Eastern Ancient Terrane of the North China Craton

Based on the spatial distribution of ancient rocks and zircons, three ancient terranes older than ca. 2.6 Ga have recently been identified in the North China Craton, namely the Eastern, Southern, and Central Ancient Terranes. The Eastern Ancient Terrane is the best studied and understood of the three ancient terranes. It has a long geological history back to ca. 3.8 Ga ago and includes the areas of Anshan-Benxi, eastern Hebei, eastern Shandong and western Shandong. In Anshan-Benxi, several different types of 3.8 Ga rocks were discovered together with 3.1-3.7 Ga rocks, whereas 2.9-3.0 Ga K-rich granites and 2.5 Ga syenogranite occur on larger scales. In eastern Hebei, 3.0-3.4 Ga rocks and older detrital and xenocrystic zircons were identified. In eastern Shandong, there are a large volumes of 2.7 Ga and 2.9 Ga rocks. In western Shandong, early Neoarchean(2.6-2.7 Ga) intrusive and supracrustal rocks are widely distributed. Whole-rock Nd and zircon Hf isotope data suggest that both mantle additions and crustal recycling played important roles within the Eastern Ancient Terrane during almost every tectono-magmatic event. Most BIFs in the North China Craton are late Neoarchean in age and are distributed on continental crust along the western margin of the Eastern Ancient Terrane, probably suggesting that a stable environment was one of the key factors for the formation of large-scale BIFs.     

Provenance and tectonic significance of late Mesoproterozoic detrital zircons from the Tonian system,northern margin of the North China Craton

The involvement of the North China Craton (NCC) in the assembly or breakup of Rodinia has long been debated. Studies of palaeomagnetism, mafic sills (dikes), igneous events, and sedimentary records have led to contrasting opinions on this topic. No igneous events related to the late Mesoproterozoic assembly of Rodinia have been reported in the NCC. However, the authors found numerous late Mesoproterozoic zircons in the Tonian system on the northern margin of the NCC. The Tonian Zhulazhagamaodao formation is composed of meta-sandstone, siltstone, slate, carbonate, and dolomine of the littoral to neritic facies and occurs mainly in the western part of the Bayan Obo–Zhaertai–Langshan rift. U–Pb dating of detrital zircons from the Tonian system reveals age peaks at 1079 ± 23 Ma, 1092 ± 22 Ma, 1175 ± 50 Ma, 1175 ± 18 Ma, 1260 ± 45 Ma, 1266 ± 16 Ma, and 1270 ± 26 Ma, which correspond to the timing of Rodinia assembly. Considering that coeval igneous rocks and orogenic belts developed mostly in the Laurentia–Baltica cratons, we propose that these cratons supplied clastic material to the northern margin of the NCC and that they had a close spatial relationship between each other during the Tonian.     

胶北太古宙早期锆石U-Pb定年及Hf同位素研究：华北克拉通古老陆壳增生及再循环的证据

古老陆壳物质的发现与鉴别是探索地球早期陆壳形成与演化历史的重要内容之一,锆石U-Pb年龄结合Hf同位素研究是该研究的重要手段。本文通过对胶北地体内一个长英质副片麻岩中的锆石开展系统的原位U-Pb定年和微量、稀土元素分析,获得了多个太古宙早期的锆石。根据这些锆石的阴极发光图像、Th/U比值及稀土元素球粒陨石标准化配分模式,它们具有典型岩浆锆石的特征,其中2个分析点给出了3413Ma和3400Ma(~3.4Ga)的锆石U-Pb年龄,7个分析点给出3547±19Ma(MSWD=1.16)的锆石U-Pb年龄,指示太古宙早期的陆壳岩浆事件;结合华北克拉通其它地区的类似研究结果,暗示华北克拉通可能曾经存在比现今出露面积更大的太古宙早期的古老陆壳。这些古老锆石的Hf同位素分析显示,它们的εHf(t)值在-6.19~0.95之间,平均为-2.54,两阶段Hf模式年龄在3737~4353Ma之间,平均值为~4.1Ga,远大于锆石的U-Pb年龄,指示华北克拉通存在~4.1Ga的地壳增生作用及古老陆壳(3.55Ga)的再循环。     

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.     

华北克拉通北部14亿年前古风化壳的地球化学特征及古气候意义

最近在河北涞水紫石口剖面的中元古界铁岭组-下马岭组界线(~1400 Ma)附近,发现了一套保存完好的碳酸盐岩古风化壳。野外观测和岩石矿物学研究显示,该古风化壳的岩性以含褐铁矿的铁质泥岩和伊利石粘土岩为主。相对上地壳平均化学组分来说,古风化壳的主量元素氧化物中Al₂O₃、TiO₂、Fe₂O₃和K₂O富集,SiO₂轻微亏损,CaO、MgO和Na₂O强烈亏损;微量元素中Sc、Cu、Ga、Zr、Hf、Nb、Ta、In、Th、Li、V、Zn、Rb、Cs、W、Pb、U、Mo和Bi等化学性质稳定或易吸附于粘土中的元素含量接近上地壳平均化学组分值或呈不同程度富集,易溶元素Cr、Sr和Cd相对亏损;稀土元素全部富集,轻稀土元素与重稀土元素分异程度大,Ce正异常,Eu负异常。U/Th、Fe³⁺/Fe²⁺、Ce的正异常、化学蚀变指数与风化淋滤指数等多种指标都指示该古风化壳是在强氧化的中等到强烈的风化淋滤程度条件下形成。上述研究表明,在中元古代盖层纪(Calymmian Period,1600~1400 Ma)与延展纪(Ectasian Period,1400~1200 Ma)之交,剖面所在的华北克拉通北部应属于温暖湿润的热带-亚热带气候。     

The sedimentary record of a Mesoproterozoic tsunami from the North China Craton

A layer of Mesoproterozoic tsunami deposits from the North China Craton was recently discovered and investigated in the Xingcheng area, Liaoning Province, China. They occur at the bottom of the Dahongyu Formation of the Changcheng Group (1.8–1.6 Ga). The tsunami deposits are identified based on the analysis of the sedimentary facies. They are markedly different from the normal deposits of shore‐shallow sea siliciclastics, and are characterized by rip‐up clasts, poorly sorted gravels, fining‐upward sequences, redeposited underlying materials, complex sources of underlying strata and erosional bases at the bottom of beds. They are compelling features of tsunamiites when they occur together. During the Mesoproterozoic, the Xingcheng area was in an active tectonic belt, the Yanshan Taphrogenic Trough. The origin of the tsunami was probably triggered by the earthquake, which resulted from the the activities of the Luanxian–Jianchang Fault in early Mesoproterozoic times. The deposition of tsunamiites occurred in a coastal environment and involved several stages, from the origin, propagation, inundation, and deposition to the backwash flow. The geodynamic backgrounds of the tsunami event in the North China Craton are consistent with the breakup event of the Columbia supercontinent in the Mesoproterozoic. Some events, such as tsunamis and volcanism, are all controlled by extensional rift systems and should be recognized as effects of the breakup of the Columbia supercontinent in the North China Craton. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

河北宣化姜家寨铁矿床串岭沟组底部碎屑锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义

宣龙式铁矿是我国北方最重要的沉积型铁矿床。华北克拉通长城系串岭沟组底部砂页岩是宣龙式铁矿床的赋存层位,对该地层的年代学研究有助于深入完善长城系地层年代框架、认识区域成岩成矿过程并反演克拉通的演化历史。本文对河北宣化姜家寨铁矿床串岭沟组底部铁矿体顶板砂页岩中碎屑锆石进行了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,获得了三组主要的峰值年龄,加权平均年龄分别为1774.1±7.9Ma、1849.0±7.8Ma和2453.0±7.8Ma。揭示出华北克拉通中部带经历了三期较为重要的地质构造、岩浆作用和变质作用事件。在串岭沟组下部砂岩中我们获得了4颗较年轻的岩浆碎屑锆石,年龄为1657.4～1694.4Ma,代表了串岭沟组底部形成的时间下限,制约了姜家寨宣龙式铁矿床的形成时代不早于1657Ma。对比研究得出,1774.1Ma的峰值年龄数据与华北克拉通内18亿年后广泛发育的基性岩墙群的形成时代一致,代表了华北克拉通的在拼合后的抬升事件时间。在1.8～1.6Ga华北克拉通拉张期间形成了大庙式等钒钛磁铁矿-磷灰石铁矿(1720Ma左右)。基于时间和区域的一致性,我们推断,遭受抬升剥蚀的富铁基性岩墙群不仅是串岭沟组的物源之一,极有可能也是宣龙式铁矿床中铁质的主要物源之一。     

Late Neoarchean volcanic rocks in the southern Liaoning Terrane and their tectonic implications for the formation of the eastern North China Craton

The late Neoarchean metamorphosed volcanic rocks in the southern Liaoning Terrane (SLT) of the eastern North China Craton (NCC) are mainly composed of amphibolites and felsic gneisses and can be chemically classified as basalt (Group#1), basaltic andesite (Group#2), dacite (Group#3) and rhyodacite (Group#4). LA-ICP-MS zircon U–Th–Pb dating reveals that they formed at ~2.53–2.51 ​Ga. Group#1 samples are characterized by approximately flat chondrite-normalized rare earth element (REE) patterns with low (La/Yb)_N ratios and a narrow range of (Hf/Sm)_N ratios, and their magmatic precursors were generated by partial melting of a depleted mantle wedge weakly metasomatized by subducted slab fluids. Compared to Group#1 samples, Group#2 samples display strongly fractionated REE patterns with higher (La/Yb)_N ratios and more scattered (Hf/Sm)_N ratios, indicative of a depleted mantle wedge that had been intensely metasomatized by slab-derived melts and fluids. Group#3 samples are characterized by high MgO and transition trace element concentrations and fractionated REE patterns, which resemble typical high-Si adakites, and the magmatic precursors were derived from partial melting of a subducted oceanic slab. Group#4 samples have the highest SiO₂ and the lowest MgO and transition trace element contents, and were derived from partial melting of basaltic rocks at lower crust levels. Integrating these tholeiitic to calc-alkaline volcanic rocks with the mass of contemporaneous dioritic-tonalitic-trondhjemitic-granodioritic gneisses, the late Neoarchean volcanic rocks in the SLT were most likely produced in an active continental margin. Furthermore, the affinities in lithological assemblages, metamorphism and tectonic regime among SLT, eastern Hebei to western Liaoning Terrane (EH–WLT), northern Liaoning to southern Jilin Terrane (NL–SJT), Anshan-Benxi continental nucleus (ABN) and Yishui complex (YSC) collectively indicate that an integral and much larger continental block had been formed in the late Neoarchean and the craton-scale lateral accretion was a dominantly geodynamic mechanism in the eastern NCC.     

华北克拉通北缘化德群中碎屑锆石的LA-ICP-MS U-Pb年龄及其构造意义

化德群出露地区位于华北克拉通北缘中部,紧邻中亚造山带南缘,呈近东西向展布。在它的西边是早-中元古代的白云鄂博裂谷和渣尔泰—狼山裂谷,东南面是由长城系、蓟县系和青白口系组成的早-新元古代的燕辽裂陷槽,南边分布着1.9~1.8Ga麻粒岩相变质的丰镇群（孔兹岩系）,北边出露有代表中亚造山带的古生代岩石。化德群由一套浅变质和未变质的沉积岩组成,无火山岩夹层。地层序列包含多个沉积旋回,每个旋回自下而上为含砾砂岩、砂岩、碳酸盐岩和泥质岩。岩石组合反映了从河流—滨海—浅海相的沉积环境。化德群的地层序列可以和白云鄂博群及渣尔泰群相对比。本文对化德群四个变质砂岩样品中的碎屑锆石进行了LA-ICP-MS U-Pb年龄测定,年龄主要集中在1800±50Ma和1850±50Ma,另外还有~2500Ma和~2000Ma的次要峰值。化德群底部变质含砾云母长石石英砂岩中碎屑锆石的最小谐和年龄是1758±7Ma,限定了化德群沉积时代的下限。碎屑锆石的CL图像显示,1800±50Ma和1850±50Ma的锆石主要是变质成因,少量岩浆成因,说明化德群的源区主要是古元古代的变质岩,少量岩浆岩。~2500Ma和~2000Ma的碎屑锆石代表了更为古老的源区。碎屑锆石的U-Pb年龄限制了化德群的沉积时代为古元古代晚期—中元古代,年龄峰值对应华北克拉通的重要构造热事件,而无与中亚造山带地质事件相关的年龄信息。沉积组合特征表明化德群属于稳定的浅水—半深水沉积盆地。化德盆地、渣尔泰—狼山盆地和白云鄂博盆地共同构成华北克拉通北缘的被动陆缘裂谷系,该裂谷系的形成可能与燕辽及熊耳裂陷槽的打开是同时期的。因此,华北克拉通的北界应该置于化德群出露区域以北。基于锆石特征的详细分析及对比,我们认为化德群以南的孔兹岩系可能是化德群的主要源区。     

Paleozoic Tectonic Switch in the North Qinling Orogenic Belt: Constraints from the Paleozoic Granites from the Northern Qinling Migmatite Terrane

The variations in source rocks and melting conditions of granites can provide essential clues for the crustal magmatic response in orogenic process. Based on geochronology, whole-rock and mineral chemistry, this paper reveals two different granites in the Northern Qinling migmatite complex, which reveal obvious differences in source region and melting condition. The older granodiorite (402 ± 0.8 Ma) displays typical Na-rich adakite affinity, i.e., high Na2O/K2O (2.04 to 2.64) and Sr/Y (96 to 117) ratios, they have relative evolved isotopic compositions (εNd(t) = ?0.52 to ?0.04; zircon εHf(t) = ?0.06 to +7.78). The younger leucogranite (371 ± 2 Ma) displays higher SiO2 (72.32 to 73.45 wt%), lower (TFeO + MgO + CaO + TiO2) contents (<2 wt%) and depleted Sr-Nd-Hf isotopic compositions (i.e., εNd(t) = +2.6 to +3.0; zircon εHf(t) = +5.94 to +14.12), as well as high 10000 × Ga/Al and TFeO/MgO ratios, indicating that they represent highly fractionated I-type granites that derived from melting of juvenile crust. The variations in source rocks and melting condition of the two granites indicating a tectonic switch from compression to extension in 400 to 370 Ma, this switch is later than that in the eastern section of the North Qinling, indicating a scissor collision process between the South Qinling and North China Craton (NCC) in Devonian era.     

信阳周庄变辉长岩LA-ICPMS U-Pb定年与华北南缘复杂演化过程

河南信阳周庄变基性侵入岩体出露于华北克拉通南缘,主要由斜长石+角闪石(+绿帘石)组成,可见残余辉长结构,属经历了绿帘角闪岩相-低角闪岩相变质的变辉长岩.对变辉长岩的两个样品中的锆石进行了LA-ICPMS U-Pb同位素测年分析.这两个样品都给出了859Ma的谐和上交点年龄,但分别给出了356±82Ma和234±36Ma的谐和下交点年龄.其中一个样品还给出了另外两组谐和的年龄,它们的~(206)Pb/~(238)U表面年龄分别是616±10Ma和442±6.5Ma.我们解释共同的谐和上交点年龄(859Ma)代表着岩体的侵位时代,是Rodinia超大陆裂解事件在华北克拉通南缘的早期记录(如基性岩浆侵入作用);其他四组年龄是岩体后期所经历改造事件的年龄记录,包括新元古代晚期的再次裂解(如变质重结晶作用)和古生代、早中生代时期扬子克拉通向北的俯冲-碰撞对华北南缘的强烈改造过程.     

华北克拉通北缘的中元古代多旋回复合盆地及其地质意义:来自碎屑锆石U-Pb年龄的统计学证据

华北克拉通是划分我国中元古代地层序列的标准地区,查明华北地区各中元古代盆地的发育与演化机制、寻找长城系下部1. 80～1. 65Ga的沉积盖层、完善1. 4～1. 0Ga待建系标准剖面,是我国中元古代综合地层学研究亟待解答的三个主要问题。现有资料显示,华北北部的燕辽盆地缺失长城系底部地层,南部熊耳盆地各地层小区的蓟县纪-待建纪盆地演化过程差异较大。与之相比,北缘盆地的中元古界相对完整且较连续出露,是系统开展中元古代年代地层学和盆地动力学研究的理想对象。鉴于狼山地区的"中、新元古界"已被重新厘定为新元古界狼山群,中元古代的华北北缘盆地应以渣尔泰群、白云鄂博群、腮林忽洞群和化德群为代表。由于缺乏火山岩夹层年龄的有效约束,与这些地层单元的时代划分、区域对比和盆地类型有关的认识分歧,普遍发端于对碎屑锆石年代学数据的不同理解。因此,本文对渣尔泰群和白云鄂博群的部分层位进行了碎屑锆石年代学研究,并全面收集了北缘盆地碎屑锆石年代学研究的相关数据,参考新近提出的两种统计学分析方法,对渣尔泰群、白云鄂博群(含腮林忽洞群)和化德群的碎屑锆石年龄数据进行了真实沉积时代和盆地构造属性的统计分析。通过设置单点精度高、但样本库计算总量降低的对照组进行方法可信性的对照分析,结果显示样本库总量对统计结果的影响更大,因此利用相关方法解析前寒武纪哑地层的沉积时代和盆地属性,应当遵从"合理降低单点精度限制以谋求更大样本库"的原则。结合前人建立的中元古代沉积-岩浆事件序列,本文分析结果显示中元古代的北缘盆地是在长城纪造山后伸展盆地之上、叠加了蓟县-待建纪裂谷事件而成的多旋回复合盆地。通过北缘和燕辽地区沉积、岩浆事件的综合对比,提出华北克拉通北部的中元古代盆山耦合过程,可分为:由造山后向陆内伸展转换的构造反转期阶段(1. 82～1. 60Ga)、被动裂谷早期的陆内伸展阶段(1. 6～1. 4Ga)、裂谷作用阶段(1. 4～1. 3Ga)和成因机制不明的长期沉积间断阶段(1. 3～1. 0Ga)。     

华北克拉通南缘中元古代早期杂色页岩的古环境指示意义

中元古代大气氧含量是否有变化以及何时、如何变化的,目前是尚不清楚、存有争议的热点问题。细碎屑岩常被认为可反映其沉积时的水体环境,是记录古海洋氧化还原信息的重要载体。华北克拉通自18亿年之后,处于多期裂解的陆内伸展环境,发育一系列泥页岩,其中华北克拉通南缘崔庄组（~1648Ma）泥页岩沉积于陆棚-浅海环境。本次研究选取该组杂色页岩作为研究对象,扫描电镜和粉晶衍射结果显示,绿色和紫红色页岩主要矿物包括伊利石、石英、长石,还包含了云母、绿泥石、赤铁矿。赤铁矿分布在云母内部和绿泥石边缘,指示其来自于矿物蚀变。两种页岩中的伊利石均以纤维状分布在长石、石英和云母碎屑粒间孔隙,且主要为1M型,指示其经历了浅成岩作用。紫红色页岩与绿色页岩相比,剖面上风化程度较高。主量元素显示,两种页岩的源岩都经历明显的钾化作用,经过钾校正之后,风化指数（CIA）约为80~85,说明物源区经历强烈的风化作用。同时,全铁含量与澳大利亚后太古代页岩和北美页岩相似,铁并无明显富集,指示铁可能是陆源输入。稀土元素与澳大利亚后太古代相比明显Eu异常,无明显Ce异常,而过渡金属元素（V、Cr、Co、Ni）无显著富集,其比值显示该套页岩沉积于氧化的水体中。结合该时期海洋分层模型,推测中元古代早期浅海陆棚海水已出现氧化。黏土质泥页岩在该时期广泛发育,均指示陆壳风化作用强烈,该过程可能影响和控制氧气含量的变化。

     

华北克拉通古老大陆地壳组成及演化

对鞍本、冀东、鲁西、阴山等早前寒武纪典型地区和深部物质进行了深入研究,总结了华北克拉通早期地壳形成演化历史。揭示出鄂尔多斯地块本身强烈卷入了古元古代晚期构造热事件。首次在华北克拉通划分出3个>2.6 Ga 古陆块。     

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.     

华北克拉通北缘裂谷渣尔泰群LA-ICP-MS碎屑锆石U-Pb测年及地质意义

华北克拉通自1.85Ga形成之后,经历了广泛的拉伸,形成了一系列中-新元古代裂谷。其中北缘裂谷由渣尔泰群、白云鄂博群及化德群组成,发育了一系列大型-超大型多金属矿床。该裂谷系形成演化的研究对认识华北克拉通中-新元古代演化及区域找矿具有重要意义。但是对于该裂谷系中渣尔泰群的时代,一直存在争议。早期认为渣尔泰群属于中元古代,主要分布于狼山地区和渣尔泰山地区。但最新的研究已将狼山地区的渣尔泰群限定为新元古代,更名为狼山群,并据此确定华北克拉通北缘存在新元古代裂谷。因此,必须对渣尔泰山地区渣尔泰群的时代进行重新限定。在此基础上可综合分析华北克拉通北缘裂谷的形成与演化。系统的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,渣尔泰山地区渣尔泰群碎屑锆石年龄峰值主要为1.8~1.9Ga和2.5Ga。与北缘裂谷长城系,包括白云鄂博群下部及化德群下部的碎屑锆石年龄组成特征一致。而蓟县系、待建系及青白口系存在1.1~1.35Ga、1.5~1.6Ga等较年轻的碎屑锆石年龄峰值,如白云鄂博群上部、新元古代狼山群及化德群上部。因此,渣尔泰山地区渣尔泰群整体可与长城系对比。碎屑锆石年龄组成特征表明,渣尔泰群物质主要来自华北克拉通内部的太古宙-古元古代结晶基底。综合前人对白云鄂博群、化德群及狼山群地层年龄及岩浆岩的研究成果,可确定北缘裂谷是中-新元古代多期裂解事件形成的复杂裂谷。     

华北燕辽地区串岭沟组黑色页岩对中元古代早期海水氧化还原环境的制约

燕辽地区串岭沟组中上部保存有华北克拉通中元古代第一套大面积发育的黑色页岩,沉积于潮间带中下部,标志着该克拉通自形成以来最重要的海进过程,也是地球中年期早期阶段大气-海洋环境状态的特殊记录者。本文对蓟县八仙山剖面串岭沟组三段黑色页岩和顶部碳质白云岩开展了全岩主、微量元素和总有机碳(TOC)含量测定,认为其源区主要来自风化的长英质陆源碎屑物质。黑色页岩的TOC含量(平均值1.12%)、氧化还原敏感金属元素V (平均值82.6×10^-6)、Cr (平均值73.9×10^-6)、Ni (平均值29.8×10^-6)含量明显高于碳质白云岩(TOC、V、Cr、Ni含量均值分别为0.47%、29.6×10^-6、26.4×10^-6、11.7×10^-6)。此外,二者的氧化还原参数C_org/P分别为62.94和39.44,V/Cr值与沉积层位明显负相关,表明不同深度海水的氧化还原状态略有变化,但V/Cr-Th/U仍均落入富氧范围。研究结果表明,至少串岭沟组黑色页岩沉积时(不早于1.64Ga),较高的大气氧水平加剧了陆源物质风化及向海洋的输送量,并已经使得潮间带中下部静水进入到了相对氧化状态,从而可以为1.57~1.56Ga大型多细胞生物的出现提供持续含氧的发育环境。

     

华北克拉通中元古代A型花岗岩的成因及其构造意义

华北克拉通保存有与Columbia超大陆裂解相关的中元古代岩浆记录。本文综述了华北克拉通中元古代A型花岗岩的时空分布、岩石学和地球化学等特征, 讨论了各期次A型花岗岩的成因及构造背景, 论述了其对华北克拉通中元古代裂解事件的指示意义。华北克拉通主要发育4期A型花岗岩: 1)~1.78 Ga A型花岗岩主要分布于南缘熊耳裂陷槽和晋陕地区; 2)~1.70 Ga A型花岗岩主要分布于北缘渣尔泰-白云鄂博和燕辽裂陷槽; 3)~1.60 Ga A型花岗岩主要分布于南缘熊耳裂陷槽; 4)~1.32 Ga A型花岗岩主要分布于北缘渣尔泰-白云鄂博和燕辽裂陷槽。这4期A型花岗岩均来源于地壳物质的部分熔融, 可能与同期伸展作用导致岩浆底侵提供热源有关。整体具有造山后伸展到陆内裂谷环境的演化序列, 且存在明显的时空差异。华北克拉通中元古代A型花岗岩记录了4期主要的裂解事件, 为华北克拉通参与了Columbia超大陆裂解提供了依据。

     

华北克拉通的变质沉积岩及其克拉通的构造划分

早前寒武纪花岗质岩年龄统计结果显示,华北克拉通经历了3.8,3.3,2.9,2.5和1.8~1.9 Ga等多个旋回才从陆核成长为陆台,与之对应沉积岩也由少变多,大约以500 Ma为一周期。由于沉积作用出现在成陆间歇期,所以二者在时间上相间互补,其状如同显生宙超大陆裂解和拼合的周期交替。这一现象不但是地壳演化的普遍规律,而且也可反过来用沉积岩反映陆壳的演化。然而,早前寒武纪尤其是太古宙的沉积岩毕竟太少,无法用来恢复当时古陆块的面貌,但古元古代的特别是陆缘沉积的孔兹岩,尽管已进入下地壳并成为克拉通基底的组成,则以保存甚多、分布延续,使其重塑克拉通的拼合成为可能。已有的华北克拉通的构造划分方案多种多样,但以陆缘沉积的古元古代孔兹岩作为地块的边界,理当最能反映当时古陆块的面貌。因此,以孔兹岩为主要依据,并综合考虑岩石组合、构造环境、变质p-T轨迹、同位素年龄、以及不变质的沉积盖层等地质特征,将华北克拉通主体从西往东划分为：鄂尔多斯地块 / 晋蒙弧形拼合带 / 冀鲁豫地块 /（郯庐断裂）/ 胶辽地块群等构造单元,所得到的不同于以往的构造轮廓,显示华北陆台并非一统的太古宙克拉通,而是吕梁运动拼合成的古元古代大陆。     

华北中生代岩浆作用与去克拉通化

华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区,其去克拉通化作用的时间、范围和机制等重要科学问题是国内外研究的热点。大规模岩浆作用是去克拉通化作用的地质表现之一,通过对华北地区侵入岩侵位时代、源区、成岩过程的研究,可有效反演其去克拉通化作用的时空范围、过程及可能的动力学机制。华北东部广泛发育大面积的中生代侵入岩,本文在作者近十年研究的基础上,通过总结华北东部中生代侵入岩的锆石U-Pb年代学资料,厘定了华北东部中生代岩浆活动主要分为三叠纪、侏罗纪和早白垩世三期;通过岩浆源区、岩石成因研究,探讨不同时期岩石圈(地幔和大陆地壳)性质和厚度的转变及破坏的空间范围;在此基础上,结合区域地质特征初步探讨了华北去克拉通化的地球动力学机制。