华北克拉通岩石圈和软流圈三维结构及其所反映的岩石圈破坏过程

华北克拉通是地球上最早形成的地块之一,并曾经有较厚的岩石圈.但伴随着中新生代在其周围发生的一系列板块构造运动,华北克拉通遭受了强烈的破坏和改造,导致现今华北克拉通实际上已经不再是稳定的克拉通,倒像是一个构造和地震异常活跃的造山带或沉降带.为深入了解华北克拉通岩石圈演化过程,地球科学工作者们利用各种手段和方法对华北克拉通进行了大量观测和研究.     

本期论文推荐

正本期论文"华北克拉通南缘约2.5Ga构造变质事件及意义"(曹正琦等),对于探讨华北克拉通太古宙晚期的构造演化具有重要意义.华北克拉通新太古代末期到早元古代早期构造-岩浆热事件的性质,是中国早前寒武纪地质学领域的重大科学问题和区域热点之一.华北克拉通约2.5Ga构造岩浆热事件广泛发育,但     

华北北缘泥盆纪查干哈布组物源特征及其构造意义

白乃庙岛弧带位于华北克拉通北缘,其与华北克拉通北缘的拼贴时限,是理解华北克拉通北缘增生过程的关键.为了限定弧-陆碰撞的时限,对白乃庙岛弧与华北克拉通拼合带的早古生代沉积地层——查干哈布组开展了锆石U-Pb定年和锆石Lu-Hf同位素测试.结果显示,查干哈布组中3颗最年轻锆石的加权平均年龄为393.5±4.9Ma.综合锆石年龄和前人化石资料,限定查干哈布组最大沉积年龄为早泥盆世晚期.碎屑锆石U-Pb年龄谱和Hf同位素组成显示查干哈布组的物源为白乃庙岛弧带,基本没有来自华北克拉通的物源.研究结果结合区域资料表明,白乃庙岛弧带与华北克拉通北缘在早泥盆世可能仍未发生弧-陆碰撞.     

华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

华北克拉通破坏前的状态——对讨论华北克拉通破坏问题的一个建议

中生代华北克拉通破坏是目前引人关注的研究课题。鉴于目前一些文章在表达克拉通状态时引用的地质图件不准确,忽略了华北克拉通从古至今的不同阶段的演化,不能正确的表达克拉通在破坏之前或之后的状态,本文强调华北克拉通破坏前的状态是研究的重要基础。华北克拉通是经历过多期克拉通化形成的。     

华北克拉通古元古代末-新元古代地质事件——来自北京西山地区寒武系和侏罗系碎屑锆石LA-ICP-MSU-Pb年代学的证据

华北克拉通是否同华南克拉通一样保存有与Rodinia超大陆聚合和裂解有关的年龄记录是理解华北克拉通元古宙构造演化的重要科学问题.本文对位于华北克拉通燕辽裂陷槽的北京西山地区的寒武系和侏罗系碎屑岩进行锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学研究,目的是通过碎屑锆石年龄揭示华北克拉通前寒武纪尤其是古元古代末-新元古代重要地质事件.定年结果显示,北京西山寒武系徐庄组的钙质细砂岩中碎屑锆石年龄峰值主要集中在～1.38Ga和～1.14Ga.此外,还有～ 1.56Ga、～912Ma、～814Ma、～740Ma、～630Ma和～507Ma的年龄组.侏罗系窑坡组长石质岩屑细砂岩和粉砂质泥岩中碎屑锆石年龄峰值主要集中在～2.5Ga、1.88～1.8Ga、～1.74Ga、～1.6Ga和186Ma.此外,还有～2.77Ga、～2.0Ga、～1.2Ga、～488Ma、～256Ma和～233 Ma的年龄组.这三个岩石具有较低的成分和结构成熟度,指示较近的物源区,其碎屑物质可能大部分来自华北克拉通内部和北缘,因此其碎屑锆石的年龄组可记录华北克拉通前寒武纪重要地质事件.～2.77Ga、～2.5Ga、2.1～ 2.0Ga和1.88～1.8Ga的年龄组分别对应华北克拉通早前寒武纪发生地壳生长、克拉通化、裂谷和造山等重要地质事件;～ 1.74Ga、～ 1.6Ga、～ 1.56Ga、～1.38Ga、～912Ma和～814Ma的年龄组记录了华北克拉通最终克拉通化后开始的古元古代末-新元古代的多期裂谷事件.与1.3～ 1.0Ga、～740Ma和～630Ma的年龄组相对应的岩石在华北克拉通出现甚少,而该时期的岩浆岩和变质岩在华南克拉通广泛发育,且可能与Rodinia超大陆汇聚和裂解的不同阶段相对应.华北克拉通显生宙碎屑岩中碎屑锆石保存的古元古代末-新元古代地质事件的记录对探讨华北克拉通在元古宙的地质演化及华北克拉通与华南克拉通的关系可提供重要的依据.     

华北克拉通北缘及邻区前燕山期主要地质事件

近年来,华北克拉通北缘及邻区的研究进展集中在前燕山期的主要地质构造格架的廓清,以及晚中生代以来的构造岩浆事件和克拉通岩石圈减薄研究的深化。本文对前者的研究进展作评述和展望。华北克拉通自1.8～1.75Ga形成后,时有岩浆扰动。1.35Ga的基性岩床和岩墙群事件代表了华北克拉通与北美克拉通的裂解,说明华北克拉通曾经是哥伦比亚超大陆的组成部分。华北克拉通北缘大陆边缘的演化也应当从1.35Ga以后开始。早古生代时期,在华北克拉通以北的兴蒙造山带南部发育了白乃庙岛弧岩带,但此时华北克拉通依然记录的是稳定沉积。该岛弧岩带在早古生代末期可能通过弧-陆碰撞形式增生到华北克拉通北部边缘。早中泥盆世期间,在华北克拉通北缘发育了年龄为410～380Ma的碱性杂岩,可能与弧陆碰撞后的伸展有关。从晚石炭世(～320Ma)开始,华北克拉通北缘发展为安第斯型活动大陆边缘,古亚洲洋向南俯冲在华北克拉通之下。在相邻的兴蒙造山带,古亚洲洋还存在向北的俯冲,形成了白音宝力道岛弧岩带。古亚洲洋沿索伦缝合带的最终闭合发生在二叠纪末—三叠纪初期。华北克拉通北缘大量～250Ma以来的后碰撞岩浆活动记录了这一拼合过程。晚三叠世—早侏罗世华北克拉通北缘发生大规模逆冲推覆。早侏罗世时期,华北克拉通北缘已经出现基底结晶岩系的广泛剥露。在燕山期构造岩浆作用之前,华北克拉通北缘的东西向构造格架基本奠定。     

华北克拉通中生代以来基性岩墙群的分布及研究意义

围绕岩石圈破坏和减薄这个主题.华北克拉通成为近10年来国内外研究的热点地区.华北克拉通中生代以来基性岩墙群分布广泛,然而对此仍缺乏系统的研究.通过对基性岩墙群的系统总结,在详尽的资料收集和已有研究的基础上,重点对华北克拉通中生代基性岩墙群的研究现状、分布和意义进行了汇总和讨论.随后,结合近年来的研究经验,提出了基性岩墙群定年中应注意的问题.     

Prototypes of Late Triassic Sedimentary Bsins of North China Craton (NCC) and Deformation Pattern of Its Early Destruction

华北克拉通破坏的过程在地壳浅层沉积和构造变形中留有相应的建造和改造形迹.本文在前人研究基础上,据钻井、地震剖面和露头资料揭示的地层分布、沉积面貌以及构造变形特征,综合论述了印支期华北克拉通的沉积盆地原型及与克拉通破坏早期构造变形之间的响应关系.晚三叠世,华北克拉通残留地层具有分区分布特点:克拉通腹地的鄂尔多斯地区上三叠统延长组发育较全,向东延展至晋中、豫西一带;克拉通北缘的上三叠统杏石口组(及同期老虎沟组、黑山窑组等)沿辽西—京西—冀北一线零星分布;克拉通南缘上三叠统沿豫南—陕南一线发育在北秦岭一带.南、北两缘晚三叠世地层均已卷入同期和后期构造变形,多被逆冲断层夹持并呈断片状产出.从构造变形角度,晚三叠世华北克拉通两侧均已发现大规模的南北向挤压构造,大致形成“对冲”格局,与内克拉通先存的东西向构造线一致.同生沉积记录了区域构造变形过程和/或由变形等因素控制的抬升剥蚀信息.在内克拉通,西部鄂尔多斯地区构造稳定,变形轻微,残留地层较全;东部地区抬升强烈,上三叠统大多数缺失;在东、西部之间存在一个沉积—构造的“缓冲”过渡区.从盆地原型恢复角度,晚三叠世华北克拉通表现为南北两缘陆内前陆盆地镶边的内克拉通盆地格局.华北克拉通腹地的盆地原型是叠覆在早—中三叠世盆地之上的继承性内克拉通盆地.华北克拉通北缘的陆内前陆盆地系统由阴山—燕山楔顶带、张家口—承德前渊带、清水河—山海关前隆带和京西—柳江隆后坳陷带构成;南缘的陆内前陆盆地系统则为北秦岭楔顶带、平凉—南召前渊带、环县—霍邱前隆带和铜川—济源隆后坳陷带.其中的铜川—济源和京西—柳江两个隆后坳陷带则可归属于华北内克拉通盆地.     

白云鄂博洋板块地质与成矿作用初探

提出全球规模最大的白云鄂博稀土矿受亚洲洋向华北克拉通北缘俯冲的洋板块地质演化控制.探讨了白云鄂博地区亚洲洋洋板块地质构造发育过程、亚洲洋向华北克拉通北缘俯冲过程中相继发育的新元古代,早、晚古生代俯冲增生杂岩带的地质构造特征.探讨了白云鄂博稀土矿成因,认为稀土矿成矿碳酸岩岩浆产在华北克拉通北缘的所谓特殊的远端弧后构造环境（far backarc settings）,也有人称为远离弧后背景或者变形的大陆边缘环境（deformed continental margins）,不在大洋俯冲过程中发育的岩浆弧环境中.相对于大陆边缘弧,远端弧后构造环境位于向克拉通或向弧后更远的位置,它是控制白云鄂博深部成矿物质向浅部地表运移聚集成大型矿床、矿集区的关键储运空间.远端弧后构造环境远离大洋汇聚带或俯冲带向大陆或向弧后位置的克拉通边缘上,即在华北克拉通北缘岩石圈与亚洲洋造山带的岩石圈分界上的伸展构造中,受大规模岩石圈不连续系统或深切岩石圈的断裂带系统控制.成矿碳酸岩岩浆可能来自携带大量铁与REE的亚洲洋洋壳沉积物,于晚元古-早古生代向华北克拉通俯冲消减到华北克拉通陆下岩石圈地幔SCLM深循环过程中,在深切华北克拉通边缘的岩石圈的不连续构造系统中出溶形成岩浆碳酸岩及其携带的REE矿床.      

华北克拉通奥陶纪岩浆活动——来自河南安阳岭头地区白垩纪闪长岩中继承锆石U- Pb年龄的证据

通过高精度的LA- ICP- MS锆石U- Pb同位素测年,在太行山南段河南安阳县岭头一带白垩纪闪长质侵入岩中获得一批443. 6±6. 1 Ma（MSWD=6. 3）的年龄数据,相当于晚奥陶世晚期,这是在华北克拉通内部发现的首例反映加里东期岩浆侵入活动的高精度锆石U- Pb定年数据,为揭示华北克拉通早古生代构造岩浆演化提供了依据。结合区域上同期构造岩浆事件的特点,认为443. 6±6. 1 Ma的锆石可能为华北克拉通板内裂解拉张作用的产物,它是奥陶纪晚期（440 Ma前后）古劳亚大陆分裂,华北克拉通漂离加拿大地盾和北美内陆地台,同时形成北太平洋——这一影响全球的构造地质事件在华北克拉通内部的响应。鉴于稳定克拉通地区奥陶纪岩浆侵入活动与金刚石原生矿存在极高的关联度,本次发现也为在鹤壁地区寻找金刚石原生矿提供了重要参考。     

大陆克拉通早期构造演化历史探讨:以华北为例

大陆早期构造演化的研究一直是大陆地质学研究的焦点问题.在华北克拉通基底构造1∶200万编图研究基础上, 本文开展基底断裂边界、构造样式及后期叠加关系的研究, 借鉴比较大地构造理论, 对华北克拉通基底重新进行了构造区划.结合标志性构造单元及其时代、同位素年龄数据库的综合研究, 提出华北早期构造格局演化及其重大构造热事件.华北克拉通基底主要由大面积的新太古代TTG杂岩及表壳岩系组成, 新太古代涉及活动陆缘环境的大规模陆壳增生及不同微陆块的碰撞聚合过程, 造成新太古代末期陆壳迅速增生和克拉通化.古元古代初期开始伸展裂解和早期盖层发育阶段, 古元古代晚期发生微陆块碰撞缝合, 形成超级克拉通, 并在克拉通西北边缘发生强烈改造作用.1.84Ga前后, 华北克拉通经历最强烈的一次伸展裂解过程, 从超级克拉通裂解, 开始了独立的构造演化, 在伸展构造背景下, 克拉通基底被强烈隆升冷却, 经历风化剥蚀, 发育沉积盖层.以上构造格局及其构造热事件提供了早期超级大陆再造研究的构造制约条件.      

内蒙古狼山地区宝音图地块变质基底的锆石U Pb年龄及构造意义

内蒙古狼山地区宝音图地块是兴蒙造山带微地块之一.采用SHRIMP和LA ICP-MS锆石U-Pb测年技术,对宝音图地块中变质侵入体和宝音图群石英岩中的锆石进行了同位素年代学研究,获得了变质侵入体SHRIMP锆石U-Pb年龄1672±10Ma和宝音图群石英岩的碎屑锆石U-Pb下限年龄1426Ma,限定了宝音图群的形成时代应晚于1426Ma.同时根据宝音图群碎屑锆石年龄谱构造-热事件信息与华北克拉通构造-热事件年龄谱对比的相似性,揭示了宝音图群的碎屑来源于华北克拉通,认为宝音图地块与华北克拉通更具亲缘性,可能为华北克拉通的一部分.     

华北克拉通中部中生代岩石圈地幔的性质:来自橄榄岩捕虏体的证据

目前对华北克拉通中生代岩石圈地幔性质的认识主要来源于中生代火成岩元素和同位素的地球化学示踪,而缺乏由地幔橄榄岩捕虏体所代表的直接证据.太行山南段中生代闪长岩中的地幔橄榄岩捕虏体为了解华北克拉通中部岩石圈地幔的性质提供了可能.     

华北克拉通中部阜平杂岩的演化及其构造属性:来自湾子表壳岩碎屑锆石U-Pb年龄及Hf同位素证据

出露于华北克拉通中部带太行山区的阜平杂岩经历了角闪岩相至麻粒岩相变质作用,传统上视为古老的太古宙地层,其形成历史和演化对正确理解华北克拉通前寒武地质有着十分重要的意义.     

华北克拉通及相邻造山带古生代—侏罗纪早期大地构造演化

华北克拉通古生代的大地构造演化始于大约520 Ma,此时冈瓦纳古陆的聚合正处于峰期。中寒武世华北克拉通古生代最早的沉积记录始于其边缘的更老地层或者变质基底之上。随后,海相环境扩展,广泛的海侵导致中寒武世晚期馒头组及其上的地层广泛分布于华北克拉通。华北克拉通北部以北的白乃庙岛弧带新的研究结果显示这一岛弧始于520 Ma,并延续到420 Ma,其可以向东延伸到我国东北的四平以东。沿着华北克拉通南部边缘,商丹洋在514~420 Ma期间发生向北的俯冲。华北克拉通的大部分地区在中奥陶世马家沟期发生海退。近10年来在华北克拉通北缘识别出一个又一个泥盆纪深成岩体和火山岩。石炭纪晚期开始的新的沉积层序以"G层"铝土矿为底,其平行不整合,或假整合在中奥陶世马家沟组灰岩之上。铝土矿很可能是从内蒙古古隆起,一个深位剥蚀的岩浆弧,曾经发育的火山喷发活动形成的广布的火山灰转变而来。这进一步说明晚古生代华北克拉通北缘曾经是一个安第斯型活动大陆边缘。这一沉积序列以碎屑岩为主,下部夹海相灰岩和火山灰层,表明其形成于海陆过渡的火山弧环境。二叠纪早期之后华北克拉通的沉积环境转变为陆相。华南地块与南秦岭地块和华北克拉通之间的勉略洋在晚古生代持续向北俯冲增生,三叠纪晚期发生碰撞,导致大别—苏鲁超高压变质带的形成。与此同时,在华北克拉通北部显著的构造变形和岩浆作用发生在三叠纪晚期。燕山地区盘山等地三叠纪晚期的强烈褶皱、冲断发生在约210 Ma,与华北克拉通周缘的强烈构造变形同期。这也暗示华北克拉通此时已经开始失去克拉通的稳定构造性质。     

华北克拉通岩石圈地幔的锂同位素特征与熔体改造作用

华北克拉通是显生宙以来全球古老克拉通破坏最为剧烈的地区。华北克拉通破坏及其相关的科学问题引起了国内外地质学家的广泛关注。有关华北克拉通破坏的研究已取得了许多重要进展,使我们认识到其破坏不仅表现为岩石圈厚度的剧烈减薄,更重要的是岩石圈地幔的物质组成与性质发生了巨大转变,即从古生代克拉通型转变为新生代大洋型。本文在综述华北地幔捕虏体锂同位素地球化学特征的基础上,进一步揭示了华北岩石圈地幔高度不均一的组成特征,以及不同来源的熔体对岩石圈地幔的改造作用,为深入认识华北岩石圈地幔的转变过程提供进一步的制约。     

大陆下地壳流变性质与华北克拉通破坏机制

综述了中国东部地壳结构与组成的基本特征,介绍了华北克拉通岩石圈减薄作用这一近年来备受国内外地球动力学界关注的重大科学问题,归纳和总结了目前关于华北克拉通减薄机制的各种模型,并结合大陆岩石圈流变学结构模型,强调从流变学角度探讨华北克拉通下地壳的流变性质对研究和解决华北克拉通破坏机制的意义,提出进行更精细的、结合定量结构水研究的高温高压流变学实验模拟研究可能是解决华北克拉通破坏机制问题的关键手段之一。     

华北克拉通东部早白垩世伸展盆地的发育过程及其对克拉通破坏的指示

在晚侏罗世华北克拉通东部破坏之初出现了区域性隆起,全区缺失上侏罗统沉积.在早白垩世早期.出现了区域性的伸展活动,断陷盆地形成,克拉通南、北缘伸展活动最强,北部燕山构造带以出现变质核杂岩为特征,南部出现宽裂谷型盆地.早白垩世中期华北克拉通东部普遍出现了火山活动与岩浆侵入.早白垩世晚期克拉通上以出现窄裂谷型盆地为特征.沿北北东走向的郯庐断裂带断陷活动最强.这些断陷盆地的演化过程揭示,经历地表抬升后,克拉通破坏之初的岩石圈热而弱,从而形成变质核杂岩或宽裂谷型盆地.这期间的破坏强度在空间上具有不均匀分布的特征.受控于早期岩石圈地幔的结构.经过早白垩世中期的大量岩浆活动之后,早白垩世晚期克拉通岩石圈温度降低、强度变大.从而利用早期大型断裂构造形成窄裂谷型盆地.这些现象支持华北克拉通东部晚中生代的岩石圈减薄是以逐渐拆沉机制为主.     

内蒙古固阳地区侵入渣尔泰群中新元古代早期辉长岩岩床的发现及其意义

华北克拉通由于新元古代早期构造-岩浆活动的地质记录较少,制约了对其新元古代时期构造演化的认识。本文对内蒙古中部固阳地区侵位于渣尔泰群阿古鲁沟组中3个变辉长岩岩床样品进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学测试,显示其侵位年龄为-925 Ma,表明华北克拉通北缘存在新元古代早期的岩浆活动。该岩床与同时期华北克拉通中部-925 Ma的基性岩墙群(大石沟岩墙)和东南部945-890 Ma的基性岩床群(徐淮-辽东-沙里院岩床)具有相似的岩石地球化学特征和重叠的Nd同位素组成,表明其可能是新元古代早期华北克拉通中—东部发育的大规模基性岩浆活动事件在克拉通北缘的响应,但其规模相对华北克拉通东南缘明显较小。华北克拉通北缘新元古代早期基性岩浆活动的发现,为深入了解华北克拉通北缘新元古代构造演化及其与罗迪尼亚超大陆的关系提供了重要线索。