华北克拉通南缘栾川群大红口组形成时代及其对新元古代构造演化的制约

华北克拉通南缘豫西地区保存有较为完整的变质结晶基底和中-新元古代沉积盖层,记录了重要的前寒武纪构造演化信息。近年来的年龄研究结果表明原认为是中-新元古代的汝阳群-洛峪群可能形成于中元古代早期(1. 75～1. 60Ga),而沿着华北克拉通南缘与秦岭造山带的拼合带(洛南-栾川断裂带)分布的新元古代盖层(主要为栾川群)的形成时代尚不明确。华北南缘新元古代栾川群主要由大理岩、片岩、千枚岩和碱性火山岩组成,其上部大红口组火山岩以碱性粗面质岩石为主,高硅富钾,与侵入到栾川群中下部的辉长岩构成典型的双峰式岩石组合。栾川群大红口组三个粗面岩样品的锆石U-Pb年龄分别为840±4Ma、845±5Ma和846±6Ma,结合已有的栾川群下伏地层最年轻的碎屑锆石年龄结果(～1000Ma),限定栾川群归属于新元古代早期(1000～840Ma)。大红口组岩浆岩的岩石组合和地球化学特征表明其形成于板内裂谷环境,根据区域构造资料以及前人的研究成果,栾川群火山岩与北秦岭同时期的岩浆活动共同指示了华北南缘与北秦岭在～845Ma均处于板内拉张阶段。     

华北克拉通太古宙研究若干进展

华北克拉通存在3.8 Ga以上的地质演化历史。本文对近年来我们在鞍本、冀东、鲁西、胶东和阴山地区研究取得的进展作了简要介绍。在鞍山,深沟寺杂岩获得~3770 Ma,3600–3660 Ma,~3450 Ma,3310–3330 Ma和~3120 Ma锆石年龄,与白家坟杂岩和东山杂岩的岩浆事件十分类似。在冀东,对曹庄杂岩副变质斜长角闪岩和石榴黑云片麻岩定年,发现大量3.5–3.8 Ga碎屑锆石,并获得~2.5 Ga变质锆石年龄,冀东地区很可能存在始太古代岩石,可把曹庄杂岩形成时代限定在2.5 Ga和3.4 Ga之间。在鲁西,把太古宙基底从东北到西南依次划分为A、B、C三个岩带:A带主要为新太古代晚期的壳源花岗岩,B带主要为新太古代早期的岩石,C带主要为新太古代晚期的新生岩浆岩。鲁西是华北克拉通新太古代早期岩石分布最广泛的地区,也是华北克拉通确认新太古代早期和晚期表壳岩系共存的唯一地区。在胶东,规模巨大的2.9 Ga岩浆热事件被识别出来,它是强烈地幔添加作用的产物。可能作为岩浆板底垫托作用的结果,2.9 Ga岩石与2.7 Ga岩石一道,在新太古代晚期(~2.5 Ga)遭受强烈变质改造。在阴山地块,除2.5 Ga表壳岩和侵入岩外,还存在2.7 Ga英云闪长岩和2.6 Ga花岗岩。新获得的资料表明阴山地块与华北克拉通东部陆块具有类似的早前寒武纪地质演化历史。还对华北克拉通太古宙变质基底的锆石年龄和Hf同位素组成及全岩Nd同位素组成进行了统计研究。结合前人工作,初步总结了华北克拉通太古宙地质演化特点。认为华北克拉通与其它克拉通类似,新太古代早期—中太古代晚期是陆壳形成增生的主要时期,但最强烈广泛的构造热事件存在于新太古代晚期。在我们新提出的构造区划中,划分出了三个古陆块(2.6 Ga),即东部古陆块、南部古陆块和中部古陆块。     

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。     

华北克拉通南缘太华杂岩组成及演化

太华杂岩位于华北克拉通南部,其组成复杂,记录了几乎所有早前寒武纪各阶段重要的地质事件;此外,由于其所处特殊地理位置,研究太华杂岩对于华北克拉通早前寒武纪地壳形成和演化、构造单元划分和基底拼合等都具有举足轻重的科学价值。本文综合已有的岩石学、变质作用、地球化学以及同位素年代学等诸多研究工作,得到以下阶段性结论和认识:1)将鲁山地区太华划分为以深成侵入岩为主的片麻岩系和以变质沉积-火山岩为主的表壳岩系;前者形成于中太古代晚期-新太古代早期,后者形成于古元古代晚期。而小秦岭地区太华杂岩中变质深成侵入岩形成时间跨度较大,为中太古代晚期-古元古代早期;而其上覆的火山-沉积岩可与鲁山太华杂岩的表壳岩类比,形成时间亦为古元古代晚期。2)中太古代-新太古代(2.91～2.50Ga)为华北克拉通南部大陆最主要的地壳形成时期。提出太华杂岩在太古宙经历了两期明显的地壳生长时间,一期发生在2.85～2.70Ga,以鲁山太华片麻岩系中的深成侵入岩和斜长角闪岩为代表;另一期发生在～2.50Ga,以小秦岭华山和崤山地区太华杂岩中各类花岗质岩石为代表。3)太华杂岩在所谓的全球陆壳生长"沉寂期(2.45～2.20Ga)"岩浆活动异常发育,推测这一时期的岩石形成于古元古代俯冲-汇聚环境,可能是与华北克拉通南部太古宙陆块和其他陆块汇聚-碰撞相关。4)太华杂岩在古元古代晚期普遍遭受了强烈的变质和变形,其变质程度主体为高角闪岩相,局部可达麻粒岩相,且记录了包含近等温降压退变质片段的顺时针变质作用P-T轨迹,经历了一个漫长的变质演化过程(1.97～1.80Ga),变质作用的时限跨度可达150Myr。5)提出华北克拉通南部曾经为一个统一基底,称之为"南部太古宙地块",此地块形成时间为新太古代末期(～2.5Ga)。该古老陆块经历了如下5个构造-演化阶段:(1)冥古宙-始太古代初始陆核形成;(2)中太古代-新太古代陆壳快速生长;(3)古元古代早期(～2.3Ga)岩浆活动异常活跃;(4)古元古代(2.30～1.97Ga)陆内拉伸-破裂;和(5)古元古代末期(1.97～1.80Ga)陆块最终拼合。     

华北克拉通南缘张士英岩体大陆动力学背景:来自地球化学、锆石U-Pb年龄和Hf同位素的证据

张士英岩体位于华北克拉通南缘,岩体主要由石英正长岩组成。石英正长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为122.8±1.5Ma。其Si O2含量为66.04%~67.80%,Na2O+K2O=9.03%~10.97%,K2O=4.40%~6.37%,K2O/Na2O1属于钾质长英质岩石。A/CNK=1.26~1.58,A/NK=1.63~1.79属于过铝质岩石系列。石英正长岩的Mg#变化范围在12.9~39.4。富集LREE亏损HREE,轻重稀土分异明显,(La/Yb)N=15.48~21.12,Eu呈弱的负异常(δEu=0.54~0.99)。富集Rb、K、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素。张士英石英正长岩岩浆锆石εHf(t)集中在-17.6~-13.9,Hf两阶段模式年龄tDM2集中在1.7~1.9Ga。石英正长岩的岩浆Zr饱和温度高(936~998℃)。地球化学及同位素显示张士英石英正长岩源区主要为古老的壳源物质,并有少量年轻组分加入,这种年轻组分是幔源物质。岩体形成于拉张性构造环境下,拉张性的环境导致了幔源物质的上涌,底侵下地壳使其发生部分熔融。形成时代正好位于华北克拉通破坏峰期,张士英石英正长岩正是这一地质事件的响应。     

华北和扬子陆块及秦岭-大别造山带地表和深部太古宙基底的新信息

本文根据华北和扬子陆块及秦岭-大别造山带地表和深部出露的各种岩石中发现的继承性锆石的测年数据,报道了太古宙基底和岩浆事件的新信息,并简要地论述其地质意义。华北陆块东北缘、东南缘、北缘、西北缘共6个地区的深部都存在新太古代和中、古太古代岩浆事件的新信息;南缘深部也存在古太古代岩浆事件的新信息。在华北陆块早前寒武纪同位素年龄直方图(以太古宙岩浆事件为主)上,最高峰值位于2.45-2.6 Ga区间,而以2.5-2.55 Ga最为突出,显示该区间岩浆事件最为强烈,可能代表一次重要的碰撞事件。此外还见有2.7 Ga,2.8 -2.85 Ga,2.95-3.0 Ga,3.1-3.15 Ga,3.3-3.4 Ga,3.45-3.5 Ga,3.6 Ga和3.8 Ga等较高峰值,反映了岩浆事件不同活动阶段的演化趋势。扬子陆块北缘地表和深部有与华北陆块相似的太古宙古老基底信息。扬子陆块中部的长江中下游地区、东南缘相当于江南古陆的地区以及扬子陆块西南缘地区在地壳深部均保留有新太古代和/或古太古代岩浆锆石的年龄信息。秦岭-大别造山带从东到西,多处(主要是深部)也发现有新-中太古代残余岩浆锆石的年龄信息。     

华北陆块南缘锑矿成矿带成矿规律初步研究

本文从矿床和地球化学等方面研究了华北陆块南缘锑矿成矿带矿化特征,并结合该锑矿带所处的大地构造位置,系统分析了锑矿带形成的机制和成矿作用及其成矿远景。     

华北克拉通南缘下地壳麻粒岩地体的形成与演化

研究前寒武纪地体的构造-岩浆事件和变质作用过程是揭示早期陆壳的生长与演化等热点问题的重要途径。目前,尽管已经开展了大量的相关研究,但关于华北克拉通南缘前寒武纪变质地体的成因、构造背景仍存在争议,限定了我们对于华北克拉通南缘前寒武纪形成和演化的认识。本文根据前人研究成果,包括华北南缘太华杂岩的岩相学、地球化学、年代学以及变质P-T-t轨迹等,结合对鲁山地区太华杂岩的全岩主微量、长石矿物原位Pb同位素组成特征以及基性麻粒岩的年代学等研究成果,系统梳理并探讨了太华杂岩代表的新太古代-古元古代下地壳物质组成、岩石成因以及多阶段构造-岩浆事件。结果显示华北南缘记录了2.92~2.71Ga和2.53~2.45Ga两期重要的地壳生长事件,2.35~2.30Ga和2.19~2.06Ga的陆壳再造,以及1.96~1.84Ga古元古代的变质事件。再结合华北克拉通中部造山带中、北部的变质程度、变质P-T轨迹和变质年龄,我们认为华北南缘前寒武纪基底与中部造山带的中、北部相似,构造归属于中部造山带,发生了一个较长的俯冲碰撞造山过程(1.96~1.86Ga)。

     

华北陆块南缘中生代合峪花岗岩的地球化学特征与成因

合峪花岗岩基位于华北陆块南缘外方山地区,为豫西地区燕山期最大的岩基,出露总面积达784km2,有多期侵入的特点,可划分为6个单元。主要岩石类型为黑云母二长花岗岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄资料表明,合峪花岗岩基侵位时间为148.2~135.3Ma。合峪花岗岩基的SiO2=67.16%~75.43%,Al2O3=13.29%~15.92%,MgO=0.26%~1.12%,K2O+Na2O8%,Na2O/K2O=0.88~1.43,属于高钾钙碱性系列,ACNK=0.94~1.09,为准铝质-弱过铝质花岗岩。岩体轻稀土富集、重稀土亏损((La/Yb)N=14.5×10-6~49.9×10-6,平均值27.2×10-6),Sr含量变化较大(102×10-6~848×10-6,平均290×10-6),Y、Yb含量低(Y=3.21×10-6~17.3×10-6;Yb=0.43×10-6~2.16×10-6),Eu弱亏损(δEu=0.57~0.89),反映熔体发生过长石分离结晶作用,源岩部分熔融生成熔体时残留相组合中没有或很少有长石的存在。合峪花岗岩基ISr=0.7071~0.7090,εSr(t)=40.8~65.9,εNd(t)=-16.4~-11.2,其tDM2为1.85~2.27Ga;锆石的εHf(t)主要集中于-25.39~-5.25之间,tDM2年龄介于1301~2846Ma。同位素数据显示合峪花岗岩基的源岩主要为南秦岭及扬子地块结晶基底,还混有少量熊耳群及太华群的物质。综合区域地质演化,认为合峪花岗岩基形成于秦岭造山带中生代陆内俯冲,岩石圈增厚,幔源岩浆上涌底侵导致下地壳部分熔融形成。     

胶北太古宙早期锆石U-Pb定年及Hf同位素研究：华北克拉通古老陆壳增生及再循环的证据

古老陆壳物质的发现与鉴别是探索地球早期陆壳形成与演化历史的重要内容之一,锆石U-Pb年龄结合Hf同位素研究是该研究的重要手段。本文通过对胶北地体内一个长英质副片麻岩中的锆石开展系统的原位U-Pb定年和微量、稀土元素分析,获得了多个太古宙早期的锆石。根据这些锆石的阴极发光图像、Th/U比值及稀土元素球粒陨石标准化配分模式,它们具有典型岩浆锆石的特征,其中2个分析点给出了3413Ma和3400Ma(~3.4Ga)的锆石U-Pb年龄,7个分析点给出3547±19Ma(MSWD=1.16)的锆石U-Pb年龄,指示太古宙早期的陆壳岩浆事件;结合华北克拉通其它地区的类似研究结果,暗示华北克拉通可能曾经存在比现今出露面积更大的太古宙早期的古老陆壳。这些古老锆石的Hf同位素分析显示,它们的εHf(t)值在-6.19~0.95之间,平均为-2.54,两阶段Hf模式年龄在3737~4353Ma之间,平均值为~4.1Ga,远大于锆石的U-Pb年龄,指示华北克拉通存在~4.1Ga的地壳增生作用及古老陆壳(3.55Ga)的再循环。     

华北地块南缘熊耳山早中生代正长花岗岩——SHRIMP锆石U-Pb年龄、地球化学及意义

报道了华北地块南缘河南熊耳山寨凹正长花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为217.7±3.6 Ma,为早中生代。该正长花岗岩在岩石化学上高碱和Al,贫Mg、Fe;在微量元素上明显亏损Ba、Sr、P、Ti,相对富集高场强元素U、Th、Zr、Hf;在稀土元素上具有明显的四组分效应。研究结果表明,寨凹正长花岗岩与东秦岭北部富碱侵入岩、北秦岭褶皱带和南秦岭褶皱带早中生代花岗岩的地球化学特征有明显差异,为高分异的Ⅰ型花岗岩。其形成的构造环境与东秦岭地区其他早中生代侵入体相似,为后碰撞或后造山。     

华北克拉通北缘内蒙古达茂旗地区前寒武纪基底岩石组合及形成时代

在华北克拉通北缘达茂旗地区, 近东西向分布前寒武纪基底, 前人根据岩石组合特征将其划为色尔腾山岩群, 但缺乏年代学依据。通过岩石学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其微量元素地球化学、锆石Lu-Hf同位素等研究对达茂旗地区前寒武纪基底岩石组合、形成时代、物质来源进行讨论。研究表明, 达茂旗地区前寒武纪基底由色尔腾山岩群和古元古代变质侵入岩构成。色尔腾山岩群由黑云斜长片麻岩、大理岩组成, 形成时间为2009~2142 Ma, 属古元古代。古元古代存在2期侵入岩, 分别为1992~1999 Ma、1920 Ma。达茂旗地区在约2.6 Ga、2009~2142 Ma分别发生过陆壳增生作用, 并受到古老陆壳物质混染, 1999~1992 Ma的碱长花岗岩与石英闪长岩为新生陆壳重熔产物, 可能受到古老陆壳物质混染; 1920 Ma的黑云母二长花岗岩为古老陆壳重熔产物。这些认识为进一步研究华北克拉通北缘前寒武纪构造发展演化提供了更多依据。     

信阳周庄变辉长岩LA-ICPMS U-Pb定年与华北南缘复杂演化过程

河南信阳周庄变基性侵入岩体出露于华北克拉通南缘,主要由斜长石+角闪石(+绿帘石)组成,可见残余辉长结构,属经历了绿帘角闪岩相-低角闪岩相变质的变辉长岩.对变辉长岩的两个样品中的锆石进行了LA-ICPMS U-Pb同位素测年分析.这两个样品都给出了859Ma的谐和上交点年龄,但分别给出了356±82Ma和234±36Ma的谐和下交点年龄.其中一个样品还给出了另外两组谐和的年龄,它们的~(206)Pb/~(238)U表面年龄分别是616±10Ma和442±6.5Ma.我们解释共同的谐和上交点年龄(859Ma)代表着岩体的侵位时代,是Rodinia超大陆裂解事件在华北克拉通南缘的早期记录(如基性岩浆侵入作用);其他四组年龄是岩体后期所经历改造事件的年龄记录,包括新元古代晚期的再次裂解(如变质重结晶作用)和古生代、早中生代时期扬子克拉通向北的俯冲-碰撞对华北南缘的强烈改造过程.     

华北克拉通北缘中段二叠纪苏吉火山岩及其形成机制

本文报道了集宁北部商都县西井子镇一带苏吉火山岩的岩石学、地球化学、锆石年代学及Hf同位素组成。锆石定年显示,苏吉火山岩形成于早-中二叠世(267±2Ma、272±2Ma和270±3Ma)。研究区内的苏吉火山岩为一套酸性火山岩组合,SiO_2、Al_2O_3含量较高并具有极低的Mg#;其轻稀土元素和大离子亲石元素相对富集,高场强元素Nb、Ta、Ti明显亏损。苏吉火山岩的锆石εHf(t)呈较高的负值(-17.3~-5.9)并具有相当古老的Hf二阶段模式年龄(1667~2386Ma),指示它们的原始岩浆主要源自古老地壳物质的部分熔融。系统的地质填图显示,华北克拉通北缘中段存在一条数百千米的晩古生代火山岩带。苏吉火山岩的形成可能与古亚洲洋向华北克拉通俯冲有关,当时华北克拉通北缘存在一个安第斯型活动大陆边缘。     

华北陆块南缘汝阳群次火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义

华北陆块南缘汝阳群下部的次火山岩一直被看作是与汝阳群同时代的火山喷发夹层。通过研究测得玄武岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为213.5±2.4Ma,并在邻近该次火山岩层上部的紫红色泥岩中发现了褪色的角岩化现象,说明该火山岩是晚三叠世沿汝阳群下部顺层侵入的次火山岩岩床。通过对该次火山岩岩石及其地球化学特征的研究,认为该次火山岩起源于有早期俯冲洋壳或陆壳参与再循环的大陆富集型地幔的部分熔融,它与秦岭造山带几乎同时代形成的超高压榴辉岩、埃达克质岩石、高钾钙碱性花岗岩、环斑花岗岩等共同揭示了秦岭造山带自中三叠世全面碰撞造山之后,由碰撞挤压逐渐转变为伸展拉张的深部动力学过程。     

华北陆块南缘汝阳群次火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义

华北陆块南缘汝阳群下部的次火山岩一直被看作是与汝阳群同时代的火山喷发夹层。通过研究测得玄武岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为213.5±2.4Ma,并在邻近该次火山岩层上部的紫红色泥岩中发现了褪色的角岩化现象,说明该火山岩是晚三叠世沿汝阳群下部顺层侵入的次火山岩岩床。通过对该次火山岩岩石及其地球化学特征的研究,认为该次火山岩起源于有早期俯冲洋壳或陆壳参与再循环的大陆富集型地幔的部分熔融,它与秦岭造山带几乎同时代形成的超高压榴辉岩、埃达克质岩石、高钾钙碱性花岗岩、环斑花岗岩等共同揭示了秦岭造山带自中三叠世全面碰撞造山之后,由碰撞挤压逐渐转变为伸展拉张的深部动力学过程。     

冲积扇沉积向滨岸沉积的转变--以华北克拉通南缘中元古界兵马沟组为例

中国华北克拉通南缘的前寒武纪沉积地层发育齐全、出露较好,具有较高的研究价值。但前寒武纪的沉积地层年代久远,缺少佐证的生物依据,对沉积环境的判断更多依赖于构造背景、地理环境、岩石类型和沉积构造等,导致前人研究有较多的争议。以华北克拉通南缘汝阳群兵马沟组为例,通过精细分析岩石特征、古水流和沉积相,结合相关地层的区域对比及古地貌的重建,解释了兵马沟组的沉积成因和环境转换。汝阳群沉积地层不整合覆盖在华北克拉通南缘太古宙变质结晶基底或古元古代熊耳群火山-沉积岩系之上,兵马沟组作为汝阳群底部的地层单元,受地形和断裂的明显控制,接受丰富的物源供给,发育了一套极具特色的“双层叠加”沉积地层,代表了从冲积扇沉积到砂砾质滨岸沉积的环境转变,作为华北克拉通南缘以海相为主控的沉积开端,具有重要的科学价值。     

华北克拉通南缘潘河~1.5Ga正长岩的厘定及其构造意义

华北克拉通是否曾是Columbia超大陆的组成部分并具有一致的裂解过程一直存在争议,而已知的中元古代非造山岩浆组合集中分布于华北克拉通北缘是引起有关裂解过程争论的重要原因。作者近来在华北克拉通南缘,河南省卢氏县潘河地区,厘定了一组中元古代走向近东西的正长岩脉群。正长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为1469±8Ma(MSWD=1.4)。岩石类型主要为黑云母正长岩,局部有少量霞石正长岩。岩体的SiO2变化于51.3%～65.7%之间,碱含量较高,K2O+Na2O总量8.32%～13.0%,铝含量较高(Al2O3=18.7%～20.0%),为碱性过铝质岩类。岩体轻重稀土分馏较为显著(La/Yb)N=14.5～34.5,具有显著的Eu负异常(δEu=0.2～0.3),强烈富集Rb、Ba、Th等大离子亲石元素和Nb、Ta、Nd、Tb等高场强元素,而Sr、Ti、P、Eu等元素显著亏损。岩石εHf(t)=-14.79～+8.16,Hf模式年龄为2.93～1.74Ga,指示成岩物质主要来源于富集岩石圈地幔的部分熔融并有地壳物质的加入。岩体形成于板内伸展构造环境,这表明华北克拉通的南缘也同时记录了华北克拉通曾经在中元古代发生过大规模的伸展作用,其伸展过程可能与Columbia超大陆的裂解有关。