苏鲁造山带浅变质岩的成因及其大地构造意义

苏鲁造山带超高压变质带内部及其北缘,出露仅经过绿片岩相变质作用的浅变质岩系。通过对该浅变质岩的区域分布、地质特征及地球化学的综合研究,表明这些浅变质岩系与大别-苏鲁造山带大陆板块俯冲存在密切的成因关系,为扬子板块俯冲过程中被刮削下来的构造残片,构成大陆板块俯冲过程中形成的构造加积杂岩。在此基础上,厘定了苏鲁造山带的构造成因模型,并对苏鲁造山带的东延问题进行了讨论。     

北苏鲁超高压变质带前寒武纪基底研究新进展

北苏鲁超高压变质带位于胶东牟平-即墨断裂以东的地区,其前寒武纪基底以出露新元古代的双峰式火成岩为主要特征,其主要岩石组合包括大量花岗片麻岩以及少量变（超）基性岩（榴辉岩）、变沉积岩。对花岗片麻岩、变质（超）基性岩的岩石组合、地球化学、锆石U-Pb和Lu-Hf同位素的研究表明,北苏鲁存在新太古代-古元古代的残留地壳,经历了1.8~2.2 Ga期间的岩浆-火山-变质事件;新元古代中期（0.72~0.80 Ga）与Rodinia超大陆的裂解相关的岩浆活动促使地壳的生长和再造,形成了北苏鲁的前寒武纪基底的主体;北苏鲁和苏鲁-大别造山带一样,其前寒武纪基底是扬子板块北缘的一部分,苏鲁造山带的西北边界是五莲-烟台断裂带。     

苏鲁地体折返与郯庐断裂活动:莱阳盆地中生界碎屑锆石年代学的制约

胶莱盆地位于苏鲁造山带的北缘,其莱阳群沉积对反演郯庐断裂和苏鲁造山带中生代的折返过程具有重要的制约作用。本文利用LA-ICP-MS方法对莱阳盆地的莱阳群碎屑岩和青山群火山岩进行锆石U-Pb年龄测定,分析其年龄谱特征,探讨其沉积物源区,进而为苏鲁造山带的折返机制提供依据。(1)莱阳盆地发育莱阳群和青山群为代表的中生代沉积岩,锆石年龄测试得到莱阳群形成时代为125±0.6Ma;青山群形成时代为119±1Ma,表明两者都是早白垩世中-晚期的沉积产物;(2)超高压带北缘莱阳盆地与合肥盆地的碎屑锆石年龄谱对比表明,莱阳盆地的沉积物无论沉积时代还是物源区均明显不同与郯庐断裂西侧的合肥盆地,表明郯庐断裂应该形成于两个盆地形成之前,可能为三叠纪-早侏罗世之间;(3)莱阳盆地内发育大量的华北型碎屑物质,进一步表明在扬子大陆板块俯冲过程中华北板块曾经仰冲到扬子板块之上;(4)莱阳盆地发育少量的新元古代岩浆和印支期变质锆石的年龄,表明早白垩世苏鲁超高压变质岩已经折返到地表;(5)超高压变质岩与中生代岩浆岩同时作为莱阳盆地的物源,结合五莲拆离断层的同期活动和莱阳盆地的同时代沉积,说明苏鲁超高压带中生代的折返具有与变质核杂岩类似的大型伸展构造背景。     

华北东南缘荆山花岗岩成因及其构造意义

对华北东南缘荆山花岗岩进行了锆石U-Pb定年、微量元素和Hf同位素分析,全岩主微量元素和Sr-Nd同位素分析.LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,荆山花岗岩形成于晚侏罗世(160.9±0.8~161.6±1.5 Ma).残留锆石的U-Pb年龄主要为三叠纪和新元古代,分别与大别-苏鲁造山带超高压变火成岩的变质年龄和原岩年龄一致.这些花岗岩为钙碱性-高钾钙碱性,具有弧型的微量元素分布特征和富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,即高的全岩(87Sr/86Sr)_i比值(0.708 0~0.709 1),低的ε_Nd(t)值(-15.6~-13.5)和锆石ε_Hf(t)值(-23.1~-9.5),对应的两阶段Nd-Hf模式年龄主要为古元古代.这些锆石U-Pb同位素年代学和地球化学特征与大别-苏鲁造山带超高压变火成岩一致,表明它们之间存在成因联系.特别地,残留锆石新元古代和三叠纪U-Pb年龄是俯冲华南陆壳的标志性特征.因此,荆山花岗岩是俯冲华南陆壳部分熔融的产物,华南陆壳是三叠纪大陆碰撞过程中进入华北地壳之中的.这些花岗岩具有低的Rb含量、高的Sr和Ba含量,低的Rb/Sr比值以及低的全岩锆饱和温度和锆石Ti温度(~700℃),表明它们源于俯冲华南陆壳低温加水部分熔融,可能与侏罗纪古太平洋板块俯冲于中国东部之下有关.      

苏鲁造山带深部构造的接收函数图象

宽频地震探测获得横切苏鲁造山带的滨州-日照剖面和蓬莱-青岛剖面的接收函数图象。在图中识别出一系列密度界面和断裂面。新Moho面深度35~41km,形态清晰连续完整,表明苏鲁造山带形成以来的壳幔相互作用已经相当彻底。苏鲁造山带和胶辽朝地块的岩石圈底面深度105km,靠近郯庐断裂逐渐抬升到90km。在苏鲁造山带内部识别出了造山过程中形成的构造界面。它们所勾画出的深部构造图案支持扬子板块拖带北中国板块边缘深俯冲剥蚀模型,并且指示苏鲁超高压变质带的北界位于莱西一线的胶莱盆地之下。     

大陆板块俯冲和折返过程中的流体活动：稳定同位素证据

对大别-苏鲁造山带超高压变质岩矿物稳定同位素的系统研究发现，超高压变质过程中存在少量含水流体，但是流体的活动性很小，在不同岩相界面之间缺乏明显的流体渗透；超高压榴辉岩中的石英脉是蜂期变质后含水矿物降压分解和羟基出溶引起的流体流动结果，不是板块俯冲过程中进变质作用的产物；超高压变质岩经历了广泛的角闪岩相退变质作用，退变质流体主要来源于板块折返过程中超高压矿物中溶解经基的降压出溶。     

苏鲁造山带地壳上地幔结构层析成像研究

扬子与华北板块在三叠纪的俯冲碰撞形成了著名的苏鲁超高压造山带,其板块碰撞接触关系一直是热点问题.利用国家台网中心64个省台记录的1 079个近震事件的10 922个P波到时和251个远震事件的11 931个P波到时数据,采用远近震联合反演的层析成像方法对苏鲁地区进行了地壳上地幔速度结构反演.结果显示,研究区内两个低速异常区分别对应山东半岛西部的华北板块地幔上隆区和壳幔相互作用强烈的长江中下游成矿带地区.在地幔300 km深度之下出现的高速异常体可能代表了早中生代扬子与华北板块碰撞之前俯冲拆沉的古特提斯洋板块.传统观点的扬子板块岩石圈向北俯冲不明显,华北板块表现为向东南俯冲的高速特征.华北板块俯冲以苏鲁造山带中部的北纬35°为界,分为南北两种俯冲样式.北部俯冲不明显,华北板块停滞在郯庐断裂带以西;南部则表现华北板块向东南陡倾俯冲到苏鲁造山带之下.      

浅议苏鲁造山带基底大地构造属性--以荣成-威海地区为例

苏鲁造山带的基底在大地构造上是归属华北板块还是扬子板块，抑或二者兼而有之还是二者都不是?存在着不同意见。依据造山带变质表壳岩的区域性对比和岩浆演化序列，特别是通过Nd同位素示踪所提供的信息，文章从事件演化的角度综合研究分析认为，苏鲁造山带基底的大地构造属性，既不应归于华北板块，也不宜归于扬子板块，而应作为一个独立的大地构造单元划出为宜。     

大别地体变质岩石中锆石Lu-Hf同位素基本特征

大别地体变质岩中锆石的Hf同位素研究可以为超高压变质过程中锆石的Lu-Hf地球化学行为及超高压变质原岩的性质和成因提供重要信息.最近Zheng等和Wu等率先对大别造山带变质岩开展了锆石的Hf同位素研究,得到许多新的认识[1-3].我们在对大别山南部超高压变质带新店榴辉岩、双河和黄镇地区榴辉岩片麻岩和硬玉石英岩以及南北大别若干个片麻岩变质锆石微区U-Pb SIMS定年和CL内部结构研究的基础上进行了原位LA-MC-ICPMS的Lu-Hf同位素分析,获得以下一些结果和认识:     

大别—苏鲁造山带超高压—高压变质岩原位成因的构造证据

大别—苏鲁造山带超高压—高压变质岩的原位或外来成因是长期以来争论不休的问题。研究证明,现今所见的在大别—苏鲁造山带超高压和高压单元中所保留的榴辉岩和其他超高压和高压变质岩石仅占5％～10％,它们不是构造     

华北克拉通东部及苏鲁造山带的地壳生长: 来自现代河流碎屑锆石的U-Pb定年和Hf同位素证据

来自年轻沉积物或现代河流的碎屑锆石是研究大陆地壳生长演化的理想载体.为揭示华北克拉通东部和苏鲁造山带大陆地壳的生长演化, 采集了中国东部大清河、潮白河、辽河、大沽河和胶莱河的5个地方的河沙样品, 并对分选出来的碎屑锆石进行了LA-ICP-MS和MC-LA-ICP-MS U-Pb定年和Hf同位素微区原位分析, 获得了396个锆石U-Pb谐和年龄及其对应的Hf同位素组成.2.4~2.5 Ga和1.8~1.9 Ga两个年龄特征峰指示大清河、潮白河和辽河的碎屑锆石来源于华北克拉通东部.辽河一部分100~500 Ma的锆石具有正的ε_Hf(t)值和年轻的Hf模式年龄, 显示出显生宙的地壳生长.苏鲁造山带大沽河和胶莱河的碎屑锆石U-Pb年龄分布相对比较复杂, 但锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征表明其为华北克拉通和扬子克拉通的混合来源.来自大清河、潮白河和辽河的锆石U-Pb年龄和Hf同位素证据, 表明华北克拉通东部地壳生长的主要时期为2.4~3.0 Ga, 并在2.6~2.7 Ga时处于生长的最高峰, 次一级的生长期为1.3~2.3 Ga, 而在其他阶段几乎没有地壳的生长或者不明显.华北克拉通东部现存大陆地壳的80%来源于太古代和古元古代的生长, 而自古元古代开始大陆地壳的演化就以古老地壳的重熔再改造为主.此外, 大沽河碎屑锆石的Hf同位素组成揭示出苏鲁造山带在古生代(300~500 Ma)存在明显的地壳生长.      

大别造山带新太古代地壳岩石和古元古代混合岩化作用——来自锆石U- Pb年代学和Hf同位素证据

大别造山带北大别超高压变质带是研究秦岭-大别-苏鲁造山带古老基底演化过程的关键区域,其内广泛发育的混合岩长期被认为主要形成于中生代。本文对北大别团风一带新识别出的一套混合岩开展了锆石U-Pb定年和Hf同位素组成分析,结果显示,混合岩第一类锆石核部具有岩浆锆石特点,组成的不一致线上交点年龄为2850±86 Ma,该年龄代表了混合岩原岩年龄。第二类锆石具有变质深熔锆石特点,其加权平均207Pb/206Pb年龄为2011±12 Ma,代表了混合岩化的时间。岩浆锆石多数具有负的εHf(t)值(-8.1~2.2),对应两阶段Hf同位素模式年龄(TDM2)为3.6~3.0 Ga,表明原岩可能为大别造山带内古太古代地壳物质重熔形成,并可能在形成过程中伴有少量幔源物质加入。与之相比,变质锆石均具有正的εHf(t)值(0.3~8.2),对应TDM2为2.7~2.2 Ga,说明在混合岩化变质深熔过程中锆石Lu-Hf同位素体系完全开放,导致了锆石Hf同位素组成的升高。本文研究表明,大别造山带除了中生代混合岩化作用以外,还存在古元古代与Columbia超大陆聚合过程相关的一期混合岩化作用,为目前已知的大别造山带内最早一期混合岩化作用。此外,该套混合岩原岩为太古宙岩石,且对应模式年龄高达3.6 Ga,这扩展了目前已知的大别造山带最古老岩石信息范围,表明大别造山带内太古宙古老地壳物质可能不仅局限于黄土岭一带,还在北大别更广泛地区出露。     

西大别西北部浒湾变质带榴辉岩的年龄和性质及其对秦岭-大别-苏鲁造山带多期演化的制约

浒湾高压变质带位于大别造山带的西北部,是研究秦岭-大别-苏鲁造山带演化过程和时间的关键地区.我们对产于该高压变质带的3个榴辉岩样品(两个采自苏家河,一个采自胡家湾的)进行了LA-ICPMS锆石U-Pb定年、微量元素和Hf同位素组成分析,以限定该变质带榴辉岩相变质作用及原岩形成的时间和原岩性质.     

大别山碧溪岭地区榴辉岩的铁同位素地球化学

<正>前人的研究表明,洋中脊玄武岩δ56Fe值很均一,高于地幔的δ56Fe值,因此在壳幔分异过程中,铁同位素会发生部分熔融的。而洋岛玄武岩的铁同位素组成较不均一,可能反映了其源区铁同位素的不均一性。俯冲带是壳幔循环过程中的重要场所,同时俯冲折返的板块为我们研究俯冲带提供了很好的条件。为了研究俯冲板块俯冲折返过程中铁同位素的地球化学行为,分析了大别—苏鲁造山带的超高压变质榴辉岩的全     

超高压榴辉岩-片麻岩接触带矿物氢同位素和水含量变化

本文利用中国大陆科学钻探工程岩心样品连续取样的优势,对苏鲁造山带超高压榴辉岩-片麻岩过渡带进行了石榴石和绿辉石的氢同位素、全水含量和羟基含量的联合研究,结果为研究深俯冲大陆板块折返过程中变质流体的来源和可获得性提供了重要的制约.     

大陆俯冲隧道壳幔相互作用:来自苏鲁造山带橄榄岩的锆石学证据

大陆碰撞造山带石榴橄榄岩作为超高压变质地体的重要组成部分之一,记录了大陆俯冲带之上地幔楔的组成和演化、壳-幔相互作用、流体-岩石相互作用及俯冲带化学地球动力学等重要信息。我们在锆石岩相学研究的基础上,对苏鲁造山带腾家橄榄岩及其寄主片麻岩不同锆石区域进行了U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素联合原位分析。滕家橄榄岩呈块状产于超高压花岗质片麻岩中,主要矿物组成为橄榄石+斜方辉石+尖晶石+铬铁矿+角闪石+蛇纹石±绿泥石±白云石±锆石。锆石具有明显的核-(幔)-边结构。残留岩浆锆石具有振荡环带或模糊的振荡环带,主要为新元古代U-Pb年龄,同时含有少量中、古元古代的U-Pb年龄。它们具有高的Th/U比值(0.1)和陡峭的MREE-HREE配分,包含石英、磷灰石和斜长石包裹体。残留岩浆锆石的U-Pb年龄、微量元素和Hf-O同位素组成与大别-苏鲁造山带超高压变质岩的原岩锆石相似。因此,这些残留岩浆锆石可能是被来自深俯冲大陆地壳脱水产生的交代流体物理搬运到橄榄岩之中。相反,交代生长锆石具有弱分带或无分带,U-Pb年龄为(220±2)~(231±4)Ma,略低于大别—苏鲁造山带超高压变质作用时间。它们具有相对低的Th/U比值(0.1)、HREE含量、陡的MREE-HREE配分、负的Eu异常和低的δ18O值(-11.3%~0.9‰),包含石英和磷灰石包裹体。因此,这些锆石在深俯冲大陆地壳折返初期从交代流体中新生长。不论残留岩浆锆石还是交代生长锆石,其微量元素和Hf-O同位素组成都与寄主片麻岩明显不同,可见,交代流体不是直接来自寄主片麻岩,而是深俯冲大陆地壳的脱水流体。交代流体亦造成显性交代,形成角闪石、蛇纹石和绿泥石等交代成因矿物。总之,滕家橄榄岩经历了来自深俯冲大陆地壳在折返初期变质脱水形成的富水流体的交代作用。在大陆俯冲隧道的板块-地幔界面,这些地壳来源的流体不仅携带Zr和Si等化学组分,而且把深俯冲地壳来源的微小锆石颗粒迁移进入橄榄岩。因此,造山带橄榄岩通过化学迁移(溶解元素)和物理迁移(微小矿物颗粒)等机制记录了大陆俯冲带的壳幔相互作用。流体-橄榄岩反应是大陆俯冲带壳幔相互作用的基本机制。     

威海地区超高压变质花岗片麻岩锆石U-Pb定年和氧同位素研究

在苏鲁超高压变质带东北端山东威海地区皂埠镇发现锆石δ18O值低至-7.8‰左右的花岗片麻岩, 与前人在苏鲁超高压变质带西南端江苏东海青龙山地区发现的锆石δ18O值为-7‰~-9‰左右的花岗片麻岩一致.对这些低δ18O值花岗片麻岩进行了锆石SHRIMP法UPb定年和系统的激光氟化法矿物氧同位素分析, 结果对低δ18O值锆石成因和花岗片麻岩的原岩性质提供了制约.研究得到: (1) 这些低δ18O值锆石以新元古代岩浆锆石为主, 但部分岩浆锆石在印支期超高压变质作用过程中发生了不同程度的重结晶作用.δ18O值为-7.08‰的岩浆核锆石UPb定年得到的花岗片麻岩原岩谐和年龄和不一致线上交点年龄分别为(760±49) Ma和(751±27) Ma, 变质谐和年龄和不一致线下交点年龄分别为(232±4) Ma和(241±33) Ma, 指示其原岩为新元古代花岗岩并经历了印支期变质作用; (2) 锆石δ18O值在局部范围内变化于-7.76‰~5.40‰之间, 低δ18O值岩浆锆石表明它们是从新元古代低δ18O值岩浆中直接结晶形成, 锆石δ18O值的局部变化表明其原岩岩浆的氧同位素组成具有不均一性, 指示低δ18O值岩浆源区物质曾经在地表与极度亏损18O的大气降水发生过不同程度的高温水岩反应; (3) 低δ18O值花岗片麻岩在印支期板块俯冲和折返过程中基本没有与外部发生显著的氧同位素交换, 在退变质作用过程中花岗片麻岩内部缓冲流体对原岩岩浆锆石的δ18O值影响不大.威海皂埠镇地区和东海青龙山地区的花岗片麻岩在原岩时代、变质时代和氧同位素组成等方面基本相同, 指示它们应具有相同的原岩性质, 并经历了相同的变质作用和水岩相互作用过程.因此, 极度亏损18O的新元古代双峰式基性-酸性岩浆岩可能分布于整个大别-苏鲁造山带.      

苏鲁超高压造山带南部海州群锆石年龄及其地质意义

厘定大别-苏鲁超高压造山带南缘变质岩带的形成时代和地球化学特征有助于区域地层对比研究和对这一造山带演化过程的深入理解。采用单颗粒锆石U—Pb同位素稀释法和蒸发法定年,获得来自苏鲁地体南部海州群上部云台组的3个云母石英片岩样品的碎屑锆石年龄,且集中于800～740Ma之间。全岩初始εNd（800Ma）值变化在-12．8～-8．8之间,两阶段亏损地幔Nd模式年龄为2．1～2．4Ga。这些特征类似于大别山南部宿松地区副片麻岩,指示较单一的沉积物源。结合区域地层对比资料,碎屑锆石年龄限定了海州群云台组的沉积时代可能为新元古代,晚于740Ma左右。其主要沉积物质源自新元古代岩浆岩,归属于扬子陆块     

全球典型大陆造山带中榴辉岩的折返机制:来自变质岩和地球物理的限制

大陆岩石圈深俯冲作用是地球科学领域的前沿热点,榴辉岩的折返机制是板块构造及动力学的关键科学问题。全球著名的大陆造山带中榴辉岩的p-T轨迹呈现差异性折返特征,为了揭示榴辉岩的折返机制,本文结合变质岩石学和地球物理学研究,选取3个典型大陆造山带——中生代—新生代的阿尔卑斯造山带、中生代的苏鲁—大别造山带和新生代的喜马拉雅造山带中的榴辉岩进行阐述。在阿尔卑斯造山带地区,地球物理研究结果发现,欧洲板块的俯冲造成了Adria地区下方的岩石圈存在明显厚度差异。同时,阿尔卑斯造山带Doria Maria和Pohorje地区以及Pohorje地区内部,榴辉岩折返历史也不尽相同,原因可能是亚德里亚大洋岩石圈断离后不同期次的逆冲推覆作用使其差异性斜向挤出。苏鲁—大别造山带中榴辉岩的快速折返,原因可能是华南板块与华北板块碰撞后岩石圈的拆沉或断离作用。在喜马拉雅造山带,西构造结和中喜马拉雅榴辉岩的折返存在差异性。在西构造结,那让和卡甘榴辉岩呈现不同的p-T轨迹和折返速率,变质岩石学和地球物理研究结果都表明它们的差异性折返很可能与印度-欧亚大陆碰撞过程中的构造挤压作用以及印度大陆岩石圈的断离作用有关。喜马拉雅造山带是年轻的正在进行造山活动的造山带,相较于古老的苏鲁-大别造山带,它更适合变质岩石学和地球物理学的综合研究。因此西构造结高压/超高压榴辉岩的折返机制——构造挤压和俯冲板块断离可应用于全球造山带。     

苏鲁造山带北侧构造演化的几何学运动学特征

横穿诸城凹陷的南北向反射地震剖面揭示,苏鲁造山带北侧边界的中上地壳中存在着三层结构,即上部的胶莱盆地沉积盖层、中部的苏鲁楔状地体和下部代表华北板块的胶北地体;诸城凹陷边缘和内部断裂均显示同沉积正断层性质,苏鲁楔状地体中发育一组向北仰起的叠瓦状逆冲断层,而胶北地体显示了向南俯冲的态势.由此而论,可能存在着华北板块与扬子板块相向俯冲于苏鲁地体之下的陆陆碰撞机制,苏鲁地体可能具有与大别地体相似的花状造山带结构.