华北克拉通中元古代裂解事件:以渣尔泰-白云鄂博-化德裂谷带岩浆与沉积作用研究为例

华北克拉通存在三个主要的中元古代裂谷带,从南到北分别为熊耳裂谷带、燕辽裂谷带以及渣尔泰-白云鄂博-化德裂谷带。其中熊耳群中火山岩的峰期年龄为1780~1750Ma,其上还有形成于被动大陆边缘的五佛山群、汝阳群以及官道口群。中北部的燕辽裂谷带包括长城系、蓟县系和青白口系,其中长城系团山子组和大红峪组火山岩的年龄分别为~1640Ma和1626~1622Ma,蓟县系高于庄组、雾迷山组和铁岭组凝灰岩的年龄分别为1560Ma、1485Ma和1437Ma,而下马岭组凝灰岩年龄为1366~1380Ma。北缘渣尔泰-白云鄂博-化德裂谷带中渣尔泰群书记沟组玄武岩年龄为1743Ma,阿古鲁沟组酸性火山岩年龄为~810Ma,白云鄂博群尖山组中基性火山岩年龄为1728Ma,化德群比鲁特组火山碎屑岩年龄为1515Ma。中元古代岩浆事件除了裂谷带中的火山作用外,还包括三期基性岩墙群(~1780Ma太行-吕梁岩墙群、~1730Ma密云岩墙群和~1620Ma泰山岩墙群)以及1.76Ga到1.65Ga非造山岩浆组合(斜长岩-环斑花岗岩体-A型花岗岩)。中元古代中期,华北克拉通北缘发育了基性岩席(墙)、A型花岗岩以及碳酸岩脉,双峰式岩浆作用说明华北北缘在中元古代中期经历了裂谷作用,与哥伦比亚超大陆的最终裂解有关,并且与白云鄂博巨型REE-Nb-Fe矿床的形成具有成因上的联系。华北克拉通北部两个裂谷带中的地层具有可以对比的层序以及时代,而中元古代中期辉绿岩墙、A型花岗岩以及碳酸岩脉可以与其它克拉通同时期的非造山岩浆作用对比,证明华北克拉通经历了哥伦比亚超大陆的最终裂解。古地磁数据已经证明在哥伦比亚超大陆时期Siberia、Laurentia、Baltica、Amazion以及华北克拉通是连接在一起的,而北缘中元古代中期大陆裂谷相关岩浆岩的发现也说明它是与另一个古大陆相连的。华北克拉通南缘熊耳火山岩的构造背景到底是大陆裂谷还是大陆边缘弧则关系着其是与另一个克拉通相连还是面向大海,这需要我们进一步深入研究。     

华北克拉通东南缘中条山陶家窑基性岩墙群U- Pb定年、地球化学特征及其构造环境

基性岩墙是地壳伸展事件的重要示踪剂，被视为超大陆重建的关键指标，研究中条山陶家窑基性岩墙群对于华北克拉通前寒武纪构造演化重建具有一定借鉴作用。年代学和地球化学综合研究表明，该区的岩墙群岩性以辉绿岩为主，具有典型的辉绿结构，主要造岩矿物为斜长石和单斜辉石。锆石LA- ICPMS U- Pb年龄为1838±32Ma，是该基性岩墙群的结晶年龄。K2O/Na2O比值为0. 55~1. 89，低碱(K2O+Na2O为4. 41%~13. 29%)，高FeOT(1. 08%~10. 15%)，为拉斑玄武岩系列。高稀土元素含量(65. 2×10-6~481. 38×10-6)，富集Rb、Th、U、Pb等元素，相对亏损Nb、Ta、Zr、Hf等元素，较低的εNd(t)值(-11. 04~-2. 32)，由此推测有地壳组分的加入。岩石中固结指数SI与MgO的含量线性相关性比较强，与SiO2的含量没有相关性，说明MgO对分异结晶趋势起主导作用且发生过比较明显的结晶分异作用。该岩墙群岩浆源区类型为富集地幔(EMⅡ)，主要是在源区受到地壳物质的混染。岩浆中地壳物质主要来源于俯冲时陆壳物质的加入，与岩浆结晶分异以及上升过程中地壳混染作用关系不大。综合研究表明，该岩墙群为板内拉斑玄武岩系列，形成于碰撞期后伸展构造环境。     

华北南缘古元古代末岩墙群侵位的磁组构证据

华北克拉通南缘的中条山及邻区广泛发育元古宙放射状基性岩墙群,与五台山-恒山和大同地区的北北西向基性岩墙群以及熊耳中条拗拉谷的火山岩在时空分布和地球化学方面均具有密切的相关性。中条山及邻区放射状基性岩墙群的宏观和微观流动构造(包括捕虏体、冲痕构造、矿物线理和定向斑晶)指示岩墙群以一定的仰角向北西侵位。通过该区岩墙群磁化率各向异性(AMS)测量得到磁组构的最大磁化率长轴优势方位分布图和磁组构各向异性特征分析进一步指示华北南缘古元古代末岩墙群从熊耳中条拗拉谷的底部向北西侵位。岩墙群的流动构造和磁组构的统计成果夯实了华北克拉通古元古代末基性岩墙群与熊耳中条拗拉谷的成生联系。     

华北克拉通1.75Ga基性岩墙群特征及其研究进展

基性岩墙群是地壳伸展背景下,来自地幔的基性岩浆侵入体。华北克拉通同世界上其它克拉通一样,广泛发育前寒武纪基性岩墙群。它们在不同时代均有产生,其中1.75Ga前后的规模最大,分布范围最广,几乎遍布整个克拉通,对其进行深入研究,可以揭示华北克拉通该期构造演化过程。华北克拉通1.75Ga前后的岩墙几何形态多变,直立或近直立,走向主要为NNW向和近EW向。岩石以拉斑玄武质岩类占绝对优势(>80%),主要造岩矿物为单斜辉石和斜长石。根据岩墙走向、岩浆分异程度和岩石地球化学特征可将其分五组:低分异LT组、低分异HT组、高分异NW组、高分异EW组,以及具明显差异的高铁系列。同位素和微量元素研究显示,岩浆源区主要与富集Ⅰ型地幔(EMⅠ)、弱亏损的常规地幔(DM-PREMA)以及陆下岩石圈地幔有关。目前对华北克拉通1.75Ga基性岩墙群产出的构造环境在认识上有分歧,其中地幔柱观点和碰撞后伸展观点最为人们所关注。     

大兴安岭南段三叠纪基性火山岩时代与构造环境

应用火山岩锆石U-Pb LA-ICPMAS法和基质Ar-Ar法定年,表明大兴安岭南段存在三叠纪玄武质岩石,其年龄为214～250Ma。主量和微量元素地球化学反映三叠纪火山岩为亚碱性和低K拉斑玄武岩系列,部分岩石具岛弧火山岩地球化学性质,但主要呈造山后伸展环境下的岩浆活动特征。Sr-Nd-Pb同位素组成说明三叠纪基性火山岩岩浆源区主要为岩石圈地幔,但局部地区有软流圈物质加入;岩浆演化过程受部分熔融和分离结晶作用控制,并有少量地壳物质的混染。综合研究表明三叠纪大兴安岭南段处于中亚造山带后造山伸展阶段,基性岩浆形成于软流圈上涌诱发岩石圈地幔的部分熔融,拉斑玄武岩和辉绿玢岩脉即为伸张条件下基性岩浆活动的产物。结合区域构造演化,本文推测西拉木伦河-长春-延吉缝合带可能具有西段造山和造山后伸张作用稍早于东段的特征。     

华北北部中生代岩墙群

岩墙群是深源岩浆浅侵位的产物，它可提供有关壳-幔演化的重要信息。通过华北北部大同早中生代碳酸岩-煌斑岩岩墙群、赤峰早中生代闪长玢岩岩墙群、林西中生代辉绿岩岩墙群、京北晚中生代双峰式岩墙群的对比研究，揭示了华北中生代存在的两次底侵作用及其相关的伸展作用。华北早、晚中生代岩墙群与晋北地区元古代岩墙群的初步对比，从一个侧面反映了华北壳幔的演变。     

晋冀蒙交界地区五期岩墙群的界定及其构造意义

以幔源岩浆侵位为标志的岩墙群是伸展作用的产物。根据同位素年龄测定 ,华北克拉通北缘晋冀蒙交界地区基性岩墙群可分为 :180 0～ 170 0 Ma,80 0～ 70 0 Ma,2 30 Ma,14 0～ 12 0 Ma,5 0～ 4 0 Ma五个年龄组。本文通过这五组岩墙群的地质、岩石及同位素地球化学特征的研究 ,探讨本地区地幔物质组分随时间的演变规律 ;并将本地区出现的五期伸展作用与华北克拉通乃至全球同期的重要构造事件进行对照。     

晋北地区中元古代岩墙群的地球化学特征和大地构造背景

晋北地区发育大规模的中元古代北北西向岩墙群，未变形和未变质，是华北克拉通前寒武纪构造演化研究的最显著标志，根据本区岩墙群的岩石学和地球化学研究，这些岩墙群的岩石属于板内大陆裂谷玄武岩系列，形成于大陆裂谷拉张的构造环境，与东侧的燕辽－中条拗拉槽内的火山岩岩石化学对比分析，本区岩墙群的基性岩浆可能来自拗拉槽深部，这些基性岩浆从拗拉槽的深部向北西方向侵位于晋北地区先存的构造裂隙中形成了基性岩墙群。     

华北克拉通南缘潘河~1.5Ga正长岩的厘定及其构造意义

华北克拉通是否曾是Columbia超大陆的组成部分并具有一致的裂解过程一直存在争议,而已知的中元古代非造山岩浆组合集中分布于华北克拉通北缘是引起有关裂解过程争论的重要原因。作者近来在华北克拉通南缘,河南省卢氏县潘河地区,厘定了一组中元古代走向近东西的正长岩脉群。正长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为1469±8Ma(MSWD=1.4)。岩石类型主要为黑云母正长岩,局部有少量霞石正长岩。岩体的SiO2变化于51.3%～65.7%之间,碱含量较高,K2O+Na2O总量8.32%～13.0%,铝含量较高(Al2O3=18.7%～20.0%),为碱性过铝质岩类。岩体轻重稀土分馏较为显著(La/Yb)N=14.5～34.5,具有显著的Eu负异常(δEu=0.2～0.3),强烈富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素和Nb、Ta、Nd、Tb等高场强元素,而Sr、Ti、P、Eu等元素显著亏损。岩石εHf(t)=-14.79～+8.16,Hf模式年龄为2.93～1.74Ga,指示成岩物质主要来源于富集岩石圈地幔的部分熔融并有地壳物质的加入。岩体形成于板内伸展构造环境,这表明华北克拉通的南缘也同时记录了华北克拉通曾经在中元古代发生过大规模的伸展作用,其伸展过程可能与Columbia超大陆的裂解有关。     

恒山中元古代早期基性岩墙群的单颗粒锆石U—Pb年龄及其克拉通构造演化意义

华北克拉通中北部变质基底发育大规模的前寒武纪基性岩墙群,由于基性岩墙同位素定年技术存在问题,因此一直未获得岩墙群的确切年龄数据。本文利用单颗粒锆石U-Pb化学法,首次获得恒山地区北西向基性岩墙群的U-Pb年龄为1769.1±2.5Ma,并证明它代表基性岩墙群的侵位年龄,这一年龄数据也是华北克拉通大规模分布的未变质基性岩墙群已知的最古老年龄。综合分析同期岩浆活动的同位素年龄记录,本文提出中元古代早期华北的岩浆侵位发生于伸展构造背景下。     

华北陆块南部元古宙熊耳群火山岩的成因与构造环境：事实与争议

位于华北陆块南部的熊耳群形成于古元古代1.80~1.75 Ga,以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩仅占地层总厚度的4.3%。熊耳群火山岩是华北陆块结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物,基岩出露面积约7 000 km2,地层厚度3 000~7 000 m,以玄武安山岩、安山岩为主,次为英安-流纹岩,SiO2=60%±的岩石较少,显示双峰特点。中基性熔岩的主要造岩矿物是斜长石和辉石,几乎没有角闪石和黑云母。其岩石化学成分的突出特点是高Fe,K,而低Al,Ca和Mg,火山岩显示富集大离子亲石元素和轻稀土元素、相对亏损高场强元素的岛弧型地球化学特征。Nd同位素和微量元素特征表明,这种地球化学特征是地幔源区遭受地壳组分改造及少量岩浆上升过程中的地壳混染造成的。熊耳群中的沉积岩主要分布在大古石组及马家河组。沉积岩的岩石学和地球化学特征表明熊耳群形成于被动大陆边缘的构造环境,结合火山岩的结构、构造特征,表明火山喷发的主体环境是海相,经历了陆相到海相再到陆相的演变过程,即：伴随着裂谷的发育、地面沉降和海水的侵入,以及随着火山喷发的进行最后又高出海面暴露于地表的全过程。熊耳群形成后,海侵范围更广、海水逐渐加深,表明地壳逐步向更大的凹陷发展。熊耳群形成于夭折的三叉裂谷环境,其火山岩所具有的岛弧型火山岩的地球化学特征是继承于受俯冲组分改造的陆下岩石圈富集地幔源区。熊耳期岩浆活动在华北陆块广泛分布,除了陕西宝鸡附近及山西吕梁地区的火山岩,还广泛分布1.75 Ga前后的基性岩墙群、A-型花岗岩以及比熊耳群稍晚的斜长岩、奥长环斑花岗岩等（1.75-1.70 Ga）和碱性花岗岩类（~1.65 Ga）。这些岩浆岩和熊耳群火山岩在源区性质、岩石 成因及其形成的构造背景等方面,可能存在必然的联系。上述岩浆岩的发育,说明华北陆块在1.80 Ga后处于地壳拉伸、减薄,很可能沿早先拼合的薄弱部位最先发生破裂,是华北陆块裂解的产物。     

The Xiong'er volcanic belt at the southern margin of the North China Craton: Petrographic and geochemical evidence for its outboard position in the Paleo-Mesoproterozoic Columbia Supercontinent

The Xiong'er volcanic belt, covering an area of more than 60,000 km² along the southern margin of the North China Craton, has long been considered an intra-continental rift zone and recently interpreted as part of a large igneous province formed by a mantle plume that led to the breakup of the Paleo-Mesoproterozoic supercontinent Columbia. However, such interpretations cannot be accommodated by lithology, mineralogy, geochemistry and geochronology of the volcanic rocks in the belt. Lithologically, the Xiong'er volcanic belt is dominated by basaltic andesite and andesite, with minor dacite and rhyolite, different from rock associations related to continental rifts or mantle plumes, which are generally bimodal and dominated by mafic components. However, they are remarkably similar to those rock associations in modern continental margin arcs. In some of the basaltic andesites and andesites, amphibole is a common phenocryst phase, suggesting the involvement of H₂O-rich fluids in the petrogenesis of the Xiong'er volcanic rocks. Geochemically, the Xiong'er volcanic rocks fall in the calc-alkaline series, and in most tectono-magmatic discrimination diagrams, the majority of the Xiong'er volcanic rocks show affinities to magmatic arcs. In the primitive mantle normalized trace-element diagrams, the Xiong'er volcanic rocks show enrichments in the LILE and LREE, and negative Nb–Ta–Ti anomalies, similar to arc-related volcanic rocks produced by the hydrous melting of metasomatized mantle wedge. Nd-isotope compositions of the Xiong'er volcanic rocks suggest that 5–15% older crust has been transferred into the upper lithospheric mantle by subduction-related recycling during Archean to Paleoproterozoic time. Available SHRIMP and LA-ICP-MS U–Pb zircon age data indicate that the Xiong'er volcanic rocks erupted intermittently over a protracted interval from 1.78 Ga, through 1.76–1.75 Ga and 1.65 Ga, to 1.45 Ga, though the major phase of the volcanism occurred at 1.78–1.75 Ga. Such multiple and intermittent volcanism is inconsistent with a mantle plume-driven rifting event, but is not uncommon in ancient and existing continental margin arcs. Taken together, the Xiong'er volcanic belt was most likely a Paleo-Mesoproterozoic continental magmatic arc that formed at the southern margin of the North China Craton. Similar Paleo-Mesoproterozoic continental magmatic arcs were also present at the southern and southeastern margins of Laurentia, the southern margin of Baltica, the northwestern margin of Amonzonia, and the southern and eastern margins of the North Australia Craton, which are considered to represent subduction-related episodic outbuilding on the continental margins of the Paleo-Mesoproterozoic supercontinent Columbia. Therefore, in any configuration of the supercontinent Columbia, the southern margin of the North China Craton could not have been connected to any other continental block as proposed in a recent configuration, but must have faced an open ocean whose lithosphere was subducted beneath the southern margin of the North China Craton.     

川西峨边地区金口河辉绿岩脉SHRIMP锆石U-Pb年龄及其对Rodinia裂解的启示

川西金口河地区中元古代峨边群中发育大量基性侵入岩,其具体侵位时间对厘定峨边群的时限、研究扬子西缘前寒武纪构造属性具有重要意义。对峨边群枷担桥组层型剖面中一条辉绿岩脉进行了SHRIMP锆石U-Pb定年。结果表明,该辉绿岩脉的锆石发育清楚且宽缓的内部环带结构,具有较高的Th/U比值,属典型基性岩浆成因的锆石,其206Pb/238U年龄加权平均值为(813.4±8.2)Ma(MSWD=0.56),代表了该辉绿岩脉的侵位时间,也限定了峨边群枷担桥组的上限年龄。综合扬子西缘新元古代中期基性岩浆活动的最新同位素年龄,证实存在2个主要的活动期:830~800Ma和780~745Ma,且830~800Ma期间基性岩浆活动的峰值年龄为(821±2)Ma。这与前人总结的华南和澳大利亚同期基性岩浆活动的年龄分布特征完全一致,暗示川西金口河辉绿岩脉的形成可能与新元古代导致Rodinia超大陆裂解的地幔柱幕式活动有关。     

华北陆块南缘熊耳期次火山岩地质地球化学特征

熊耳期次火山岩广泛分布于熊耳群火山岩及接近熊耳群底部的基底变质岩系中，活动时间贯穿整个熊耳期，以早期和晚期最为发育。次火山岩与围岩呈侵入接触，主要以岩脉(墙)、岩带、岩株、岩床等形态产出。岩石类型多样，包括超浅成一浅成的基性、中性、酸性岩石。岩石地球化学研究表明：次火山岩富FeO^*、K2O而贫CaO、MgO、Al2O3，为钾质岩系，具岛弧型火山岩的地球化学，不同岩性的次火山岩是由同源岩浆结晶分异形成的。     

藏南夏瓦地区基性脉岩锆石U-Pb定年、地球化学特征及地质意义

西藏夏瓦地区位于特提斯喜马拉雅构造带中东部,广泛发育大量近东西向的基性脉岩,这些基性脉岩对于研究该区域地质构造演化具有重要的意义。本文对夏瓦地区基性脉岩开展了系统的岩石学、年代学、地球化学等研究。夏瓦基性脉岩的岩石类型以辉绿岩和辉长玢岩为主。锆石U-Pb年代学揭示基性脉岩结晶年龄为146～145 Ma。夏瓦基性脉岩具有低SiO₂(47.20%～50.54%)和高Mg~#值(39.78～53.79)特征,富集Ti、Fe、P元素,属碱性系列,富集轻稀土元素(LREE),高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Th)相对富集,显示出似OIB的地球化学特征,指示夏瓦基性脉岩来源于软流圈地幔的部分熔融,形成于大陆边缘裂谷背景下。结合区域大火成岩省基性岩的发育,认为夏瓦地区基性脉岩是大陆边缘裂谷背景下Kerguelen地幔柱作用的产物。夏瓦基性脉岩的结晶年龄虽然早于Kerguelen地幔柱活动的峰期(132 Ma),但可能属于地幔柱峰期之前的小规模岩浆活动。     

华北克拉通南部古元古界熊耳群中海绿石的发现及其地质意义

海绿石是一种富钾、富铁的含水层状铝硅酸盐矿物,一般形成于慢速、弱还原、较深水的环境中,在沉积学领域常被作为指示海相的矿物。华北克拉通南部熊耳—中条拗拉谷中广泛发育的古元古界熊耳群,是华北克拉通结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物。该群以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩主要分布在大古石组及马家河组,仅占地层总厚度的4.3%。晋南垣曲地区的马家河组砂岩中发现原生的海绿石,为探讨熊耳群火山岩的形成环境提供依据。分析显示,熊耳群中的海绿石大部分K2O含量大于8%,具有高成熟度海绿石的特点。发育海绿石砂岩的元古宙地层和岩相学特征,反映其形成于高能的浅海环境,明显不同于现代海绿石的形成环境。华北克拉通南部在熊耳群早期就开始有海侵事件,随着熊耳—中条拗拉谷的发育,海侵作用增强。马家河组中原生海绿石的存在直接地指示了晋南地区在熊耳群晚期为海相环境。     

Geochronology and geochemistry of mafic dykes in the Helanshan complex: Implications for Mesozoic tectonics in the North China Craton

The Helanshan tectonic belt(HTB) is a major tectonic divide between the Alxa and Ordos blocks in the North China Craton. The geochronology and petrogenesis of the mafic dykes in the northern HTB are keys to understanding the tectonic evolution of this belt. The mafic dykes, intruded into the Neoarchean-Paleoproterozoic metamorphic basement, are mainly composed of diabase with a mineral assemblage of plagioclase(45%-60%), pyroxene(25%-35%), minor quartz and Fe-Ti oxides. The LA-ICPMS U-Pb analysis of zircon grains from representative dykes yield a weighted mean age of 206 ± 1.9 Ma, which represents the crystallization age of the dyke. The diabases show high contents of Fe_2 O_3~T(11.88-17.55 wt.%), low contents of SiO_2(45.65-50.95 wt.%) and MgO(3.31-5.50 wt.%) with low Mg#(=100×MgO/(MgO + FeO) atomic ration) of 33-44. They are characterized by enrichment of light rare earth elements(LREEs) and large ion lithophile elements(LILEs)(e.g., Rb, Ba and Pb), and slight depletion of high field strength elements(HFSEs). These features suggest that the magma has undergone extensive fractionation of olivine and pyroxene but only minor crustal contamination during its evolution. Their high Sm contents and La/Sm ratios, and low Sm/Yb ratios indicate that magma from which the dykes formed was derived from low degree(about 5%) partial melting of an enriched garnet + spinel lherzolite mantle source. Together with regional geology, these geochemical and geochronological data suggest that the mafic dykes in the HTB were formed in an intracontinental extensional setting during the late Triassic.     

天镇-怀安地区变质基性岩墙群:华北克拉通古元古代末期碰撞-伸展构造体制转换标志

古元古代是华北克拉通形成过程中重要的造山构造演化阶段，该阶段形成的基性岩墙群，为深入理解裂解-俯冲-碰撞-抬升的造山构造-岩浆过程提供了重要信息.本文报道了天镇-怀安地区广泛分布于新太古代-古元古代变质基底中的变质基性岩墙（二辉麻粒岩），野外产状与区域主期构造面理协调一致，主要由单斜辉石、斜方辉石、斜长石和少量角闪石组成.LA-MC-ICPMS锆石U-Pb同位素定年获得变质基性岩墙的变质年龄为1 820~1 834 Ma，与区内麻粒岩相变质事件一致，结合区域基性岩墙年龄记录，推测其原岩形成年龄为1.95~1.91 Ga.根据岩石地球化学特征可将变质基性岩墙划分为高Mg低Ti型和低Mg高Ti型两类，两者经历了不同程度的橄榄石、单斜辉石和斜长石的分离结晶.两类基性岩墙均亏损高场强元素（如Nb、Ta、Ti、Zr和Hf），结合锆石Hf同位素分析，研究表明基性岩墙来源于俯冲流体交代的岩石圈地幔或者受到过地壳物质的混染.华北克拉通古元古代存在2.16~2.04 Ga和1.97~1.83 Ga两期基性岩墙侵位事件:早期代表在初始克拉通基础上发生的板内裂解过程，晚期记录了由俯冲碰撞到伸展的转换过程，即碰撞造山构造体制由水平挤压转变为垂向抬升，构造转换时限大致介于1.95~1.91 Ga.