb值重叠在所有三个堤坝成群,这再次说明了世俗的成分变化(例如,Pandey et al ., 2021在地幔来源可能不适用,而是可以归因于地幔不均一性。
进一步,我们使用MREE变化三个评估中残留的石榴石的影响来源,如石榴石相对于MREE喜欢深入分析。(Dy / Yb)N比率(戴维森et al ., 2013),还有(La / Sm)N比率被认为是他们反映地幔熔融程度(图9)(Tegner et al ., 2019)。卡尔帕群和Ghatgaon群表现出Dy / Yb的1.8和1.9(中值)而Pipilia群表现出Dy / Yb = 2.2。Dy / Yb差异略高于MORB值(1.6∼),远远低于OIB值(2.5∼)(图9 b)。喜马拉雅岩浆省和阵营提出来源于subduction-modified地幔源(Tegner et al ., 2019;马努Prasanth et al ., 2022)也显示重叠的Dy / Yb变化Ghatgaon,卡尔帕和Pipilia成群(图10)。Dy / Dy *和Dy / Yb (戴维森et al ., 2013与石榴石),关系表现出LREE富集领域控制的一些帕和Pipilia成群。大多数Ghatgaon群样本表现出斜辉石分离(图9)。一些样品从Dhenkikote面积Ghatgaon岩脉群(KD-12A KD-12B)可能停滞不前的地壳底部或合并成岩浆房很明显形式累积特性。
图9。(一)Dy / Yb与Dy / Dy *变化(戴维森et al ., 2013)Ghatgaon Pipilia和帕堤坝成群。Dy / Dy *中的稀土元素值计算归一化值报告麦克唐纳和太阳(1995)。(B)小提琴的阴谋与箱形图里面说明Ghatgaon Dy / Yb比率的变化,卡尔帕和Pipilia堤坝成群。大火成岩省是来自subduction-modified地幔,包括喜马拉雅岩浆省和营地(数据来源:马努Prasanth et al ., 2022)。大洋岛玄武岩(OIB)数据从夏威夷(从GEOROC数据库:https://georoc.eu/georoc/new-start.asp),和全球MORB变化,包括N-MORB和E-MORB数据(Arevalo Jr和麦克多诺,2010)也显示了比较。在盒子里面白色的圆圈代表平均值。
图10。(La / Sm)N与(Dy / Yb)NGhatagaon,卡尔帕和Pipilia堤坝成群。(一)提出模型由融化的原始地幔柱状融化政权(PM_CMR) (麦克唐纳和太阳,1995年)在潜在地幔温度从1350°C到1550°C。(B)向前融化模型由原始地幔融化在一个三角融化政权(PM_CMR) (麦克唐纳和太阳,1995年在地幔中潜在的温度相同(一)。黑色圆圈的融化轨迹代表融化的程度。(C)提出模型融化融化产生的混合橄榄岩和辉石岩的岩性(麦克唐纳和太阳,1995年;Pertermann对赫斯曼,公司,2003年)。地幔潜在温度限制在1350°C和1400°C和辉石岩的比例在源以百分比表示。
的主要岩浆计算方案依赖于橄榄石的添加或删除(例如,赫兹伯格阿西莫夫,2015;李et al ., 2009)无法获取真实的热条件和融化的堤坝成群展览分馏斜辉石(图4)。因此,我们进一步探讨了地幔熔融模型使用REEBOX支持应用程序的布朗和Leshar (2016)。这个应用程序模型的构成融化产生的岩性异构动态地幔上涌。我们模拟一系列peridotitic的部分熔融模型和混合橄榄岩和辉石岩源岩性、潜在变量使用不同模式的融化,地幔的温度。模型中的辉石岩表示循环地壳地幔域的(图9)。
对于前两个模型(图10、B),我们使用了地幔岩橄榄岩源(太阳和麦克多诺,1989)。在第一个模型(图10),我们使用了柱状政权和融化Tp限制在1350°C到1550°C,它显示了微量元素的变化可以通过5% - -10%部分熔融下吗Tp1400°C到1450°C。两个样品从帕堤群展览在融化Tp射程为1350°C - 1400°C。在融化的10% (Tp= 1450°C - 1350°C)的压力是2.4到1.3的绩点,表明在garnet-spinel融化的过渡区和尖晶石橄榄岩区(苏et al ., 2010),同时证实了Dy / Yb变化和Y的正面和负面异常原始地幔标准化图(图5)。
在第二个模型(图10 b),我们模拟一个三角形的政权与地幔岩来源开始融化的成分。相对较低Tp(1350°C - 1400°C)和5% -10%的融化会产生成分变化的一些帕堤坝成群。当Tp增加(1400°C - 1450°C), 10% - -20%融化需要产生成分变化。大多数发生在尖晶石融化稳定域。(布朗和专业,2016年)。
解决异构地幔源的性质我们使用橄榄岩和辉石岩的组合柱状下融化地区第三个模型。考虑到厚的大陆岩石圈Singhbhum克拉通和离散的堤坝侵位,我们认为更合适的柱状融化区域(布朗和专业,2016年;Tegner et al ., 2019)。随着地幔岩橄榄岩,我们也尝试造型亏损地幔(工人和哈特,2005用不同比例的辉石岩)。但是融化曲线没有遵循观察成分变化。结果表明无水地幔岩橄榄岩(Tp= 1350°C和1400°C) 1% -10%辉岩(silica-saturated辉石岩,G2;Pertermann对赫斯曼,公司,2003年)参与岩石成因论。
SCLM来源结合对流asthenospheric地区可能导致了广泛的作品Singhbhum堤坝成群的克拉通(Kamenetsky et al ., 2017)。地球化学变化可以与嘴唇像喜马拉雅岩浆省相比,大西洋中部和北大西洋岩浆岩浆省省(Korenaga 2004;Coltice et al ., 2007;马佐里et al ., 2018;Tegner et al ., 2019;马努Prasanth et al ., 2022),它们的起源与深部地幔柱的假设不一致,提出了来自与回收的地壳岩石圈地幔和/或asthenospheric源组件(Korenaga 2004;Shellnutt et al ., 2021;马努Prasanth et al ., 2022)。狭窄的区域上升流asthenospheric融化与离散克拉通裂谷事件可能引发的融化岩石圈地幔域(福利,2008;唐et al ., 2013),这导致了产生和侵位Ghatgaon融化,卡尔帕和Pipilia堤坝成群。
6.3世俗钕同位素的趋势
Pandey et al。(2021)确定一个世俗的钕同位素Singhbhum堤坝成群的克拉通演化趋势。详细,2.8 Ga Keshgaria群附近表现出球粒状陨石的ε无损检测值(-1.0 + 2.1),而年轻一代的堤坝成群越来越消极的价值观。这种趋势是一致的,地壳岩石圈地幔来源材料孵化自2.8∼-3.0 Ga和周期性融化形成的堤坝成群提取源。然而,我们的新数据提示复杂性超出一个简单的、世俗的钕同位素的趋势。2.76 Ga Ghatgaon岩脉群,产生了负ε无损检测(-2.4 - -2.6)值(Pandey et al ., 2021),显示一个更大范围的ε无损检测从消极到积极的价值观(ε无损检测= -4.8 + 4.6)。此外,Neoarchean-Paleoproterozoic帕堤群展品范围相似但更极端的ε无损检测值(ε无损检测= -11.9 + 3.8)(图6)。毫无疑问,至少Ghatgaon和帕堤成群,耗尽mantle-like组件必须涉及岩浆起源的时候。解释钕同位素范围的一种方法是软流层和地幔岩石圈之间的交互,先前充实。然而,样本有积极的ε无损检测值在这个研究也显示大陆crust-like微量元素签名的样本有负ε无损检测值,与变量不一致程度的asthenosphere-lithosphere交互。另一种解释是,积极的ε无损检测值反映最近的地幔相对浓缩的形成年龄Ghatgaon和帕堤坝成群。如果长期趋势指出Pandey et al。(2021)跟踪进化的富集地幔源由回收2.8∼-3.0 Ga地壳物质,我们的新数据表明,地壳以下的材料,也可以参与,意味着地壳回收可能是情景而不是离散,单级的过程。换句话说,可能有多个长期趋势取决于回收材料的年龄(年代)。我们建议这个机制提供了一个更好的解释为所有可用钕同位素数据Singhbhum堤坝成群到目前为止。
7结论
1)样本Ghatgaon,卡尔帕和Pipilia堤坝群是最好的解释,回收地壳地幔来源组件。
2)岩石成因的模拟表明peridotitic居多的来源有注册通过地壳回收辉石岩。地幔的部分熔融混合源在尖晶石稳定领域和spinel-garnet过渡区可以解释Ghatgaon的微量元素的变化,卡尔帕和Pipilia堤坝成群。
3)热政权从微量元素造型展示推断堤坝群与地幔plume-related来源不一致,可以比得上non-plume-related嘴唇。
4)地壳中回收Singhbhum克拉通可能是情景而不是离散,先前的研究提出的单级过程。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料,进一步的调查可以针对相应的作者。
作者的贡献
MM发达的想法,解释数据,写的手稿,并创建了数据。BS、彝族和基于“增大化现实”技术导致了样品制备和分析。K-NP KRH促成了解释和手稿准备。
资金
财政支持的国家科学技术委员会,台湾(111 - 2116 m - 001 - 031 K-NP)承认。
确认
我们感谢Amulya Sahoo与田野调查他们的援助。BS承认CSIR的奖学金(印度)从2016年到2018年。MM承认的博士后奖学金国家科学技术委员会,台湾。AR感谢马丁•威利和Sukalpa Chatterjee伯尔尼大学的同位素测量期间对他们的帮助。AR也感谢布拉德利彼得斯和Jorg Rickli JNdi标准和有用的评论Sm和钕同位素测量协议。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
本文的补充材料在网上可以找到:https://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/feart.2022.1092823/full补充材料
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关键词:前寒武纪,singhbhum克拉通(印度)、堤坝成群,融化地幔、地壳回收
引用:马努Prasanth MP,彭日成k - n,哈里KR, Sahoo BB,文德兰花和Iizuka Y(2023)地球化学的前寒武纪堤坝成群Singhbhum克拉通,印度:对回收地壳在地幔源组件。前面。地球科学。10:1092823。doi: 10.3389 / feart.2022.1092823
收到:08年11月2022;接受:2022年12月28日;
发表:2023年1月11日。
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