华北克拉通北缘Columbia超大陆裂解事件:来自燕辽裂陷槽中部长城系碱性火山岩的地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素证据

本文报导了华北克拉通北缘燕辽裂陷槽中部长城系大红峪组、团山子组碱性玄武质岩和侵入串岭沟组基性岩脉的岩石学、地球化学以及锆石SHRIMP U-Pb年龄和Hf同位素特征。结合区域地质资料与前人研究成果,对这些碱性玄武岩与基性岩脉的时代问题、岩浆岩起源和源区类型以及岩浆作用的动力学背景进行了讨论。研究表明大红峪组碱性玄武岩和串岭沟组基性岩脉分别形成于1624±9Ma和1620±9Ma,二者在误差范围内一致;这些基性岩浆岩普遍具有高的Zr含量(94×10-6~196×10-6)、富集轻稀土((La/Yb)N=10.63~21.97)及大离子亲石元素,大多数样品无明显的Eu异常,微量元素组成与OIB相似。锆石Hf同位素显示弱亏损特征,εHf(t)值为-0.6~3.8。燕辽裂陷槽中部长城系碱性岩的原始岩浆可能起源于同一软流圈地幔源区的低程度部分熔融(2%~3%),且有岩石圈地幔物质加入。岩浆受地壳混染的程度低,经历了强烈的结晶分异作用。研究进一步表明,燕辽裂陷槽中部长城系碱性岩从1635Ma(团山子组)开始喷发,1625Ma达到峰期,大红峪组地层沉积时间晚于1635Ma。联系该阶段全球各大陆情况,华北地区该期的碱性岩岩浆事件应与哥伦比亚超大陆裂解有关。     

华北陆块北缘西段狼山-渣尔泰山裂陷槽西延的地质依据及其意义

传统的中新元古狼山一渣尔泰山裂陷槽东起渣尔泰山以东,西至狼山一带,是华北陆块北缘西段最重要的有色金属、贵金属及铁矿成矿带.经综合对比研究认为,在其西部的巴音诺尔公等地区发育有相似的中新元古界沉积地层及相应的地质事件,从而初步确定狼山-渣尔泰山裂陷槽向西延至阿拉善右旗的巴音诺尔公地区,扩大了原狼山-渣尔泰山裂陷槽的范围近1/3,该研究成果不仅具有重要的地质意义,同时对地质找矿具有很好的指导意义.     

华北克拉通北缘西段新元古代裂谷的确认与成矿

狼山-渣尔泰山是华北克拉通北缘西段元古宙伸展构造体制下被动陆缘的重要热水喷流成矿带,内产东升庙、炭窑口、霍各乞、甲生盘等大型-超大型矿床,其含矿建造是元古宇渣尔泰山群。该成矿带的主体在狼山山脉主峰地区,产有东升庙、炭窑口、霍各乞三大矿床。自2010年在狼山西南原渣尔泰山群阿古鲁沟组地层中发现新元古代酸性火山岩(锆石年龄816~805 Ma)以来,其东部狼山主峰地区的渣尔泰山群及产在其中的炭窑口、东升庙、霍各乞矿床是否也都可以归于新元古代形成是需要进一步研究的重要科学问题。本文依据的事实有:(1)狼山西南新元古界的碎屑锆石最小年龄为1 155 Ma与碳酸盐岩是方解石大理岩;(2)炭窑口矿区渣尔泰山群顶部刘鸿湾组地层的碎屑锆石年龄的两个年龄峰值分别为1 862~1 762 Ma(最小年龄为1 732 Ma)和2 448 Ma,所含碳酸盐岩全部是白云石大理岩类;(3)狼山北侧狼山群含矿岩组中发现年龄为887 Ma±的新元古代基性火山岩; (4)霍各乞矿床含重晶石与微晶长石的硅质层发育,多与黄铁矿层互层状产出,也有与闪锌矿+磁黄铁矿及方铅矿层互层,激光原位分析得到的黄铁矿、方铅矿、闪锌矿和磁黄铁矿的δ³⁴S为17.60‰~21.97‰,显示喷流成矿的硫同位素组成特征。根据以上事实可以确认:(1)狼山西南含酸性火山岩与方解石大理岩的前寒武纪地层是与狼山南侧炭窑口矿区含白云石大理岩的渣尔泰山群在不同盆地中沉积而成;(2)狼山南侧是中元古代裂谷带,产有以炭窑口、东升庙矿床为代表的中元古代喷流-沉积成矿系统;(3)狼山北侧是新元古代裂谷带,产有以霍各乞矿田为代表的新元古代热水喷流成矿系统。产在新元古代狼山群中的霍各乞矿是介于SEDEX型与VMS型之间、但靠近SEDEX型一侧的热水喷流-沉积矿床。     

华北地台胶辽徐淮地区中—新元古代地层研究进展

华北地台东缘—东南缘的胶辽徐淮地(层)区发育了一套中—新元古代海相碎屑岩与碳酸盐岩地层,通常不整合覆于太古宇或古—中元古界之上,平行不整合伏于寒武系之下,在安徽和江苏北部、山东中—西部和山东半岛、辽东半岛以及吉林南部等地区出露良好。前人对于胶辽徐淮地区中—新元古界的划分和对比,尤其是该套地层的时代归属,长期存在不同的认识。在2014年出版的《中国地层表》中,辽南地区的细河群桥头组被归入南华系,而五行山群和金县群被划入震旦系(埃迪卡拉系)。近年来越来越多的岩石地层学、生物地层学、同位素化学地层学,尤其是同位素年代地层学的证据表明,淮南地区的淮南群—肥水群、淮北地区的淮北群、鲁西地区的土门群、胶东地区的蓬莱群、辽南地区的永宁组—细河群—五行山群—金县群、吉南地区的白房子组—细河群—浑江群都是中元古代晚期—新元古代早期(拉伸纪)的沉积地层。     

燕辽裂陷槽中元古界不整合面的性质

燕辽裂陷槽中元古代沉积层序中出现多个沉积间断和不整合面。本次研究对其中的5个不整合面进行野外考察,分析其地质特征并进行地层对比,最后判断其性质。大红峪组底部、高于庄组底部和杨庄组底部的不整合面是沉积属性,其中大红峪组底部不整合面是海侵超覆沉积的结果,高于庄组底部和杨庄组底部的不整合面由海平面升降变化所引起;铁岭组顶部和下马岭组顶部不整合面是构造属性,系大规模的抬升运动所造成。     

华北克拉通北部地区古-中元古代富碱侵入岩年代学及意义

本文报道华北克拉通北部燕辽三叉裂堑系和辽-吉拗拉谷内一系列古-中元古代富碱侵入岩的锆石U-Pb年龄。这些岩体整体呈近东西向分布，与该地区同期发育的其他非造山球斑花岗岩、斜长岩和大红裕组火山岩都形成于拉张性构造环境，并构成了一条长近千公里的迄今国内外最古老的富碱侵入岩带。该富碱侵入岩带具有东部较老（〉1．8Ga）和西部年轻（1．7Ga左右）的特点，它提供了华北克拉通在1．85—1．70Ga期间处于裂解构造格局的最好证据，丰富了全球性前寒武纪超大陆裂解的研究内容。     

华北克拉通东部新元古代宏体化石生物地层序列

华北克拉通东部是中国晚前寒武纪地层出露最为完整、连续的地区,特别是华北克拉通东缘连续出露了新元古代自老至新的全部地层,是对比和衔接中国南、北方晚前寒武纪地层的关键地区。在该地区所发现和建立的宏体化石群——“龙凤山生物群”、“辽南生物群”和“淮南生物群”可能是新元古代“南华大冰期”前后较为独特的生物群落,其中相当部分可能归属于多细胞后生动物和多细胞藻类,是地球早期生命景观的重要代表。因此,对这些新元古代早期生物群的研究将可能揭示比陡山沱期更早的多细胞后生动植物的演化面貌,在演化生物学上意义重大。近年来,在地调项目的资助下,开展了华北克拉通东部地区的新元古代年代地层及生物地层的研究。本文综合现有资料,详细记述了华北克拉通东部（燕山地区和辽南、徐淮地区）含宏体化石的新元古代地层及其宏体化石特征、组合面貌和生物地层序列。同时,依据宏体化石记录,探讨了中国新元古代地层的对比问题。     

华北燕山裂陷槽中元古代深水藻类生物沉积及其环境

河北平泉燕山裂陷槽中元古代地层中,藻席-藻团-藻丝-藻屑-泥晶薄层交替形成韵律沉积。经对系列标本(薄片)特征及其不同结构类型的对比分析,认为它们是在风暴浪基面之下,具风暴流浊积特征的深水藻类生物沉积系列。浅海叠层石及其他底栖藻类构成了从浅海至半深海上部浅水一个完整的藻类沉积序列,其不同类型的特征则成为鉴别沉积时各环境要素的可靠依据,即依据不同藻类生物沉积类型———藻席、藻团、藻丝及藻层的组合序列变化,作为判别200～400 m半深海浅水环境的依据。     

华北燕山裂陷槽中元古代的深水沉积

对燕山沉降带中元古代的沉积相，有关学者大多定位于以滨海－浅海相为主体。根据在冀北地区的研究，于中元古代团山子组、高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组和铁岭组中发现大量深水沉积，主要有硅质页岩、含锰页岩、深水浊积岩及各种碳酸盐岩溶解相的系列沉积等。这对于深入研究燕山裂陷槽发展演化具有重要意义。     

华北克拉通南缘中-新元古代沉积地层对比研究及其地质意义

华北克拉通南缘新太古代-古元古代变质结晶基底之上不整合覆盖着巨厚的中-新元古代陆源碎屑岩-碳酸盐岩沉积盖层,根据沉积建造特征,将其划分为三个不同的地层分布小区,分别为嵩箕地层小区、渑池-确山地层小区和熊耳山地层小区.嵩箕小区位于熊耳裂谷盆地东北缘,以硅质碎屑岩(砂岩)为主,渑池-确山地层小区位于熊耳裂谷盆地北缘,以硅质碎屑岩-碳酸盐岩(白云岩)过渡相为主,熊耳山地层小区位于熊耳裂谷盆地南缘,以碳酸盐岩为主.本文通过对三个地层小区的沉积地层剖面和岩石学特征进行研究,认为华北南缘从中元古代开始处于河流相-浅海相的沉积环境,从南向北,海水由深变浅.根据地层的岩性、沉积构造及其组合特征,将其划分为低水位、海侵和高水位沉积体系,最大海侵时期为青白口系早期.通过对熊耳山地区的官道口群的岩相学和地球化学分析,并结合其已有的碎屑锆石年龄和另外两个地层小区的五佛山群和汝阳群的碎屑锆石年龄以及它们的地球化学特征,表明三个地层区的沉积地层在中元古代均处于被动大陆边缘环境,而新元古代则可能处于与大陆岛弧相关的沉积盆地,这一结果表明从中元古代到新元古代华北南缘可能受到秦岭造山带早期微陆块俯冲碰撞的影响,由被动大陆边缘向活动大陆边缘过渡的过程.三套地层最年轻的碎屑锆石207 Pb/206Pb年龄基本上在1600Ma左右,从而限定了其最大沉积时代不早于1600Ma.其锆石年龄大多数都分布于古元古代(1700 ～ 2400Ma),太古代的年龄极少,说明其物源区以古元古代的地质体为主,且碎屑锆石年龄峰值为～ 1.93Ga,反映了华北南缘在～1.93Ga发生过重要的构造-热事件,与华北克拉通古元古代中期发生的变质作用时间(～ 1.91Ga)一致.三套沉积地层的碎屑锆石εHf(t)值变化较大(-20～ +6),表明既有新生地壳物质的加入,也有古老地壳物质的再循环.Hf两阶段模式年龄分布于2.3～3.8Ga之间,明显大于其207pb/206pb年龄,大部分锆石的Hf同位素组成集中于2.6Ga和3.0Ga地壳演化线区域内,峰值为2.75Ga,表明2.75Ga左右是华北克拉通南缘重要的陆壳生长期.     

豫西地区中、新元古代地层沉积特征及层序地层学研究

摘　要　从沉积特征研究入手‚确定各种沉积相、微相及沉积体系‚将区内中、新元古界划 分为6种沉积体系、13种沉积相和38种微相‚对副层序的主要类型及其特征进行了分析‚结 合层序界面和最大海泛面的研究确定了沉积体系域和层序。在中元古代汝阳群中划分出6个 层序‚新元古代洛峪群划分出2个层序‚震旦系划分出3个层序。在此基础上对华北地台南 部中、新元古代相对海平面变化特征进行了探讨。     

北京昌平地区基底片麻岩和中-新元古代盖层锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究及其地质意义

本文通过对北京昌平地区燕辽裂陷槽内出露的基底密云群片麻岩及其上覆沉积盖层底部长城系常州沟组和顶部青白口系长龙山组砂岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄和Hf同位素组成的研究,对华北克拉通新太古代-元古宙期间的沉积与地壳演化进行探讨.锆石的LA-ICP-MS U-Pb年代学研究表明,密云群含辉石角闪斜长片麻岩的原岩形...     

燕山中、新元古代裂陷槽构造旋回层序研究──兼论裂陷槽构造旋回概念及级序的划分

本文依据裂陷槽构造控制及演化规律的原则提出了裂陷槽构造旋回层序的概念，并同时给出了相应的三级划分方案。应用裂陷槽构造旋回层序的概念研讨了燕山地区中、新元古代裂陷槽构造旋回层序的发育特征。燕山裂陷槽发育４个构造阶段旋回层序，即裂张断陷、裂张均衡、均衡负载和盖层构造阶段旋回层序，其中又有序叠加了１８个构造期和８２个构造幕旋回层序。前一类层序主要受控于导致裂陷槽形成、发育的区域构造；后两类构造旋回层序受裂陷槽构造演化及所驱动的构造海平面双重控制。     

华北克拉通南缘中—新元古代年代地层格架和沉积演化过程研究的新进展

华北克拉通南缘中—新元古代地层发育良好,露头连续,是华北克拉通元古宙地层发育最好的地区之一.近年来重要年代学研究成果不断涌现,使华北克拉通南缘年代学格架和不同地层小区(卢氏—栾川、渑池—确山和嵩山—箕山地层小区)的地层对比关系逐渐清晰.本文总结了华北克拉通南缘中—新元古代地层学的新进展,并与天津蓟县中—新元古代地层标准剖面进行了对比,重新厘定了新的地层格架,主要包括:(1)将卢氏—栾川地层小区原归属蓟县系的高山河群、官道口群及青白口系白术沟组分别重新划定为长城系、蓟县系和待建系;(2)将渑池—确山地层小区的黄连垛组和董家组划分为蓟县系下部和青白口系;(3)将嵩山—箕山地层小区五佛山群进行解体,马鞍山组下拉至长城系,将五佛山群其他地层暂置于青白口系.以上述新进展和现有资料为依据,本文重新梳理了华北克拉通南缘中—新元古代的沉积演化过程,构建了不同时期的岩相古地理简图.     

华北克拉通北缘中—新元古界构造-热演化:来自锆石(U-Th)/He年龄的约束

由于复杂的构造沉积史和缺乏有效古温标,华北克拉通北缘燕辽裂陷带中—新元古界热史研究很薄弱,造成古老烃源岩成熟演化过程一直存在争议.研究利用锆石(U-Th)/He热定年技术探讨了燕辽裂陷带自中元古代以来的构造-热演化史,并分析了中元古界两套烃源岩成熟演化期次.燕辽裂陷带中—新元古界单颗粒锆石(U-Th)/He年龄均小于地...     

黔桂地区泥盆纪层序地层和台内裂陷槽的形成演化

黔桂地区是泥盆纪时期南华海盆内裂陷活动作用初始且十分显著的地区。本文结合区域构造和盆地格局分析，通过典型剖面研究，将黔桂稳定型滨岸一台地相区的泥盆系划分为２１个３级海平面变化控制的层序。根据南丹罗富、大厂裂陷槽盆地泥盆系层序地层研究和与相邻稳定型泥盆系层序地层对比及层序地层格架分析，揭示了裂陷槽盆地的形成演化过程。指出构造幕式沉降是裂陷槽盆地层序发育和层序构成的主控因素。     

华北克拉通中元古界底界年龄与盆地性质讨论

国际地层委员会将中元古界底界界线年龄定为1600Ma,1600~1400Ma为Calymmian(盖层系),表示全球地台盖层形成时期。华北地台基底固结时间为1800Ma,固结后即进入伸展裂解作用时期,首先是山西吕梁山区、晋南中条山、豫西熊耳山区裂解发展成三叉裂陷槽(Aulacogen)。吕梁山区小两岭组火山岩形成年龄有1778±20Ma(SHRIMP U-Pb锆石)及1779±20Ma(LA-ICP-MS U-Pb锆石)两个数值;豫西熊耳群顶部马家河组和中部鸡蛋坪组及下部许山组火山岩年龄分别为1776±20Ma、1791±20Ma和1783±13Ma(SHRIMP U-Pb锆石),1776~1800Ma为火山岩的形成年龄;将1800Ma作为小两岭组与熊耳群两个火山岩组的底界年龄应当是合理的。吕梁山区的汉高山群为碎屑岩夹火山岩,代表吕梁-陕豫三叉裂陷槽北支中的快速充填,与小两岭组为同时期沉积。汉高山群、大古石组(熊耳群底部沉积岩)为1800Ma裂解开始的盖层沉积,小两岭组火山岩、相关的辉绿岩墙及熊耳群火山岩均为裂解时期的岩浆作用产物。北京密云环斑花岗岩侵位时间为1700Ma,代表燕山-太行山裂陷槽裂解的起始时间也即燕山地区长城系常州沟组底界年龄。北京密云地区环斑花岗岩风化壳上覆常州沟组年龄可确定为1650Ma,它不应被看作常州沟组最低层位的年龄,而是裂陷槽裂解后密云地区开始接受沉积的年龄,1700Ma、1650Ma代表常州沟组在不同地区的底界年龄,但均不等于长城系或中元古界的底界年龄。1600Ma为高于庄组底界年龄,即长城系与蓟县系的界线年龄,也是国际地层委员会中元古界的底界年龄。1600Ma代表燕山-太行山裂陷槽闭合的年龄,也是华北地台始自1800Ma伸展裂解作用的最终结束时期。1600Ma是新的陆表海盆地发展的起始时间,是重要的华北地台构造转换的时期。因此,1800与1600Ma代表华北地台重大地质构造事件的年龄,具大区域构造意义,依据对前寒武系界线年龄确定的原则,两个年龄值均可被选择为中元古界底界的界线年龄。但本文赞同中国全国地层委员会采用1800Ma作为中元古界的底界年龄,因其更符合中国的地质构造实际:华北地台裂解-克拉通内裂陷槽中的盖层充填,底界为1800Ma。华北地台中元古界盆地在不同时期,它的构造性质完全不同:1800~1600Ma为裂陷槽;1600~1400Ma发展成陆表海;1400~1300Ma转化为弧后盆地;1800Ma、1600Ma及1400Ma代表中元古代三个重要的区域构造转换的时间点。     

华北克拉通东部南北缘中生代火山-沉积格局及其构造转折过程

通过华北克拉通东部北缘和南缘盆地充填序列和盆地分布演化对比研究,解析了该区中生代构造转折过程。研究发现两侧盆地均大致从早侏罗世开始发育,约以晚侏罗世为界,之前盆地充填记录反映以挤压作用、岩石圈增厚为主,之后以陆内伸展、岩石圈减薄为主,显示晚侏罗世明显的构造转折,并且地壳浅部的构造体制转变均滞后于岩石圈深部构造环境的变化。然而,两侧盆地演化也有明显差别：①北缘燕辽地区从早侏罗世到白垩纪,发育了多层系的从基性、中基性到中酸性的火山岩及火山碎屑岩组合,而南缘合肥盆地仅在晚侏罗世早白垩世产出钙碱性火山岩及火山碎屑岩组合,反映出不同的深部构造过程和源区特征;②北缘的岩石圈减薄可能始于约163 Ma,南缘明显的岩石圈减薄则始于约149 Ma,而反映在盆地构造与充填尺度上的伸展作用分别对应于大约145 Ma和132 Ma;③晚侏罗世构造转折期,北缘燕辽地区粗碎屑沉积以河流体系为主,反映盆山地势高差较小;而南缘该期发育冲积扇体系,盆山地势高差较大;④北缘盆地沉积中心迁移规律复杂,而南缘总体呈现由南向北的迁移趋势。显然,大别山碰撞造山和后造山期强烈的隆升和剥露对南缘盆地演化具有极大的主导和制约作用,而北缘则显示出强烈的壳幔相互作用并伴有区域性的陆内挤压推覆（转折前）和张裂 伸展（转折后）交替的特点。华北克拉通晚中生代构造转折的时限北缘较南缘早,说明诱发这一转折事件的区域构造动力可能首先与华北北部壳幔相互作用密切关联。     

中朝板块中、新元古界年代地层柱与构造环境新思考

中国北方燕辽裂陷槽位于中朝板块北部,是巨厚中、新元古界的沉积区。中、新元古界包括长城系(1800～1600Ma)、蓟县系(1400～1000Ma)和青白口系(1000～800Ma)。上述划分是中国地质学家长期研究的共识,由全国地层委员会发布,中国地质调查局在全国地质调查填图中施行[1]。青白口系自下而上包括下马岭组、龙山组、景儿峪组,由于在下马岭组的斑脱岩中获得了锆石SHRIMPU-Pb年龄1368Ma±12Ma,从而对1000Ma作为青白口系底界的年龄乃至中国中、新元古界地质年表提出了挑战。中国地质学家必须面对新的下马岭组年龄值,拼弃传统思维,重新排定北方中、新元古界年代地层柱中各系、组的界线年龄。本文建议:长城系为1800～1600Ma;蓟县系为1600～1400Ma;新建西山系为1400～1200Ma;1200～1000Ma是一个待命名的系;新的青白口系为1000～800Ma,包括龙山组及景儿峪组。由于下马岭组中的斑脱岩反映了岛弧构造环境,从而可重塑中朝板块北部下马岭组及整个中元古界(指1800～1200Ma)为沟-弧-盆板块体系的弧后扩张盆地,即传统概念中的燕辽裂陷槽是弧后扩张的产物。沟-弧-盆板块体系可以系统地解释燕辽裂陷槽的动力学成因、各种地震灾变事件、火山活动、层控矿床等形成的地质背景。     

川东北新元古代克拉通裂陷的厘定及其深层油气意义

四川盆地安岳震旦-寒武系特大型气田的发现,极大地鼓舞了相关学者对四川盆地深层油气勘探新领域的探索热情,然而,对于川东北地区深层古地理格局的认识尚存在不少争议。本文通过对四川盆地北缘、东北缘新元古代-寒武纪地层剖面的综合调查与区域对比研究,基于关键事件序列的系统厘定,重建了川东北及邻区的新元古代-寒武纪原型盆地地层格架;同时,结合盆内最新实施的深层钻井和地球物理资料解析,基本厘定了川东北克拉通裂陷的演化时限、发育范围、充填序列、区域古地理格局及其演化过程。研究显示川东北克拉通裂陷的演化经历了三个阶段：（1）新元古代板溪期-震旦纪早期为伸展断陷期,与南华裂谷系开启同步,表现为快速充填,区域沉积分异显著;（2）震旦纪陡山沱晚期-寒武纪筇竹寺期为伸展沉降期,沉积厚度小,但烃源岩相对发育;（3）寒武纪沧浪铺期至寒武纪末为挤压扰曲与充填期,发育局限台地-潟湖相含膏岩系。不同于绵阳-长宁克拉通裂陷,川东北克拉通裂陷开启早,其早期为补偿性裂谷充填、中晚期则为欠补偿的碳质泥页岩和碳酸盐岩沉积组合。由此可见,这一新认识或将对川东北深层油气勘探方向预测具有重要意义。