大兴安岭的形成与演化历史:来自河漫滩沉积物地球化学及其碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成的证据

通过对发源于大兴安岭的主要河流河漫滩沉积物地球化学与从其分离出的锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成的系统研究,揭示河漫滩沉积物的稀土和微量元素与大陆上地壳组成基本一致。不同地段的河漫滩沉积物微量成矿元素含量存在明显的差别,可能反映了不同地段不同元素成矿的差异。大兴安岭最南部的西拉木伦河无论是从SiO2含量还是Nd同位素组成上,均反映有华北板块北缘物质的明显贡献;最北部的南翁河从Nd同位素组成上表明有西伯利亚板块南缘前寒武纪微陆块物质的贡献。大兴安岭河漫滩沉积物全样Nd亏损地幔模式年龄平均值与锆石Hf同位素亏损地幔模式年龄基本一致,分别为1.03Ga、1.01Ga。锆石U-Pb年龄最大值为2473Ma,对应的Hf亏损地幔模式年龄为3.75Ga,证明大兴安岭中古陆块基底是更老的陆块(3.75Ga)在古元古代的壳内岩浆作用过程中形成的,中元古代开始古陆块从母陆块分离,可能是古亚洲洋打开的前奏。中新元古代—早古生代末是从亏损地幔增生到大兴安岭区域地壳事件的最强烈阶段,形成古亚洲洋的洋壳与底侵于古陆块中的超镁铁质-镁铁质岩类。晚古生代是古亚洲洋洋壳消减俯冲的主要阶段,至晚二叠世大洋消失殆尽进入到陆内造山阶段。中生代受古太平洋构造域的影响,以底侵于古陆块中的幔源物质为主发生部分熔融,同时也有少量基底物质卷入到此期岩浆作用中,形成占现今该区出露地壳近80%的印支-燕山期火山-侵入岩,但此时基本为一个没有亏损地幔来源的物质直接参与的岩浆作用过程。     

大兴安岭的形成与演化历史:来自河漫沉积物地球化学及其碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成的证据

通过对发源于大兴安岭的主要河流河漫滩沉积物地球化学与分离出的锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成的系统研究,揭示河漫滩沉积物的稀土与其他微量元素与大陆地壳组成基本一致。不同地段的河漫滩沉积物微量成矿元素含量存在明显的差别,可能反映了不同地段不同元素成矿的差异。大兴安岭最南部的西拉木伦河无论是从SiO2含量还是Nd同位素组成上,均反映有华北板块北缘物质的明显贡献;最北部的南翁河从Nd同位素组成上表明有西伯利亚板块南缘前寒武纪微陆块物质的贡献。大兴安岭河漫滩沉积物全样Nd亏损地幔模式年龄平均值与锆石Hf同位素亏损地幔模式年龄基本一致,分别为1.03、1.01Ga。锆石U-Pb年龄最大值为2473Ma,对应的Hf亏损地幔模式年龄为3.75Ga,证明大兴安岭中古陆块基底是更老的陆块(3.75Ga)在古元古代的壳内岩浆作用过程中形成的,中元古代开始古陆块从母陆块分离,可能是古亚洲洋打开的前奏。中新元古代-早古生末是从亏损地幔增生到大兴安岭区域地壳事件的最强烈阶段,形成古亚洲洋的洋壳与底侵于古陆块中的超镁铁质-镁铁质岩类。晚古生代是古亚洲洋洋壳消减俯冲的主要阶段,至晚二叠世大洋消失殆尽进入到陆内造山阶段。中生代受古太平洋构造域的影响,以底侵于古陆块中的幔源物质为主发生部分熔融,同时也有少量基底物质卷入到此期岩浆作用中,形成占现今该区出露地壳近80%的印支-燕山期火山-侵入岩,但此时基本没有亏损地幔来源的物质直接参与岩浆作用过程。     

鄂尔多斯盆地延长组长7段凝灰岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成特征及其地质意义

鄂尔多斯盆地延长组长7优质烃源层中广泛分布了薄层和纹层状凝灰岩,凝灰岩中锆石U-Pb同位素年代学研究表明,长7段凝灰岩结晶年龄为234Ma左右。对比勉略缝合带、南秦岭的花岗岩的年龄,三叠系延长组凝灰岩应该形成于俯冲阶段。锆石的Hf同位素分析表明延长组长7段凝灰岩主要来自地壳岩石部分熔融,并且有一定的地幔物质加入。Hf同位素二阶段模式年龄大部分集中在1.1~1.3Ga,其中以1.2Ga为主峰,表明延长组凝灰岩主要来自元古代增生的地壳物质,在物质组成和时代上可能类似于南秦岭基底中的耀岭河群基性火山岩和郧西群酸性的混合。     

鄂尔多斯盆地西北缘奥陶纪凝灰岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素特征及地质意义

鄂尔多斯盆地西缘北段奥陶纪剖面中出露有火山凝灰岩夹层,它们是火山喷发的凝灰物质沉积的产物,其研究对于鄂尔多斯盆地奥陶纪年代地层格架的厘定和构造背景的确定有重要意义。本文报道了鄂尔多斯盆地西缘北段乌海地区哈图克沟剖面乌拉力克组顶部火山凝灰岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征。锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为454.9±3.4Ma,SHRIMP U-Pb年龄为456.4±4.2Ma,结合古生物地层学,将乌拉力克组的沉积时代厘定为中奥陶世达瑞威尔阶晚期—晚奥陶世桑比阶。锆石原位微区Hf同位素εHf(t)=+4.02~+10.98,n(176Hf)/n(177Hf)值变化范围为0.282 619~0.282 963之间,二阶段模式年龄变化范围为729~1178Ma。根据凝灰岩与研究区周缘造山带的锆石U-Pb年龄及Hf同位素特征对比判断火山凝灰岩物质应主要来自于其西南方向的北祁连造山带和/或北秦岭造山带。鄂尔多斯盆地西缘和南缘广泛分布的火山凝灰岩具有一致的就位时间和物源,表明盆地西缘和南缘都受到了中—晚奥陶世北祁连和/或北秦岭洋壳俯冲引起的火山弧喷发的影响。     

鄂尔多斯盆地长城系碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素研究

沉积盖层的碎屑锆石内部结构和年龄谱是了解碎屑沉积岩形成环境和物源区的重要研究对象。本文报道了鄂尔多斯盆地3口钻井中的4个长城系(变质)沉积岩样品的碎屑锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素分析结果。结果表明,主年龄峰值为～1. 8Ga,另外,在～2. 5Ga存在一个次年龄峰值,最年轻碎屑锆石年龄为～1. 6Ga,但存在大的误差。锆石的Hf同位素组成存在很大变化,εHf(t)值变化范围为-10. 5～+6. 7。结合前人研究,可得出如下结论:(1)鄂尔多斯盆地长城系底界沉积时代小于1. 7Ga,与华北克拉通东部的类似;(2)鄂尔多斯盆地长城系碎屑沉积物来自其北部古元古代孔兹岩系和/或鄂尔多斯变质基底本身;(3)鄂尔多斯盆地长城系与华北克拉通东部地区长城系形成于类似的构造环境,如大陆裂谷或坳拉槽。     

宁芜盆地火山-次火山岩的锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成及其地质意义

宁芜火山盆地是长江中下游重要的火山盆地之一,在盆地内自下而上依次发育龙王山组、大王山组、姑山组和娘娘山组火山岩和若干个同源次火山岩或小侵入岩体。本文对宁芜盆地火山-次火山岩进行了详细的锆石U-Pb年龄和Hf同位素地球化学研究。研究结果表明,大王山组粗安岩锆石U-Pb年龄为130.3±0.9Ma,姑山组两个粗安岩锆石U-Pb年龄分别为128.2±1.3Ma和128.5±1.8Ma,另外三个侵入岩年龄分别为127.1±1.2Ma、128.3±0.6Ma和128.2±1.0Ma,均为早白垩纪。综合前人成果,认为长江中下游地区火山盆地内火山活动的时限在135～124Ma之间,不存在侏罗纪岩浆活动。宁芜盆地火山岩和侵入岩的锆石176Hf/177Hf值在0.282502～0.282673范围内,εHf(t)变化为-6.9～-0.7,显示岩浆源自于岩石圈富集地幔部分熔融并在上升过程中受地壳物质的混染,为岩石圈伸展环境的产物。     

鄂尔多斯盆地西南缘二叠系上石盒子组碎屑锆石U-Pb年龄与地质意义

运用碎屑锆石LA-ICP-MS锆石U-Pb测年方法,结合碎屑锆石矿物特征、阴极发光图像和年龄谱分布特征,对鄂尔多斯盆地西南缘麟游地区二叠系上石盒子砂岩进行了碎屑物源分析。结果表明:碎屑锆石U-Pb年龄分布主要包含3组峰值年龄:1864 Ma、2500 Ma和441 Ma,另外具有一颗3.3 Ga古老的碎屑锆石年龄及一组次级年轻年龄组299~363 Ma。1864 Ma和2500 Ma两组峰值的锆石颗粒约占总体的82.2%,表明二叠纪末上石盒子期华北克拉通为鄂尔多斯盆地西南缘提供主要物源,3.3 Ga年龄的存在也指示其来源于华北克拉通;441 Ma峰值的锆石颗粒约占总数的10.4%,指示其可能来自秦岭-祁连造山带,由于缺少800~1000 Ma的新元古代年龄,表明秦-祁造山带在上石盒子期抬升及剥蚀程度较低;299~363 Ma年龄组指示其可能来源于华北克拉通北缘的兴-蒙造山带岩浆弧。     

华北克拉通中部阜平杂岩的演化及其构造属性:来自湾子表壳岩碎屑锆石U-Pb年龄及Hf同位素证据

出露于华北克拉通中部带太行山区的阜平杂岩经历了角闪岩相至麻粒岩相变质作用,传统上视为古老的太古宙地层,其形成历史和演化对正确理解华北克拉通前寒武地质有着十分重要的意义.     

华北克拉通东部及苏鲁造山带的地壳生长: 来自现代河流碎屑锆石的U-Pb定年和Hf同位素证据

来自年轻沉积物或现代河流的碎屑锆石是研究大陆地壳生长演化的理想载体.为揭示华北克拉通东部和苏鲁造山带大陆地壳的生长演化, 采集了中国东部大清河、潮白河、辽河、大沽河和胶莱河的5个地方的河沙样品, 并对分选出来的碎屑锆石进行了LA-ICP-MS和MC-LA-ICP-MS U-Pb定年和Hf同位素微区原位分析, 获得了396个锆石U-Pb谐和年龄及其对应的Hf同位素组成.2.4~2.5 Ga和1.8~1.9 Ga两个年龄特征峰指示大清河、潮白河和辽河的碎屑锆石来源于华北克拉通东部.辽河一部分100~500 Ma的锆石具有正的ε_Hf(t)值和年轻的Hf模式年龄, 显示出显生宙的地壳生长.苏鲁造山带大沽河和胶莱河的碎屑锆石U-Pb年龄分布相对比较复杂, 但锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征表明其为华北克拉通和扬子克拉通的混合来源.来自大清河、潮白河和辽河的锆石U-Pb年龄和Hf同位素证据, 表明华北克拉通东部地壳生长的主要时期为2.4~3.0 Ga, 并在2.6~2.7 Ga时处于生长的最高峰, 次一级的生长期为1.3~2.3 Ga, 而在其他阶段几乎没有地壳的生长或者不明显.华北克拉通东部现存大陆地壳的80%来源于太古代和古元古代的生长, 而自古元古代开始大陆地壳的演化就以古老地壳的重熔再改造为主.此外, 大沽河碎屑锆石的Hf同位素组成揭示出苏鲁造山带在古生代(300~500 Ma)存在明显的地壳生长.      

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.     

晋陕交界涑水杂岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成及其地质意义

涑水杂岩作为华北克拉通南部早前寒武纪变质基底杂岩的重要组成部分,以中条山地区出露最好且研究程度最高。在晋陕交界处的韩城和河津地区也有零星的古老变质基底杂岩出露,通常认为是中条山地区涑水杂岩的西延。用LA-ICP-MS锆石U-Pb方法测得研究区内的基底岩石角闪斜长片麻岩、透辉斜长片麻岩和二长花岗片麻岩原岩的形成年龄分别为2260±28Ma、2053±34Ma和2098±27Ma,表明晋陕交界处涑水杂岩的形成年龄明显小于中条山地区的涑水杂岩,其形成时代主要应为古元古代早期,而非太古宙。锆石Hf同位素显示,所分析的锆石多数具有低εHf(t) 值,最低可达-6,其二阶段模式年龄为2630~2933Ma,表明这些形成于古元古代的岩石为太古宙岩石再循环的产物,暗示在晋陕交界处可能存在太古宙的古老地壳物质,同时也支持华北克拉通南部太古宙地块划分的推论。     

碎屑沉积岩/沉积物Sm-Nd、U-Pb与Hf同位素的化学地球动力学意义

碎屑沉积岩能有效记录它们的源区。碎屑沉积岩的Nd同位素组成及其中锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成是解析碎屑物质源区、源区壳-幔相互作用及不同块体间相互作用的关键方法。全岩/全样的Nd模式年龄可以指示其源区地壳从亏损地幔分离的平均时间,而锆石Hf同位素模式年龄能够揭示出所测锆石颗粒其形成时的源区特征。细粒碎屑沉积岩/沉积物化学组成代表了其源区上地壳在风化、搬运、沉积过程中不溶于水的Nb、Ta、Zr、Hf、Sc、Ti、Th、REE等的平均组成。实践表明,华北板块、扬子板块、以大兴安岭为代表的中亚造山带东部具有明显不同的形成与演化历史。大兴安岭的地壳增生主要发生于新元古代—古生代期间。由碎屑沉积岩进行化学动力学分析时,应充分系统考虑地质过程的复杂性,将宏观与微观相结合、局部与整体相结合。     

怀安麻粒岩锆石U-Pb年代学及Hf同位素：华北北缘下地壳增生再造过程研究

怀安杂岩体位于华北克拉通中北部,出露太古代-元古代的角闪岩相-麻粒岩相高级变质岩,记录了华北克拉通复杂的地壳形成和演化史.本文对其中的镁铁质麻粒岩和长英质麻粒岩进行了岩石学及锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究,并在此基础上对其形成过程及所反映的华北北缘古老下地壳的增生再造过程进行讨论.镁铁质麻粒岩主要矿物组合为Cpx+ Pl+ Qz±Opx±Hb±Grt,粒状变晶结构,局部发育石榴子石的“白眼圈”现象,表明经历了高压麻粒岩相及后期近等温减压退变质作用过程.选择其中矿物组成为Cpx、Pl和少量Qz的单斜辉石麻粒岩进行锆石定年获得2461±20Ma的原岩形成年龄.这些岩浆锆石的εHf(t)为+2.1 ～ +9.7,最高值接近当时的亏损地幔值,其Hf亏损地幔模式年龄(tDM)集中在2.6～2.7Ga之间,最小为2412Ma和2461 Ma,接近原岩形成年龄.长英质麻粒岩主要组成矿物为Pl+ Kfs+ Cpx+ Qz+ Opx,粒状变晶结构.锆石测年获得2458±46Ma的原岩形成年龄.这些锆石εHf(t)范围为+2.9～ +5.3,锆石Hf两阶段模式年龄(t.ust)集中在2.8 ～2.7Ga之间.怀安麻粒岩的这些特征显示怀安地区在～2.5Ga发生亏损地幔的部分熔融,为单斜辉石麻粒岩提供了原岩物质,同时可能引起了先存(≥2.7Ga)地壳的重熔,即存在地壳再造,进一步为长英质麻粒岩提供了原岩物质.单斜辉石麻粒岩和长英质麻粒岩原岩都形成于～2.5Ga.     

华北克拉通五台群LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和Hf同位素特征

通过对五台群石咀亚群金刚库组4个典型样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究,对五台群的形成时代及华北克拉通新太古代—古元古代期间的地壳演化进行了探讨。锆石U-Pb同位素测定结果表明,侵入金刚库组中的片麻状花岗岩锆石的U-Pb年龄为2548Ma,因此五台群的上限年龄约为2.5Ga;金刚库组黑云母石英片岩和片麻状石英闪长岩的原岩锆石U-Pb年龄分别为2663Ma和2636Ma,因此五台群的下限年龄约为2.7Ga。五台群的地质年龄为2.5~2.7Ga,属于新太古代。锆石Hf同位素研究结果表明,黑云母石英片岩和片麻状石英闪长岩的二阶段Hf模式年龄(tDM2)均为2.8Ga左右,指示2.8Ga左右是五台山区乃至整个华北克拉通地壳生长的重要时期;片麻状花岗岩tDM2平均为2.57Ga,与锆石结晶年龄非常接近,表明2.5Ga左右也是华北克拉通地壳的主要增生期。地壳的增长是幕式的,2.8Ga和2.5Ga都是华北克拉通地壳生长时期。     

莫河花岗岩的锆石U-Pb和Lu-Hf同位素研究：柴北欧龙布鲁克微陆块始古元古代岩浆作用年龄和地壳演化约束

欧龙布鲁克微陆块具典型的基底与盖层二元结构,基底自下而上由德令哈杂岩、达肯大坂岩群和万洞沟群三个岩石-构造单元组成.应用LA-ICP-MS测定了德令哈杂岩中的莫河花岗岩体的27个颗锆石的U-Pb同位素成分,其中26颗锆石发生不同程度的放射成因铅同位素丢失,其不一致线上交点年龄为2470＋19/-18 Ma.应用LA-MC-ICP-MS测定了25颗锆石的Hf同位素成分,其中岩浆结晶成因的23颗锆石的Hf（2470 Ma）=0.28129～0.28140,平均值0.28134±0.00003;εHf值的变化范围2.94～6.95,加权平均值4.58＋0.54/-0.76,长英质地壳存留年龄TCDM=2.54～2.75Ga,加权平均值2.66＋0.04/-0.02 Ga.以上数据将该花岗岩的形成年龄约束在2470 Ma,其岩浆来源于地幔物质的部分熔融,指示欧龙布鲁克微陆块在～2.5 Ga的地壳增生事件.     

捕虏体麻粒岩锆石U-Pb年龄和铪同位素:华北地块下地壳的形成与再造

利用激光剥蚀技术,在背散射研究基础上系统分析了辽宁复县基性麻粒岩、河南信阳酸性麻粒岩以及河北汉诺坝中性麻粒岩捕虏体锆石U-Pb年龄和铪同位素。结果表明,复县基性麻粒岩锆石上、下交点年龄分别记录了2620-2430 Ma的岩浆结晶和1904-1842 Ma的变质作用;1个样品有与变质作用相似的上交点年龄(1927 Ma)和605 Ma的下交点年龄(示锆石再生长)。老年龄锆石的εHf>0并有高达2.8 Ga的铪模式年龄;再生长锆石的εHf值和模式年龄分别是7.0-34.1和1.6-1.7 Ga。信阳酸性麻粒岩锆石的上、下交点年龄分别为3655-3670 Ma和1767-1981 Ma,有低的εHf值(0--41.1,平均-13)、很高的模式年龄(3.8-4.0 Ga);1个样品记录着2.5 Ga下地壳物质在2.1-1.9 Ga时的再熔融过程。汉诺坝中性麻粒岩除有2489-2447 Ma的年龄外,85％锆石的207Pb/206Pb年龄为1842±40 Ma,εHf值多近于零,个别高达+9.2-+10.2。华北南缘与北部一样,也有早太古代的下地壳。3.6 Ga以上的下地壳的初始物质来自4.0 Ga前的原始地幔。华北自早太古代初始陆核形成以来,至少经历了3.8-3.6 Ga时的再熔融过程和2.7-2.5 Ga及1.9-1.8 Ga时有大量地慢物质加入的下地壳再生长阶段。600-700 Ma间下地壳的改造过程可能与软流圈上涌的热作用有关;伴随晚中生代强烈的软流圈-岩石圈     

U‐Pb Ages and Hf Isotope of Zircons from a Carbonatite Dyke in the Bayan Obo Fe‐REE Deposit in Inner Mongolia: its Geological Significance

Detailed studies on U-Pb ages and Hf isotope have been carried out in zircons from a carbonatite dyke associated with the Bayan Obo giant REE-Nb-Fe deposit, northern margin of the North China Craton(NCC), which provide insights into the plate tectonic in Paleoproterozoic. Analyses of small amounts of zircons extracted from a large sample of the Wu carbonatite dyke have yielded two ages of late Archaean and late Paleoproterozoic(with mean 207 Pb/206 Pb ages of 2521±25 Ma and 1921±14 Ma, respectively). Mineral inclusions in the zircon identified by Raman spectroscopy are all silicate minerals, and none of the zircon grains has the extremely high Th/U characteristic of carbonatite, which are consistent with crystallization of the zircon from silicate, and the zircon is suggested to be derived from trapped basement complex. Hf isotopes in the zircon from the studied carbonatite are different from grain to grain, suggesting the zircons were not all formed in one single process. Majority of εHf(t) values are compatible with ancient crustal sources with limited juvenile component. The Hf data and their TDM2 values also suggest a juvenile continental growth in Paleoproterozoic during the period of 1940–1957 Ma. Our data demonstrate the major crustal growth during the Paleoproterozoic in the northern margin of the NCC, coeval with the assembly of the supercontinent Columbia, and provide insights into the plate tectonic of the NCC in Paleoproterozoic.