华北克拉通中部早白垩世岩石圈地幔性质：来自狐偃山科头钾质正长岩年代学、同位素的限制

华北克拉通东部中生代岩石圈减薄已经取得了大量进展,相比之下对克拉通中部岩石圈演化认识不足。本文对华北克拉通中部狐偃山杂岩体中科头正长岩进行了锆石U-Pb年代学、主量和微量元素、Sr-Nd-Hf同位素地球化学研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,科头正长岩侵位于早白垩世晚期(～111Ma)。岩石样品均为钾质—超钾质,属于碱性系列岩石。这些岩石相对富集轻稀土,亏损重稀土和中稀土,具有明显的正Eu异常(Eu/Eu~*=1.22～1.96)、富集大离子亲石元素LILE(Rb、Sr、Ba),亏损高场强元素HFSE(Nb、Ta、Ti)。所有岩石样品具有相对高的初始~(87)Sr/~(86)Sr比值(0.7058～0.7062)和低的ε_(Nd)(t)(-10.4～—11.1),ε_(Hf)(t)介于—12.2～—5.2之间。详细的元素和同位素地球化学研究表明科头正长岩的原始岩浆可能来源于富集岩石圈地幔中富金云母的尖晶石二辉橄榄岩源区的部分熔融,岩浆演化过程中经历了地壳混染与结晶分异(AFC)过程。结合华北克拉通中部岩浆资料,将华北克拉通中部早白垩世岩浆作用分为早晚两期:早期(123～135Ma)为岩浆作用高峰期,晚期(～114Ma)为最后一期弱的岩浆期;华北克拉通中部陆下岩石圈地幔是富集的、不均一的,其至少在早白垩世(138～111Ma)一直处于减薄状态。     

特约主题:新生代火山

<正>编者按语:通过火山的研究,可以了解地球内部的物质组成和地球的层圈演化。20世纪80年代,国内新生代火山研究如火如荼,火山岩及其地幔岩岩石学、地球化学和年代学的系统研究,奠定了中国新生代火山及其地幔特征等基础性问题(如新生代华北上地幔古地温为大洋地温,华北岩石圈厚度50~80 km,动摇了对华北克拉通地台大地构造属性的传统认识,为此后的华北岩石圈减薄及克拉通破坏研究计划奠定了基础)。90年代又开启了活动火山的研究,标志着我国火山研究进入了一个新时期。如今火山与资源、环境、灾害的关系成为新生代火山研究的主旋律,与其同时我国年轻的火山学科也应     

华北克拉通~2.5Ga地壳再造事件：来自中条山TTG质片麻岩的证据

华北克拉通中部中条山区涑水杂岩是华北克拉通新太古代TTG质片麻岩地体之一。为了探讨华北克拉通新太古代构造-岩浆事件的性质及早前寒武纪地壳的形成和演化,选择涑水杂岩中TTG质岩石进行研究。研究表明这套TTG质岩石富Na、高Al、Sr,低Y、Cr、Ni含量。稀土元素配分曲线右倾,富Rb、Ba等大离子亲石元素,强烈亏损Nb、Ta等高场强元素。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,这套TTG质片麻岩形成于2553～2561Ma,属新太古代晚期产物。锆石Lu-Hf同位素分析结果显示εHf(t)为正值,两阶段模式年龄集中在2.7～2.8Ga。结合涑水杂岩中TTG质片麻岩的岩石地球化学特征,认为这套TTG片麻岩可能主要来自2.7～2.8Ga的下地壳镁铁质岩石在新太古代晚期的部分熔融,可能有少量的地幔物质加入。考虑同期发育大量花岗质岩石的事实,说明新太古代晚期在华北克拉通中部并不存在大规模的俯冲作用,华北克拉通在新太古代晚期已经基本成型。结合前人研究成果和本文锆石Lu-Hf同位素分析结果,提出中条山区～2.5Ga岩浆事件代表一期重要的陆壳再造事件。     

河南舞阳凹陷底部火山岩的发现及其锆石年代学和Hf同位素地球化学研究

河南省中部的舞阳凹陷长期被认为是一新生代盐湖盆地。它位于华北克拉通南缘,基底由新太古代–古生代地层组成,盆地沉积物为新生代碎屑–化学岩系。最新钻探发现盆地南缘发育一套火山–沉积建造,火山岩与红色砂砾岩互层,总厚度达一千多米。作者对粗面岩(WY-1)和粗安质火山角砾岩(WY-2)开展了岩性组合、区域地层对比划分以及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及Hf同位素研究。锆石多具有生长振荡环带,个别锆石显示核-边结构。WY-1样品中25颗锆石的~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为129.1±1.0 Ma(MSWD=0.87);WY-2样品中4颗锆石的~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为132.5±9.8 Ma(MSWD=5.0),两者的年龄比较接近,表明火山岩形成于133 Ma左右,属中生代早白垩世,盆地地层并非前人认为的全部属于新生代。藉此,我们认为舞阳凹陷乃至周口盆地的发育始于早白垩世或更早,是扬子–华北古板块碰撞之后秦岭造山带岩石圈伸展的结果。WY-2样品中其他13颗继承锆石或继承核的~(207)Pb/~(206)Pb年龄介于1033~2931 Ma,与华北克拉通南缘主要岩性的时代一致。火山岩中的早白垩世锆石ε_(Hf)(t)为-21.82~-19.10,t_(DM2)变化于2.39~2.56 Ga之间,与太华超群中部地层年龄和特征吻合,表明火山岩主要源自华北克拉通南缘深部早前寒武纪岩石的部分熔融作用。     

太岳山17.9亿年英安斑岩的发现及其对华北克拉通南部裂谷系成因的约束

熊耳群火山岩系主要分布于华北克拉通南部地区,主体喷发时限是1.75～1.80Ga。作为华北克拉通早期板块构造调整阶段的首次大规模岩浆活动,该火山-侵入岩系的形成时限、时空分布规律和地球动力学背景尚有争议,制约了对华北克拉通中元古代构造演化的进一步认识。本次研究在华北中部太岳山地区识别出中元古代英安斑岩,与古元古代花岗质片麻岩围岩呈侵入关系,无明显变质变形。锆石U-Pb年龄分析结果表明,该英安斑岩形成于1.79Ga,属于熊耳期岩浆活动的产物。样品中约90%的锆石显示出～1.92Ga和～2.16Ga两期年龄峰值,推测其为围岩的捕获锆石。英安斑岩SiO₂含量为65.12%～66.11%,A/CNK=0.91～1.05,全碱(K₂O+Na₂O)含量为6.85%～7.28%,Na₂O/K₂O=0.48～0.54,属于钾玄岩系列。样品稀土元素含量较高,亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素,富集Rb、Ba、La等大离子亲石元素,与华北克拉通南部地区熊耳期英安-流纹斑岩的地球化学特征完全一致...     

华北克拉通古元古代地层划分与对比

华北克拉通古元古代地层分布广泛,主要集中于胶辽吉带、中部带和西部孔兹岩带三个带状区域。近年来华北克拉通古元古代地层研究取得了很大的进展,根据作者的研究和前人的大量工作,本文对华北克拉通主要的古元古代地层的组成、时代、形成的构造背景等进行了总结。发现华北克拉通古元古代底部2.47～2.35Ga间的地层普遍缺失,反映了华北克拉通地质演化历史上的一个静寂时期。～2.3Ga在华北克拉通中条山及鲁山等地发育了少量的冷口变质火山岩以及上太华岩群变质地层。大量的年代学资料表明华北克拉通以往认为时代大致始于2.5Ga的滹沱群、甘陶河群、辽河岩群、绛县群、中条群等众多地层实际年龄多集中在2.2～1.9Ga之间,而且大多数地区所划分的不同的古元古代地层在时间上是并置或叠合的,没有新老或上下关系,仅在中条山地区和五台地区的古元古代地层具有从老到新连续演化的特征。目前,古元古代早期2.4～2.3Ga的地层研究程度还不高,形成的构造背景存在岛弧和裂谷两种不同的认识,我们倾向于活动大陆边缘环境,推测在鲁山-华山-中条山-吕梁山一带存在古元古代早期的岛弧与活动大陆边缘的相互作用。2.2～1.9Ga这一阶段的地层除孔兹岩系外,通常为变质火山-沉积岩系,且火山岩基本都具有双峰式火山岩特征,表明它们应该形成于伸展环境,但对伸展的机制还存在裂谷与弧后盆地的争议,根据作者等的工作本文倾向于它们形成于陆内裂谷环境,反映了华北克拉通可能从2.2Ga开始经历了强烈的伸展活动,最终导致了原有基底的裂解。     

中条山同善地区虎坪杂岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素特征及地质意义

中条山地区是华北克拉通中部造山带的重要组成部分,区内前寒武纪地层广泛出露,新太古代地质体主要分布在北东走向的中条山主山脉和近东西向王屋山"同善天窗"内。"同善天窗"中主要出露虎坪花岗质片麻杂岩及宋家山群。虎坪杂岩中黑云斜长片麻岩的锆石U-Pb上交点年龄为(2 530±13)Ma,εHf(2 530Ma)为3.89～7.12;英云闪长岩207 Pb/206 Pb加权平均年龄为(2 551.4±2.7)Ma,εHf(t)为5.49～9.67。结合近年来华北克拉通新太古代晚期中部造山带镁铁质火山岩Nd同位素及遵化二辉橄榄岩的Hf同位素特征,推测华北克拉通中部造山带新太古代晚期地幔εHf(t)与εNd(t)具有一定的线性关系,中条山新太古代晚期地幔εHf(2.55Ga)为8.2～9.5,显示华北克拉通地幔在2.55Ga之前即发生过大规模的分异。虎坪变英云闪长岩幔源Hf同位素的特征需要新生玄武质地壳俯冲熔融,类似特征的花岗岩往往存在于洋内俯冲带或是洋脊俯冲的特殊构造环境;因此,虎坪英云闪长岩的产出可能代表了中条山2.55Ga的洋脊俯冲或是年轻洋壳的壳内俯冲事件。     

山西吕梁地区狐偃山碱性杂岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

为获取狐偃山碱性岩浆活动的时限,对狐偃山碱性杂岩体早晚2期侵入体进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。结果显示,早期侵入体二长岩的~(206)Pb/~(238)U年龄加权平均值为127±1Ma(MSWD=3.7),属于早白垩世早期;晚期侵入体正长岩的~(206)Pb/~(238)U年龄加权平均值为114±4Ma(MSWD=3.5),属于早白垩世晚期。二长岩岩浆活动对应于华北克拉通中部碱性岩浆活动的高峰期(约130Ma),正长岩则代表华北克拉通中部最后一期碱性岩浆活动的时间(约114Ma);华北中部碱性岩浆活动与东部发生的强烈岩浆活动的时间一致,对应于华北克拉通岩石圈减薄的峰期。捕获岩浆成因锆石2.5~2.4Ga的年龄,对应华北克拉通化的时期;2.2~2.1Ga的继承锆石年龄,代表华北在2.5Ga左右克拉通化之后于2.3~2.0Ga经历的一次陆内拉伸-裂谷-岩浆事件;约1.8Ga继承锆石的年龄,是华北克拉通发生在陆内裂谷背景下的大规模岩浆作用的表现;232~220Ma的继承锆石年龄,代表晚三叠世华北克拉通发生的一期岩浆-构造热事件的时间。     

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。     

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。     

华北和圣弗朗西斯科克拉通前寒武纪地质对比

一些学者提出华北克拉通在新元古代早期之前与圣弗朗西斯科克拉通（圣弗朗西斯科-刚果克拉通）相邻,但缺少证据;本文总结两个古陆地质记录,为评价这一古构造格局模型提供线索。两个古陆陆壳生长的峰期均为～2.7 Ga前;不同之处是,华北古陆经历了显著的～2.5 Ga前的陆壳生长和改造,而圣弗朗西斯科克拉通则似乎没有。华北古陆2.4～2.2 Ga期间发育少量变质火山-沉积岩系和花岗岩,～2.1 Ga前后广泛发育裂谷火山-沉积建造及侵入岩,2.0～1.9 Ga发育超高温变质作用和类似弧岩浆活动,导致两个克拉通（东、西华北克拉通）拼合形成统一的华北古陆;同一时期,圣弗朗西斯科克拉通南、北缘发育2.4～2.0 Ga岩浆作用,指示长期处于大陆边缘弧或者岛弧背景,～2.0 Ga还发育超高温变质作用。两个古陆都发育～2.0 Ga前类似大陆边缘弧特点的岩浆活动,只是圣弗朗西斯科克拉通时代稍早。1.8 Ga以来,两个古陆均发育多期岩墙群,部分基本同期,如～1.78 Ga岩墙群、～1.7 Ga岩墙群和～0.92 Ga岩墙群等;不同的是,华北古陆发育约1.3～1.2 Ga岩床/墙群,而圣弗朗西斯克拉通发育～1.5 Ga岩墙群。1.8～0.8 Ga,两个古陆上都断续发育（火山）-沉积建造：1.8～1.6 Ga以及1.4～1.2 Ga,两者的沉积建造同样以石英砂岩等碎屑岩为主,碳酸盐岩较少;1.2～1.0 Ga前,两者的记录均较少,或暂不能确定;1.0～0.8 Ga,两者均发育碎屑岩和碳酸盐岩;1.6～1.4 Ga,华北古陆发育碳酸盐岩建造,而圣弗朗西斯科克拉通则发育碎屑岩建造。华北古陆新元古界地层中碎屑锆石常显示～1.5 Ga的峰值,该期岩浆岩鲜少报道于华北古陆,但却见于圣弗朗西斯科克拉通。两个陆块都发育太古宙-古元古代条带状铁建造铁矿、古元古代石墨矿、中新元古代沉积-喷流型铅锌矿等。不过,华北古陆发育的古元古代硼矿、菱镁矿,中元古代碳酸岩型稀土矿等在圣弗朗西斯科不发育;而后者发育的绿岩带型相关金矿、镍矿、祖母绿宝石矿等,华北似乎不发育。另外,0.7～0.5 Ga,圣弗朗西斯科克拉通周边广泛发育泛非期造山带,而华北古陆并没有这一事件的明确记录;显生宙,圣弗朗西斯科克拉通相对稳定,中生代与刚果克拉通分离;但华北古陆内部经历强烈的构造-岩浆活动（峰期在中生代）。华北与圣弗朗西斯科克拉通前寒武纪是否相邻还需进一步地质对比和古地磁工作,尤其应关注约2.0～1.9 Ga岩浆-变质（造山）事件、约1.8～1.7 Ga岩浆-沉积（裂谷）事件以及约0.9 Ga岩浆-沉积（裂谷）事件。从地质记录的相似性角度来看,华北东南缘与圣弗朗西斯科南缘的地质记录相似性最大,可延续性最强,最可能相邻。     

鄂尔多斯盆地早白垩世构造热事件形成动力学背景及其对油气等多种矿产成藏（矿）期的控制作用

华北克拉通中西部中生代晚期早白垩世是否存在岩石圈减薄是地学界普遍关注的重大地质问题。本文在作者多年来对鄂尔多斯盆地构造热演化史研究的基础上,充分收集了近年来前人研究的成果及进展,对鄂尔多斯盆地现今地温场、地壳结构、构造热事件、深部热岩石圈厚度、早白垩世火成岩活动期次、构造热事件形成机理及构造热事件与多种矿产成藏成矿关系方面进行探讨。鄂尔多斯盆地现今地温梯度及大地热流中等,属中温型盆地,现今地温场受现今地壳、岩石圈厚度较厚控制。通过对构造背景、古地温恢复、火成岩活动及热岩石圈厚度恢复等资料分析发现早白垩世太行山以西的山西地块及鄂尔多斯盆地处于拉张背景,早白垩世地温梯度高,存在古地温异常及热事件。早白垩世鄂尔多斯盆地热岩石圈厚度明显较现今岩石圈厚度薄,表明华北克拉通中生代晚期以来岩石圈减薄的西界可推到鄂尔多斯盆地。华北克拉通中西部鄂尔多斯盆地周缘、华北克拉通中部山西地块、华北克拉通中西部南缘早白垩世火成岩形成时间相同,岩浆侵入和喷出的时代主要集中在138～108Ma,反映在燕山晚期早白垩世华北克拉通中西部存在一期较为强烈的热事件。火成岩地球化学分析表明火成岩来源为地幔,反映岩石圈处于拉张背景。早白垩世热事件发生的时间与华北克拉通岩石圈减薄的峰期年龄相一致,表明华北克拉通岩石圈减薄作用在华北克拉通中西部广泛存在。早白垩世构造热事件发生的根本原因在于鄂尔多斯盆地岩石圈深部热活动增强,深部软流圈物质上涌,岩石圈厚度减薄。通过对油气、煤、铀等金属矿产成矿(藏)时代与热事件的对应关系分析发现鄂尔多斯盆地油气、煤、铀矿产及华北克拉通中西部金属矿产的形成受控于早白垩世构造热事件及岩石圈拉张减薄的深部热背景,主要成藏(矿)期均为早白垩世,成藏、成矿具有爆发式及同时性特点。     

中条山前寒武纪花岗岩地球化学、年代学及其地质意义

涉及华北克拉通基底拼合的时、空演化近年已成为华北克拉通研究的热点之一.开展对华北克拉通中部带中条山前寒武纪涑水杂岩中非TTG质花岗岩的研究有可能为讨论这一问题提供重要信息.涑水杂岩中非TTG质的花岗岩以横岭关、解州黑云二长花岗岩和烟庄钾长花岗岩为代表,岩相学、地球化学和LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,横岭关和解州黑云二长花岗岩具有相似的岩相学、地球化学特征和几乎一致的形成年龄(锆石年龄分别为2609±31Ma和2620±14Ma),表明它们属于同一期岩浆活动的产物.烟庄钾长花岗岩形成于古元古代(2351±37Ma).横岭关、解州黑云二长花岗岩锆石εHf(t)值分别为-2.3～+4.8和+4.4～ +7.6,对应的模式年龄分别为2791～ 3222Ma和2628 ～2823Ma.新太古代横岭关和解州黑云二长花岗岩属于高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩,源自～2.7Ga的TTG岩石和下地壳镁铁质岩石部分熔融混合而成.烟庄钾长花岗岩中锆石的εHf(t)值为-1.8～ +7.8,对应的模式年龄为2408～2996Ma,类似低Sr、Yb的喜马拉雅型花岗岩,其成因与地壳加厚引起陆壳熔融相关.综合前人及本项研究成果发现,华北克拉通中部带在2.8～ 1.8Ga这一长达10亿年的地壳演化过程中,并不存在明显的地壳生长“幕式”特点,而显示出小频率持续脉冲生长的特点,表明华北的东部、西部和中部带在晚太古代末之前已经是统一的陆块.     

华北中部造山带左权变质杂岩ca. 2.5Ga和ca. 1.9Ga变质年龄记录及其地质意义

华北克拉通早前寒武纪基底由多个微陆块组成,其主期拼合时代是困扰地质学家的一个重大课题。华北中部造山带作为新太古代-古元古代一条重要的碰撞型造山带已得到广泛共识。大量高精度年代学资料显示,华北中部造山带至少记录了大约1. 85Ga、1. 95Ga和2. 5Ga的三组变质年龄信息。但目前,2. 5Ga左右的变质年龄仅在华北中部造山带中部的阜平和赞皇等少数杂岩区有零星报道。左权变质杂岩位于华北中部造山带中南段东侧、阜平杂岩以南,向东紧邻赞皇杂岩,是洞悉早前寒武纪时期华北克拉通基底形成及演化过程的一个重要窗口。杂岩区出露多种早寒武纪变质岩石,其中长英质黑云斜长片麻岩分布范围最广,局部暗色矿物富集;斜长角闪岩或角闪片麻岩多以透镜状或似层状方式产出于长英质片麻岩中;杂岩区南部发育多个小型磁铁矿矿床。本文对研究区多种类型岩石样品进行了细致的岩相学、锆石U-Pb年代学和锆石稀土元素研究,发现多数样品中发育变质成因锆石,记录至少两组变质年龄信息。第一组年龄(1903Ma)仅被个别角闪片麻岩样品保存,反映了杂岩区所经历的变质峰期或近峰期阶段的时代;第二组年龄(2483～2507Ma)分布广泛,所代表的变质事件发生在区域片麻理之前,与华北克拉通约25亿年时发生的大规模构造热事件有关。     

华北克拉通古/中元古代界线和相关地质问题讨论

从18到16亿年,全球构造格局、古地理环境及生物演化发生重要变革。就全球地质演化历史而言,结晶基底的形成标志着古元古代的结束,而稳定盖层的发育标志着中元古代的开始。在国际地层年表上,古元古代末期(18~16亿年)被称之为"固结纪",古/中元古代的界线被划定在16亿年。在华北克拉通,一般认为"吕梁运动"是结晶基底最终形成的标志性构造-热事件,此后发育以长城系为代表的地台型沉积盖层。长期以来,我国地质界一直以长城系的沉积代表中元古代的开始,并将古/中元古代的界限置于18亿年,与国际地层年表相差2亿年,以至于在中外文献中对中国18~16亿年间的地质记录的表述方式混乱。究其原因,主要有:1华北克拉通基底的形成或最终克拉通化是以"吕梁运动"的结束为标志,结晶基底最晚期的变质年龄不晚于18亿年;2长城系的底界年龄(18亿年)一直缺乏可靠的数据,目前对华北克拉通范围内稳定盖层发育的起始时间及代表性沉积记录,尚无统一的认识;3对华北克拉通由基底形成到盖层的演化及构造体制转折的动力学过程等见解不一,也缺少精细的年代学制约。本文综述了华北克拉通尤其是南部地区18~16亿年岩浆-沉积记录的研究进展,就古/中元古代界线及相关地层对比和划分方案进行了讨论,并指出了亟需解决的重要科学问题。作者认为:1华北克拉通18~16亿年的火山-沉积记录在其南部地区最广泛、最完整。其中,熊耳群火山岩系(18~17.5亿年),包括底部发育的河湖相砂岩-泥岩沉积——大古石组,早于蓟县剖面的长城群,是华北陆块结晶基底形成后最早的盖层沉积。2华北克拉通古/中元古代的分界年龄目前有2种选择:一是18亿年,即熊耳群火山岩系底部大古石组的起始沉积年龄;二是16亿年,将蓟县剖面长城系的高于庄组划归蓟县系,长城系的大红峪组及以下地层归为古元古代,18~16亿年的火山-沉积岩系均归为古元古代末期的固结纪。3华北克拉通18~16亿年的地质记录包括早期的熊耳群和晚期的长城群火山-沉积岩系,以及多期次的基性岩墙、斜长岩杂岩体、A-型花岗岩(包括环斑花岗岩)等的发育。目前对它们的成因和产出的地球动力学背景存有诸多争议,精确构建该时期岩浆-沉积作用的时序,并与全球典型克拉通进行对比,进而解析华北克拉通由结晶基底形成到稳定盖层发育阶段的构造体制转折和动力学过程,为重新厘定古/中元古代界线和相关地层划分方案提供依据。这些是我国前寒武纪地质研究的重要课题。     

华北克拉通东南缘蚌埠隆起带荆山—涂山岩体地质地球化学特征再认识

对位于华北克拉通东南缘蚌埠隆起带的荆山—涂山岩体进行了野外观察、年代学和地球化学研究,测得弱片麻状二长花岗岩体中U Pb年龄为(1604±13)~(1628±18) Ma,为晚侏罗世岩浆活动的产物;岩石地球化学测试结果显示,岩体总体富硅、富碱,具有高钾钙碱、准铝—过铝质特征,LREE相对富集,具明显的正Eu异常,Ce异常不明显或无异常,K、P和Ti有较明显的亏损,Rb、Ba、U、La、Sr、Zr和Sm元素相对富集。成因类型判别图显示其具备I型花岗岩特征;锆石Lu Hf同位素及全岩Sm Nd同位素组成暗示其物质起源主要为新太古代陆壳,且岩浆源区主要为华北克拉通下地壳物质;构造环境判别图中,投影点落于火山弧花岗岩区域,暗示岩体形成于扬子克拉通沿郯庐断裂带俯冲于华北克拉通之下的构造背景,与华北克拉通晚侏罗世期间的动力学背景相一致。     

华北克拉通北缘晚志留世末-早泥盆世钾质碱性岩的成因及对区域构造演化的限定

华北克拉通北缘晚志留世末-早泥盆世碱性岩的成因研究可以为古生代古亚洲洋与华北克拉通的相互作用过程提供重要信息。本文以内蒙古达茂旗黄合少正长岩为研究对象,开展了锆石U-Pb年代学、矿物化学、地球化学和Sr-Nd同位素的研究,并综合同带其他代表性岩体的岩石矿物及元素特征,探讨了华北克拉通北缘钾质碱性岩的岩浆体系性质、源区特征及构造动力学背景。黄合少正长岩的主要岩石类型为碱性长石正长岩,锆石SHRIMP U-Pb年龄为417.6±4.7 Ma,为晚志留世末期岩浆作用的产物;主要组成矿物为霓辉石和钾长石(An_0Ab_(2～5)Or_(95～98))及少量钠长石(An_0Ab_(95～100)Or_(0～5)),可见霓辉石内部部分转化为蓝透闪石或镁钠闪石;黄合少正长岩具有较高的全碱含量(Na_2O+K_2O=12.79%～15.30%)和里特曼指数(8.48～11.09),较高的K_2O含量(8.66%～13.78%)和K_2O/Na_2O值(2.10～9.07),指示黄合少正长岩属于钾质-超钾质碱性岩系列;较高的Sr含量和富集放射性成因的Sr同位素组成(初始~(87)Sr/~(86)Sr值为0.704 1～0.706 1),显示岩体起源于被俯冲沉积物交代过的富集岩石圈地幔。华北克拉通北缘晚志留世末-早泥盆世钾质碱性岩的发育,指示早古生代期间发育古亚洲洋板片向华北克拉通下的俯冲,俯冲相关物质对华北克拉通岩石圈地幔进行交代,形成含金云母/角闪石等交代矿物的易熔地幔;晚志留世末-早泥盆世时,由于微陆块的拼贴碰撞,华北克拉通北缘暂时处于碰撞后伸展演化阶段。     

华北克拉通地壳生长和演化:来自现代河流碎屑锆石Hf同位素组成的启示

定量地给出大陆地壳生长速率以及生长量随时间的演化是研究大陆地壳形成与演化的核心问题之一.近年来,利用沉积岩和沉积物中碎屑锆石的U-Pb年龄和Hf同位素组成已成为目前研究大陆地壳生长和演化最为简捷、有效的工具.本文对来自华北克拉通西部泾河和洛河河沙中的187颗碎屑锆石进行Hf同位素组成分析,并结合已有的资料来探讨华北克拉通地壳的生长和演化规律.结果显示:随着地质历史变化,华北克拉通地壳生长呈阶段性特点.如在中太古代中期-新太古代末期(3.0 ～2.5Ga)地壳生长速率较快,大约已有60％现今大陆地壳形成.此后,陆壳呈较稳定速率增长,到新元古代晚期(600Ma)基本己形成现存大陆地壳.表明现今的大陆主要生长于太古宙和元古宙,而显生宙陆壳的增生量可以忽略不计.根据河流碎屑锆石和前寒武纪岩石中锆石的U-Pb年龄、两阶段模式年龄(t DM2C和tNC2C)和εHf(t)所获得华北克拉通早前寒武纪地壳演化曲线,本文提出～2.7Ga和～2.5Ga分别曾经为华北克拉通太古宙岩浆作用最活跃时期,也是地壳快速生长时期,表明华北克拉通在新太古代曾发生过两期明显的地壳生长.     

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.