大别—苏鲁超高压地体中面理化含榴花岗岩的成因研究

大别—苏鲁超高压地体中的面理化花岗岩因为常含石榴石而被简称为含榴花岗岩, 其岩石类型主要为二长花岗岩、花岗岩和微斜长石花岗岩, 岩石具有花岗结构和片麻状构造.详细的野外地质研究表明, 超高压片麻岩作为超高压榴辉岩的围岩与含榴花岗岩呈渐变过渡关系, 或在含榴花岗岩中呈与面理平行的残留条带, 体现超高压片麻岩通过构造置换和部分熔融向含榴花岗岩转化.含榴花岗岩在常量元素的总体组成上, w(SiO₂)为71.73%~79.15%;A/CNK为0.83~1.09, 平均0.98, 为准铝质; w(K₂O+Na₂O)为6.15%~9.00%, w(K₂O)/w(Na₂O)为0.16~1.54(绝大多数集中在0.9~1.1), 具有相对弱富钠-弱富钾特征.从标准矿物组成上看, 大别含榴花岗岩主要相当于奥长花岗岩; 山东含榴花岗岩主要相当于花岗岩; 东海含榴花岗岩主要相当于钾质花岗岩.在微量元素特征上, 含榴花岗岩的∑REE、∑LREE明显富集, δEu具有明显的负异常, 在原始地幔标准化蛛网图上, 相对亏损Nb、Ta、P、Zr、Ti等高场强元素及大离子亲石元素Sr, 富集Ba、La、Nd、Y、K等大离子亲石元素, 结合其贫w(Al)(平均11.6%)富w(Ga)(> 17×10-6)、(Fe/Mg)_M(1.087~20.330)等特征, 表明其地球化学特征相当于非造山的A型花岗岩.结合前人超高压变质作用和构造演化等研究成果, 可以推断含榴花岗岩是超高压地体折返到中下地壳, 在底侵、构造体制转换等因素作用下, 由高压片麻岩的部分熔融形成的.含榴花岗岩在大别—苏鲁不同区域上的规律变化, 表明东海含榴花岗岩的出露相对于大别更低位.      

大别超高压变质地体四道河地区岩石学研究

对四道河地区超高压变质岩剖面的研究分析显示,该剖面有3种岩石类型:榴辉岩类、片麻岩和面理化含榴花岗岩。榴辉岩具不同程度的退变质现象,呈透镜体状产出于斜长角闪岩、片麻岩和面理化含榴花岗岩中,原生矿物组合为石榴石、绿辉石、柯石英和金红石。榴辉岩退变为斜长角闪岩近于等化学系列;片麻岩在主量成分上与榴辉岩及其退变产物(斜长角闪岩)存在突变关系,但微量元素与榴辉岩有一定的相似性;面理化含榴花岗岩主量元素和微量元素地球化学特点为:富SiO2 、K2 O Na2 O和高价阳离子Ga、Y以及REE ,K2 O/Na2 O值低,贫Al、Ca、Mg、Ti、P ,结合构造环境、同位素及年代学资料分析,其应属于后碰撞造山A型花岗岩。基于以上认识推断:大陆板片俯冲至上地幔经历了超高压变质作用,表壳岩变质形成榴辉岩;当超高压变质岩石折返至中下地壳时发生了强烈的减压退变质作用形成斜长角闪岩,随后,与片麻岩及面理化含榴花岗岩一道从中下地壳向地表进一步折返,并一同经历了后期的变质变形作用。     

大别超高压变质过程中流体作用的微量元素效应及其地球化学意义

对大别地区角闪岩相－麻粒岩相和榴辉岩相岩石进行较系统的地球化学研究,探讨了超高压俯冲变质及折返过程中元素的再分配行为,并就其对变质过程中的部分熔融作用和流体交代作用的指示进行了分析。研究表明,大别榴辉岩原岩在其俯冲过程中发生了部分熔融作用,并在其早期脱水和后期退变质作用过程中与变质流体相之间产生了交换。脱水作用使榴辉岩Ｎｂ／Ｔａ比值升高,但后期的退变质作用使榴辉岩与其寄主围岩间的Ｎｂ／Ｔａ比值相对     

大别造山带在大陆裂解、地壳的俯冲-折返及山根垮塌期间的多期部分熔融作用

大别造山带发育了与大陆俯冲-折返和碰撞造山等相关的不同构造岩石单位.针对存在的问题,本项研究开展了宿松变质带、中大别超高压带和北大别杂岩带等不同俯冲岩片花岗质岩石的野外地质调查以及岩石学、元素-同位素地球化学和锆石年代学等方面系统研究.研究结果表明:（1）宿松变质带花岗片麻岩的原岩时代包括晚太古代（2.5~2.7 Ga）和新元古代（770~830 Ma）两大类,其中新元古代花岗片麻岩的原岩是由经历了~2.0 Ga变质作用的晚太古代岩石在新元古代大陆裂解过程中发生重熔作用形成的;（2）首次揭示中大别花岗片麻岩至少包含两种不同的原岩时代（~750 Ma和780~800 Ma）与岩石成因,并在三叠纪俯冲-折返期间经历了~230 Ma和~220 Ma两期部分熔融作用;（3）北大别混合岩中发育折返早期（209±2 Ma）因高温减压而引起的黑云母脱水熔融以及山根垮塌期间（110~145 Ma）有水加入的加热熔融（水致熔融）形成的多种浅色体;（4）发现并限定了北大别变质闪长岩是在燕山期山根垮塌期间,由三叠纪深俯冲的新元古代镁铁质下地壳岩石发生部分熔融作用而形成的.因此,这为大别造山带在新元古代大陆裂解、印支期地壳的俯冲-折返及燕山期山根垮塌期间发生的多种部分熔融作用提供了新的制约.      

大别—苏鲁超高压变质带内变形分解作用对榴辉岩透镜体群发育的影响——以碧溪岭地区为例

确定超高压高压岩体的大小、分布、构造关系及变质演化，是理解超高压变质岩形成和折返动力学过程的关键。在大别－苏鲁超高压变质带内，榴辉岩及变质的镁铁质－超镁铁质岩石，一般成厘米至公里尺度的布丁或透镜体，散布于片麻岩及面理化含榴花岗岩内。区域系统性的岩石学及构造学观察，尤其是在安徽省碧溪岭区1：1万比例尺的精细制图中证实，榴辉岩及其它超高压变质岩透镜体群的形成，主要是多期及递进变形分解作用的结果，造成了网络状线形强应变带与透镜状弱应变域流变学组合型式。榴辉岩与围岩片麻岩的过渡关系也证实，超高压变质的榴辉岩体是“原地”形成的。榴辉岩体的形态、大小及空间分布规律特征，不支持超高压变质带岩石属构造混杂岩的推论，而是反映了超高压及角闪岩相条件下不均匀韧性流动的应变图像。     

大别超高压变质地体的岩石组合及其演化--以皖西南碧溪岭和双河地区为例

碧溪岭和双河地区是大别超高压地体内2个典型的露头区，通过野外露头观察、岩相学和岩石化学研究发现，岩石组合主要为榴辉岩、斜长角闪岩、片麻岩和面理化花岗岩。榴辉岩具有壳源的特点，是地壳岩石在地幔深处发生超高压变质作用形成的；斜长角闪岩为板块折返期间榴辉岩的退变质产物；片麻岩为斜长角闪岩在折返过程中在合适的环境下深熔递进演变的产物；而面理化花岗岩是片麻岩部分熔融的结果。榴辉岩与片麻岩和面理化花岗岩之间为经过改造的原地关系。     

大陆俯冲隧道中的应变不均一分布：来自大别山超高压变质岩的记录

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质- 变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河地区超高压变质岩的岩石学和年代学研究成果,在双河地区开展了地质填图、应变分析和三维构造重建。通过将超高压变质岩的变形特征与P- T- t轨迹结合,识别出超高压变质岩折返过程中的三期韧性变形。在双河北部发现了一个上盘向NW剪切的千米尺度的榴辉岩相鞘褶皱,枢纽向SE倾伏,倾伏角约20°,与榴辉岩、片岩和长英质片麻岩的拉伸线理平行,表明超高压变质岩初始折返阶段的流体活动使榴辉岩的强度显著降低,榴辉岩与围岩一起发生韧性变形。该期变形被角闪岩相退变质阶段上盘向NW的剪切叠加,此时应变集中于片麻岩、片岩、大理岩等非能干层,强度较高的榴辉岩成为构造透镜体。而绿片岩相变质阶段上盘向SE方向的剪切与早白垩世北大别花岗片麻岩穹隆的形成有关。对双河南部弱变形花岗片麻岩的锆石U- Pb定年揭示了757±14 Ma的原岩年龄和 240~216 Ma的变质年龄,与双河北部含柯石英强变形花岗片麻岩类似,暗示其也经历了三叠纪超高压变质作用及随后的角闪岩相退变质作用。通过计算长英质片麻岩的有效黏度,发现无水碱长花岗片麻岩的有效黏度高于黑云斜长片麻岩,折返阶段的流体活动使超高压变质岩的强度显著降低,当局部的流体活动不足以弱化碱长花岗岩体时,应变集中于黑云斜长片麻岩。因此,大陆俯冲隧道中的应变分布受矿物组成、流体活动和岩体规模的共同影响。     

大别—苏鲁超高压地体折返过程中岩石组合演化的地球化学约束

大别—苏鲁超高压地体现今的岩石组合是超高压变质岩石经历快速折返过程中各种地质作用叠加改造的最终产物, 其中拆沉、底侵、构造体制转换是改造的动力; 退变质作用、构造置换、深熔作用是改造的主要方式.超高压地体的主要岩石组合有榴辉岩、大理岩、硬玉石英岩、斜长角闪岩、片麻岩和面理化花岗岩.地质、常量、微量、同位素地球化学研究表明, 斜长角闪岩是榴辉岩退变的产物, 片麻岩、面理化花岗岩是榴辉岩退变的斜长角闪岩递进深熔的产物, 即退变榴辉岩折返到中下地壳, 初次熔融产生相当于片麻岩成分的半原地英云闪长质-花岗闪长质-花岗质岩浆, 片麻岩再次熔融产生成分相当于面理化花岗岩的A型花岗岩岩浆.      

柴北缘鱼卡河榴辉岩围岩的变质时代及其地质意义

利用阴极发光和LA-ICP-MS原位分析方法,对柴北缘鱼卡河超高压榴辉岩的直接围岩——石榴石白云母角闪钠长片麻岩和含蓝晶石的石榴石云母片岩进行了详细的锆石微量元素和U-Th-Pb同位素分析。结果表明,石榴石白云母角闪钠长片麻岩中的锆石主体呈浑圆状形态,内部结构以扇状和冷杉树状为主,稀土总量和重稀土含量均较低,重稀土富集程度低,具明显正Eu异常,Th/U比值均小于0.1,指示其形成在与石榴石平衡共生而不含斜长石的变质条件下。而含蓝晶石的石榴石云母片岩中的锆石显示明显的核-边结构,核部显示碎屑锆石特征,边部为与石榴石共生的变质新生锆石。LA-ICP-MS原位定年获得两种围岩的峰期变质年龄分别为(431±3)Ma和(432±19)Ma。这两组年龄在误差范围内一致,而且与已获得的紧邻的两类超高压榴辉岩的变质年龄((436±3)Ma和(431±4)Ma)以及带内指示大陆深俯冲作用时代的都兰含柯石英副片麻岩锆石的柯石英微区年龄(424~432Ma)完全一致。参考这两类岩石与超高压榴辉岩的野外产状关系、含蓝晶石的石榴石云母片岩的原岩特征以及榴辉岩中超过变质年龄达300Ma的原岩残核的存在,共同表明,柴北缘鱼卡河超高压变质地体是典型的大陆深俯冲碰撞作用的产物,本区大陆深俯冲发生的时代为430~435Ma的早古生代。     

大别山双河超高压变质岩的稳定同位素研究

大别山双河地区片麻岩的δ18O值与共生榴辉岩同步变化，为（-4.7—+10.3）‰，这些片麻岩的18O亏损与榴辉岩一样是在遭受超高压变质作用之前原岩与大气降水交换的结果。榴辉岩及其围岩片麻岩在板块俯冲、超高压变质和岩片折返过程中可能为一个构造上的整体，两者为“原地”接触关系。     

太古宙TTG的Nb/Ta变化特征:对“Nb-Ta悖论”的启示

英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)是地球早期大陆地壳最重要的组成部分。TTG的Nb/Ta比值变化不仅与它的成因相关,而且与早期构造环境和地壳分异过程关系紧密。本文选择阴山地块出露的TTG片麻岩及下地壳斜长角闪岩/麻粒岩包体作为研究对象,开展了寄主花岗闪长岩和同源镁铁质包体中的角闪石和黑云母的原位微区矿物的微量元素分析工作,以及TTG与非同源斜长角闪岩包体的全岩主微量元素分析工作。矿物化学研究结果表明,花岗闪长岩和同源镁铁质包体的角闪石具有相似的Mg^#值,但是两者具有明显不同的Nb/Ta比值。镁铁质包体中的角闪石更富Cr、Ta,Nb/Ta比值为30~50;TTG岩石中的角闪石Cr和Ta含量偏低,但具有更高的Nb/Ta比值(38~70)。TTG和镁铁质包体中的角闪石Cr含量与Nb/Ta具有较好的负相关关系。全岩地球化学分析结果揭示,TTG片麻岩的具有高Nb/Ta比值(13~65,平均值31),斜长角闪岩和麻粒岩包体具有变化的Nb/Ta比值(10~56)。太古宙绿岩带中玄武质岩石的Nb/Ta平均值为~15,阴山地块斜长角闪岩和麻粒岩包体具有高的Nb/Ta比值,反映了这些代表基性下地壳的岩石经历了部分熔融作用或后期的交代作用,使其Nb/Ta比值发生改变。研究区具有高Nb/Ta比值的TTG可能来源于高Nb/Ta比值基性下地壳部分熔融,并继承了源区高Nb/Ta比值的特征。通过本文研究揭示,高Nb/Ta比值的TTG并非一定形成于俯冲带洋壳榴辉岩相部分熔融,下地壳富角闪石和黑云母的岩石部分熔融是形成高Nb/Ta比值TTG的一种重要途径。     

TTGs and adakites: are they both slab melts?

Although both high-Al TTG (tonalite–trondhjemite–granodiorite) and adakite show strongly fractionated REE and incompatible element patterns, TTGs have lower Sr, Mg, Ni, Cr, and Nb/Ta than most adakites. These compositional differences cannot be easily related by shallow fractional crystallization. While adakites are probably slab melts, TTGs may be produced by partial melting of hydrous mafic rocks in the lower crust in arc systems or in the Archean, perhaps in the root zones of oceanic plateaus. It is important to emphasize that geochemical data can be used to help constrain tectonic settings, but it cannot be used alone to reconstruct ancient tectonic settings.

Depletion in heavy REE and low Nb/Ta ratios in high-Al TTGs require both garnet and low-Mg amphibole in the restite, whereas moderate to high Sr values allow little, if any, plagioclase in the restite. To meet these requirements requires melting in the hornblende eclogite stability field between 40- and 80-km deep and between 700 and 800 °C.

Some high-Al TTGs produced at 2.7 Ga and perhaps again at about 1.9 Ga show unusually high La/Yb, Sr, Cr, and Ni. These TTGs may reflect catastrophic mantle overturn events at 2.7 and 1.9 Ga, during which a large number of mantle plumes bombarded the base of the lithosphere, producing thick oceanic plateaus that partially melted at depth.     

Implications of geochemistry in support of Palaeo-Proterozoic tectonothermal evolution of bhopalpatnam Granulite Belt, Bastar Craton, Central India

Bhopalpatnam Granulite Belt which occur along SW margin of Bastar Craton and NE shoulder of Pranhita-Godavari Rift comprise of charnockite (enderbitic variety), garnet-sillimanite-biotite gneiss, quartzo-feldspathic gneiss and corundum bearing aluminous gneiss. High La/Yb ratio, low Eu anomaly (Eu/Eu*=1.0), high LREE/HREE ratio with uniform REE pattern, high La/Sc ratio (0.53–6.43), high Th/Sc ratio (0.03–2.56), low Ni (5.52–20.95), low Cr (31.05–117.05) and uniform Zr/Hf distribution pattern indicate a Proterozoic character. Distribution pattern of K₂O, Na₂O and CaO in ternary diagram show quartz-monzonite-granodiorite trend for the bulk rocks indicating that the bulk rock composition is close to TTG of early Archaean, which might have supplied the sediments for the rocks of Bhopalpatnam Granulite Belt. Geochemical and mineralogical evidence indicate an argillaceous protolith for garnet — sillimanite — biotite gneiss and corundum bearing aluminous gneiss, whereas an arkosic protolith for quartzo-feldspathic gneiss. The geochemical signatures also suggest an active continental margin setting for the rocks of Bhopalpatnam Granulite Belt with prominent Nb and Ta anomaly favouring a subduction environment between Bastar Craton and East Dharwar Craton. This is in conformity with the finding of the earlier workers suggesting a clockwise P-T path based on the combined fluid inclusion and mineral phase equilibria. The LILE geochemistry of charnockite suggests a bi-phase evolution. High LREE/HREE ratio portrays a highly evolved nature of the charnockitic melt generated through partial melting of the continental crust at the final stage of the granulite facies metamorphism during collision between Bastar and East Dharwar Cratons.     

金红石榴辉岩——一个可能的超球粒陨石Nb/Ta储库

Nb,Ta的硅酸盐地球质量不平衡问题争论由来已久,备受关注。近年来研究发现,含金红石的榴辉岩Nb/Ta往往高于球粒陨石值(Nb/Ta=17.5),暗示其可能是平衡地球Nb亏损的独立储库。而洋壳玄武岩部分熔融实验表明Ta比Nb更倾向进入金红石晶格,这意味着作为俯冲洋壳部分熔融残留相的榴辉岩Nb/Ta不可能高于原岩。为了解释地质观察和实验结果之间的矛盾,系统分析了中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔、先导孔及附近地表榴辉岩的矿物微量元素。结果发现:榴辉岩中的Nb,Ta主要存在于金红石之中,其他矿物中含量极少;Nb,Ta之间存在着强烈分异(Nb/Ta=5.3～96.2),并总体上具有超球粒陨石的特征;韭闪石和多硅白云母的Nb/Ta平均分别为48.6,21.8,显示了很强的Nb,Ta分异能力;其他矿物如石榴石、绿辉石、绿帘石、磷灰石等的Nb、Ta含量及Nb/Ta都很低,对Nb-Ta分异不造成影响。认为导致Nb-Ta分异的不是金红石,而应出现在洋壳俯冲过程中金红石相出现之前的脱水和部分熔融阶段。富含Ti的角闪石(韭闪石)和白云母可能对Nb-Ta分异起到了决定性的作用。等金红石相出现之后,由于其对Nb,Ta的绝对控制作用,此前阶段的分异结果便被固定在金红石中而继承下来。因此,含金红石的榴辉岩常常表现出超球粒陨石Nb/Ta的特征,与金红石不能有效地分异Na,Ta的实验结果之间并不矛盾。在不均匀的上地幔中含金红石的榴辉岩是可能的超球粒陨石Nb/Ta储库之一。     

河南嵩山地区新太古代TTG质片麻岩的成因及其地质意义：来自岩石学、地球化学及同位素年代学的制约

河南嵩山地区位于华北克拉通南缘,是我国记录前寒武纪地质的典型地区之一。该区广泛出露新太古代TTG质片麻岩套,主要以英云闪长岩类为主,闪长岩类次之,测得的锆石SHRIMP年龄在2600~2500Ma。该套TTG质片麻岩富Na₂O(3%~7%)、SiO₂(>67%)、贫铁、镁,高的Na₂O/K₂O比值（多在1.5~5.2）,Al₂O₃=13.72%~16.37%,A/CNK=0.97~1.21,属英云闪长岩-奥长花岗岩系列,显示新太古代富铝型TTG岩石特征。岩石富Sr (平均433×10^-6),Rb/Sr比值(<0.5) 较低,Sr/Y比值高(平均165),Nb、Ta和Ti负异常,∑REE偏低,强烈分异((La/Yb) _N=27~150),基本无Eu异常,低的Nb/Ta(14左右)、La/Nb (平均约为7)比值及其它微量元素特征表明其与岛弧或大陆边缘弧玄武质岩石特征相似。全岩Nd同位素和锆石Hf同位素数据显示岩石源区是来自亏损地幔的约2.66Ga的初生地壳;Mg^#值变化较大反映存在地幔楔不同程度的混染。地球化学特征指示该岩浆是在较高温度和压力(约700~1000℃,>1.5Gpa)下由俯冲的含水玄武质洋壳部分熔融形成,残留相中有石榴石和角闪石而不含斜长石。嵩山地区TTG片麻岩的这种成因机制表明当时陆壳以水平方式增生,也说明在随后的2.5Ga左右微陆块碰撞拼合事件之前不同陆块之间很可能被一个古大洋所分隔。     

原地-半原地深熔花岗岩特征:以华北克拉通北缘包头地区石榴花岗岩为例

在华北克拉通北缘大青山地区,广泛的深熔作用导致新太古代晚期石榴花岗岩发育。石榴花岗岩空间上与新太古代晚期大青山表壳岩(主要为石榴黑云母片麻岩)共生,渐变过渡。宏观上岩性具有不均一性,在包头哈德门沟一条实测地质剖面上可以观察到石榴混合闪长岩、石榴混合石英闪长岩和石榴混合花岗闪长岩等不同岩石类型。岩相学研究表明,石榴花岗岩与源岩矿物组合相近,但含量却大不相同。石榴花岗岩和源岩中的石榴石特征十分相似。石榴石周围存在放射状黑云母,是典型的逆反应结构。研究表明深熔作用可能发生在具有顺时针P-T轨迹的变质作用演化峰期及峰期后近等温降压阶段,主要发生钾长石熔融和黑云母熔融。地球化学特征研究表明石榴花岗岩与石榴黑云母片麻岩具有亲缘关系,均表现出高Al2O3、CaO含量,K2O/Na2O比值存在较大变化,富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P和Ti。但是,石榴花岗岩存在组成变化,Eu富集型和亏损型稀土模式为原地-半原地深熔花岗岩的标志性特征。SHRIMP锆石年代学研究表明深熔作用发生在2.43Ga之前,与区内新太古代晚期水平顺层滑脱变形有关,揭示华北克拉通北缘新太古代晚期构造热事件。     

TTG岩系Nb-Ta-La分馏特征的地球化学模拟:对太古宙板块俯冲与大陆地壳生长机制的约束

TTG的Nb/Ta比值以及Nb、Ta相对于La(代表LILE)的亏损取决于部分熔融体系中金红石、角闪石作为残留相矿物存在与否.本研究采用金红石和低Mg#角闪石的微量元素分配系数模拟部分熔融过程中Nb-Ta-La的分馏.模拟结果表明:如果与TTG熔体平衡的残留相是不含金红石的石榴角闪岩,熔体Nb/Ta比值低于源岩但Ta含...     

A late Neoarchaean–early Palaeoproterozoic crustal thickening event in the eastern North China Craton: petrological and geochronological evidence from Eastern Hebei terrane

Determining an age framework for Precambrian crystalline rocks and associated granulite-facies metamorphism of the inner blocks in the North China Craton (NCC) is important for determining the tectonic setting and evolution of the craton during the Neoarchaean–Palaeoproterozoic. The Eastern Hebei terrane (EHT), located in the Eastern Block of the NCC, is composed of tonalitic-trondhjemitic-granodioritic (TTG) gneisses and potassium-rich granitoids, along with rafts of supracrustal rocks that are intruded by basic dikes. TTG gneisses in the EHT yield crystallization ages of 2516–2527 Ma. The oldest age of inherited zircons from a mylonitic TTG gneiss is ~2918 Ma. Granulite-facies supracrustal metamorphic rocks in the Zunhua high-grade meta-greenstone belt indicate an andesitic/basaltic protolith that was formed at ~2498 Ma. A syn-deformational granite in the Jinchangyu greenschist-facies shear zone yields a crystallization age of ~2474 Ma. Metamorphism of the supracrustal rocks and mylonitic greenschist took place at ~2461 and ~2475 Ma, respectively. Rare earth elements (REE) patterns and slightly negative Nb and Ta anomalies indicate that the magmatic precursors of the supracrustal rocks might be derived from partial melting of a sub-arc mantle wedge and metasomatized by fluids derived from a subducting slab. These rocks plot in the island arc basalts (IAB) field on a La/Nb vs. La diagram, further supporting this interpretation. The microstructures of a garnet–two-pyroxene granulite indicate an approximately clockwise P-T path. The crystallization ages of the TTG gneisses represent periods of the major crustal growth in the NCC, and the granulite- and greenschist-facies metamorphism indicates an orogenic event that involved crustal thickening at ~2.47 Ga.     

Major and trace element geochemistry of plutonic rocks from Francistown, NE Botswana: evidence for a Neoarchaean continental active margin in the Zimbabwe craton

The Neoarchaean Tati granite–greenstone terrane occurs within the southwestern part of the Zimbabwe craton in NE Botswana. It comprises 10 intrusive bodies forming part of three distinct plutonic suites: (1) an earlier TTG suite dominated by tonalites, trondhjemites, Na-granites distributed into high-Al (Group 1) and low-Al (Group 2) TTG sub-suite rocks; (2) a Sanukitoid suite including gabbros and Mg-diorites; and (3) a younger high-K granite suite displaying I-type, calc-alkaline affinities.

The Group 1 TTG sub-suite rocks are marked by high Sr/Y values and strongly fractionated chondrite-normalized rare earth element (REE) patterns, with no Eu anomaly. The Group 2 TTG sub-suite displays higher LREE contents, negative Eu anomaly and small to no fractionation of HREE. The primordial mantle-normalized patterns of the Francistown TTGs are marked by negative Nb–Ti anomalies. The geochemical characteristics of the TTG rocks are consistent with features of silicate melts from partial melting of flat subducting slabs for the Group 1 sub-suite and partial melting of arc mafic magmas underplated in the lower crust for the Group 2 sub-suite. The gabbros and high-Mg diorites of the Sanukitoid suite are marked by Mg#>0.5, high Al₂O₃ (>>16%), low TiO₂ (<0.6%) and variable enrichment of HFSE and LILE. Their chondrite-normalized REE patterns are flat in gabbros and mildly to substantially fractionated in high-Mg diorites, with minor negative or positive Eu anomalies. The primordial mantle-normalized diagrams display negative Nb–Ti (and Zr in gabbros) anomalies. Variable but high Sr/Y, Sr/Ce, La/Nb, Th/Ta and Cs/La and low Ce/Pb ratios mark the Sanukitoid suite rocks. These geochemical features are consistent with melting of a sub-arc heterogeneously metasomatised mantle wedge source predominantly enriched by earlier TTG melts and fluids from dehydration of a subducting slab. Melting of the mantle wedge is consistent with a steeper subduction system. The late to post-kinematic high-K granite suite includes I-type calc-alkaline rocks generated through crustal partial melting of earlier TTG material. The Neoarchaean tectonic evolution of the Zimbabwe craton is shown to mark a broad continental magmatic arc (and related accretionary thrusts and sedimentary basins) linked to a subduction zone, which operated within the Limpopo–Shashe belt at 2.8–2.65 Ga. The detachment of the subducting slab led to the uprise of a hotter mantle section as the source of heat inducing crustal partial melting of juvenile TTG material to produce the high-K granite suite.