胶北地体地壳演化：玲珑黑云母花岗岩继承锆石U-Pb年龄、微量元素和Hf同位素证据

胶北地体晚侏罗世下地壳重熔的玲珑黑云母花岗岩大面积出露,其中残留有大量继承锆石,记录了多期热事件,为复杂的地壳演化过程提供了重要线索。论文通过分析玲珑黑云母花岗岩中继承锆石的U-Pb年龄、微量元素和Hf同位素组成,探讨了胶北地体的地壳演化历史。结果显示胶北地体前寒武纪经历了~2.9Ga和~2.7Ga两期主要的地壳生长事件,~2.5Ga和2.2~1.8Ga两期地壳重熔改造事件,~2.5Ga和1.95~1.8Ga两期变质事件。~2.9Ga的岩浆作用形成于岛弧环境,~2.7Ga岩浆活动与下地壳基性物质的部分熔融有关,~2.5Ga发生的岩浆和变质事件与地幔柱底侵作用有关,并有同时期的表壳岩组合-胶东岩群形成。~2.1Ga地壳处于拉张状态,伴有与裂谷活动有关的双峰式岩浆作用,荆山群和粉子山群开始沉积,而后1.95~1.8Ga发生碰撞造山运动,胶北所有早前寒武纪岩石单元卷入此次事件,并发生变质作用。自此之后,直至二叠纪末,胶北处于岩浆活动的沉寂期,但于~1.7Ga和~1.0Ga发生沉积作用,形成芝罘群和蓬莱群。二叠纪末扬子板块向北俯冲于华北克拉通之下,并于三叠纪与华北克拉通发生陆陆碰撞作用,致使扬子板块北缘新元古代花岗岩发生超高压变质,形成苏鲁超高压变质带,之后超高压变质岩发生折返。玲珑黑云母花岗岩复杂的继承锆石组成可能表征了前寒武纪岩石卷入陆-陆碰撞事件而发生再循环作用。     

苏鲁超高压变质带东北端多种成因类型变基性岩:来自岩石学、同位素年代学及地球化学属性的制约

苏鲁超高压变质带是扬子板块与华北板块在三叠纪俯冲-碰撞的产物。变基性岩是苏鲁超高压变质带内出露最广泛的岩石类型之一,研究其岩石学、年代学、地球化学属性及成因机制,对于揭示扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞-折返的动力学过程具有重要的科学意义。以(退变)榴辉岩为代表的超高压变质岩石广泛出露在威海-荣成一带,少量出露在乳山地区。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示,(退变)榴辉岩的原岩时代为792~760Ma,峰期榴辉岩相变质时代为243~226Ma,后期角闪岩相退变质时代为221~207Ma。非榴辉岩相变质的基性岩(麻粒岩和斜长角闪岩)主要出露在乳山地区,其原岩形成时代应不晚于古元古代(1939Ma),峰期麻粒岩相变质时代为1895~1870Ma,后期角闪岩相退变质时代为1848~1806Ma,与胶北地体变基性岩的原岩时代和变质时代十分相似。全岩地球化学研究结果表明,(退变)榴辉岩的原岩显示高Fe拉斑玄武岩的特点,根据其稀土和微量元素特征,可将(退变)榴辉岩进一步划分为A、B和C三组。在球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网图解上,A、B和C三组样品分别具有轻稀土弱亏损、轻稀土弱富集和轻稀土富集的特点。轻稀土富集或弱富集型(退变)榴辉岩的原岩地球化学性质与岛弧或大陆玄武岩相似,它们的源区可能与深部富集地幔或受流体交代的地幔楔存在密切的成因关系;而轻稀土亏损型(退变)榴辉岩的原岩可能来自于亏损地幔的部分熔融。由此可见,(退变)榴辉岩的原岩具有成因多样性的特点。乳山地区的基性麻粒岩和斜长角闪岩的原岩也具有高Fe拉斑玄武岩的地球化学属性,Al2O3与Mg O呈正相关变化,TiO_2、P_2O_5与MgO表现出一定程度的负相关性。绝大多数非榴辉岩相变质基性岩的球粒陨石标准化稀土配分模式和原始地幔均一化蛛网配分曲线具有微右倾或明显右倾的特点。上述特征表明,研究区绝大多数非榴辉岩相变质的基性岩原岩来自于富集地幔,少数来自于原始地幔或亏损地幔,并经历了斜长石和辉石的分离结晶以及不同程度的部分熔融过程。由此可见,乳山地区出露的非超高压变质基性岩的原岩具有与胶北地体(高压)基性麻粒岩相近的成因特点。岩石学、同位素年代学和地球化学特征的综合对比研究结果表明,在苏鲁超高压变质带东北端的威海-荣成-乳山地区,既存在与华北板块古老变质基底相关的变基性岩,也存在与华南板块北缘新元古代变质基底相关的超高压榴辉岩,表明三叠纪时期华北板块东南缘胶北地体的部分古老变质基底曾卷入到扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞造山过程,随后与超高压岩石一起抬升折返,形成当今的构造混杂岩带。     

华北克拉通～2.7Ga的BIF:来自莱州-昌邑地区含铁建造的年代学证据

越来越多的研究资料显示~2.7Ga是华北克拉通陆壳生长的一个重要阶段,但缺少同时期的世界主要克拉通上广泛发育的BIF铁矿。胶北莱州-昌邑地区的BIF铁矿赋存在原划分的粉子山群小宋组含铁建造中,含铁建造的岩石组合主要为黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩、含石榴黑云片岩夹角闪磁铁石英岩,磁铁浅粒岩。岩石地球化学分析显示,斜长角闪岩具有岛弧玄武岩的地球化学特点,变质酸性火山岩具有埃达克质岩的地球化学特点,故推测莱州-昌邑地区的含铁建造形成于与岛弧相关的构造环境,而与粉子山群形成的裂谷构造背景无关。锆石同位素年代学研究表明,含铁建造中变质酸性火山岩(埃达克质火山岩)的岩浆结晶年龄为2726±10Ma,在变质泥砂岩中获得了~2.73Ga和~2.9Ga两组碎屑锆石U-Pb年龄,并缺少新太古代晚期(~2.5Ga)的构造岩浆热事件信息;在斜长角闪岩中获得的变质锆石年龄为~1850Ma,并有2.68Ga的继承或捕获锆石年龄信息;因此推断莱州-昌邑地区的BIF铁建造有可能形成于新太古代早期(~2.7Ga),而在新太古代晚期(~2.5Ga)则处于相对稳定的构造背景。含铁建造被~2.17Ga的二长花岗岩侵入,并共同卷入胶北古元古代晚期(~1.85Ga)的变质变形作用改造。莱州-昌邑地区含铁建造的岩石组合和锆石年龄信息与胶北地块栖霞地区比较有所不同,这可能揭示出胶北地块在新太古代早期(~2.7Ga)构造环境差异和古板块构造演化的重要信息。     

Zircon SHRIMP U–Pb dating,C and O isotopes for impure marbles from the Jiaobei terrane in the Sulu orogen: Implication for tectonic affinity

Middle Neoproterozoic carbonates are found in the western part of Shandong Pennisula (i.e., the Jiaobei terrane) that is located in the northwestern part of the Sulu orogen in east-central China. For the first time, a successful SHRIMP U–Pb dating, coupled with CL imaging, was conducted on two samples of impure marble from the Fenzishan Group in this tectonic unit. The results yield consistent ages of 786 ± 67 and 240 ± 44 Ma for igneous and metamorphic zircons, respectively. Positive δ¹³C values as high as +5.6‰ are measured for both pure and impure marbles, consistent not only with the worldwide Neoproterozoic limestones in connection with the Sturtian ice-age, but also with the marbles associated with UHP metamorphic eclogites in the Dabie orogen. O isotope fractionation between calcite and garnet from one sample gave a temperature of 680 °C, pointing to upper amphibolite-facies metamorphic conditions. These results indicate that protolith of the marbles is a kind of limestone that was synchronously deposited with volcaniclastic rocks in the mid-Neoproterozoic rift basin of continental margin. Like the UHP metamorphic rocks in the Dabie-Sulu orogenic belt, both mid-Neoproterozoic magmatism and Triassic metamorphism are recorded in the impure marbles. Therefore, protolith of the impure marbles corresponds to the sedimentary limestone of rift basin developed during the mid-Neoproterozoic breakup of supercontinent Rodinia, but it was the sedimentary cover along the northern margin of the South China Block prior to its Triassic subduction. The occurrence of the mid-Neoproterozoic limestone with the Triassic metamorphism in the southern margin of the North China Block thus indicates tectonic overthrust by a crustal detachment between the sedimentary cover and the Precambrian basement during the continent subduction. As a result, the marbles in affinity to the South China Block were northward thrusted over the basement of the North China Block.     

北苏鲁超高压变质带前寒武纪基底研究新进展

北苏鲁超高压变质带位于胶东牟平-即墨断裂以东的地区,其前寒武纪基底以出露新元古代的双峰式火成岩为主要特征,其主要岩石组合包括大量花岗片麻岩以及少量变（超）基性岩（榴辉岩）、变沉积岩。对花岗片麻岩、变质（超）基性岩的岩石组合、地球化学、锆石U-Pb和Lu-Hf同位素的研究表明,北苏鲁存在新太古代-古元古代的残留地壳,经历了1.8~2.2 Ga期间的岩浆-火山-变质事件;新元古代中期（0.72~0.80 Ga）与Rodinia超大陆的裂解相关的岩浆活动促使地壳的生长和再造,形成了北苏鲁的前寒武纪基底的主体;北苏鲁和苏鲁-大别造山带一样,其前寒武纪基底是扬子板块北缘的一部分,苏鲁造山带的西北边界是五莲-烟台断裂带。     

华北克拉通东部胶北地体早前寒武纪表壳岩系：研究进展与综述

胶北地体是华北克拉通早前寒武纪基底岩系的代表性出露区,变质表壳岩系在该地体的分布较为普遍。由于这些表壳岩系对探究华北克拉通早前寒武纪地质演化历史、资源和表生环境演化等的重要作用,国内外学者从岩石单元划分、时代框架、变质演化、含矿性及对表生环境演化的启示等多个方面开展了研究工作,并取得很多重要的研究进展。但是由于研究者对这些表壳岩系的岩石单元划分提出了多个不同方案,造成了岩石单元定义不清、使用混乱的情况。对表壳岩的岩石类型、空间分布和时间格架的研究,也存在多种不同意见,其中对古元古代变质沉积岩形成时代的争议最大。本文对不同的岩石单元划分方案进行梳理,总结研究进展,并对研究中存在的问题和争议进行讨论,明确未来研究方向。传统观点认为,胶北地体早前寒武纪表壳岩系包括中太古界唐家庄岩群、新太古界胶东岩群以及古元古界荆山群和粉子山群。本文在综述相关研究进展的基础上,结合地质年代学研究结果和野外地质关系发现：(1)唐家庄岩群和胶东岩群的一部分岩石记录太古宙晚期和古元古代两期变质作用,表明这部分岩石的形成时代应该在新太古代之前,但是目前对两个岩石单元的原岩形成时代尚无明确约束;(2)唐家庄岩群变质级别普遍为麻粒岩相,而胶东岩群岩石大多显示角闪岩相矿物组合;(3)分布于昌邑-莱州一带的含铁岩系原来被划归古元古界粉子山群小宋组,一些学者依据新的定年结果提出小宋组的形成时代应该为新太古代(约2.7~2.5Ga),属于新太古界胶东岩群;(4)古元古代(约2.2~2.1Ga)的花岗岩和辉长岩在胶北地体较为常见,呈现双峰式岩浆特征,在一些地区识别出古元古代岩浆岩与小宋组含铁岩系、荆山群野头组变质沉积岩呈侵入接触关系,暗示两个岩石单元的形成时代应该早于~2.1Ga;(5)从野外产状特征来看,胶北地体唐家庄岩群和胶东岩群的很多变质基性-超基性岩的原岩可能并不是火山岩,而是侵入岩。基于胶北地体古元古代岩浆活动、表壳岩系与其底部岩系的接触关系,并综合考虑其沉积、变质和岩浆活动的时代框架,本文认为胶北地体古元古代表壳岩系形成的构造背景为克拉通伸展盆地,代表华北古元古代活动带在胶北地体的早期响应。虽然关于胶北地体早前寒武纪表壳岩系的研究取得很多进展,但由于多期变质变形的叠加改造,表壳岩原始结构和构造已经被后期变形样式置换,对其岩石单元划分、每个岩石单元的岩石组成、区域对比关系、年代学框架和构造含义等多个方面,仍然存在很多问题和争议有待于深入研究。

     

Composite nature of the North China Granulite-Facies Belt: Tectonothermal and geochronological constraints

Granulite-facies rocks are intermittently exposed in a roughly E–W trending belt that extends for approximately 2000 km across the North China Craton, from the Helanshan, Qianlishan, Wulashan–Daqingshan, Guyang and Jining Complexes in the Western Block, through the Huai'an, Hengshan, Xuanhua and Chengde Complexes in the Trans-North China Orogen, to the Jianping (Western Liaoning), Eastern Hebei, Northern Liaoning and Southern Jilin Complexes in the Eastern Block. The belt is generally referred to as the North China Granulite-Facies Belt, previously interpreted as the lowest part of an obliquely exposed crust of the North China Craton. Recent data indicate that the North China Granulite-Facies Belt is not a single terrane. Instead, it represents components of three separate terranes: the Eastern and Western Blocks and Trans-North China Orogen. Each of these units records different metamorphic histories and reflect the complex tectonic evolution of the NCC during the late Archean and Paleoproterozoic. Mafic granulites in the Eastern Block and the Yinshan Terrane (Western Block) underwent medium-pressure granulite-facies metamorphism at about 2.5 Ga, with anticlockwise P–T paths involving near isobaric cooling following peak metamorphism, reflecting an origin related to intrusion and underplating of mantle-derived magmas. Pelitic granulites in the Khondalite Belt (Western Block) underwent medium-pressure granulite-facies metamorphism at about 2.0–1.9 Ga, with clockwise P–T paths, which record the Paleoproterozoic amalgamation of the Yinshan and Ordos Terranes to form the Western Block. Mafic and pelitic granulites in the Trans-North China Orogen experienced high- to medium-pressure granulite-facies metamorphism at 1.85 Ga, with clockwise P–T paths involving nearly isothermal decompression following peak metamorphism, which are in accord with the final collision between the Eastern and Western Blocks to form the North China Craton at 1.8 Ga. The NCGB cannot therefore represent a separate unique terrane; instead it reflects the amalgamation of three separate granulite terranes that evolved independently and at different times.     

华北克拉通南缘太华杂岩组成及演化

太华杂岩位于华北克拉通南部,其组成复杂,记录了几乎所有早前寒武纪各阶段重要的地质事件;此外,由于其所处特殊地理位置,研究太华杂岩对于华北克拉通早前寒武纪地壳形成和演化、构造单元划分和基底拼合等都具有举足轻重的科学价值。本文综合已有的岩石学、变质作用、地球化学以及同位素年代学等诸多研究工作,得到以下阶段性结论和认识:1)将鲁山地区太华划分为以深成侵入岩为主的片麻岩系和以变质沉积-火山岩为主的表壳岩系;前者形成于中太古代晚期-新太古代早期,后者形成于古元古代晚期。而小秦岭地区太华杂岩中变质深成侵入岩形成时间跨度较大,为中太古代晚期-古元古代早期;而其上覆的火山-沉积岩可与鲁山太华杂岩的表壳岩类比,形成时间亦为古元古代晚期。2)中太古代-新太古代(2.91～2.50Ga)为华北克拉通南部大陆最主要的地壳形成时期。提出太华杂岩在太古宙经历了两期明显的地壳生长时间,一期发生在2.85～2.70Ga,以鲁山太华片麻岩系中的深成侵入岩和斜长角闪岩为代表;另一期发生在～2.50Ga,以小秦岭华山和崤山地区太华杂岩中各类花岗质岩石为代表。3)太华杂岩在所谓的全球陆壳生长"沉寂期(2.45～2.20Ga)"岩浆活动异常发育,推测这一时期的岩石形成于古元古代俯冲-汇聚环境,可能是与华北克拉通南部太古宙陆块和其他陆块汇聚-碰撞相关。4)太华杂岩在古元古代晚期普遍遭受了强烈的变质和变形,其变质程度主体为高角闪岩相,局部可达麻粒岩相,且记录了包含近等温降压退变质片段的顺时针变质作用P-T轨迹,经历了一个漫长的变质演化过程(1.97～1.80Ga),变质作用的时限跨度可达150Myr。5)提出华北克拉通南部曾经为一个统一基底,称之为"南部太古宙地块",此地块形成时间为新太古代末期(～2.5Ga)。该古老陆块经历了如下5个构造-演化阶段:(1)冥古宙-始太古代初始陆核形成;(2)中太古代-新太古代陆壳快速生长;(3)古元古代早期(～2.3Ga)岩浆活动异常活跃;(4)古元古代(2.30～1.97Ga)陆内拉伸-破裂;和(5)古元古代末期(1.97～1.80Ga)陆块最终拼合。     

胶北地区粉子山群碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素及其对胶-辽-吉带构造演化的制约

胶北地区粉子山群和荆山群是胶-辽-吉带重要的组成部分, 对粉子山群和荆山群中碎屑锆石的年龄分布和Hf同位素特征的研究, 有助于深入认识胶-辽-吉带古元古代构造演化过程。对粉子山群小宋组、张格庄组和巨屯组中碎屑锆石U-Pb定年结果表明, 其锆石谐和年龄分布在1842~3663Ma之间, 其中13颗锆石的变质边给出了1842~1877Ma的变质年龄, 指示粉子山群经历了古元古代晚期变质作用, 与荆山群变质作用时代一致。本次研究的三个组中都存在2.2~2.1Ga的碎屑锆石, 结合前人研究成果, 粉子山群主体应沉积于2.1~1.9Ga。粉子山群碎屑锆石的年龄峰和ε_Hf(t)值与胶北地区早前寒武纪岩浆岩基本一致, 表明其碎屑物质很有可能来自胶北地体。另外在巨屯组样品中发现约17%的新太古代晚期碎屑锆石具有明显偏低的ε_Hf(t)值(-5.79~-2.44), 可能由早期岩浆岩部分熔融而成, 这也暗示胶北~2.5Ga不仅发生大规模的初生地壳生长, 还存在早期地壳的重熔。粉子山群和荆山群碎屑锆石年龄分布特征基本一致, 均含有胶北特征的年龄峰(~2.7Ga和~2.9Ga), 结合二者空间分布特征、一致的变质作用时代以及顺时针的P-T-t轨迹, 本文认为粉子山群和荆山群可能均沉积于胶北地体一侧, 并随胶北地体向东南俯冲。

     

华北克拉通基底主要构造单元变质作用演化及其若干问题讨论

华北克拉通基底可分为三个太古宙微陆块(东部陆块、阴山陆块和鄂尔多斯陆块)和三个早元古宙活动带(孔兹岩带、华北中部带和胶-辽-吉带)。这些构造单元具有不同的变质作用时间和P-T 演化特征。东部陆块和阴山陆块晚太古宙基底岩系的变质作用发生在~2.5Ga,变质演化以等压冷却(IBC)逆时针P-T 轨迹为特征,反映变质作用的成因与大规模地幔岩浆底侵有关。孔兹岩带主期变质作用发生在~1.95Ga,变质演化以近等温减压(ITD)顺时针P-T 轨迹为特征,反映阴山陆块与鄂尔多斯陆块碰撞形成西部陆块的热构造过程。华北中部带变质作用发生在~1.85Ga,变质演化同样以近等温减压(ITD)顺时针P-T 轨迹为特征,反映了西部陆块和东部陆块最终碰撞形成统一的华北克拉通基底的构造过程。早元古宙胶-辽-吉带变质作用表现‘双变质带’特征: 西北带的北辽河群、老岭群和粉子山群的变质作用以中压顺时针P-T 轨迹为特征,而东南带的南辽河群、吉安群和荆山群的变质作用以低压逆时针P-T 演化为特征。华北克拉通基底变质作用演化地质图能更好地反映上述不同构造单元的变质作用演化特征。尽管岩浆弧、大陆裂谷和地幔柱模式都能解释东部陆块晚太古宙基底变质作用所具有的近等压冷却(IBC)逆时针P-T 演化特征,地幔柱模式能够更合理解释东部陆块所存在的宽达800 千米而时代近于相同的晚太古代火成岩带、大量科马提质超镁铁质岩石和双峰式火山岩、广泛发育的穹窿构造等。华北克拉通变质基底中具有石榴石-单斜辉石-斜长石-石英组合的高压基性麻粒岩和具有蓝晶石-钾长石组合的高压泥质麻粒岩的出露只局限在早元古宙华北中部带的北段和胶-辽-吉带的南端; 这些高压麻粒岩形成在俯冲和陆-陆碰撞的构造环境中。西部陆块孔兹岩带含假蓝宝石麻粒岩是碰撞后(~1.92Ga)拉伸引发地幔岩浆底侵导致局部地带发生超高温(UHT)变质作用的产物。     

SHRIMP U–Pb zircon dating of the Neoproterozoic Penglai Group and Archean gneisses from the Jiaobei Terrane, North China, and their tectonic implications

Archean basement gneisses and supracrustal rocks, together with Neoproterozoic (Sinian) metasedimentary rocks (the Penglai Group) occur in the Jiaobei Terrane at the southeastern margin of the North China Craton. SHRIMP U–Pb zircon dating of an Archean TTG gneiss gave an age of 2541 ± 5 Ma, whereas metasedimentary rocks from the Neoproterozoic Penglai Group yielded a range in zircon ages from 2.9 to 1.8 Ga. The zircons can be broadly divided into three age populations, at: 2.0–1.8 Ga, 2.45–2.1 Ga and >2.5 Ga. Detrital zircon grains with ages >2.6 Ga are few in number and there are none with ages <1.8 Ga. These results indicate that most of the detrital material comes from a Paleoproterozoic source, most likely from the Jianshan and Fenzishan groups, with some material coming from Archean gneisses in the Jiaobei Terrane. An age of 1866 ± 4 Ma for amphibolite-facies hornblende–plagioclase gneiss, forming part of a supracrustal sequence within the Archean TTG gneiss, indicates Late Paleoproterozoic metamorphism. Both the Archean gneiss complex and Penglai metasedimentary rocks resemble previously described components of the Jiao-Liao-Ji orogenic belt and suggest that the Jiaobei Terrane has a North China Craton affinity; they also suggest that the time of collision along the Jiao-Liao-Ji Belt was at 1865 Ma.     

Late Archean to Paleoproterozoic evolution of the North China Craton: key issues revisited

A recently proposed model for the evolution of the North China Craton envisages discrete Eastern and Western Blocks that developed independently during the Archean and collided along the Trans-North China Orogen during a Paleoproterozoic orogenic event. This model has been further refined and modified by new structural, petrological and geochronological data obtained over the past few years. These new data indicate that the Western Block formed by amalgamation of the Ordos Block in the south and the Yinshan Block in the north along the east-west-trending Khondalite Belt some time before the collision of the Western and Eastern Blocks. The data also suggest that the Eastern Block underwent Paleoproterozoic rifting along its eastern continental margin in the period 2.2–1.9 Ga, and was accompanied by deposition of the Fenzishan and Jingshan Groups in Eastern Shandong, South and North Liaohe Groups in Liaoning, Laoling and Ji’an Groups in Southern Jilin, and possibly the Macheonayeong Group in North Korea. The final closure of this rift system at ∼1.9 Ga led to the formation of the Jiao-Liao-Ji Belt. In the late Archean to early Paleoproterozoic, the western margin of the Eastern Block faced a major ocean, and the east-dipping subduction beneath the western margin of the Eastern Block led to the formation of magmatic arcs that were subsequently incorporated into the Trans-North China Orogen. Continued subduction resulted in a major continent-continent collision, leading to extensive thrusting and high-pressure metamorphism. The available age data for metamorphism and deformation in the Trans-North China Orogen indicate that this collisional event occurred at about 1.85 Ga ago, resulting in the formation of the Trans-North China Orogen and final amalgamation of the North China Craton.     

胶-辽-吉古元古代造山/活动带巨量变沉积岩系的研究进展

华北克拉通发育三条古元古代构造带,包括:东部陆块内部的胶-辽-吉带(Jiao-Liao-Ji belt)、西部陆块内部的孔兹岩带(Khondalite belt)以及两个陆块之间的中部造山带(Trans-North China Orogen)。通过二十多年的深入研究,在区域构造、变质地质、岩浆作用、地球化学、同位素年代学以及地球物理等方面积累了大量资料,并取得了一系列重要的科学进展。其中,胶-辽-吉带是华北克拉通最具代表性的一条古元古代造山/活动带,它不仅接受了古元古代巨量的陆壳物质沉积,而且经历了十分复杂的构造演化过程,并经受了多期岩浆-变质事件的改造。胶-辽-吉造山/活动带的物质组成最为丰富,以大面积分布的巨量(火山)沉积岩系为特征,在中国境内包括吉南地区的集安群和老岭群、辽东南地区的南辽河和北辽河群、胶北地区的荆山群和粉子山群,向南西则有可能穿越郯庐断裂延伸至徐州-蚌埠一带的五河群,总体呈NE向展布,延伸规模长约1000km。从巨量沉积岩系的岩石组合和空间分布特征来看,荆山群与南辽河群、集安群可以对比,而粉子山群则与北辽河群、老岭群相当。然而,由于多期/多阶段强烈构造变形作用的影响,原来各群、组中地层的上下层位及接触关系已完全破坏,目前均已呈规模不一的构造岩片形式叠置在一起,彼此之间呈断层或韧性剪切带接触。巨量变沉积岩系的源区物质主要来源于造山/活动带内古元古代花岗质岩石和两侧古老陆块的变质基底,原岩形成时代为1.95~2.15Ga左右。以往研究表明,胶-辽-吉造山/活动带变质作用的强度十分不均匀,(中-高压)麻粒岩相变质只局限于胶北的荆山群及相关岩石,而粉子山群以及辽东南的南、北辽河群和吉南的集安群、老岭群只经历了角闪岩相变质,局部甚至只达到绿片岩相变质。粉子山群、北辽河群和老岭群变质演化P-T-t轨迹具有顺时针型式,而荆山群、南辽河群和集安群的P-T-t轨迹则具有逆时针型式。本文最新研究发现,古元古代麻粒岩相变质作用并非只局限于胶北地区的荆山群及其邻区,而是贯穿于整个辽东南地区的南辽河群和吉南地区的集安群,其变质演化P-T-t轨迹与胶北地区荆山群泥质麻粒岩以及基性麻粒岩一样,均具有典型近等温减压(ITD)顺时针型式,整个胶-辽-吉造山/活动带的麻粒岩相峰期变质时代为1.9~1.95Ga左右。野外观察和室内岩相学研究表明,在麻粒岩相变质作用过程中,胶北的荆山群及相关岩石、辽东南的南辽河群以及吉南的集安群中的泥质麻粒岩均广泛发生了深熔作用,长英质脉体呈不规则细脉状、网脉状和透镜状分布于寄主岩石中,且与寄主岩石之间呈渐变过渡关系。深熔锆石U-Pb定年结果显示,区域性的深熔作用(或部分熔融)时代为1.84~1.86Ga之间,表明这期广泛的深熔事件应发生于胶-辽-吉造山/活动带整体构造折返的中-低压麻粒岩相退变质阶段。有关胶-辽-吉古元古代造山/活动带的空间展布、南北边界、延伸规律及其形成的大地构造背景一直存在着分歧和争议,最新研究表明,蚌埠-霍邱一带地表露头及其以西第四系覆盖区之下的花岗质岩石、基性麻粒岩和富Al片麻岩岩心,均记录了1.85~1.95Ga的麻粒岩相变质事件,暗示着胶-辽-吉造山/活动带更有可能穿越郯庐断裂,向鲁西南延伸至蚌埠-霍邱一带及其以西的第四系覆盖区之下的变质基底。而辽南地块和狼林地块大量1.85~1.95Ga变质热事件和1.8~1.9Ga、~2.1Ga两期岩浆事件的记录,则表明辽南地块和狼林地块(至少是一部分变质基底)曾卷入到胶-辽-吉古元古代构造演化事件之中。有关胶-辽-吉古元古代造山/活动带构造演化过程及其形成的大地构造背景,目前有三种构造模式,包括:裂谷开启-闭合模式、弧(陆)-陆碰撞模式和先裂谷-后碰撞造山演化模式,然而,带内异常复杂的巨量火山-沉积岩系的物质组成、多期/多阶段的岩浆作用事件、多种变质作用类型和十分复杂的变质演化P-T-t轨迹样式、多期/多阶段复杂的构造变形特征,难以采用上述任何一种构造演化模式来加以合理解释。由此可见,有关胶-辽-吉古元古代构造/活动带南侧边界需要进一步准确厘定,有关狼林地块和辽南地块的构造归属,特别是胶-辽-吉造山/活动带在古元古代构造演化的动力学过程及其形成的大地构造背景还有待进一步深入探讨。     

华北克拉通东南缘1.90~1.80 Ga陆-陆碰撞作用:来自胶北地体花岗-绿岩带的证据

胶北地体位于华北克拉通东南缘,其太古宙-古元古代的岩石组合包括斜长角闪岩、TTG片麻岩、花岗闪长岩、片岩和表壳岩等,显示出典型的花岗-绿岩带岩石系列特征,这一岩石系列对了解华北克拉通前寒武纪构造演化以及微陆块碰撞拼合过程具有重要的科学研究意义。本文通过详细的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析显示,胶北地体古元古代斜长角闪岩原岩、TTG片麻岩原岩和花岗闪长岩的结晶年龄分别为(1 881±18) Ma、(1 852±16) Ma和(1 840±9) Ma,同时记录了(2 332±32) Ma、(2 244±25) Ma、(1 935±21) Ma的继承年龄和(1 796±17) Ma的变质年龄。锆石Lu-Hf同位素结果显示ε_Hf(t)介于-4.7到3.9之间,地壳模式年龄(TDMc)介于2 784~2 289 Ma之间,表明胶北地体古元古代花岗-绿岩带岩石系列的形成在一定程度上受到了大陆地壳的混染作用。胶北地体古元古代斜长角闪岩具有低硅、高铁、轻重稀土元素分异较弱以及无明显Ce、Eu异常的特点,微量元素显示Nb、Ta负异常和Rb、Pb、K正异常的特征,与板内玄武岩的特征一致。TTG片麻岩和花岗闪长岩呈现出轻稀土元素富集型以及无明显Ce异常的特点,微量元素Nb、Ta、Ti、P的负异常和Rb、Pb、Zr、Hf的正异常等特征,与后碰撞花岗岩和板内花岗岩一致。地球化学特征表明:胶北地体古元古代花岗-绿岩带岩石系列的母岩浆是通过玄武质熔体的部分熔融作用产生的。结合前人研究,本文补充了相关岩石的年龄、同位素和地球化学证据,提出胶北地体存在1.90~1.80 Ga陆-陆碰撞作用,对理解华北克拉通古元古代陆-陆碰撞作用具有重要意义。     

冀西北怀安地体高级变质表壳岩的锆石年代学研究

位于华北克拉通中部造山带中北段的怀安地体与内蒙孔兹岩带相接,出露高压麻粒岩和退变榴辉岩等多种高级变质岩,是洞悉华北克拉通古元古代构造演化历史的重要窗口。研究区变质表壳岩包括夕线石榴长英质片麻岩、石榴长英质粒状岩石以及紫苏黑云二长片麻岩。阴极发光图像特征显示研究区样品的锆石主要包括碎屑锆石和变质锆石,其中碎屑锆石具有岩浆结晶环带,而变质锆石为单颗粒或围绕着继承性碎屑锆石边部生长,内部结构均匀,Th/U比值较低。锆石LAICP-MS U-Pb定年结果与前人研究结果综合表明该区变质表壳岩石的碎屑锆石的207Pb/206Pb年龄主要集中在~2040Ma,其原岩形成时代与孔兹岩带变泥质岩石相近,均为~2.0Ga。变质锆石记录其变质时代为1957~1804Ma,结合前人对怀安地区变泥质岩和变基性岩变质作用和年代学研究结果,推测得出1.95~1.92Ga代表了峰期(高压)麻粒岩相变质时代,1.90~1.85Ga代表峰后减压阶段变质时代,而1.85~1.80Ga代表退变质晚期的时代。怀安地区变质岩石可能卷入了阴山陆块、鄂尔多斯陆块以及东部陆块间的先后碰撞造山过程,并持续较长时间(1.95~1.80Ga),最终拼贴为统一的整体。     

崆岭杂岩中角闪岩类的年代学和地球化学

通过崆岭杂岩中角闪岩类的年代学和地球化学研究,以揭示黄陵结晶基底的形成及演化。崆岭杂岩主要由太古代的TTG片麻岩和角闪岩类岩石,以及早元古代孔兹岩系组成,角闪岩类以围岩或包体的形式存在于TTG片麻岩的周围和内部。角闪岩类围岩的全岩Sm-Nd等时线年龄为2 998.9 Ma,原生岩浆锆石的U-Pb年龄为3 013 Ma,均代表角闪岩类原岩的形成时间,且与包体状斜长角闪岩原岩的年龄(3.0 Ga)相同。说明以围岩或包体存在的角闪岩类,其原岩的形成年龄均为3.0 Ga。微量元素和Nd同位素地球化学特征指示,角闪岩类原岩形成的构造环境为大陆初始裂谷环境。角闪岩类岩石中变质新生锆石的U-Pb年龄为2 043 Ma,指示黄陵地区存在第Ⅲ期(2.1～1.9 Ga)角闪岩相热变质事件,且该期热变质作用将松散的陆源碎屑岩等变质为孔兹岩系,从而构成早元古代结晶基底,并与晚太古代稳定陆块焊结在一起,最终完成整个黄陵结晶基底的形成。     

Zircon U–Pb ages and Hf isotopic compositions of two types of supracrustal rocks in the Northeastern Sulu UHP terrane: constraints on the surface boundary between South China and North China

ABSTRACT

There are voluminous ultrahigh pressure-related orthogneisses and minor metamorphic supracrustal rocks in the northeastern Sulu UHP terrane (NSL), East China. The tectonic affinities of the supracrustal rocks are crucial for unravelling the deep continental subduction processes and locating the tectonic suture between the South China (SCB) and North China (NCB) blocks. In this contribution, we report new zircon U–Pb ages and Hf isotope data for the supracrustal rocks and metagabbros in the Zeku region of the NSL. In the Zeku region, the supracrustal rocks are spatially associated with granitic gneisses, metagabbros, and eclogites. Detrital zircon U–Pb analyses yield ages between 3.39 and 0.65 Ga that cluster as three major age populations including (1) 2.15–1.68 Ga with two subpeaks at ~1.83 Ga and~1.97 Ga, (2) 2.45–2.15 Ga with a peak at ~2.37 Ga, and (3) 0.79–0.65 Ga. In addition, there is a small age population between 3.39 and 2.61 Ga. The youngest age population of 0.79–0.65 Ga indicates that the Zeku supracrustal rocks must have been deposited after 650 Ma rather than during the Palaeoproterozoic as previously thought. The 210–190 Ma metamorphic ages suggest that the Zeku rocks were affected by Triassic collision–subduction and exhumation. Most of the Archaean-Palaeoproterozoic zircons have negative ε_Hf(t) values and two-stage Hf model ages concentrating at 2.4–3.4 Ga (peak at ~2.9 Ga), indicating that source rocks of these zircons were mainly derived from recycling of ancient crustal material. These ages, together with the Hf isotopic compositions and rock assemblages, indicate that the Zeku supracrustal rocks were mainly derived from the Precambrian basement rocks of the northern Yangzte Block and have a tectonic affinity to the SCB, rather than the NCB. Our results, together with previously published data, suggest that there are two types of supracrustal rocks with different zircon U–Pb ages and tectonic affinities in the NSL. On the basis of new data, we suggest that the surface boundary between the SCB and NCB in the Jiaodong Peninsula is a complicated tectonic mélange zone rather than a single fault.     

南苏鲁造山带的超高压变质岩及岩石化学研究

在南苏鲁造山带核部，古老的表壳岩和花岗质侵人岩经历了三叠纪的超高压变质作用，在超高压变质岩石抬升过程中经历了强烈的角闪岩相退变质作用改造。据岩相学和岩石化学研究，可以区分出六大类典型超高压变质岩：榴辉岩、石榴石橄榄岩、石英硬玉岩、石榴石多硅白云母片岩、硬玉石英岩和石榴石绿辉石文石岩。这些岩石的角闪岩相退变质产物分别是斜长角闪岩、蛇纹岩、长英质片麻岩、长石石英云母片岩、石英岩和大理岩。地球化学研究揭示，榴辉岩的原岩很可能是形成在大陆内部构造环境的拉斑玄武岩，而石榴石橄榄岩可能是起源于亏损的残余地幔。石英硬玉岩原岩包括正变质的花岗岩和奥长花岗岩、副变质的酸性火山碎屑岩和长石石英砂岩。大面积分布的古老花岗岩很可能是形成在大陆或大陆边缘环境。长石石英云母片岩、石英岩和大理岩的原岩为沉积岩，与副变质的长英质片麻岩和基性火山岩—起构成了古老的表壳岩组合。双峰式的酸性和基性火山岩组合的存在也证明部分表壳岩是形成在大陆环境。因此，可以推测南苏鲁造山带核部的超高压变质岩原岩为形成在大陆板内环境的沉积岩—酸性和基性火山岩—花岗岩和奥长花岗岩建造。     

鄂尔多斯地块基底研究新的思考与认识

鄂尔多斯地块基底岩芯岩石组合、花岗片麻岩的锆石U-Pb年龄、Hf同位素和全岩Nd同位素组成以及航磁异常和地壳速度结构特征表明,该地块中部沿大同-华池基底断裂带存在一航磁异常梯度带,沿该带南缘发育一条2.2~2.0Ga古元古代弧岩浆活动带,并经历了1.96~1.85Ga的变质作用改造,与东缘中部带古元古代中晚期构造演化过程一样,可能代表该地块内部古元古代中晚期形成的一条构造活动带。该活动带以北为东西向展布的正航磁异常带,基底由混合岩化的变泥质和杂砂质片麻岩、片岩及大理岩和石英岩等变质表壳岩和一些花岗片麻岩类构成,记录了新太古代末~2.50Ga和古元古代中期2.2~2.0Ga两期岩浆活动及古元古代末期1.95~1.85Ga变质作用等地质事件,为一主要由新太古代陆壳物质构成的陆块。活动带南部为北东向不规则正、负相间航磁异常带,基底除少量副变质岩外,多为花岗片麻岩类,记录了古元古代中期2.2~2.0Ga岩浆热事件以及1.95~1.85Ga的变质作用改造,除新太古代物质外,还存在古、中太古代陆壳物质,是由一定规模中太古代和部分古太古代陆壳物质以及新太古代新生陆壳添加构成的古老地块。因此,鄂尔多斯地块中部沿大同-华池断裂带成为分割该地块一条重要分界带,其北部地块与其北缘孔兹岩带构成同一构造带,可能代表新太古代陆壳基底之上于古元古代晚期发育的一条大陆边缘活动带。南部则为古、中太古代陆壳与新太古新生陆壳增生而成的古老地块,代表鄂尔多斯地块古老基底陆壳的主体。

     

北秦岭高压-超高压岩石的多期变质时代及其地质意义

在岩相学观察和锆石CL图像研究的基础上,利用LA-ICP-MS原位微区定年分析方法,本文确定北秦岭清油河退变榴辉岩的峰期变质时代为490±6Ma,退变质时代为453±9Ma,原岩形成时代为655±9Ma;松树沟超高压长英质片麻岩的峰期变质时代为497±8Ma,两期退变质时代分别为448±4Ma和421±2Ma,原岩形成时代上限832±25Ma;寨根石榴石辉石岩的峰期变质时代为498±2Ma,中压麻粒岩相退变质时代为450±3Ma,角闪岩相退变质时代为426±1Ma,原岩形成时代为573±40Ma;西峡北榴闪岩的角闪岩相变质时代为423±3Ma,原岩形成时代为843±7Ma。新确定的这些岩石的峰期变质时代与前人已报导的区内高压-超高压岩石的峰期变质时代在误差范围内基本一致,结合区内高压-超高压岩石不仅分布在秦岭岩群北缘的官坡-双槐树一带,而且断续出露在秦岭岩群中部或偏南侧的清油河北-松树沟-寨根北甚至西峡北东西一线,进一步表明它们应是同一期构造地质事件的产物。北秦岭已发现的全部正变质的高压-超高压岩石均呈透镜体状分布在围岩片麻岩中,松树沟超高压长英质片麻岩的原岩为典型的陆壳沉积物,因此,这些高压-超高压岩石的形成可能都是陆壳俯冲-深俯冲作用的产物。结合岩相学观察、锆石CL图像和锆石U-Pb定年表明,这些高压-超高压岩石在～500Ma经历了峰期变质作用后,又分别在～450Ma和～420Ma遭受了中压麻粒岩相和或角闪岩相退变质作用的叠加,充分说明这些高压-超高压岩石经历了一个完整的由陆壳俯冲-深俯冲、之后连续两次抬升的构造演化过程。另外,本次研究新获得的这些岩石的原岩形成时代介于843±7Ma～573±40Ma之间,结合官坡榴辉岩的原岩形成时代为791～814Ma以及松树沟榴闪岩原岩时代为787±16Ma的研究,共同表明北秦岭高压-超高压岩石的原岩形成时代均为新元古代,因此,限定俯冲-深俯冲的陆壳物质应来自形成时代为新元古代的大陆地壳或地质体。结合区域地质背景和前人研究成果综合分析,本文初步认为,北秦岭高压-超高压变质岩带的形成是商丹洋向北俯冲拖曳南秦岭新元古代陆壳物质在～500Ma发生陆壳俯冲-深俯冲作用的产物,之后在～450Ma与～420Ma经历了两期抬升。