全球14~13亿年大火成岩省及超大型稀土矿床时空分布与哥伦比亚超大陆巨型裂谷系及裂解研究取得重要进展

中国地质调查局地质力学所科研人员近日在全球14~13亿年大火成岩省及超大型稀土矿床时空分布与哥伦比亚超大陆巨型裂谷系及裂解研究方面取得重要进展。

超大陆裂解（裂离）是地质历史上影响深远的重大地质事件，对全球构造格局重塑、大气-海洋环境、生物演化及大规模成矿均有显著的影响。潘吉亚超大陆的裂解过程以发育201 Ma至55 Ma多期大火成岩省及大陆裂谷为主要特征，并形成了延伸长度近20000公里的大西洋-卡鲁巨型裂谷系。罗迪尼亚超大陆的裂解也伴随有825 Ma至740 Ma多期大火成岩省及大陆裂谷。作为地质历史上最早形成的超大陆，前人对哥伦比亚（奴那）超大陆聚合过程的认识已经较为清晰，但关于其裂解过程及裂解机制的认识还不清楚。尽管前人发现了大量14~13亿年与裂谷-裂解有关的大火成岩省或基性岩浆活动，但迄今为止还没有发现与哥伦比亚裂解相关的巨型裂谷系。

中国地质调查局地质力学所张拴宏研究员及其国内外合作团队在系统总结全球14~13亿年大火成岩省及富稀土火成碳酸岩时空分布（图1）及其岩石学、地球化学及同位素组成的基础上，结合14亿年左右哥伦比亚超大陆的古地理重建，发现这些全球广泛分布的14~13亿年大火成岩省或基性岩浆活动主要形成于裂谷环境，并有明显的分布规律（图2）。研究结果发现，在哥伦比亚超大陆中存在有沿劳伦（北美+格陵兰）克拉通西缘、西伯利亚克拉通西缘及北缘、波罗地克拉通东南缘、西非克拉通西缘及北缘、亚马逊克拉通西南缘、刚果/圣弗兰科西斯克拉通南缘及东缘、卡拉哈里克拉通东缘、华北克拉通北缘及北澳大利亚克拉通北缘分布，长度>15000公里的巨型裂谷系（图2）。该巨型裂谷系由1个主裂谷带和3个分支裂谷组成，其中主裂谷带和位于华北克拉通与北澳大利亚克拉通之间的分支裂谷发展成了大洋并导致了大陆分离；而位于西伯利亚东缘、格陵兰北缘和波罗地东缘的13.8亿年分支裂谷及位于北美北缘和西伯利亚西南缘的13.5~13.2亿年分支裂谷则为夭折裂谷，未导致大陆裂离（图2）。这一巨型裂谷系是哥伦比亚超大陆裂解的重要标志，并可能是导致其最终裂解的最主要因素。另外，研究结果也显示，虽然全球两个最大规模的火成碳酸岩型稀土矿床，即华北克拉通北缘的白云鄂博超大型稀土矿床和北美克拉通西缘的Mountain Pass超大型稀土矿床在哥伦比亚超大陆中并不相邻（相连），但却可以通过14~13亿年巨型裂谷系相联系起来，显示这一巨型裂谷系控制了白云鄂博和Mountain Pass大型稀土矿床的形成，并具有较好的稀土及金属成矿潜力（图2）。

哥伦比亚超大陆中14~13亿年巨型裂谷系的确定一方面为认识哥伦比亚超大陆的裂解过程、裂解机制及哥伦比亚向罗迪尼亚超大陆的转换提供了新的思路；另一方面也为认识白云鄂博和Mountain Pass超大型稀土矿床形成的构造背景及开展全球稀土及金属成矿带对比提供了重要的理论依据。该研究成果发表在国际地球科学领域知名SCI刊物Earth and Planetary Science Letters上（Shuan-Hong Zhang, Richard E. Ernst, Zhenyu Yang, Zaizheng Zhou, Junling Pei, Yue Zhao. 2022. Spatial distribution of 1.4-1.3 Ga LIPs and carbonatite-related REE deposits: evidence for large-scale continental rifting in the Columbia (Nuna) supercontinent. Earth and Planetary Science Letters. 597: 117815. DOI: 10.1016/j.epsl.2022.117815）。

本项目研究工作受国家自然科学基金委员会杰出青年基金项目（41725011）和国际(地区)合作与交流项目（41920104004）资助。 

图1 全球14~13亿年大火成岩省及富稀土火成碳酸岩分布图

图2 哥伦比亚超大陆中14~13亿年巨型裂谷系重建图