冀东地区始太古代早期—冥古宙锆石发现

内容提要:最古老大陆地壳的形成、组成和演化是阐释地球壳幔物质分异、构造演化的逻辑起点.由于长期地质作用改造,地球上保存的古老陆壳物质十分稀少,寻找和研究都极具挑战性.在冀东卢龙喇叭山地区,早期研究发现含有大量3.4～3.8 Ga碎屑锆石的铬云母石英岩,岩石特征和碎屑锆石年龄分布与迁安黄柏峪地区的铬云母石英岩十分类似.本...     

河西走廊晚泥盆世地层中冥古宙碎屑锆石的发现

河西走廊地区晚泥盆统中宁组地层中,利用LA-ICP-MS法测年获得了3.9Ga和4.0Ga两颗碎屑锆石,其Th/U依次为1.01和0.58,均为岩浆锆石。两颗锆石稀土元素呈轻稀土(LREE)亏损、重稀土(HREE)富集,均具有Ce正异常,其中4.0Ga锆石具有Eu负异常,3.9Ga锆石无Eu负异常。利用锆石中⁴⁹Ti的含量计算原岩岩浆温度分别为792±36℃(3.9Ga)和967±45℃(4.0Ga)。3.9Ga锆石获得原位Hf同位素结果,¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i=0.280169,ε_Hf(t)=-3.6,t_DM=4139Ma, t_DM^C=4319Ma。这两颗>3.9Ga碎屑锆石为西北地区首次发现,其微量元素特征说明在冥古宙时地球上可能存在地壳;结合前人古生物和古地磁研究结果,说明河西走廊在晚泥盆世时同澳大利亚西北部可能具有亲缘性。     

北秦岭西段冥古宙锆石(4.1～3.9Ga)年代学新进展

2007年王洪亮等报道在北秦岭西段火山岩中获得一粒年龄为4079±5Ma的冥古宙捕虏锆石。之后,对这一发现开展了深入的调查研究,我们除利用SHIMP技术方法对原4079Ma的锆石进行验证外,新获得了两粒~(207)Pb/~(206)Pb年龄为4007±29Ma和3908±45Ma捕获的变质成因锆石,表明早在4.0Ga已经有变质作用的发生,这或许说明在冥古宙时期地球已经具有相当规模和厚度的地壳。同时开展的岩石学研究表明,蕴含古老锆石的母岩属于火山碎屑熔岩类而不是火山熔岩。     

冥古宙的地层学属性:了解地球形成初期古地理背景和演变历史的重要线索*

在现行的前寒武纪地质年代表中,由于太古宙底界没有得到很好的定义,只是被粗略地置于大约4000,Ma,因此也造成了一个没有得到较好定义的“冥古宙”。2个重要的发现促使学者们对冥古宙的地层学属性进行修订:(1)在西澳大利亚Jack山脉太古宙砾岩中发现了真正古老的锆石晶体,其不仅可将地层时代延伸到4404,Ma,而且包含了有关地球早期环境条件较为丰富的信息; (2)在加拿大北部发现了大约4030,Ma的Acasta片麻岩。根据这些发现,并结合月球和陨石的测年数据,就产生了大量有关太阳系和地球早期历史的新知识,包括太阳系与地球的形成、初生地球时期的重要变化及其物质记录和生命的起源及早期进化,这成为修订冥古宙地层学属性的重要基础。修订后的冥古宙代表了地球演变历史的最早时段,即从太阳系和地球在T0=4567,Ma的形成,一直延续到地球上最古老岩石的出现(4030,Ma)。冥古宙还可被进一步划分为2个代:(1)“混沌代”(4567,Ma—4404±8,Ma);(2)“杰克山代”或“锆石代”(4404±8,Ma—4030,Ma)。由于没有保存相应的地层记录,因此冥古宙顶界(4030,Ma)与底界(4567,Ma)的年龄值,仅为一个计时性的年代界限。上述这个被赋予了明确地层学属性的冥古宙,不仅代表了前寒武纪地层学研究的一个重要进展,而且也为深入了解地球早期演变历史提供了许多重要的理念。     

华夏地块龙泉地区发现亚洲最古老的锆石

锆石这一矿物是迄今为止所发现的地球最初500个百万年间(地质学界通常称为"冥古代")的唯一地壳物质残留,对于了解地球早期地壳演化过程至关重要。近年来,随着高精度SHRIMP测年技术的广泛运用,笔者最近在华夏地块龙泉地区发现了2颗约4100 Ma的碎屑锆石。其中一颗为目前发现亚洲最古老的锆石,其内部结构简单,具有正常的震荡环带,207Pb/206Pb年龄为(4127±4)Ma;其δ18O与地幔岩浆的氧同位素类似,可能来自于早期的幔源岩浆或者未经历地表过程的深部地壳物质的熔融。另外一颗锆石具有明显的核边结构,其核部结晶年龄约为4100 Ma,变质边年龄约为4070 Ma,外围还有2层岩浆增生边年龄介于3800~3600 Ma,代表了该4100 Ma的锆石核部在后期经历了复杂的地壳演化过程,4070 Ma的变质边是目前已获得最为可靠的全球变质年龄。上述发现表明冥古宙时地壳性质和构造环境存在多样性,为认识地球早期大陆演化过程提供了重要新信息。     

华北新太古代至古元古代恒山地体下地壳剖面的野外关系、地球化学、锆石年龄及演化

恒山杂岩构成华北克拉通中心地带，该杂岩主要由韧性变形的新太古代至古元古代高级变质、部分混合岩化的花岗质正片麻岩组成，并被辉长岩组分的铁镁质岩脉侵入。此前，许多强烈应变岩石被误解为上地壳岩序列，代表糜棱岩化花岗岩和剪切岩脉。笔者的单颗粒锆石定年表明岩浆花岗质岩侵位于2．52～2．48Ga，同时有少量的2．7Ga的片麻岩出现，可能代表更老的基底。少量的花岗质片麻岩的侵位年龄为2．35～2．10Ga之间，并具有与更老岩石相同的构造特征，这标志着主要的变形发生于2．1Ga之后。辉长岩岩脉侵入发生在约1920Ma，并且在1．88～1．85Ga所有的恒山岩体都经历了麻粒岩相变质作用，随后出现了退化变质、剪切和隆起作用。     

Jack Hills锆石的安山质源区支持板块构造始于冥古代北大核心CSCD

地球最老的地壳组成和构造属性是地球科学研究中两个最基本的问题,但是由于缺乏合适年龄的岩石,难以进行约束。很多研究主要集中于西澳Jack Hills变质沉积岩中4.4~4.3 Ga的碎屑锆石,但是对其原岩性质的认识依然缺乏共识。对其原岩成分的推断主要基于锆石的Hf同位素组成,研究者普遍认为这些碎屑锆石来源于火成岩源区。     

撞击事件对古环境的影响——来自ODP1144站A孔样品的证据

本文通过对ODP1144站A孔BM界线附近样品中微玻璃陨石的挑选和研究,确定在中更新世曾发生过地外物体撞击地球的灾变事件。样品中浮游有孔虫壳体碳氧同位素的对比研究表明,在微玻璃陨石事件发生的后期,曾发生了浮游有孔虫壳体碳氧同位素组成的变化,表现为δ13 C值的降低和δ18 O值的增加。文中还探讨了其形成的原因。     

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.     

吕梁地区古元古代花岗片麻岩成因及变质时代:锆石和独居石U-Pb年龄及锆石Hf同位素证据

吕梁地区在华北克拉通前寒武纪研究中具有重要位置,出露大量的古元古代变质表壳岩和花岗质岩石,对研究华北克拉通古元古代地质演化历史具有重要意义。本次研究选择吕梁地区白家滩花岗片麻岩进行锆石和独居石U-Pb年代学以及锆石Hf同位素研究,2个花岗片麻岩的岩浆锆石U-Pb年龄分别为2182±16Ma和2185±24Ma,代表了其侵位时代。独居石U-Pb年龄分别为1898±7Ma和1899±14Ma,明显比锆石增生边的谐和²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄（2180~2032Ma）年轻,说明独居石对后期变质作用的响应程度比锆石强,其U-Pb年龄更能反映白家滩花岗片麻岩经历了~1900Ma的退变质作用,与华北克拉通中部造山带的变质作用时间一致。花岗片麻岩的锆石Hf同位素亏损地幔模式年龄（t_DM）为2473~2598Ma,两阶段亏损地幔模式年龄（t_DM^C）分别为2646~2839Ma,ε_Hf（t）值分布于-1.3~+1.8之间,未显示同期幔源物质的加入,而是新太古代地壳物质部分熔融的产物,结合已有的古元古代中期（2.2~2.1Ga）的岩浆岩锆石Hf同位素数据,华北克拉通新太古代地壳在2.2~2.1Ga期间发生了广泛的重熔作用,这期岩浆活动在华北克拉通吕梁、中条、五台以及胶-辽-吉等地区广泛发育,可能形成于陆内裂谷环境。     

The impact environment of the Hadean Earth

Impact bombardment in the first billion years of solar system history determined in large part the initial physical and chemical states of the inner planets and their potential to host biospheres. The range of physical states and thermal consequences of the impact epoch, however, are not well quantified. Here, we assess these effects on the young Earth's crust as well as the likelihood that a record of such effects could be preserved in the oldest terrestrial minerals and rocks. We place special emphasis on modeling the thermal effects of the late heavy bombardment (LHB) – a putative spike in the number of impacts at about 3.9 Gyr ago – using several different numerical modeling and analytical techniques. A comprehensive array of impact-produced heat sources was evaluated which includes shock heating, impact melt generation, uplift, and ejecta heating. Results indicate that ∼1.5–2.5 vol.% of the upper 20 km of Earth's crust was melted in the LHB, with only ∼0.3–1.5 vol.% in a molten state at any given time. The model predicts that approximately 5–10% of the planet's surface area was covered by >1 km deep impact melt sheets. A global average of ∼600–800 m of ejecta and ∼800–1000 m of condensed rock vapor is predicted to have been deposited in the LHB, with most of the condensed rock vapor produced by the largest (>100-km) projectiles. To explore for a record of such catastrophic events, we created two- and three-dimensional models of post-impact cooling of ejecta and craters, coupled to diffusion models of radiogenic Pb*-loss in zircons. We used this to estimate what the cumulative effects of putative LHB-induced age resetting would be of Hadean zircons on a global scale. Zircons entrained in ejecta are projected to have the following average global distribution after the end of the LHB: ∼59% with no impact-induced Pb*-loss, ∼26% with partial Pb*-loss and ∼15% with complete Pb*-loss or destruction of the grain. In addition to the relatively high erodibility of ejecta, our results show that if discordant ca. 3.9 Gyr old zones in the Jack Hills zircons are a signature of the LHB, they were most likely sourced from impact ejecta.     

大样本量(large-n)碎屑锆石U-Pb年代学分析技术研究进展

碎屑锆石U-Pb年代学是识别沉积物来源和确定地层最大沉积年龄的重要工具。利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)进行物源分析的碎屑锆石测试数量为60~120颗,在这个范围内,年龄组分通常不能从样本中识别出来。近年来,为提高物源分析的可靠性,LA-ICP-MS测试要求有更多数量的锆石颗粒(n≥300),甚至大于1000颗的大样本量(large-n)试验。大样本量碎屑锆石U-Pb年代学的出现对数据测试方法、处理和评估都提出了挑战。本文通过对国内外大样本量文献进行梳理,总结了大样本量碎屑锆石U-Pb年代学在测试方法、数据处理以及数据评估方面的进展。首先,单颗粒测试需要对U、Pb同位素信号进行快速获取,这可以通过改进气溶胶传输效率实现,“峰值”信号模式代替“平顶”信号接收也可实现快速测试。其次,大样本量产生的数据,需要高效的数据处理协议和强大的软件(如Iolite)进行处理,以减少实验室间比较的误差;针对U-Pb数据处理流程,介绍了同位素分馏校正以及不确定度传播等方面的方法优化;此外,还引入了累积计数法和线性回归校正法两种处理方法专门处理“峰形”信号。在数据评估方面,新的U-Pb和Pb-Pb年龄不谐和度计算方法的提出,如采用Aitchison谐和距离,使数据过滤更加合理。基于上述新进展,对仪器和处理软件的选取进行了讨论,并对未来大样本量碎屑锆石U-Pb年代学分析的自动化、规范化提出了展望。基于已有研究,未来大样本量碎屑锆石U-Pb年代学的发展具有广阔前景,在物源示踪及确定地层年代等研究中将发挥更大的作用。     

滇西高黎贡山变质带变质深成岩特征及时代

高黎贡山变质岩带中(腾冲大蒿坪地区),原划归古元古代高黎贡山岩群中广泛存在的变质深成岩类,原岩实际为早白垩世(163.5±5.7 Ma)花岗闪长岩和晚白垩世(74.0±2.0Ma)二长花岗岩类,属变质的燕山期深成侵入岩,可划分为扬飞水角闪黑云花岗闪长质片麻岩、芹菜塘花岗片麻岩两个变质地体单元.早白垩世花岗闪长岩形成于造山前期同碰撞火山弧环境;晚白垩世二长花岗岩侵入岩形成于造山前期碰撞造山环境,并沿断裂带强烈侵位.原岩经喜马拉雅早期韧性剪切带动力变质,变质强度达高绿片岩相或低角闪岩相,形成花岗质片麻岩类,喜马拉雅中期叠加脆韧性动力变质作用.     

澜沧江河流沉积物碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成及其地质意义

为研究澜沧江沉积物的物质来源及相邻地块的地壳生长和演化规律,利用LA-MC-ICP-MS分析技术,对澜沧江河流沉积物碎屑锆石进行了U-Pb年龄和Hf同位素研究。结果表明：锆石U-Pb年龄主要有5个年龄段,分别是＜177 Ma、201~418 Ma、428~544 Ma、581~1189 Ma和1406~2533 Ma,主要峰值为260 Ma、788 Ma、1 827 Ma和2 474 Ma。其年龄分布特征与北羌塘地块的年龄分布非常一致,说明澜沧江沉积物主要来源于北羌塘地块;结合Hf同位素分析结果,能够反映源区北羌塘地块的形成与演化历史。新太古代-中元古代是北羌塘地块从亏损地幔物质增生的地壳持续生长阶段,它们构成现今北羌塘地块全部地壳物质的78%以上,此后直到0.64 Ga,北羌塘地块的地壳增生作用基本结束。     

锆石U-Pb定年对大兴安岭东北部“兴华渡口群”形成时代和组成的约束

兴华渡口群等大兴安岭北部前寒武纪变质岩系的组成和演化对于确定额尔古纳和兴安地块的构造属性具有重要意义,是近年大兴安岭北部基础地质研究的热点之一。本次工作通过对黑河北部石灰窑—明智山一带的兴华渡口群二云石英片岩和"混合岩"进行锆石LA-ICP-MS U-Pb定年发现该变质岩系并非前寒武纪变质岩,而是由早古生代碎屑沉积岩(或变质岩)和晚古生代岩浆岩经后期构造岩浆作用改造而形成的构造杂岩。其中二云石英片岩中具有岩浆成因特征的碎屑锆石核部年龄主要存在401~427 Ma、442~448 Ma、473~517 Ma、639~714 Ma、757~818Ma、896~933 Ma和1704~1751 Ma 7个年龄组,其中473~517 Ma段碎屑锆石的峰最明显,与早古生代多宝山组岛弧火山岩等早古生代岩浆作用形成时间相一致,其他年龄组亦在区域上其他地区有报道,这表明该变质岩的原岩物源来源较广泛,不仅有元古宙岩浆岩和变质岩系,还有大量的早古生代岩浆岩,因此其原岩形成时代不应是前寒武纪,而是早古生代。根据碎屑锆石最小峰值年龄,本次工作推断该二云石英片岩原岩的最大沉积年龄应不早于416Ma,另外大量的元古宙碎屑锆石表明区域上可能存在前寒武纪变质基底。对所谓混合岩的调查发现其应为发生动力变质的糜棱岩化二长花岗岩,其中岩浆锆石(304.5±3.1)Ma的206Pb/238U加权平均年龄反映花岗岩形成于晚石炭世晚期,该期花岗岩为晚古生代兴安地块东缘花岗岩带的一部分。