华北克拉通重力梯度带两侧晚中生代火山岩地球化学特征对比研究及其对岩石圈减薄的时空制约

对华北克拉通重力梯度带东西两侧的河北承德袁家庄和内蒙古四子王旗白脑包出露的晚中生代火山岩进行了地球化
学对比研究。全岩主量元素、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素数据表明,袁家庄火山岩和白脑包火山岩具有相似的地球化学特
征。这些火山岩轻、重稀土强烈分异,富集大离子亲石元素(如Rb,Ba,Th,U,K等),亏损高场强元素(如Nb,Ta,Zr,
Hf,Ti等);其同位素具有高(87Sr/86Sr)i,低εNd(t)和低εHf(t)的特征,因此认为袁家庄和白脑包火山岩具有相似的源区,即均来
源于被交代的古老岩石圈地幔的部分熔融。结合文献资料,作者认为,这些晚中生代火山岩是华北克拉通岩石圈减薄的直
接产物,中生代时期华北克拉通岩石圈的减薄不仅仅局限于重力梯度带以东地区,以西的部分地区也有发生。 chengxu       

华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

华北岩石圈减薄的时空不均一特征

总结了华北中生代基性岩浆活动的年代学资料和中一新生代岩浆的地球化学特征,认为岩浆随时问的演化趋势与岩石圈减薄过程密切相关。根据富集岩石圈地幔来源的岩浆作用持续时间(180～90Ma)认为该区岩石圈减薄时限约为100Ma。这暗示热机械侵蚀可能是华北岩石圈减薄的主要机制。华北东、西部新生代玄武岩岩浆具有相反的演化趋势,显示了该地区岩石圈减薄作用的时空不均一性。     

华北克拉通破坏与岩石圈减薄

古太古代（约4.0 Ga）时地球上可能只有一个超级大陆, 它的岩石圈厚度高达400 km。在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等（150~350km）。从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上。中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180~200 km 减少到现今的80~100 km。本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从     

华北克拉通东部中生代高Mg闪长岩——对岩石圈减薄机制的制约

在华北克拉通东部鲁西—徐淮地区,存在一套辉石闪长岩-二长闪长岩-花岗闪长岩组成的adakitic岩石。锆石SHRI MP和LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明它们形成于早白垩世(130~132Ma)。该类岩石具有较高的MgO含量(质量分数为1·46%~9·76%)、高的Mg#值(0·46~0·68)和高的Sr/Y值(主体介于30~52之间,个别高达410)。这些特征类似于由俯冲大洋板片部分熔融形成的adakitic岩石。然而,它们所表现出来的相对较高的87Sr/86Sr初始比值(0·7051~0·7077)和较低的εNd(t)值(-4·43~-15·92)则反映岩浆形成或演化过程中应有陆壳物质的参与。徐淮地区该类岩石中榴辉岩类捕虏体和石榴石捕虏晶的存在和鲁西辉石闪长岩中众多地幔橄榄岩捕虏体的发现,以及这些捕虏体中普遍发育富硅质交代作用,由此可以判定该类岩浆应起源于拆沉下部大陆地壳的部分熔融及其在上升过程中与地幔橄榄岩的反应,石榴石作为残留相。华北克拉通东部早白垩世adakitic岩石的存在以及榴辉岩类捕虏体的年代学表明,中生代早期曾存在一次重要的陆壳加厚过程,之后相继出现的加厚岩石圈的拆沉应是中生代岩石圈减薄的主导机制。     

用玄武岩组成反演中-新生代华北岩石圈的演化

玄武岩的化学组成与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关,因此可以用来反演深部地幔的演化。文中简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法,并总结了有关华北中—新生代岩浆演化的两个最主要特征:(a)晚中生代岩浆活动经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变,而两个阶段为一岩浆间隙期(~10Ma)所分隔;(b)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间的变化趋势。这些岩浆演化特征可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性提供了新的制约。     

华北地区东部岩石圈导电性结构研究——减薄的华北岩石圈特点

华北古大陆克拉通解体、岩石圈减薄的深部过程,对于建立中国大陆中新生代演化动力学模型是亟待深入研究的重要科学问题,因而"华北克拉通破坏"也就成了当前学术界的热门话题。为了研究"华北克拉通破坏"首先需要给出较准确的华北岩石圈结构,这必须依靠包括超宽频带高精度大地电磁深探测在内的现代深部地球物理探测技术。2001和2005年在华北地区东部布置了应县—商河(HB-MT01)、文水—日照(HB-MT02)大地电磁测深剖面进行研究。研究结果表明,在华北地区东部沿地壳-上地幔探测剖面可划分为4个电性区,区内发现有下地壳高导带和上地幔高导层存在。文中依据研究区壳-幔电性结构特征,推断华北地区东部地壳和上地幔之间发生过大规模构造运动,导致壳-幔之间存在解耦现象。研究结果还发现,华北东部确实存在岩石圈减薄区,其岩石圈厚度约50~80km厚。岩石圈明显减薄的区域包括北太行山隆起、华北裂谷带北部和鲁西断隆,其范围比原先认识到的要复杂,并非以太行山重力梯度带为界划分东、西两区,简单地认为东区即是减薄区。此外,在华北地区东部的现代高精度大地电磁探测结果也进一步证明了地球物理观测对于大陆动力学研究的重要性,这使人们更加认识到在今后的研究中必须强调地球物理-地质-地球化学之间的有机结合。     

华北克拉通东部中生代岩石圈减薄的过程与机制:中生代火成岩和深源捕虏体证据

基于最新的同位素年代学资料 ,华北克拉通东部中生代的岩浆作用可划分成四个阶段 ,即晚三叠世 ( 2 0 5～ 2 2 5Ma)碱性岩浆作用 ;中晚侏罗世 ( 1 5 5～ 1 6 0Ma)花岗质岩浆作用 ;早白垩世 ( 1 1 2～ 1 32Ma)双峰式岩浆作用和晚白垩世 ( 92～ 73Ma)碱性玄武质岩浆作用。徐淮地区中生代侵入岩中榴辉岩捕虏体的发现及其地质年代学资料 ( 2 1 9Ma)表明 ,华北克拉通东部中生代早期曾发生过一次重要的陆壳加厚过程。俯冲板片的断离以及高压—超高压变质岩的快速折返和晚三叠世 ( 2 0 5～ 2 2 5Ma)的碱性岩浆作用的存在均暗示 ,华北克拉通中生代岩石圈减薄已经开始。拆沉作用则是引起中生代早期岩石圈减薄的主要机制。中、晚侏罗世 ( 1 5 5～ 1 6 0Ma)花岗质岩浆作用形成于造山期后的伸展环境 ,代表了中生代岩石圈减薄的继续和发展。早白垩世 ( 1 1 2～ 1 32Ma)双峰式岩浆作用表明中生代岩石圈减薄达到了峰期。而幔源纯橄岩捕虏体中富硅质熔体的交代作用和玄武岩的高87Sr/ 86Sr值、低ε(Nd ,t)值特征表明 ,软流圈对岩石圈底部的化学侵蚀可能是导致该阶段岩石圈减薄的主导机制。晚白垩世 ( 92～ 73Ma)碱性玄武质岩浆作用和“海洋型”地幔捕虏体的存在代表了等温面的下降和岩石圈地幔的增生     

华北东部岩石圈减薄中的下地壳过程：岩浆底侵、置换与拆沉作用

最近研究表明，华北中生代岩石圈减薄不仅是岩石囤地幔减薄，而且下地壳也发生了一定程度的减薄和置换。本文强调下地壳过程，如岩浆底侵、置换和拆沉作用是理解岩石囤减薄机制的关键因素之一。火山岩及其捕虏体的信息似乎支持在华北东部南、北缘存在局部造山带型的下地壳与岩石囤的拆沉作用。但是华北东部整体上的减薄机制难以用造山带的拆沉模式来解释。华北东部克拉通内部的火山岩中的下地壳捕虏体有两类，一类是经历了麻粒岩相变质的底侵辉长岩和辉石岩以及榴辉岩相变质的石榴辉石岩，形成时代约在140～120Ma；另一类是经过了中生代变质叠加的前寒武纪麻粒岩。中生代华北东部曾发生过大规模的岩浆底侵作用，现今的下地壳很可能已大部分不是前寒武纪的下地壳，它们由中生代变质的辉长岩、镁铁质岩石以及经历了很强烈改造的前寒武纪下地壳麻粒岩组成。此外，在华北东部普遍存在着化学成分类似于“埃达克岩”的中生代高锶花岗岩类岩石，它们的形成与岩浆底侵作用和镁铁质下地壳的部分熔融有关，其熔融残留应是榴辉岩或石榴角闪岩。尽管如此，要通过下地壳部分熔融形成一个厚的密度很大的榴辉岩层，由它的重力不均衡来带动80～120公里厚的岩石圈地幔一起拆沉进入软流圈的机制很难发生在华北克拉通内部。岩浆底侵和置换作用是下地壳过程非常重要的形式，与岩石圈的减薄具有密切联系，其具体机制尚不完善。     

辽河坳陷青龙台辉绿岩的Ar-Ar年代学和地球化学特征——对华北东部岩石圈减薄作用完成时间的限制

辽河坳陷青龙台辉绿岩全岩Ar-Ar同位素定年所获得的坪年龄为(35.5±0.7)Ma,与正反等时线年龄在误差范围内均相吻合,表明该辉绿岩侵位于新生代古近纪的沙河街期。地球化学分析结果显示,青龙台辉绿岩贫硅,富碱、钛,轻重稀土元素分异明显,略具Eu正异常,富集大离子亲石元素(LILE,如Sr、Ba等)和高场强元素(HFSE,如Nb、Ta等),显示与洋岛玄武岩(OIB)类似的地球化学特征。区域资料显示,华北克拉通东部晚白垩世-古近纪均以拉斑质玄武岩的喷发为主,为尖晶石二辉橄榄岩相高程度部分熔融的产物,新近纪以来则以碱性玄武岩的喷发为主,为石榴子石二辉橄榄岩相低程度部分熔融的产物。青龙台辉绿岩具较高的LaCN/YbCN、Ce/Y值和较明显的Sr、Ba、Eu异常,应是尖晶石-石榴子石过渡相的二辉橄榄岩经较低程度部分熔融的产物。因此,青龙台辉绿岩的形成时间可代表华北东部岩石圈由减薄至增厚的转折时间。     

Geochronology and Geochemistry of Late Triassic Intrusive Rocks in the Xiuyan Area,Liaodong Peninsula,Eastern North China Craton: Petrogenesis and Implications for Lithospheric Thinning

The timing and mechanisms of lithospheric thinning and destruction of the North China Craton (NCC) remain controversial, and the overall geodynamics of the process are poorly understood. This paper documents Late Triassic igneous rocks including monzogranite, gabbro, and diorite from the Xiuyan District on the Liaodong Peninsula in the eastern NCC, which have LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of 229.0 ± 0.4 Ma, 216.2 ± 0.9 Ma, and 210.6 ± 2.0 Ma, respectively. Monzogranite shows high-SiO2 adakite affinity, negative εHf(t) values (?20.6 to ?17.9), and old TDM2 ages (3.53–3.29 Ga), suggesting that their parental magma was derived from thickened Paleoarchean mafic lower crust and minor mantle materials that were also involved their generation. Gabbro is ultrapotassic, strongly enriched in LREEs and LILEs, depleted in HFSEs, and has evolved zircon Hf isotopes with negative εHf of ?10.04 to ?5.85 and old TDM2 ages (2.59–2.22 Ga). These are diagnostic signatures of a crustal component, but their high contents of MgO, Cr, Co, Ni indicate that the primary magma originated from enriched mantle. Diorite is enriched in LILEs and LREEs, depleted in HFSEs (with negative Nb, Ta, and Ti anomalies), and contains negative εHf(t) values (?13.64 to ?11.01). Compared with the gabbro, the diorite is relatively enriched in Nb, Ta and HREEs, and also contains younger TDM2 ages (2.11–1.94 Ga), suggesting that the diorite was formed by mixing between ancient lower crust-derived felsic magmas and asthenospheric mantle-derived magmas. Field observations, geochronology, geochemistry, and zircon Lu-Hf isotopes indicate that Late Triassic magmatism and tectonic activity resulted from deep subduction of the Yangtze Craton beneath the NCC in the Xiuyan area. This phase of tectonic activity was completed in the eastern NCC by the Late Triassic (216 Ma), and was subsequently followed by lithospheric thinning that began in the Late Triassic.     

华北克拉通泊松比与地壳厚度的关系及其大地构造意义

华北克拉通破坏和岩石圈减薄已成为我国乃至国际地学界研究的热点之一。本文作者对许卫卫和郑天愉（2005）采用接收函数方法测量渤海湾西北盆岭地区58个宽频地震台站下面地壳厚度和地壳泊松比的资料进行了详细的分析研究。在冀东北、辽西以及石家庄附近的南太行山地区地壳泊松比随地壳厚度增加呈非线性骤然陡降,说明在这些地区中新生代地壳减薄作用主要集中于长英质的中上地壳。在保定—大同和官厅水库—张家口—张北地区,地壳泊松比随地壳厚度增加作缓慢地线性减小,说明由玄武岩浆底侵作用造成的地壳泊松比增加抵消了一部分由长英质中上地壳减薄造成的泊松比减小。所以,在中新生代华北克拉通地壳减薄过程中,上地幔部分熔融及玄武岩浆底侵作用主要集中在保定—大同和官厅水库—张家口—张北等冀西北地区。     

Lithospheric Structure in the North China Craton Constrained from Gravity Field Model(EGM 2008)

A detailed knowledge of the thickness of the lithosphere in the North China craton(NCC) is important for understanding the significant tectonic reactivation of the craton in Mesozoic and Ce-nozoic.We achieve this goal by applying the newly proposed continuous wavelet transform theory to the Gravity Field Model(EGM 2008) data in the region.Distinct structural variations are identified in the scalogram image of profile Alxa-Datong(大同)-Qingdao(青岛)-Yellow Sea(profile ABC),trans-versing the main units of NCC,whi...     

胶莱盆地晚白垩世玄武岩的年代学和地球化学特征及其对华北岩石圈减薄-增生的制约

已有研究认为华北岩石圈减薄的时空不均一是显著的,主要表现在软流圈来源的岩浆最早出现的时间呈现南北差异。本文通过40Ar-39Ar法获得胶莱盆地西官庄拉斑玄武岩的年龄为96±3Ma,属于青山群火山岩的一部分,早于王氏群大西庄碱性玄武岩(73Ma)。两套岩石均缺乏Nb、Ta负异常,分别具有与E-MORB和OIB类似的微量元素配分特征。西官庄拉斑玄武岩((87Sr/86Sr)t=0.7058,εNd(t)=0.37～0.57)和大西庄碱性玄武岩((87Sr/86Sr)t=0.7040,εNd(t)=5.5～5.7)的同位素组成特征均显示软流圈的印记。前者为软流圈熔体与古老富集岩石圈地幔相互反应的产物,而后者是软流圈部分熔融的产物。研究区岩浆的εNd(t)值随年龄的降低而逐渐增大,暗示古老岩石圈减薄过程中软流圈的上涌,说明研究区晚白垩世-早新生代岩石圈仍在经历减薄作用。类似的岩浆演化趋势在辽西和辽东地区也有发现,不过演化的时间分别为120～100Ma和80～60Ma,再次证明华北岩石圈减薄作用的时空不均一性。