华北克拉通西部陆块北缘新生代岩石圈地幔特征的初步研究

凉城、四子王旗、三义堂和大同的地幔包体的岩石学和矿物的主、微量元素成分显示华北克拉通中、西部北缘总体为过渡型岩石圈地幔,为原始地幔经过不同程度的熔体抽取和后期交代富集作用的残留.凉城岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最低,后期交代富集作用比较强烈,这与其橄榄岩中尖晶石的Cr#较低,并且共存的单斜辉石的Mg#较低一致.三义堂岩石圈地幔经历的熔体抽取程度最高,后期交代富集作用最强烈,不同样品甚至同一样品中不同单斜辉石颗粒的La/Yb和LREE配分模式变化范围非常大,且矿物边部比核部更富集微量元素.大同、四子王旗岩石圈地幔经历的熔体抽取程度介于凉城和三义堂之间,但后期的交代富集作用明显不如凉城和三义堂强烈.研究区的岩石圈地幔主要受硅酸盐熔体交代作用的影响,只有三义堂岩石圈地幔还可能也受到了碳酸盐交代作用的影响.     

思茅陆块东缘二叠世末期碎屑锆石U-Pb年代学及微量元素组成研究

本文对采自云南哀牢山构造带西侧、思茅陆块东缘二叠纪末的四个砂岩样品中的碎屑锆石进行了LA-ICP-MS U-Pb年龄和微量元素测试,所有样品的年龄谱都显示出250～290 Ma的显著特征峰, XD37、XD40还得到900～1000 Ma的主特征峰和400～600 Ma的次特征峰;另外两个样品XD41和XD50也具有400～600 Ma和900～1000 Ma的特征峰,但是锆石数量较少。绝大部分的碎屑锆石微量元素都指示其源岩来自岩浆弧/造山带构造环境。结合前人研究成果,我们认为这些砂岩沉积于一个靠近思茅陆块边缘的弧后盆地,该弧后盆地可能是哀牢山洋二叠纪自东向西俯冲消减而产生。     

中国东部部分地区新生代岩石圈地幔的成因:主量和微量元素制约

为厘定中国东部新生代岩石圈地幔的成因,进而探讨岩石圈减薄的方式,本文选择汉诺坝、女山、盘石山和方山尖晶石二辉橄榄岩作为研究对象,系统分析了其主、微量元素。结果表明,这些地区新生代岩石圈地幔具有"新生"的性质,为上涌的软流圈物质经过小于10%的部分熔融程度后的残留相形成,后又经历了类似新生代玄武岩性质的富硅熔体的交代,交代介质的物质贡献小于3%。新生代岩石圈地幔与古老克拉通岩石圈地幔在主、微量元素上的显著差异以及新生代岩石圈地幔微量元素特征的拟合,支持拆沉为华北克拉通东部减薄的主要方式。     

源自蛇纹岩的流体对美国科罗拉多高原岩石圈地幔的交代作用

正板块俯冲作为地球上最重要的一个地质过程,控制着岛弧形成、地壳增生、地幔演化等。而在俯冲过程中,脱水反应使板片析出流体具有特殊的地球化学和同位素组成(如富集LILE和LREE,亏损HFSE;重的Li和B同位素组成);这些富水流体渗透进入上覆地幔楔,可以通过交代作用改变地幔楔的组成。目前,在岛弧环境中,传统稳定同位素(如O、H)组成与微量元素或放射成因同位素的协同变化很少被研究。     

华北陆块东北缘张三沟岩组SHRIMP锆石U-Pb年代学研究及其地质意义

出露于华北陆块东北缘的张三沟岩组为一套变质火山－沉积岩系,前人根据变质程度和地层对比将其划归古元古代。本文通过SHRIMP锆石U-Pb年代学研究,获得2517±9 Ma 、2518±7 Ma 和2534±26Ma原岩年龄,2439±24Ma、2464±73Ma和2433±71Ma变质年龄。这表明该套变质岩层形成于新太古代晚期,变质时代在新太古代末－古元古代初。结合区域资料,其变质年龄可能代表了古龙岗陆块与位于其北东侧的其它陆块（如佳木斯陆块）碰撞造山的时代,表明华北克拉通在新太古代末－古元古代初期经历过一次重要的克拉通化。     

中国东部岩石圈地幔的演化——地幔岩捕虏体微量元素的证据

对中国东部赋存于新生代玄武岩中的地幔岩捕虏体的全岩和单斜辉石等作了主元素和微量元素分析，证实了二辉橄榄岩及其单斜辉石在主元素有连续变化的趋势，反映了具部分熔融后残留相的性质。方辉橄榄岩及其中的单斜辉石的主元素，Ｎｄ／Ｙｂ，Ｔｉ／Ｚｒ和Ｓｒ／Ｚｒ值与二辉橄榄岩的同类矿物是不连续过渡。     

微陆块属性及过程:我国东北地区岩石圈地幔性质差异之根本

我国东北地区位于中亚造山带的东段,由多个微陆块俯冲拼合所组成,是研究壳幔相互作用的理想地区。但该区岩石圈地幔性质,包括壳幔属性是否解耦、是否有古老地幔残留、导致地幔性质差异的机制是什么,都还不清楚。东北地区多地出露新生代玄武岩并有橄榄岩捕虏体,如松嫩-张广才岭地块的阿巴嘎、五大连池和蛟河,兴安地块的哈拉哈、诺敏和科洛,以及与华北拼合褶皱带处的双辽、伊通和汪清等。其中阿巴嘎、哈拉哈、诺敏、科洛和蛟河的橄榄岩含有Mg#≥91.5的橄榄石,最大Re亏损年龄是2.1~1.9Ga,富集Sr、Nd同位素组成且变化范围大,反映交代作用强烈,这些特征与大陆岩石圈地幔有明显的相似性;而拼合带处的双辽、伊通、汪清及松嫩-张广才岭地块中的五大连池地幔包体橄榄石,Re亏损年龄总体为中元古代,Sr、Nd同位素组成变化范围小,交代作用弱,与大洋岩石圈地幔亲缘性更明显。这些差别总体反映出地块内部与地块边缘相比,有岩石圈地幔形成时代相对较老、亏损程度较高、地幔交代作用较强的特点。但也有例外的情况,如五大连池与科洛相比,更远离贺根山-黑河断裂带,但地幔属性更饱满,反映地块内部深部作用过程可能更强烈。因此,我们认为东北岩石圈地幔性质差异的根本原因与微陆块初始属性和后来的俯冲拼合及软流圈-岩石圈相互作用等有关。     

中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程

中国东部大陆主要由华北和华南两个古老地块在早中生代沿秦岭-大别-苏鲁造山带拼合形成,在显生宙特别是晚中生代时,东部大陆特别是华北东部发生显著活化,表现为浅部强烈的构造变形、盆地形成、岩浆活动、巨量成矿和深部岩石圈地幔的改造、减薄和增生作用,从而明显区别于全球其他稳定的克拉通地区。本文梳理了中国东部大陆演化历史和岩石圈地幔特征,认为华北和华南地块均由古老陆块拼合而成,块体初始规模小且内部发育薄弱带;显生宙以来华北、华南甚至整个中国东部都受到周边多个构造域的夹持影响,板片俯冲引起的软流圈上涌和熔流体活动沿大陆内部薄弱带和边缘有效侵蚀、改造上覆大陆岩石圈,使之发生减薄、再富集和置换作用,这种被改造的岩石圈地幔具有饱满的组成(富含玄武质组分)、较高的密度和较低的刚性程度,容易发生构造变形和部分熔融,使原本稳定的克拉通发生活化。因此,块体规模和内部薄弱带(内因)及周边构造环境(外因)是大陆稳定性的重要控制因素,中国东部大陆显生宙活化是这些因素协同作用的结果。     

华北克拉通岩石圈地幔的锂同位素特征与熔体改造作用

华北克拉通是显生宙以来全球古老克拉通破坏最为剧烈的地区。华北克拉通破坏及其相关的科学问题引起了国内外地质学家的广泛关注。有关华北克拉通破坏的研究已取得了许多重要进展,使我们认识到其破坏不仅表现为岩石圈厚度的剧烈减薄,更重要的是岩石圈地幔的物质组成与性质发生了巨大转变,即从古生代克拉通型转变为新生代大洋型。本文在综述华北地幔捕虏体锂同位素地球化学特征的基础上,进一步揭示了华北岩石圈地幔高度不均一的组成特征,以及不同来源的熔体对岩石圈地幔的改造作用,为深入认识华北岩石圈地幔的转变过程提供进一步的制约。     

俯冲陆壳和洋壳对华北克拉通中生代岩石圈地幔改造的氧同位素记录

来自华北克拉通山东省中生代镁铁质岩石及地幔包体的橄榄石氧同位素组成显示,早白垩世岩石圈地幔主要受到了来自俯冲的华南陆壳不同组分的改造作用,包括镁铁质下地壳和长英质上地壳组分以及少量的海相沉积碳酸盐岩,而晚白垩世的岩石圈地幔则受到了来自俯冲的太平洋板块的改造。早白垩世受俯冲陆壳改造的岩石圈地幔橄榄石相对正常地幔高δ¹⁸O (6.0‰～7.2‰),而晚白垩世被俯冲洋壳改造的局部地幔则相对正常地幔低δ¹⁸O (4.1‰～5.3‰)。板块俯冲作用是导致华北克拉通岩石圈地幔破坏的重要深部机制,三叠纪华南陆壳深俯冲导致了华北克拉通地幔强烈富集相容组分而转变为易熔的岩石圈,早白垩世大规模幔源岩浆的侵位很可能与俯冲大陆板片的整体断离或拆离作用相关;晚中生代以来的太平洋俯冲作用则引发了岩石圈地幔的置换和增生作用,形成了目前新、老地幔共存的格局。     

鲁西隆起侏罗系碎屑主物源来自华北北缘:锆石U-Pb和Hf同位素年代学证据

鲁西隆起保存并出露比较完整的晚中生代沉积记录,是研究华北东部晚中生代构造演化的重要窗口。本文采用碎屑锆石LA-MC-ICP-MS测年方法分析鲁西隆起北缘淄川地区坊子组和三台组中的两个砂岩样品,以此探讨华北东部侏罗纪的沉积物源并约束构造古地理格架。两个砂岩样品具有近似的U-Pb年龄谱。古元古代和新太古代两组U-Pb年龄及其Hf同位素组成与广泛出露于北部的华北克拉通基底一致,根据缺乏新元古代中期(850～700 Ma)岩浆年龄和三叠纪变质年龄的事实,以此可以排除扬子板块以及现今临近于鲁西隆起东南部的苏鲁造山带物源。坊子组和三台组碎屑锆石显生宙年龄(393～256 Ma)记录的晚古生代岩浆活动均未发现于鲁西隆起及其邻近地区,而可以与大量出露于华北北缘及其北部的兴-蒙造山带的岩浆活动进行对比。此外,相当部分的显生宙碎屑锆石(183 Ma、462 Ma和324～154 Ma)具有正的ε_Hf(t)值(0.9～12.7)同位素特征,也与兴-蒙造山带特征相似,且三台组砂岩中显生宙碎屑锆石及其中ε_Hf(t)值为正值的比例较坊子组均增多。研究认为,华北北缘及其北部的兴-蒙造山带在侏罗纪时从早到晚不断抬升、剥蚀,形成相对华北克拉通内部的高地势特点,由此大量的剥蚀产物向南输运而成为鲁西隆起侏罗系的主要碎屑物源。     

中条山中生代镁铁质侵入岩年代学与地球化学:对华北克拉通南部岩石圈地幔性质的制约

镁铁质岩石作为幔源岩浆产物,其成因研究有助于探讨华北克拉通深部地幔性质及其演化过程.对中条山地区镁铁质侵入岩开展了系统的锆石U-Pb年代学、全岩主、微量元素、全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素研究,揭示了晚三叠世(217±2 Ma)和早白垩世(121±2 Ma)两期镁铁质岩浆活动.晚三叠世镁铁质侵入岩SiO2含量低至...     

鲁西莱芜三岔河矽卡岩型铁金矿床岩体成因：锆石U-Pb年代学和岩石地球化学证据

【研究目的】莱芜三岔河矿床是鲁西地区首次发现的矽卡岩型铁金矿床（不含铜）,以往研究相对薄弱,本文旨在对成矿岩体形成时代、源区性质、岩石成因和构造背景进行讨论。【研究方法】本文开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、岩体主微量测试工作。【研究结果】结果显示辉石闪长岩侵位年龄为（138.4±1.2）Ma,属早白垩世。辉石闪长岩里特曼指数σ=2.20～2.54,为钙碱性岩石;辉石闪长岩具高Mg^#、富Na特征,Sc、Cr、Co、Ni含量较高,表明其具有幔源岩浆的属性;富集轻稀土元素（LREE）,亏损重稀土元素（HREE）,Eu异常不明显,富集大离子亲石元素（Cs、Ba、Sr）,亏损高场强元素（Nb、Ta、Zr）,暗示有地壳物质的涉入。【研究结论】三岔河辉石闪长岩可能起源于受华北克拉通古老地壳物质改造的富集岩石圈地幔的部分熔融,形成于岩石圈减薄的强烈伸展构造背景,可能与太平洋板块俯冲后撤引起的伸展构造环境有关。     

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?     

扬子克拉通东北缘岩石圈地幔的Re-Os同位素地球化学:大陆岩石圈地幔的形成和演化的制约

苏皖地区新生代碱性玄武岩中有丰富的地幔橄榄岩捕虏体 ,测定了 2 0多个样品的Re Os元素丰度和锇同位素组成 ,结果 :Re =0 .0 2 7× 10 - 9～ 0 .375×10 - 9,Os=0 .112×10 - 9～ 3.35× 10 - 9,1 87Os 1 88Os=0 .117～ 0 .134。由代理等时线法1 87Os 1 88Os Yb获得该区岩石圈地幔早期熔体亏损事件的年龄为 1.7Ga(中元古代 )。苏皖地区岩石圈地幔的古老性表明它是元古代后岩石圈拆沉 减薄作用的残余地幔部分。岩石圈地幔经过了亏损 富集多阶段演化。     

鲁西早白垩世岩石圈地幔的属性:大昆仑辉长岩和辉绿岩年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Pb-Hf同位素制约

大昆仑辉长岩和辉绿岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、锆石Hf同位素和全岩地球化学及全岩Sr-Nd-Pb同位素的研究为探讨鲁西地区早白垩世岩石圈地幔的属性提供了制约。结果表明,大昆仑辉长岩中少量锆石和辉绿岩中锆石发育条痕状吸收,具有相对高的Th/U比值(0.11~3.12),暗示它们均为岩浆成因,辉长岩中多数为岩浆成因的捕获锆石。辉长岩和辉绿岩中岩浆锆石的~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄分别为132±3Ma和112±1Ma;辉长岩中捕获锆石的谐和年龄主要介于2469~1752Ma之间,暗示古老地壳物质的存在。辉长岩和辉绿岩整体具有低Si O_2(49.08%~52.61%)、高MgO(4.52%~9.67%)、Na_2O含量(2.58%~3.49%)以及高Mg~#值(45~65)特征;富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Rb、Ba、Th)、贫重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、Zr和Hf),其(La/Yb)_N=8.98~10.2,Eu负异常不明显(δEu=0.83~0.93)。辉长岩的初始~(87)Sr/~(86)Sr比值变化于0.7046~0.7060之间,ε_(Nd)(t)值介于-16.71~-15.54之间,~(206)Pb/~(204)Pb、~(207)Pb/~(204)Pb和~(208)Pb/~(204)Pb初始比值分别为16.596~16.776、15.255~15.290和36.328~36.648。辉绿岩中岩浆锆石的ε_(Hf)(t)值介于-12.0~-2.5之间。上述结果表明,大昆仑辉长岩和辉绿岩形成于早白垩世,与华北克拉通东部早白垩世岩石圈减薄的峰期时间一致;起源于受华北克拉通古老下地壳物质改造的富集岩石圈地幔的部分熔融,形成于岩石圈减薄的伸展构造背景。     

华北克拉通中部中生代岩石圈地幔的性质:来自橄榄岩捕虏体的证据

目前对华北克拉通中生代岩石圈地幔性质的认识主要来源于中生代火成岩元素和同位素的地球化学示踪,而缺乏由地幔橄榄岩捕虏体所代表的直接证据.太行山南段中生代闪长岩中的地幔橄榄岩捕虏体为了解华北克拉通中部岩石圈地幔的性质提供了可能.     

安徽女山地幔橄榄岩捕虏体的同位素组成:中国东部新生代岩石圈地幔时代制约

位于安徽省境内的女山新生代碱性玄武岩中含有大量而且类型丰富的地幔橄榄岩包体,主要类型有尖晶石相、石榴石相、尖晶石-石榴子石过渡相二辉橄榄岩以及少量的方辉橄榄岩,其中部分尖晶石二辉橄榄岩样品中出现富含挥发分的角闪石、金云母和磷灰石。本文选择该区的尖晶石二辉橄榄岩和方辉橄榄岩包体进行了较为详细的岩石学、矿物学、地球化学研究工作。结果显示,除2个方辉橄榄岩表现难熔特征外,其它25件尖晶石相二辉橄榄岩均具有饱满的主量元素组成。二辉橄榄岩样品的Sr-Nd-Hf同位素均表现为亏损地幔的性质,不同于古老克拉通型难熔、富集的岩石圈地幔。富含挥发份交代矿物的出现以及轻稀土元素不同程度的富集,表明女山岩石圈地幔经历了较为强烈的交代作用,然而Re-Os同位素及PGE分析结果表明交代作用并没有显著改变Os同位素组成。二辉橄榄岩样品均具有较高的Os同位素组成,结合其饱满的主量元素组成,亏损的同位素特征,表明女山地区岩石圈地幔整体为新生岩石圈地幔。但1个方辉橄榄岩样品给出了较低的Os同位素比值0.1184,其Re亏损年龄为1.5Ga,它可能来自于软流圈中残留的古老难熔地幔。     

华北东部中、新生代岩石圈地幔的不均一性：来自橄榄石的组成填图结果

华北中、新生代玄武质火山岩和基性脉岩携带的地慢橄榄岩捕虏体中橄榄石和／或橄榄石捕虏晶系统的组成填图显示华北东部中、新生代岩石圈地幔存在明显的时空分布规律和不均一性。这与通过岩石圈地幔源基性岩石的地球化学反演获得的华北中生代岩石圈地幔的时空不均一性及其块体特征完全一致。太行山和鲁皖地区新生代岩石圈地慢的差异演化主要反映古老地幔橄榄岩与熔体相互作用时熔体性质和来源的不同。同时,橄榄石Fo填图还揭示了郯庐断裂对华北东部中、新生代基性岩浆活动及其岩石圈地幔演化的重要制约作用。而且,华北东部中生代岩石圈减薄后尚存古老岩石圈地幔残留。因此,华北东部岩石圈减薄的整体拆沉模式很难成立。     

华北克拉通古老岩石圈地幔的多次地质事件:来自金伯利岩中橄榄岩捕虏体的启示

本文提供的两件蒙阴岩区金伯利岩中的蛇纹石化石榴石橄榄岩捕虏体,整体发育剪切-变形结构,其中的辉石有三种类型,代表了三次地质事件,他们是:(1)石榴石中的自形单斜辉石包裹体Py;(2)粗粒不规则形状的斜方辉石Py1;(3)具反应边及定向排列的斜方辉石Py2。 Py具有高Na2O和Al2O3,及低Mg#和CaO的特征,暗示所赋存的橄榄岩未遭受过明显的熔融作用。推测Py为早期阶段地幔"岩浆海"结晶时被石榴石包裹的矿物。在手标本及薄片中普遍见到Py2切过Py1,表明Py1形成早于Py2。Py1的 Cr(669×10-6~9503×10-6), Ni (1941×10-6~4750×10-6)含量和Mg#(0.91~0.94)比值较高, 而Py2中的Cr (725×10-6~1926×10-6) , Ni (902×10-6~2989×10-6) 和Mg# (0.88~0.90)值较低,说明Py1是早期经部分熔融的橄榄岩耐熔残余中的顽火辉石残留。相反,Py2可能是软流圈来源的熔体与耐熔橄榄岩反应的结果。剪切/变形 以及交代事件则发生于上述反应之后或者与之同时。依据主元素特征,较早的Py1的耐熔程度反而高于Py2,本文称之为地幔组成的"逆向演化"。 看来,这种逆向成分演化不仅发生在中新生代,而且也发生于古老地幔,甚至是贯穿于整个地幔演化的历史时期。与已发表的有关地幔形成年龄的资料对比,Py、Py1和 Py2的年龄估计分别是>3.8Ga, 2.5Ga/1.4~1.3Ga和0.9~0.7Ga 。另外1件碳酸盐化橄榄岩捕虏体,采自复县金伯利岩,具有明显的剪切-变形结构,最终形成时间可能与Py2接近。