TTG片麻岩的成因探讨
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[摘要]ttg（英云闪长-奥长花岗岩-花岗闪长质）片麻岩是产于太古宇绿片岩地区的一类特殊的花岗岩组合，其在太古宇低绿片岩区广泛分布。但对于TTG片麻岩的成因问题，国内外的学者都有着许多不同的观点，本文通过对被普遍认识的几类观点进行对比，并分析其同异，意在对TTG片麻岩的成因有比较全面的认识。
[关键词]TTG片麻岩 太古宙陆壳 成因探讨
[中图分类号] P581 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-12-58-2
1成因的提出
自从Jahn[1]将英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩命名为TTG岩系之后，这一概念就变成了太古代地体的定义性特征。大约90%的产生于2.5-4.0Ga之间的初生大陆地壳都属于TTG岩系。正是由于TTG岩系是现存太古代地壳中体积最大的岩石类型，因此，TTG岩系的起源和成因对于地壳的演化、增生和再造具有重要的指示意义。
但是，长久以来，对于TTG岩系的成因却没有统一定论。Condie[2]提出这些岩石来自于俯冲洋壳的玄武质源区，这是第一次将现代板块构造学说的概念应用到TTG岩系的起源中。Martin[3]提出形成于智利Austral火山区的熔岩可能是太古代TTG的现代等价物质。之后，Martin[4]基于TTG岩系与埃达克岩的化学组分的相似性又提出埃达克岩与TTG岩系具有相同的岩石学成因――形成于俯冲环境含水洋壳的的部分熔融过程，而且这一观点被广为流传和重申。
2不同观点的比较
近期的研究却持反对意见。Smithies[5]研究结果表明，大多数的埃达克岩系具有较高的Mg#和较低的SiO2，这表明这些板片熔体与地幔存在相互作用。可无论是在3.0Ga以前的样品中还是在3.0Ga以后的样品（一半以上）中都没有这种相互作用。仅在加拿大高级省的晚太古代中，TTG样品才具直接的地幔组分确凿证据，同时，这里也具有与前者相互独立的俯冲和岛弧增生的证据。因此他认为大部分的早太古代和许多的晚太古代的TTG岩系都不是埃达克岩系的类似物，TTG岩系的组分也不能提供其是现代形式的俯冲作用所形成的证据，而且TTG很可能是加厚地壳底部的含水玄武质物质的熔融产生的。Condie[6]也提出了与Martin[4]不同的意见，而且其与Smithies[5]的意见也不尽相同。尽管TTG岩系与埃达克岩系具有极其相似的REE分异模式，但是TTG比绝大多数的埃达克岩系具有更低的Sr、Mg、Ni、Cr和Nb/Ta以及较高的SiO2含量（如图1）。总的来说，富铝TTG与埃达克岩并不是同种岩石，而且二者都不能被简单地视为是浅部结晶分异的结果。埃达克岩可能是板片熔体的产物，而富铝TTG则可能是由于岛弧系统中或者大洋高原根部中的下地壳部分熔融的产物。
Martin和Moyen[7]通过对大量不同年龄的TTG岩系进行统计分析，认为太古代TTG中较低的Mg#、Cr和Ni是TTG母源岩浆没有与地幔橄榄岩相互作用的结果（如图2），尽管有些人提出反对意见，但是目前已经达成这一共识。那就是在3.3Ga以前，TTG母源岩浆与地幔橄榄岩作用的效率非常低，很显然低于晚太古代时期，这一共识对于认识太古代地壳演化具有重要的意义。此外，基于TTG母源岩浆中的Sr和（Na2O+CaO）的含量变化（如图2），Martin和Moyen[7]提出从太古代的早期到晚期，板片熔融的深度在不断增加，TTG岩浆中的Sr和（Na2O+CaO）的含量主要取决于在含水玄武岩的熔融过程中残余体是否存在中斜长石，即取决于压力。在3.5Ga之前，热流较高，以至于板片熔融只发生在前部，此时斜长石处于稳定状态，TTG体现出贫Sr。同时，由于板片俯冲形成的地幔楔体积很小，从而导致板片熔体与地幔橄榄岩的相互作用非常有限。但是，到了2.5Ga之后，热流较低，板片熔融发生的深度加深，斜长石不再稳定，TTG岩浆体现出富Sr，同时，长英质岩浆与较厚的地幔楔橄榄岩之间存在相对较强的作用。
Smithies[8]又提出，在3.3Ga之前，热流与洋壳厚度的关系是，当洋壳可以俯冲的时候，其较阿大的厚度和浮力导致了一个低角度的俯冲（平板俯冲），这样就没能形成有效的地幔楔（如图3）。从而导致形成TTG岩浆的板片熔体没能与地幔物质发生相互作用；而在2.5Ga之后，洋壳则能形成一个大角度的俯冲，从而形成有效地幔楔，板片熔体与地幔橄榄岩存在相对高效率的相互作用。这一模式其实与Martin和Moyen[7]并不冲突，就好像在3.3Ga之前，早期太古代地球利用这两个互相补充的方式来确保板片熔体与地幔橄榄岩没有较大成都的相互作用。
3TTG岩系母源的地球化学特征
一些学者还试图根据TTG片麻岩中的部分元素含量将其分类。Barker[9]将太古代花岗岩类分成两组：高铝TTG和低铝TTG。高铝TTG具有较高的Sr和Eu以及较低的Yb和Y，并且具有较强的REE分异模式和较高的Sr/Y比。由于石榴石和角闪石的存在以及斜长石的缺失才导致了这一特征。低铝TTG具有较低的Sr和Eu、较弱的REE分异模式以及较低的Sr/Y比，这一特征表明一种没有石榴石而有斜长石参与的岩石学成因。Martin[10]认为大多数的TTG岩系都属于高铝组，同时太古代TTG这一概念本身就隐含了高压源区条件。
TTG岩系到底是下地壳的部分熔融还是板片熔体？是板片熔体与地幔楔的共同作用还是浅部结晶分异的结果？为了进一步解决这个问题以及要明白TTG岩系母源岩浆具有什么样的地球化学特征，许多学者做了一些高温高压的实验。
Springer[11]通过对基性麻粒岩的部分熔融实验研究表明，由此获得的主、微量元素以及REE分异模式与活动大陆边缘的英云闪长岩具有相似特征，具有较平坦并且稍微富集LREE的堆晶辉长岩也可能是奥长花岗岩和英云闪长岩的一种合理解释。在850-1000°C的条件下，含水1%的变辉长岩的部分熔融可以产生富集SiO2（74%）的奥长花岗岩和英云闪长岩到石英闪长岩的熔体。
TTG片麻岩和现代埃达克岩一样具有低Nb/Ta比和高Zr/Sm比，但是这些微量元素的特征不同于原始地幔、大洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩和岛弧玄武岩，这些岩石都具有较高的Nb/Ta比和较低的Zr/Sm比（如图4a）。Foley[12]对比了由角闪岩和榴辉岩产生的熔体的微量元素特征，由此得出，低镁角闪岩的部分熔融可以解释TTG岩系熔体中的低Nb/Ta比和Zr/Sm比，但是榴辉岩则不能解释这一现象（如图4b）。实验部分熔融数据表明含有金红石的榴辉岩的熔体主要在象限的上部，不含金红石的榴辉岩具有较集中的Nb/Ta，第四象限的岩石可能来自于角闪石的1-15%的批次熔融。这同时也表明最早的大陆地壳是由俯冲带环境中的低镁角闪岩的熔融产生而不是由加厚洋壳的下部榴辉岩或者高镁角闪岩产生。
然而Rapp[13]却提出了与Foley[12]不同的意见。通过高温高压实验研究，他认为榴辉岩相的含水玄武岩的部分熔融可以产生与TTG岩系相似的主微量元素特征，其中包括低Nb/Ta比和高Zr/Sm比（如图5）。在现代地质环境中，具有较低Nb/Ta比的玄武岩形成于经过俯冲修改后的亏损地幔的部分熔融过程中，尤其是弧前的洋内岛弧环境和弧后环境中。这些研究表明，TTG岩浆作用很可能发生在花岗岩类-绿岩的底部，这些花岗岩类-绿岩主要存在于太古代洋内岛弧中，而且这些岛弧经过了不同俯冲地体的逆冲叠加和构造增生。
Jackson[14]对于TTG岩浆的形成又提出了一种既有物理作用也有化学作用的模型。在下地壳，大容量的TTG岩浆可以从含水玄武质原岩（角闪岩或榴辉岩）中分离出来，通过一个简单的并且可以计算的物理作用过程，均质含水玄武质原岩的熔融可以产生不同的岩石学特征，而且温度、熔融程度以及地球化学组分都具有时空变化，对于一个给定的原岩组分，其矿物学和熔融深度主要受这种物理作用的控制。这一岩浆提取的物理模型对于TTG是起源于俯冲板片熔体还是加厚镁铁质大陆地壳的争论具有重要的指示意义。
4结论
对于TTG的成因及其岩浆来源问题，前人有的从现代板块构造学说来解释，还有另一些学者从岩石的主微量元素特征来分析。然而太古代TTG岩系的容量非常庞大，早太古代和晚太古代这两个时期中TTG岩系中一点微小的组分不同都有可能导致大陆地壳形成方式的很大转变。而且TTG不仅仅是一种太古代的现象，它们对于整个地质历史时期的大陆增生都产生了非常重要的影响6。因此，笔者认为我们要尽可能的利用各种方法来解决TTG的成因及其岩浆来源这一问题，不能只是从现代板块构造学说这种宏观角度，当然也不能只考虑到岩石内部主微量元素的特征这种微观角度。要想很好的回答这个问题，既要在宏观考虑到陆壳洋壳的演化、增生和再造以及俯冲带、造山带的形成和演化，也要在微观上考虑到岩石的岩相学特征、元素含量特征、温度、压力、流体（盐度、水、CO、CO2）和氧逸度等因素。
参考文献
[1]Jahn， B. M.， Glikson， A.Y.， Peucat， J.-J.， Hickman， A.H. REE geochemistry and isotopic data of Archaean silicic volcanics and granitoids from the Pilbara Block， western Australia： implications for the early crustal evolution. Geochimica Et Cosmochimica Acta45， 1633-1652 （1981）.
[2]Condie， K. C. Archaean Greenstone Belts. Elsevier， Amsterdam.， 434 （1981）.
[3]Martin， H. Archaean and modern granitoids as indicators of changes in geodynamic processes. Rev. Bras. Geocienc.17， 360-365 （1988）.
[4]Martin， H. Adakitic magmas： modern analogues of Archaean granitoids. Lithos46， 411-429 （1999）.
[5]Smithies， R. H. The Archaean tonalite-trondhjemite-granodiorite （TTG） series is not an analogue of Cenozoic adakite. Earth and Planetary Science Letters182， 115-125 （2000）.
[6]Condie， K. C. TTGs and adakites： are they both slab melts？ Lithos80， 33-44， doi：10.1016/j.lithos.2004.11.001 （2005）.
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[8]Smithies， R. H.， Champion， D. C. & Cassidy， K. F. Formation of earth's early Archaean continental crust. Precambrian Res127， 89-101， doi：10.1016/ s0301 -9268 （03）00182-7 （2003）.
[9]Barker， F.， Arth， J.G. Generation of trondhjemitic-tonalitic liquids and Archaean bimodal trondhjemite-basalt suites. Geology4， 596-600 （1976）.
[10]Martin， H. in Developments in Precambrian Geology Vol. Volume 11 （ed K. C. Condie） 205-259 （Elsevier， 1994）.
[11]Springer， W. & Seck， H. A. Partial fusion of basic granulites at 5 to 15 kbar： Implications for the origin of TTG magmas. Contrib. Mineral. Petrol.127， 30-45 （1997）.
[12]Foley， S.， Tiepolo， M. & Vannucci， R. Growth of early continental crust controlled by melting of amphibolite in subduction zones. Nature417， 837-840 （2002）.
[13]Rapp， R. P.， Shimizu， N. & Norman， M. D. Growth of early continental crust by partial melting of eclogite. Nature425， 605-609， doi：10.1038/nature02031 （2003）.
[14]Jackson， M. D.， Gallagher， K.， Petford， N. & Cheadle， M. J. Towards a coupled physical and chemical model for tonalite-trondhjemite-granodiorite magma formation. Lithos79， 43-60， doi：10.1016/j.lithos.2004.05.004 （2005）.