华北地台太行—五台和阴山地块地南物质组成：岩石？…

在模拟地壳的温度和压力条件下,测定了华北地台太行－五台和阴山地块的主要变质碉群和侵入岩共５４个岩石样品的纵波速度。各类岩石的υｐ在约４－１０ｋｍ深度内上升很快,在１０－２５ｋｍ内深度内的υ都趋于恒定。综合对比地壳的波速结构和岩石的波速特征表明,在太行－五台地块,五台群,滹沱群和古老花岗岩岩类构成上地壳,阜平群和恒山群构成中地壳,集宁群代表了地壳的岩石组成;     

华北克拉通太古宙地壳演化和最古老的岩石

简要总结了华北克拉通太古宙地壳演化的规律、认识及存在的问题,特别是近年来在最古老的岩石和锆石年代学研究方面取得的进展。华北克拉通构造热事件主要发生在约2.5Ga,导致大规模陆壳的形成。仅在鲁西、胶东等少数地区有较大规模的约2.7Ga的地质体存在。古元古代晚期的陆陆碰撞使华北克拉通最终形成统一的整体。最近对鞍山地区的研究发现大量3.6～3.8Ga的岩石和锆石。在冀东、信阳、焦作及其他地区也有始太古代—古太古代的岩石和锆石存在。华北克拉通可能存在几个不同的古太古代—始太古代陆核。     

大陆下地壳物质组成和同位素组成及其指示意义

采用统计方法对20组世界各地大陆下地壳组成的估计值进行分析，其结果表明大陆下地壳组成具双峰式分布特征，峰值代表了A、B两种元组分。组分A为幔源垫托岩浆的结晶分凝产物，组分B为古老的大陆壳物质。大陆下地壳物质组成和同位素成分确定和探讨对建立恰当大陆动力学模型具有深元的指示意义。     

天然火山作用探测华北下地壳组成、结构及其形成过程

与中上地壳相比，对下地壳组成、结构的认识受限于样品的获取，然而天然火山作用携带的下地壳捕虏体可以为了解下地壳提供关键样品。华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，显生宙以来的火山作用携带有丰富的下地壳捕虏体，为探测华北下地壳组成、结构及其形成过程提供了可能。通过对这些捕虏体定深、定性及定年的综合研究，构建了以信阳，莒南，汉诺坝和女山等典型地区为代表的下地壳组成、结构剖面模型。这些剖面表明，华北克拉通下地壳具有分层的特点，且上老下新，暗示可能与底侵作用有关。其中捕虏体的锆石U- Pb年龄和Hf同位素的研究，揭示了该克拉通下地壳复杂的形成与演化过程：最古老的组成部分可能老至~4. 0 Ga冥古宙，此后经历了3. 80~3. 65 Ga古太古代的再造作用，2. 8~2. 5 Ga 新太古代和2. 3~1. 8 Ga 古元古代的增生与再造共存，同时还经历了显生宙以来包括462~220 Ma，140~90 Ma和47~45 Ma的增生与再造事件。     

东秦岭华北地台区岩浆活动的时代及地壳增长和再改造

同位素年龄资料表明,东秦岭华北地台区,先后在晚太古－早元古代（太华群火山岩）、早中元古代（熊耳群火山岩、张家坪片麻状花岗岩）、中元古晚期－晚元古早期（龙王幢碱性花岗岩）、晚元古代（陶湾群火山岩）、古生代（洛南粗面质火山岩）和中生代等时期,发生过岩浆活动。Ｓｍ－Ｎｄ同位素地质研究揭示,在上述几个时期岩浆活动中,晚太古代和早中元古代的岩浆活动与地壳增长有关,其它时期岩浆活动主要反映地壳自身的再改造。另外,就华北地块大陆地壳整体看,地壳的增长从早太古代至少持续到早元古代。东秦岭华北地台区,在中元古代早期仍然存在有壳－幔分异作用。     

华北克拉通破坏过程中下地壳的改造——捕虏体证据

华北克拉通出露的前寒武纪麻粒岩地体和显生宙不同时期火山岩中的麻粒岩捕虏体是地质历史上不同时期下地壳的代表性样品,对它们的对比研究为华北克拉通下地壳的演化提供了重要制约。本文在前人工作基础上,主要从地体麻粒岩和不同时代火山岩中捕虏体麻粒岩的锆石年代学和Hf同位素组成特征角度,指出在华北克拉通岩石圈破坏过程中,不仅岩石圈地幔发生了减薄和改造,岩石圈地幔之上的下地壳也发生了不同程度的减薄和改造,这种改造存在区域上的差异,包括改造的时间、改造的程度等。下地壳的改造方式主要以幔源岩浆的底侵为主,古老地壳物质的重熔也是可能的一种方式。     

上部地壳岩石流动与显微构造演化--天然与实验岩石变形证据

岩石流动性和变形显微构造的发育直接受温度、压力、应变速率和流体相等制约 ,致使在不同地壳层次岩石的流动性表现出很大的差异。对上部地壳环境条件下天然和实验变形岩石的显微构造分析揭示出一系列具有不同特点以及由不同的成核、扩展和联合方式形成的破裂与微破裂型式的存在。讨论了在上部地壳环境中 ,温度与围压的变化对岩石破裂的影响 ,并阐述了高压破裂与低压破裂及其力学、流变学和显微构造特点 ,提出高压破裂对应于天然变形环境下出现的剪切 (挤压 )破裂 ,而碎裂岩带是典型的天然低压破裂 ,其低压环境的出现可以是浅部低围压或深部高流体压力所致。流体相的存在不仅可以引起石英 ,也可以引起方解石类碳酸盐岩矿物的水解弱化 ,并进而导致岩石流动机制的转变。岩石变形及流体等因素所致的岩石粒度变化 ,则从另一个方面影响着上部地壳岩石流动性的变化。从变形环境考虑 ,随着深度的加大 ,温度和压力升高 ,导致岩石由脆性向韧性转变 ;转变域内岩石的变形是一个复杂过程 ,是多种不同脆性和晶质塑性机制的综合。     

华夏地块:一个由古老物质组成的年轻陆块

对华夏地块三个主要前寒武纪地质体出露区变质岩的详细锆石年代学的综合分析显示,华夏地块大致可以被分成武夷山区和南岭-云开区。武夷山区由古元古代核和新元古代（形成于730-820 Ma）的盖层组成,构成华夏地块最老的古陆,在其深部很可能还存在一个新太古代基底。新元古代的沉积物主要来自武夷微古陆本身。南岭与云开具有相似的前寒武纪地壳组成,它们主要是由新元古代形成的沉积物夹少量火山岩组成。这些沉积物质中包含了非常古老的中太古代和新太古代组分,甚至古太古代组成。Grenville期和中元古代组分是其中最丰富的。这些组分在华夏没有对应出露的岩石,说明它们主要来自另外一个曾经与华夏相邻的陆块。该陆块很可能是东印度－东南极大陆。南岭－云开区最初可能是Rodinia超大陆裂解时形成的一个裂谷盆地,加里东的造山运动使盆地中的沉积物挤压、褶皱和隆起,与武夷陆块共同构成了一个新的年轻的大陆     

华北克拉通新太古代地壳增生:来自山西云中山地区TTG片麻岩和二长花岗片麻岩的证据

通过详细的野外地质工作,本文在山西云中山地区识别出一套岩石组合完整的TTG片麻岩岩系,与TTG片麻岩共生的还有后期发育的二长花岗片麻岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,花岗闪长质片麻岩的形成时间为2486±9Ma,二长花岗片麻岩的形成时间为2448±11Ma。地球化学特征显示研究区TTG片麻岩为高铝TTG。奥长花岗质片麻岩总体表现为高SiO_2(69.82%~73.54%)、富Na_2O(4.19%~5.16%)、高CaO(1.45%~3.03%)的特征,Al_2O_3含量为14.31%~15.74%,铝饱和指数(A/CNK)为1.00~1.03,属富钠过铝质系列岩石;英云闪长质片麻岩的特征与奥长花岗片麻岩基本相似,但K_2O含量更低,CaO含量更高;花岗闪长质片麻岩SiO_2(61.23%~61.97%)含量相对偏低,Na_2O/K_2O为1.00~1.32,Al2O3含量为15.03%~15.73%,铝饱和指数(A/CNK)为0.96~1.05,为准铝质或过铝质系列岩石。与上述TTG片麻岩不同的是,本区出露的二长花岗片麻岩表现为富钾(K_2O/Na_2O=1.22~1.44)、贫Al_2O_3(12.81%~14.27%)的特征。岩石稀土总量较低(∑REE=52.71×10~(-6)~262.0×10~(-6)),轻稀土富集,重稀土亏损,轻、重稀土强烈分馏。微量元素具有富集K、Rb、Th等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti等元素的特点,Cr、Ni等相容元素含量也较低,表现出岛弧岩浆的特征。花岗闪长片麻岩和二长花岗片麻岩εHf(t)值均为正值,前者成岩年龄与二阶段模式年龄较为接近,暗示其来源为2.5~2.6Ga的新生地壳,而后者成岩年龄与二阶段模式年龄则相差较多,其测点大都落在2.7~2.8Ga地壳演化线的区域内,表明二长花岗片麻岩来自于2.7~2.8Ga的古老地壳。根据上述地球化学特征,并结合区域地质特征,推测研究区高Al的TTG片麻岩是"平俯冲"状态下洋壳部分熔融的产物,而二长花岗片麻岩为底侵古老地壳部分熔融的产物,形成于大陆边缘弧的构造环境,代表云中山地区一次重要的以水平增生为主的地壳生长事件,同时也表明在新太古代末期,云中山地区已完成克拉通化,进入陆内演化阶段。     

地球深部物质科学——在静高压大腔体实验研究方面的某些进展

介绍近年来使用静态超高压大腔体实验技术 ,在模拟地球内部的高温高压条件下 ,对地球物质进行的若干物理和化学性质的实验研究。高压同时高温条件下多种岩石样品的弹性波速就位测量揭示出物质的声软化现象和振幅效应 ;高温高压下陨石和岩石的熔融结晶实验发现了陨石硅酸盐相的不混溶现象以及玄武岩熔体结构的变化 ,在玄武岩转变为榴辉岩的实验中观测到了刚玉相 ;在高温高压水的实验中 ,发现了冰 Ⅶ 的亚稳相和熔融前效应以及超临界水及其稀溶液的一些新性质。这些实验结果为探索地球深部物质的性质和状态以及迁移和演化提供了新的依据。     

冀北发现具鬣刺结构的超基性岩

冀北具鬣刺结构的超基性岩呈透镜状，产于华北克拉通北缘的早元古宙红旗营子群黑云斜长片麻岩之中。富MgO，贫CaO，A12O3和FeO*＝0．86，TiO2介于0．01％-0．02％之间，与SSZ型蛇绿岩中相应岩石的TiO2含量相当。原始地幔标准化的过渡元素配分型式表现为不对称的“W”型，在TiO2和Cu处形成两个明显的负异常“谷”。据此地球化学特征意味着它们可能来自于消减带之下上地幔，为上地幔高度部分熔融的残余物。岩石中鬣刺结构可能是叶蛇纹石高压分解的结果，表明研究区某些变质橄榄岩岩块曾经受过俯冲—消减作用。     

华北裂陷盆地不同块体地壳结构及演化研究

通过对华北裂陷盆地内不同块体的深地震测深资料处理 ,得到与构造演化过程相关的、不同性质块体的地壳结构特征。盆地隆起区块体地壳一般呈均匀成层 ,速度随深度逐层增加 ,保留了古大陆地壳块体的稳定结构特征 ;盆地坳陷区块体地壳松散巨厚的表层沉积、通常低速占主导的壳内构造、强反射的下地壳和高低速相间的薄互层壳 幔过渡带 ,反映了上地幔物质上隆、侵入、地壳增温、张裂等塑、脆性变形改造的新生地壳构造。讨论了这两类截然不同块体地壳构造的地球动力学演化及形成。裂陷区内中强地震的孕发和深源矿产、油气生贮存等都与这两类块体地壳结构、构造密切相关。     

中国大陆现今构造运动的GPS速度场与活动地块

GPS观测结果给出了在欧亚参考框架下周边板块的运动状态 ,印度板块的运动方向约NE2 0° ,速度是 40～ 42mm/a ;北美板块的运动方向约NW 2 80°～ 2 90° ,速度是 2 1～ 2 3mm/a ;菲律宾板块的运动方向是NW 2 90°～ 310° ,速度是 37～ 45mm/a ;哈萨克—西伯利亚地盾的运动方向约NE130° ,速度是 3～ 5mm/a。GPS所揭示的中国大陆现今运动场清晰地表现出了以活动地块为单元的分块运动特征。文中给出了各主要活动地块的运动方向和速度。大部分活动地块内部结构完整 ,以整体性的运动为主 ;个别活动地块内部发生构造变形 ,地块的整体性不好。中国大陆以活动地块为单元的现今构造变形可能与大陆岩石圈的结构和性质有关 ,上地壳以脆性变形为主 ,下地壳和上地幔以粘塑性的流变为特征 ,从底部驱动着上覆脆性地块的整体运动。     

华北克拉通构造活化的动力学机制与模型

在分析现有华北克拉通构造活化动力学机制研究成果和资料的基础上,简要讨论了两类可导致华北克拉通减薄的动力学机制:"热侵蚀"减薄机制和"拆沉"减薄机制。指出了与这两类动力学机制所相应的科学理论,即Rayleigh-Benard非稳定性理论和Rayleigh-Taylor非稳定性理论。考虑到这两类科学理论的局限性,建议采用孔隙波在大陆岩石圈内传质传热模型描述华北克拉通构造活化动力学机制的量变过程(即能量积累过程),同时进一步完善和修正现有的Rayleigh-Benard非稳定性理论和Rayleigh-Taylor非稳定性理论,为实现在空间和时间上定量化重现华北克拉通构造活化动力学过程的数值仿真创造必要的条件。     

华北克拉通南缘早白垩世中基性火山岩成因及其地质意义

平顶山早白垩世大营组中基性火山岩样品为钾质和钾玄岩石系列,主要由粗安岩组成,属于偏铝质岩石。低MgO(2.25%~2.88%)和Cr(17.5~30.0μg/g)、Ni(17.4~23.3μg/g),高Al2O3(17.32%~17.56%)和K2O(4.43%~4.56%),K2O/Na2O>1。稀土表现出LREE富集的右倾平滑分布型式,(La/Yb)CN=14.0~14.7,HREE弱分馏,(Gd/Yb)CN=2.42~2.66,富集Rb、Ba、K、LREE和亏损Nb-Ta、Th,弱的Sr正异常。Sr-Nd同位素较富集87Sr/86Sr(t)=0.706877~0.707005,εNd(t)=-10.9~-11.6。大营组中基性火山源区岩的稀土、微量元素地球化学和同位素组成类似于晚中生代苏鲁造山带基性火山岩,北大别镁铁-超镁铁质侵入体和北淮阳中基性火山岩(Fanetal.,2001,2004;Wangetal.,2005),暗示其可能具有相似的岩石成因,即大营组中基性火山来自于古老陆下岩石圈地幔和深俯冲的扬子下地壳混合源区的部分熔融作用,说明华北和扬子陆块在三叠纪碰撞过程中,扬子陆壳深俯冲再循环进入华北岩石圈地幔,其形成与板块俯冲作用没有直接的动力学关系,而形成于陆内伸展拉张环境下。     

扬子崆岭新太古代壳-幔地球化学特征及其与华北克拉通-大别造山带的对比

认识华北与扬子克拉通太古宙时期是否属同一岩石圈块体以及大别造山带的归属对研究中国大陆早期演化历史具有重要地质意义．对新太古代斜长角闪岩和ＴＴＧ片麻岩组合样品系统的元素和同位素地球化学研究结果表明,新太古代扬子崆岭与华北陆块存在岩石圈地幔性质上的明显差异,其ＴＴＧ片麻岩的岩浆形成环境与条件也区别显著．湖北大别杂岩在一系列地球化学特征上表现出与扬子崆岭不同的特殊性,而与扬子北缘后河杂岩地球化学特征相似．崆岭斜长角闪岩、ＴＴＧ片麻岩和华北ＴＴＧ片麻岩的Ｕ,Ｔｈ元素组成特征符合其Ｐｂ同位素填图成果,但华北斜长角闪岩Ｕ,Ｔｈ元素组成特点与其Ｐｂ同位素填图成果不一致     

华北、东南及藏北地洼区的地壳运动及其地球物理特征

通过分析东南、华北及藏北三个地洼区的重力、地震、地热等深部和浅部地球物理资料所表现出来的不同特征及其存在的差异,论述了上述三个地洼区现阶段的大地构造运动中,东南地洼区地壳运动最弱,藏北地洼区地壳运动最强,华北地洼区的地壳运动强度居于前两者之间。研究表明,地壳运动的强弱变化与地幔有着密切联系。     

华北克拉通岩石圈地幔置换作用和壳幔生长耦合的Re-Os同位素证据

测定了辽宁复县奥陶纪金伯利岩和河北汉诺坝与山东栖霞第三纪碱性玄武岩中产出的地幔包体的Re Os同位素组成。金伯利岩中地幔包体的Re贫化Os同位素模式年龄 (TRD)为 2 .5～ 2 .8Ga ,从Re Os同位素定年角度证明了华北克拉通确实存在太古宙岩石圈地幔。对汉诺坝二辉橄榄岩包体获得了 (1.9± 0 .18)Ga的Re Os同位素等时线年龄 ,表明现今保存在那里的地幔主要是古元古代时形成的。汉诺坝地区出露有大量新太古代岩石 ,表明曾存在太古宙地幔。由于缺乏太古宙年龄 ,说明由汉诺坝所代表的克拉通中部曾存在的太古宙地幔在古元古代时已被减薄 ,并被 1.9Ga的新生岩石圈地幔置换。该事件与华北克拉通中部广泛的古元古代碰撞造山过程导致的麻粒岩相变质作用的时代相同 ,说明有关的岩石圈置换作用可能主要与拆沉作用有关。栖霞地幔包体具有与现代对流地幔相同的Os同位素组成 ,且Os同位素组成与Re/Os比值没有明显相关性 ,表明年龄很新。结合其它地质地球化学证据 ,说明克拉通东部的太古宙岩石圈地幔的置换作用主要发生在中生代 ,且可能与三叠纪华北和扬子陆块的陆陆碰撞造山导致的岩石圈地幔和下地壳的拆沉作用有关。本研究表明华北克拉通岩石圈地幔置换作用在时空上的分布是十分不均一的。 2 .5～ 2 .8Ga与 1.9Ga不仅?     

华北地台铀成矿条件及成矿远景分析

就全球而言,前寒武纪是铀元素的一个非常重要的成矿期。华北地台是我国出露面积最广、形成时代最老、具有找矿前景的唯一占地台。在综合大量普查、区调资料的基础上,本文详细地论述了华北地台的基本地质特征,并与国外主要产铀占地台进行了对比,强调了地台基底,即原始古陆壳演化成熟程度及成熟期早、晚与铀矿化的关系。据此、并参考其它条件将华北地台划分为6类地区,指出了这些地区的不同找矿前景以及应着重寻找和探索的铀矿类型。     

华北克拉通碎屑沉积岩地球化学:异常太古宙—元古宙界线的初步研究

分析了华北克拉通新太古代—三叠纪 16个碎屑沉积岩组合样品。与Taylor和McLennan等提出的太古宙—元古宙界线前后沉积岩及上地壳化学组成变化不同 ,新太古代五台群沉积岩具明显负Eu异常 ,相容元素含量很低 ,不相容元素含量较高 ,与典型后太古宙沉积物组成类似。而古元古代沉积岩比五台群显示出异常高的Eu/Eu 值 ,w(Sc) /w(Th) ,w(Cr) /w (Th)比值。青白口纪、寒武纪、石炭纪和二叠纪沉积岩显示正常的后太古宙沉积岩特征。三叠纪沉积岩的Eu/Eu 值 ,w (Sc) /w (Th) ,w(Cr) /w(Th)比值再次显著升高 ,推测与华北和扬子克拉通最终的陆陆碰撞作用有关。因此 ,太古宙—元古宙界线并不一致对应于上地壳演化程度迅速增高。大陆上地壳并非总是向着分异程度提高的方向演化 ,而是部分时期可出现演化程度降低的异常现象。