北淮阳变质单元中“浅变质”带——佛子岭群主期变质条件和碎屑锆石年代学探究

佛子岭群为北淮阳变质单元的重要组成部分,其位于大别碰撞造山带最北缘,处于扬子和华北板块的结合部位,构造位置极为关键。长期以来,佛子岭群一直被视为扬子板块北缘沉积产物,并以加积楔形式产出。然而,随着年代学和构造地质学的研究的深入,对其构造归属和形成动力学机制产生了差异性认识,究其原因主要是对佛子岭群变质属性缺乏准确的判定所致。为此,本研究对佛子岭群展开了详细的野外观测和区域变质岩石学研究,以及岩相学、热力学和年代学分析。研究表明佛子岭群构成较为复杂,主体由细粒的云母石英片岩、石英云母片岩和石榴云母片岩构成。主期变质PT条件评价显示,其温压范围为610～620℃和0. 9～1. 0GPa,普遍经历了中-高压角闪岩相变质,并非为"浅"变质产物,并卷入了较深层次的俯冲-折返过程。锆石U-Pb年代学研究表明,佛子岭群年龄跨度较大,范围为3101±48Ma～413±9Ma,可分为5组年龄,年龄峰值分别为2537Ma、1567Ma、940Ma、749Ma和440Ma,显示了华北和扬子板块混合物源特征,最年轻的年龄峰值暗示其形成于早古生代晚期。     

LA-ICP-MS褐帘石的U-Th-Pb定年——以广东新丰稀土花岗岩为例

褐帘石是一种常见的副矿物,是控制岩石中LREE、Th、U和Sr等微量元素的重要载体。由于Th、U可以在褐帘石中以类质同象形式进入并富集于其晶格,因而褐帘石是一种良好的年代学工具。但是,由于褐帘石中含有不同含量的普通铅,分析结果中的普通铅扣除成为难题,这就使得近年来褐帘石U-Th-Pb定年的应用受到很大的限制。本文利用通过激光熔样-电感耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）原位分析技术,对广东新丰稀土花岗岩中褐帘石单颗粒矿物原位分析,运用232Th/206Pbc—208Pb/206Pbc等时线方法,再根据等时线年龄利用铅同位素演化两阶段模型扣除普通铅的方式,对建立单颗粒褐帘石的U-Th-Pb激光定年方法进行了探讨。运用该方法对广东新丰稀土花岗岩中褐帘石单颗粒矿物进行分析得出的年龄约为160Ma,与早期通过岩浆锆石U-Pb定年法得出的年龄之前研究159Ma~165Ma十分相似。褐帘石中微量元素、δEu、Th/U比值和普通铅含量显示其特征的岩浆成因褐帘石。褐帘石定年这一在国内首次使用尚未开展的定年方法具有简单、方便、准确的特点,对于确定含此矿物的岩体年龄,尤其是成成矿花岗岩的岩体形成时年代限制将发挥重大作用,具有非常良好和广泛的应用前景。     

佛子岭群逆时针P-T轨迹对大别碰撞造山带构造演化的探究

佛子岭群位于大别造山带最北缘，处于华北和扬子两大板块结合部位，构造位置十分关键，是解析两大板块精细耦合过程和探究大别造山带晚古生代构造事件的重要单元。然而，由于长期以来佛子岭群一直被视为"浅变质"复理石沉积单元，因而对其变质演化过程的解析较为薄弱，制约了对大别造山带形成过程的全面理解。本次通过对老虎场-龚店地质剖面细致的观测，石榴黑云母片麻岩精细的岩相学、矿物化学分析、热力学评价和年代学研究，建立了佛子岭群一个逆时针P-T变质演化型式。研究显示，佛子岭群记录了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四个变质阶段，温压变化依次为：①T=658~663℃、P=1.08~1.16GPa→②T=755~762℃、P=1.21~1.45GPa→③T=549~554℃、P=1.08~1.19GPa→④P_标定=0.3~0.6GPa、T=477~499℃，①至③为近等压升温和降温过程，③至④则表现为近等温降压型式。锆石U-Pb定年显示了1484±64Ma~1180±192Ma、995±35Ma~606±14Ma和370±14Ma~331±8Ma三组年龄，前两组代表了碎屑锆石年龄；第三组共计7颗锆石，年龄集中，Th/U比值0.01~0.03，加权平均年龄为344±11Ma，代表了主期变质年龄。结合此次地质剖面结构特征和岩石类型，以及前人白云母⁴⁰Ar-³⁹Ar的270~255Ma变质年龄，表明佛子岭群记录了两期变质事件，早期为晚古生代的拉张背景下的岛弧根部变质，晚期为晚古生代末的较为快速抬升构造热事件，并据此推测大别造山带可能为增生和碰撞复合型造山带。     

秦岭蟒岭高Sr花岗岩的锆石Lu-Hf同位素特征及其成因

蟒岭花岗岩体位于商丹构造带北侧的北秦岭构造带上,为一呈近东西走向的中生代花岗岩基。蟒岭花岗岩属高钾钙碱性—钾玄岩系列、过铝质I型花岗岩,其w(SiO2)=67.3%～73.7%,w(Al2O3)=14.0%～16.3%,w(Na2O)=3.17%～3.93%、w(K2O)=3.9%～6.3%,具高Sr、Ba、LREE、Sr/Y、La/Y,低HREE、Y、Mg#(50)、Rb/Sr,亏损Nb、Ta、Ti和P,无明显负Eu异常的特征,与中国东部的高Sr、Ba低HREE花岗岩的地球化学特征相似。锆石εHf(t)值为-9.4～-3.1,二阶段模式年龄(tDM2)集中于1.4～1.8 Ga,暗示蟒岭高Sr花岗岩的原岩主要为中新元古代地壳物质,并混入少量幔源物质;源区残留石榴石,而角闪石、斜长石为主要熔融相。蟒岭高Sr花岗岩形成于陆内造山阶段,由增厚的下地壳物质发生减压部分熔融形成,而底侵的镁铁质岩浆可能为部分熔融作用提供了热量。     

华北陆块北缘崇礼-赤城地区晚古生代花岗岩类的锆石年龄和Sr-Nd-Hf同位素组成

本文报道冀北崇礼-赤城地区晚古生代花岗岩类岩石的锆石U-Pb年龄和Sr-Nd-Hf同位素组成特征.它们出露在华北陆块北缘的构造单元内,侵位于中高级变质基底岩石红旗营子群中.锆石LA-ICP-MS定年结果表明,海流图花岗岩岩体记录了两期岩浆作用,即299±3Ma和254±11Ma;镇宁堡片麻状二长花岗岩和白花沟片麻状黑云母石英二长闪长岩分别形成于287±1Ma和252±3Ma.这些晚古生代花岗岩类岩石具有较低的初始~(87)Sr/~(86)Sr值(0.7062～0.7076)、低的ε_(Nd)(t)值(-18.1至-9.6)和古老的Nd亏损地幔模式年龄(2.49～1.87Ga).其锆石的ε~(Hf)(t)值变化在-13.2至-7.4之间,Hf平均地壳模式年龄值(T_(DM)~C)在2.15Ga至1.79Ga之间.锆石Hf同位素特征与全岩Nd同位素特征指示古老的华北陆块地壳物质是花岗岩浆的主要物源.在形成时代和地球化学特征上,崇礼-赤城地区晚古生代花岗岩与出露在东部丰宁-承德地区的花岗岩类岩石既有相似性,又有不同之处,可能代表华北陆块北缘不同构造背景下岩浆作用的产物.     

秦岭造山带蟒岭花岗岩锆石LA ICP MS U Pb年龄及其地质意义

蟒岭花岗岩位于东秦岭地区商南—丹凤断裂带北侧的北秦岭构造带上,呈北西西走向,与区域构造线方向基本一致。本文报道了该岩体的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年数据和地球化学数据,并结合前人的资料初步总结了该岩体的年代学特征。结果显示,蟒岭花岗岩的岩浆演化可以分为两个阶段:晚侏罗世—早白垩世的二长花岗岩(158.4±1.8Ma～160.5±1.3Ma)和早白垩世中期的钾长花岗岩(124.1±2.0Ma)。此外,样品09CL264获得锆石继承核部年龄为1883±36Ma、1860±35Ma,可能代表了源岩年龄。地球化学特征上,早期的二长花岗岩具有高硅、碱,K2O/Na2O>1,以及高Sr、低Yb、Y的特征,而晚期的钾长花岗岩具有高硅、碱,K2O/Na2O<1,低Sr、低Y、Yb的特征。其中,晚侏罗世—早白垩世的二长花岗岩(09CL260)的εHf(t)值变化于-9.4～-3.1,暗示其可能具有多源特征,源岩主要为下地壳元古宙物质。     

大陆俯冲过程中的流体

含水矿物矿物稳定性的实验研究和超高压岩石的同位素地球化学研究表明 ,大陆地壳在俯冲过程中 ,随着变质程度的升高和部分含水矿物的相继分解 ,会有流体释放出来。当俯冲深度接近5 0km ,俯冲陆壳岩石中大量低级变质含水矿物 (如绿泥石、绿帘石、阳起石 )会脱水并从俯冲陆壳逸出形成流体流。这一流体流可溶解带走俯冲陆壳内已从云母类矿物逸出的放射成因Ar及部分U、Pb ,并导致w(U) /w(Pb)升高。这一阶段逸出的流体有可能交代、水化仰冲壳楔 ,为其发生部分熔融形成同碰撞花岗岩或加速山根下地壳的榴辉岩化创造条件。在俯冲深度为 5 0～ 10 0km ,变镁铁质岩石中的角闪石相继分解并释放出H2 O。由于变镁铁质岩石在陆壳中所占比例较少 ,因此 ,这一阶段释放的水不能形成大规模的流体流 ,因而不能使体系内的过剩Ar大量散失 ,但足以形成局部循环 ,加速变镁铁质岩石及其互层或邻近围岩的榴辉岩化变质反应。在俯冲深度 >10 0km的超高压变质阶段 ,仅有少量的含水矿物分解 ,而多硅白云母仍保持稳定。这时俯冲陆壳内只可能有少量粒间水存在 ,从而导致俯冲陆壳与周围软流圈地幔不能发生充分的相互作用。     

大别山超高压变质岩的冷却史及折返机制

大别山超高压变质岩及其围岩 T-t 冷却曲线显示了超高压变质岩的冷却史从800℃到300℃经历了三个阶段:两次快速冷却(226±3Ma 到219±7Ma 期间从800℃到500℃的第一次快速冷却,180～170Ma 期间从450℃到300℃的第二次快速冷却)和介于二者之间的等温过程。这一具有两次快速冷却的 T-t 曲线已被近年来获得的高精度金红石 U-Pb 年龄(218±1.2Ma)(Li et al.,2003),高压变质和退变质独居石 Th-Pb 年龄(Ayers et al.,2002),和强面理化榴辉岩二次多硅白云母的Rh-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)(Li et al.,2001)所证实。超高压变质岩的二次快速冷却事件反映了二次快速抬升过程。在东秦岭及苏鲁地体东端发育的同碰撞花岗岩 U-Ph 年龄为225～205Ma,与超高压变质岩第一次快速冷却时代吻合。考虑到同碰撞花岗岩与俯冲板片断离的成因联系,这种时代耦合关系表明俯冲板片断离可能是超高压变质岩第一次快速抬升和冷却的重要机制之一。大别山 Pb 同位素填图揭示出南大别带超高压变质岩具有高放射成因 Pb 特征,因而源于俯冲的上地壳;而北大别带超高压变质岩具有低放射成因 Pb 特征,源于俯冲长英质下地壳。这表明在陆壳俯冲过程中上、下地壳之间可发生挤离(detachment)或脱耦(decoupling)。已有实验证明脱耦的上地壳在俯冲过程中可沿挤离面逆冲抬升(Chemenda et al.,1995)。同理,由于俯冲镁铁质下地壳在大别山没有出露,可以推测俯冲长英质下地壳和镁铁质下地壳之间也最终发生了挤离或脱耦。大陆岩石圈在不同深度存在若干低粘度带(Meissner and Mooney,1998)是上述俯冲陆壳分层脱耦现象发生的依据。因此,俯冲上地壳及部分长英质下地壳的第一次快速抬升折返是俯冲过程中大陆地壳内部分层脱耦和俯冲板片断离的综合结果。上述过程只能使已脱耦的上地壳及部分长英质下地壳抬升折返,而未与俯冲岩石圈脱耦的下地壳在板片断离后仍可继续俯冲。俯冲板片断离后,两大陆块在晚三叠世和早-中侏罗世继续汇聚,导致华南陆块下地壳继续俯冲,及已经脱耦并折返至中上地壳的超高压岩片向北仰冲。这一仰冲可能是导致超高压变质岩第二次快速抬升的重要机制。强面理化榴辉岩二次多硅白云母的 Rb-Sr 年龄(182.7±3.6Ma)可能记录了这一超高压岩片仰冲事件发生的时代。惠兰山基性麻粒岩年代学研究揭示了罗田穹隆在早白垩世的快速抬升,与此同时大别山发生了大规模岩浆事件。山体快速抬升与大规模岩浆事件的耦合关系指示了大别造山带早白垩世的去根作用,或岩石圈拆离事件。伴随这一山体快速抬升,大别山超高压变质岩开始大面积出露地表。