用玄武岩组成反演中—新生代华北岩石圈的演化

玄武岩的化学组成与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关,因此可以用来反演深部地幔的演化。文中简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法,并总结了有关华北中—新生代岩浆演化的两个最主要特征:(a)晚中生代岩浆活动经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变,而两个阶段为一岩浆间隙期(~10Ma)所分隔;(b)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间的变化趋势。这些岩浆演化特征可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性提供了新的制约。     

太行山重力梯度带的形成与华北岩石圈减薄的时空差异性有关

通过对比华北太行山重力梯度带两侧新生代玄武岩及其中幔源包体的成分, 发现: (1)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的演化趋势, 说明新生代以来西部岩石圈逐渐减薄, 而东部岩石圈逐渐加厚; (2)西部岩石圈地幔组成相对复杂, 年龄多为晚太古代-元古代; 而东部岩石圈地幔组成相对单一, 年龄多为现代值, 少数为元古代; (3)西部壳幔过渡带较厚而东部较薄, 反映两地不同的岩浆底侵作用程度.华北岩石圈组成的空间不均一性可能与岩石圈减薄过程的时空差异有关. 岩相古地理分析说明太行山重力梯度带的雏形形成于早白垩世, 与华北中生代岩浆活动的高峰相吻合.由于岩浆作用与岩石圈减薄作用密切相关, 因此认为华北岩石圈减薄的时空不均一性是形成太行山重力梯度带的重要机制.      

焦家金矿床中两类煌斑岩的地球化学特征及成因意义

华北克拉通在中生代期间发生了大规模的岩石圈减薄,但关于岩石圈减薄结束的时间以及减薄的方式还存在争论。吴福元等(2008)根据辽宁阜新地区110Ma左右的软流圈地幔来源的岩浆认为华北克拉通的减薄发生在110Ma之前。徐义刚等(2009)推测华北克拉通破坏的结束时间应该在晚白垩到早新生代。路凤香等     

胶莱盆地晚白垩世玄武岩的年代学和地球化学特征及其对华北岩石圈减薄-增生的制约

已有研究认为华北岩石圈减薄的时空不均一是显著的,主要表现在软流圈来源的岩浆最早出现的时间呈现南北差异。本文通过40Ar-39Ar法获得胶莱盆地西官庄拉斑玄武岩的年龄为96±3Ma,属于青山群火山岩的一部分,早于王氏群大西庄碱性玄武岩(73Ma)。两套岩石均缺乏Nb、Ta负异常,分别具有与E-MORB和OIB类似的微量元素配分特征。西官庄拉斑玄武岩((87Sr/86Sr)t=0.7058,εNd(t)=0.37～0.57)和大西庄碱性玄武岩((87Sr/86Sr)t=0.7040,εNd(t)=5.5～5.7)的同位素组成特征均显示软流圈的印记。前者为软流圈熔体与古老富集岩石圈地幔相互反应的产物,而后者是软流圈部分熔融的产物。研究区岩浆的εNd(t)值随年龄的降低而逐渐增大,暗示古老岩石圈减薄过程中软流圈的上涌,说明研究区晚白垩世-早新生代岩石圈仍在经历减薄作用。类似的岩浆演化趋势在辽西和辽东地区也有发现,不过演化的时间分别为120～100Ma和80～60Ma,再次证明华北岩石圈减薄作用的时空不均一性。     

对山西隆起区中新生代构造演化的认识

对山西隆起区中新生代构造演化的认识,是探讨华北陆块演化、破坏等科学问题的基础。在中新生代期间,不论是岩石圈的差异演化、构造体制转换、岩浆活动,还是地貌反转,位于华北陆块中心部位的山西地区总是处于过渡带的位置。该地理位置说明了该区在华北陆块演化研究中的重要性。在近年1∶5万、1∶25万区域地质调查成果及以往研究资料的基础上,以中生代区域性断裂、新生代汾渭裂谷及山体隆升为主要研究内容,探讨山西隆起区中新生代岩石圈从增厚到减薄、构造体制从挤压到伸展转换,以及随华北陆块一起经历地貌格局从东高西低到西高东低转换的构造演化进程。研究认为,山西地区中新生代构造体系的发育从属统一的区域动力学环境,周边板块之间的相互作用引起深部软流圈变化: 软流圈下沉,岩石圈则相对增厚,地壳垂向伸展,横向收缩; 软流圈上涌,岩石圈相应减薄,地壳水平伸展。软流圈的变化对该地区中新生代构造变形、沉积格局、岩浆活动等方面起着控制作用。     

华北克拉通东部中生代岩石圈减薄的过程与机制:中生代火成岩和深源捕虏体证据

基于最新的同位素年代学资料 ,华北克拉通东部中生代的岩浆作用可划分成四个阶段 ,即晚三叠世 ( 2 0 5～ 2 2 5Ma)碱性岩浆作用 ;中晚侏罗世 ( 1 5 5～ 1 6 0Ma)花岗质岩浆作用 ;早白垩世 ( 1 1 2～ 1 32Ma)双峰式岩浆作用和晚白垩世 ( 92～ 73Ma)碱性玄武质岩浆作用。徐淮地区中生代侵入岩中榴辉岩捕虏体的发现及其地质年代学资料 ( 2 1 9Ma)表明 ,华北克拉通东部中生代早期曾发生过一次重要的陆壳加厚过程。俯冲板片的断离以及高压—超高压变质岩的快速折返和晚三叠世 ( 2 0 5～ 2 2 5Ma)的碱性岩浆作用的存在均暗示 ,华北克拉通中生代岩石圈减薄已经开始。拆沉作用则是引起中生代早期岩石圈减薄的主要机制。中、晚侏罗世 ( 1 5 5～ 1 6 0Ma)花岗质岩浆作用形成于造山期后的伸展环境 ,代表了中生代岩石圈减薄的继续和发展。早白垩世 ( 1 1 2～ 1 32Ma)双峰式岩浆作用表明中生代岩石圈减薄达到了峰期。而幔源纯橄岩捕虏体中富硅质熔体的交代作用和玄武岩的高87Sr/ 86Sr值、低ε(Nd ,t)值特征表明 ,软流圈对岩石圈底部的化学侵蚀可能是导致该阶段岩石圈减薄的主导机制。晚白垩世 ( 92～ 73Ma)碱性玄武质岩浆作用和“海洋型”地幔捕虏体的存在代表了等温面的下降和岩石圈地幔的增生     

胶东半岛中生代侵入岩浆活动序列及其构造制约

胶东半岛是我国东部中生代花岗质岩石较为发育的地区。通过对该区中生代侵入岩体高精度年代学数据资料分析，建立了区内中生代花岗质岩石3个显著不同的演化序列：晚三叠世（225~205 Ma）幔源型花岗岩、晚侏罗世（160~150 Ma）地壳重熔型花岗岩和早白垩世（130~105 Ma）壳幔混合型花岗岩。通过与辽东和鲁西–徐淮地区中生代岩浆活动年代学格架的对比分析，探讨了华北东部地区中生代岩石圈构造演化和深部地球动力学过程。指出胶辽地区晚侏罗世（160~150 Ma）地壳重熔型花岗岩记录了华北东部一次重要的岩石圈地壳增厚事件，其区域动力学背景可能与古太平洋板块低角度向亚洲大陆俯冲作用密切相关。正是这次增厚作用导致了早白垩世时期岩石圈拆沉减薄和大规模伸展型花岗质岩浆活动。岩石圈地壳增厚和减薄作用过程主导了中国东部中生代陆内构造应力体制的转换和岩浆活动序列。     

辽南变质核杂岩饮马湾山和赵房岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

辽南变质核杂岩形成于晚中生代华北岩石圈伸展和减薄背景下,其演化过程分为三个阶段：第一阶段（约130Ma）,在伸展作用下辽南地区发育拆离断层及其下伏韧性剪切带;第二阶段（130~120Ma）,同构造花岗质岩体的主动侵位影响了拆离断层的演化;同时在124Ma变质核杂岩的构造-岩浆活动达到峰值;第三阶段（113Ma之后）花岗质岩体在较浅层次侵位于停止活动的拆离断层带。辽南变质核杂岩发育与演化过程在年代学意义上揭示了华北板块晚中生代时期的区域性岩石圈伸展与减薄过程。本文认为由伸展后期侵位的赵房岩体所记录的拆离断层停止的时限（113Ma）可以作为华北岩石圈强烈构造岩浆活动的转捩点,113Ma之前华北板块广泛发育变质核杂岩、拉分盆地等一系列伸展构造,之后则以平稳的隆升和冷却过程为主。     

中国东部中新生代火山作用的pTtc模型与岩石圈演化

中国东北和华北地区中新生代火山岩的岩石化学研究表明 ,中新生代火山作用的深部过程均为逆时针的pTt轨迹 ,表现为岩浆源区从逐渐上升到下降的过程。中新生代火山作用的深部过程揭示的岩石圈演化历史为 :早侏罗世至早白垩世早期 ,岩石圈演化主要表现为逐渐减薄的过程 ,直至出现软流圈与地壳直接接触。从早白垩世晚期至中生代末 ,岩石圈演化为一增生过程。第三纪岩石圈演化为减薄过程 ,而到第四纪为岩石圈增生过程。中国东部现代岩石圈地幔是由中生代晚期 (K1末—K3)和第四纪两次增生事件形成的     

华北克拉通破坏的物理、化学过程:地幔橄榄岩证据

本文对比了华北东部不同时代、不同位置捕虏体/地质体橄榄岩的地幔属性,讨论了华北克拉通破坏的物理、化学过程。结果表明,拆沉作用不能很好地解释古老难熔、过渡型和新生饱满地幔并存的事实;单纯的熔体-橄榄岩相互作用也不易解释中、新生代岩石圈巨大减薄和新生饱满地幔Cpx中LREE亏损现象,即具复杂演化历史的克拉通地幔向演化历史简单的"大洋型"岩石圈的转换。华北东部克拉通破坏作用包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂的物理、化学过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体减薄过程。喷发时代为100 Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前有过地幔置换作用。     

鲁西早白垩世基性侵入岩的锆石Hf同位素组成变化及其成因

鲁西北部地区的淄博和临朐辉长闪长岩的锆石原位U-Pb定年分析显示,它们分别形成于128±2Ma和132±1Ma,与鲁西早白垩世大规模岩浆活动时间一致,是华北克拉通岩石圈减薄过程的岩浆活动产物。与鲁西北部同时期的济南、邹平辉长岩相比,淄博和临朐辉长闪长岩的锆石εHf(t)值(分别为-5.1～-2.4和-2.4～+3.2)明显较高,并具有相对年轻的亏损地幔Hf模式年龄TDM(分别为876～984Ma和639～867Ma),对应于相对高的全岩εNd(t)值,指示其岩浆源区有更大比例的软流圈地幔物质贡献。鲁西北部地区的早白垩世基性侵入岩的岩浆源区以华北克拉通内部的古老富集岩石圈地幔为主,从华北克拉通内部往郯庐断裂带锆石εHf(t)值显示出升高趋势,表明软流圈地幔物质的参与比例增大。郯庐断裂带是导致鲁西地区早白垩世基性岩浆活动时空不均一性的重要岩石圈薄弱带。     

蚌埠淮光“混合花岗闪长岩”的形成时代及源区：锆石SHRIMP U-Pb地质年代学证据

对蚌埠淮光花岗闪长岩的岩相学和锆石阴极发光图象研究表明,淮光"混合花岗闪长岩"为岩浆结晶作用的产物,岩石形成后受到了应力作用的改造.锆石SHRIMP U-Pb定年结果和岩浆锆石的SHRIMP U-Pb年龄显示淮光花岗闪长岩形成于130.0±2.0 Ma;大多数继承锆石的年龄集中在1 800～1 900 Ma、2 300～2 517 Ma和3 443 Ma,这意味着淮光花岗闪长岩的母岩浆起源于华北地块基底的部分熔融.早白垩世(130 Ma左右)的岩浆作用是引起继承锆石和碎屑锆石Pb丢失的重要原因,同时也是华北地块东部岩石圈减薄的最重要时期.130 Ma左右的岩浆作用和岩石圈减薄应与太平洋板块的俯冲相联系.     

湘赣地区中生代镁铁质岩浆作用与岩石圈伸展

综合分析了华南内部中生代 (178～ 80Ma)镁铁质岩石的年代学和元素同位素地球化学特征。研究表明区内主要发育 4期镁铁质岩浆活动 :2 2 0Ma± ,175Ma± ,12 0～ 15 0Ma ,80～ 90Ma ,其中 2 2 0Ma仅在道县发育辉长岩包体。地球化学上区内 175Ma左右的宁远太阳山和赣中项家碱性玄武岩和 80～ 90Ma的镁铁质岩石主要表现为Hawaii OIB玄武岩的元素同位素地球化学特征 ,而175Ma的其他镁铁质岩石表现为岩石圈地幔属性。 12 0～ 15 0Ma的镁铁质岩石则介于岩石圈地幔端员与软流圈地幔端员之间。时、空上表现为以郴州—临武断裂为界 ,西侧自 170Ma左右的EMI型为主向 80～ 90Ma的OIB型为主迁移演化 ,而东侧则自老而新自EMII型 (175Ma)为主演变为以OIB型 (80～ 90Ma)为主。上述资料暗示区内至少存在 4期强烈的岩石圈减薄作用 ,软流圈物质上涌和岩石圈伸展减薄是华南中生代岩浆作用形成的主要机制。但 2 2 0Ma左右的伸展减薄范围局限 ,而较大规模的岩石圈伸展减薄和软流圈上涌始于 178Ma ,其形成可能与华南印支造山作用的后造山 (或后碰撞 )拉张裂解地球动力学背景有关。同时也暗示郴州—临武断裂可能是界定中生代EMI型扬子岩石圈和EMII型华夏岩石圈地幔的重要边界。     

华北燕山带:构造、埃达克质岩浆活动与地壳演化(英文)

埃达克质火成岩在中国东部,包括燕山带是很常见的,一般认为它们是下地壳不均匀的镁铁质岩石及/或富集的上地幔岩石在高压(≥1.5 GPa)下部分熔融的结果。在燕山带内埃达克岩浆的形成有一个很长的时间(约190～80 Ma),然而岩浆活动的峰期却与约170～130 Ma间有基底岩石卷入的陆壳收缩期相一致。尽管埃达克质岩浆活动的历史很长,但那种把岩浆活动与岩石圈的拆沉效应相联系的模式似乎是不适当的。在该带内,埃达克质与非埃达克质岩浆活动有一部分是同时的,而且在地理分布上也是相间的,这说明了在下地壳和上地幔岩石的部分熔融中成分是相当不均匀的。侏罗纪及白垩纪熔融作用的热源应当是与古太平洋板块俯冲相关的中生代板底垫托的玄武岩浆。除了局部例外,在燕山带,埃达克质岩浆活动的终结和碱性岩浆活动的开始约在130～120 Ma,在此时期收缩作用使东亚大达200万km~2以上的地区发生了NW—SE向的区域性伸展作用。强烈的地壳伸展仅局限于华北克拉通北缘分布的少数几个变质核杂岩中。陆壳的伸展减薄合理地解释了130～120 Ma间发生高压埃达克质熔融条件的终结,尽管还有局部年轻的埃达克火山活动(约120～80Ma)可以在伸展规模有限而厚的地壳依然存在的地区继续出现。燕山区早白垩世的碱性侵入体中的锆石不存在前寒武纪?     

华北地区晚中生代重大构造转折的地质证据

华北地区在侏罗纪和白垩纪分别发生了两次不同性质的岩浆活动,早期形成一套高锶石英闪长岩,另一期为钾玄岩系。两套岩石分别代表地壳加厚和减薄的构造背景,两次岩浆活动的转折期大致在130Ma左右,此外,华北地区自垩纪广泛分布的碱性岩同样表明区域内在白垩纪曾发生过强烈的岩石圈伸展作用。这一地质特征与区内盆地地震剖面、造山带构造活动年龄、变质核杂岩的年龄、早向坚世太平洋板块运动方向和运动速率的改变以及郯庐断裂左旋运动年龄等地质资料相佐证。因此华北地区岩石圈减薄作用主要发生在早向垩世时期,晚侏罗世——早白垩世是华北地区中生代重大构造发生的转折点。     

中国东部岩石圈减薄研究中的几个问题

中国东部岩石圈减薄是近 10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、机制及其构造控制因素 ,多有争论。根据目前的研究资料 ,文中对上述问题进行了全面的讨论。初步认为该岩石圈减薄发生在晚中生代 ,且在 12 0～ 130Ma的早白垩世达到高潮。综合分析认为 ,岩石圈的减薄与东侧太平洋板块的俯冲有关 ,即大洋板块的俯冲作用导致岩石圈加厚 ,进而发生岩石圈拆沉。Os同位素资料显示 ,由地幔橄榄岩包体所反映的新生代岩石圈地幔具有年轻性质 ,与古生代时的岩石圈地幔截然不同。因此笔者认为 ,中国东部现今的岩石圈地幔并不是减薄后的残留 ,它表明中生代时 ,岩石圈地幔和部分下地壳一起通过拆沉作用而沉入软流圈地幔 ,由此而导致软流圈地幔与地壳的直接接触。幔源岩浆的底侵及软流圈对地壳的直接加热作用 ,使上覆地壳发生大规模的岩浆和成矿作用 ,并导致中国东部中生代时期伸展构造的广泛发育。     

Crust-mantle interaction during the tectono-thermal reactivation of the North China Craton: constraints from SHRIMP zircon U–Pb chronology and geochemistry of Mesozoic plutons from western Shandong

Chronological, geochemical and Sr–Nd–Pb isotopic analyses have been carried out on the Mesozoic plutons in western Shandong with the aim of characterizing crustal–mantle evolution during the tectono-thermal reactivation of the craton. Detailed SHRIMP zircon U–Pb dating reveals two main periods of Mesozoic activity with contrasting compositions. The older magmatic pulse is manifested by monzonites and monzodiorites from Tongshi for which zircon rims yield a concordant age of 177±4 Ma and the cores have a discordant age of ca. 2.5 Ga. Low MgO and Cr, high Na₂O contents and especially their isotopic compositions (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr < 0.7042, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb < 16.8 and _Nd ~ –12) are consistent with derivation from late Archean–Paleoproterozoic lower crust. Relatively high HREE contents in these Jurassic plutons indicate a garnet-free source (<32 km), in contrast to the garnet-bearing source (>40 km) of the late Mesozoic high Sr and low Y granitoids from the same region. Distinctively different depths of crustal melting suggest dynamic thickening of the crust by magmatic underplating during the Jurassic and Cretaceous. The younger dioritic plutons from Laiwu and Yinan were emplaced at 132–126 Ma and show relatively high MgO and Cr contents and large isotopic variability. They were likely derived from enriched lithospheric mantle source and were subjected to crustal contamination during magma evolution. Early Cretaceous mantle melting is coeval with the widespread late Yanshanian granitic magmatism in North China. Early Cretaceous time may correspond to a critical period when a temperature increase due to lithospheric thinning allowed the intersection of the local geotherm and the wet peridotite solidus. While some mantle-derived magmas were erupted, most were trapped at variable crustal depths, triggering large-scale concomitant melting of the crust. Lithospheric thinning must have continued until the late Cretaceous because of the change in the source of mafic magmas from lithospheric to asthenospheric at that time. It is proposed that removal of the lithospheric keel beneath the North China craton may have been initiated as early as the Jurassic, but with the most intense period in the Cretaceous between 130–75 Ma. Such a relatively long timescale (~100 Ma) emphasizes the role of thermomechanical erosion by convective mantle in lithospheric thinning beneath this region.