华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏

华北克拉通在中生代发生了岩石圈减薄,古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生岩石圈地幔所取代.与此同时,华北克拉通发生了破坏,以大规模早白垩世岩浆作用为标志.尽管对这个现象有了共识,但是对华北克拉通岩石圈破坏的机制仍然存在争议.文章以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角,试图对上述争议提出解决办法.华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点,在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点,而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩.这个差异表明,华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变.尽管华北克拉通在晚三叠世也出现过镁铁质岩浆作用,但是其成因是深俯冲华南陆块折返的结果,而古太平洋板块俯冲在那时尚未启动.古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲,俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态,是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化阶段.古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物,也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物.对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说,则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物.从~144Ma开始,俯冲的古太平洋板片发生回卷,克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热,导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄.在130~120Ma期间,减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏,不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用.与此同时,回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热,产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩,这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代.古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带,而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲.这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔,而且化学上可以交代岩石圈地幔.因此,古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用才是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制.     

华北克拉通岩石圈地幔特征与演化过程

克拉通能否长期稳定存在,主要取决于岩石圈地幔的特征和属性.中生代以来,华北岩石圈地幔的组成和性质发生了根本性转变,导致了克拉通破坏.尽管目前取得了上述共识,但是对岩石圈地幔转变形式与机制的认识仍然存在分歧.本文以华北克拉通破坏前后岩石圈地幔的特征为视角,对华北不同时代幔源岩石及地幔捕虏体的研究结果进行综述,旨在为上述问题的讨论提供新的思路.华北古生代岩石圈厚达200km,具有高度难熔、SrNd同位素富集的克拉通型岩石圈地幔特征;中生代岩石圈地幔具有易熔、同位素高度富集的特征,在空间上具有明显的不均一性和分布规律;在新生代,华北东部岩石圈厚约60～80km,具有易熔、同位素亏损的大洋型岩石圈地幔特征;中部带岩石圈厚度大于100km,岩石圈地幔具有上老下新的双层结构;西部岩石圈厚达200km,仍然保存有克拉通型古老地幔.岩石圈地幔组成的转变主要是通过橄榄岩-熔体反应的方式实现的.古生代周边板块的多次俯冲作用使华北克拉通边缘地区岩石圈地幔的组成发生了明显改变.中生代古太平洋板块俯冲作用的叠加,促成华北东部岩石圈地幔组成和性质的根本转变,导致克拉通破坏区域的面积占华北总面积的1/2以上.从克拉通破坏的峰期时间和破坏区域空间展布来看,古太平洋板块俯冲及其驱动的深部动力学过程是华北克拉通破坏的一级控制因素.造成东部岩石圈巨厚减薄的主导因素是俯冲板块回转、海沟后撤引起的大陆岩石圈伸展.俯冲板块机械侵蚀、熔流体交代作用造成的岩石圈弱化、非稳态地幔流动伴随的热-化学侵蚀和岩石圈局部拆沉共同加剧了岩石圈减薄和克拉通破坏的进程.     

华北克拉通破坏与岩浆-成矿的深部动力学过程

华北克拉通在中生代发生强烈的破坏作用,诱发强烈的岩浆、构造、热事件,同时形成金等金属矿床.然而,克拉通破坏如何控制巨量金等金属矿床的形成与分布尚不十分清楚.本文基于已发表大量资料和科技部重点研发专项项目研究成果,系统总结了华北东部中生代岩浆岩岩石组合、年代学、地球化学和岩石成因、金等金属矿床成矿年代学、中生代盆地演化等最新资料,恢复了华北东部中-新生代盆地伸展量和郯庐断裂的左行走滑位移距离,确定了不同地质历史时期古太平洋板块俯冲带的位置,重新构建了华北东部中生代金等金属矿床和岩浆活动的时空分布规律,并发现早中侏罗世期间,岩浆-成矿作用由东向西逐渐迁移,而160～140Ma之后则由西向东迁移,论证了华北东部中生代金等金属成矿与岩浆岩成岩之间的成因关系,岩浆为金属矿床的形成提供了部分物源和成矿流体,阐明克拉通破坏与巨量岩浆-成矿作用的深部动力学机制,提出侏罗纪期间华北受到古太平洋板块向西低角度俯冲,不仅在华北东部(乃至中国东部)形成了类似于南美安第斯型富含斑岩铜矿的大陆岩浆弧,而且俯冲带流体交代地幔楔为早白垩世热液成矿奠定了物质基础.在早白垩世时期,古太平洋板块俯冲角度由低变高,俯冲板块和俯冲带发生后撤,使华北克拉通东部发生强烈破坏,并形成巨量岩浆和金等金属矿床.     

克拉通破坏型金矿床

华北克拉通金矿床主要形成于早白垩世,具有爆发性成矿的特点,成矿时代与克拉通破坏峰期一致.成矿流体主要源于岩浆或地幔脱挥发分,这与世界其他克拉通内造山型金矿床显著不同,后者的成矿流体主要来自区域变质过程中的变质脱挥发分.结合华北克拉通破坏的时空范围、破坏机制等研究成果,本文系统分析了华北克拉通金矿床的时空分布规律、矿床成因和成矿机制等问题.我们认为,华北克拉通早白垩世金矿床不属于"造山型",而是"克拉通破坏型",其与"造山型"金矿床的本质区别在于成矿构造背景(伸展背景)和成矿流体来源(主要与来自克拉通破坏相关的岩浆活动有关).由于早白垩世古西太平洋板块(Izanagi板块)俯冲、回转与后撤、在地幔过渡带的滞留,改变了所在区域地幔过渡带和上覆地幔的物性与流动状态-出现非稳态流动,导致华北克拉通经历了来自深部熔/流体的强烈交代改造,形成强烈富集的岩石圈地幔.正是这种强烈交代富集的岩石圈地幔熔融产生的熔/流体与地壳的相互作用造成金元素短期巨量聚集成矿.通过对比分析北美克拉通破坏过程,我们发现美国内华达州卡林(Carlin)型金矿与华北克拉通早白垩世金矿具有相似的形成机制,两者差别仅表现在成矿流体最终就位的赋矿岩石类型不同.内华达州卡林型金矿实际上也属于克拉通破坏型金矿,克拉通破坏型金矿具有爆发性成矿规律.根据成矿地理位置,我们推断早白垩世古西太平洋俯冲板块后撤速率约为8.8 cm/a,始新世古东太平洋板块(Farallon板块)俯冲后撤速率约为3.3 cm/a.     

华北克拉通非均匀破坏的动力学原因:来自地震学和地球动力学的约束

关于华北克拉通破坏的原因和机制,学术界目前普遍接受的观点是由古太平洋板块俯冲及其触发的地幔流动、熔/流体的强烈交代改造导致,但其具体的动力学作用过程还不明确,是现阶段克拉通破坏研究的主要内容.文章总结了华北克拉通地区密集地震台阵探测获得的深部结构图像和地球动力学数值模拟实验结果,获得以下认识:华北克拉通下方地幔转换带的纵、横波速度及速度比扰动的小尺度空间变化特征是太平洋板块存在非均匀脱水的证据;俯冲板块引发了地幔转换带的湿上升流,导致克拉通下方上地幔熔/流体的非均匀分布,在地震波速度上表现为小尺度异常分布特征;密集地震台阵探测揭示上地幔速度结构和变形的非均匀特性,是华北克拉通岩石圈变形的应变集中效应和非均匀分布熔/流体破坏岩石圈的综合作用结果.如果大洋板块俯冲非均匀脱水、熔/流体非均匀分布在早白垩世就已经发生,那么它与华北克拉通岩石圈地幔之间的相互作用可以是华北克拉通非均匀破坏的动力学机制.这个推测对于进一步协调和解释华北克拉通地区多学科观测证据具有重要意义.     

板缘向板内环境的过渡—辽河盆地古近纪玄武岩地球化学

产于辽河盆地东部凹陷的古近纪火山岩以碱性橄榄玄武岩和橄榄玄武岩为主. 岩石地球化学分析表明, 玄武岩总体富集高场强元素(HFSE), 相对亏损大离子亲石元素(LILE), 具有较明显的洋岛玄武岩(OIB)特征. 玄武岩具明显的Ba, Sr和Zr正异常, 较高的Ce/Pb, U/Pb和Zr/Hf值显示有洋壳物质的加入. 玄武岩同时具亏损的Sr, Nd, Pb同位素组成, 显示有EMI型富集地幔和亏损地幔(DMM)的加入. 结合华北东部中、新生代以来的构造环境及岩石圈演化特征, 作者认为, 本区玄武岩来源于板内软流圈地幔的上涌, 同时有来自俯冲的大洋岩石圈成分的加入, 并进一步推测华北板块东部从晚中生代板缘环境到晚新生代板内环境的转折发生于古近纪, 与太平洋板块俯冲角度的变陡有关.     

大别-苏鲁造山带橄榄岩:进展和问题

大别-苏鲁造山带橄榄岩原岩属性可分为壳源和幔源橄榄岩,它们在矿物结构、变质演化以及全岩和单矿物化学成分上存在一系列差别.幔源橄榄岩来自于俯冲板块之上的古老华北克拉通岩石圈地幔,记录了俯冲板块与地幔楔之间相互作用的信息.石榴橄榄岩峰期条件下都显示石榴石和尖晶石共存,石榴石和尖晶石的稳定性和成分都受全岩富化程度控制,尖晶石成分不能用来判别部分熔融程度.难熔幔源纯橄岩中普遍发育低Mg高Ca橄榄石取代早期斜方辉石结构,指示硅不饱和熔体-橄榄岩反应过程,它可能是导致纯橄岩Re-Os同位素年龄偏年轻的原因之一.幔源橄榄岩/辉石岩中的金红石、钛斜粒硅镁石和锆石是俯冲地壳熔/流体迁移高场强元素进入地幔楔的直接矿物学证据,只有通过精细的原位元素和同位素工作,才能准确限定交代介质来源、时间和交代过程.大陆俯冲带地幔楔氧逸度变化范围宽泛(FMQ=5.50~1.75),并随深度增加而减小,但其氧逸度计算结果受矿物组合、温压条件以及折返过程中的脱氢-氧化作用等因素影响.本文对橄榄岩-辉石岩复杂体系相关系、大陆俯冲之前的地幔过程、地壳交代对地幔楔元素-同位素-氧逸度以及物理性质的改造等重要研究方向提出了建议.     

大陆俯冲带两类壳幔相互作用

板块俯冲作用是实现地壳与地幔之间物质和能量转换的重要机制,俯冲带岩浆岩是研究地壳物质再循环及其壳幔相互作用的重要载体.本文通过对红安-大别-苏鲁造山带和华北东南缘碰撞后镁铁质岩浆岩的同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出两种类型的大陆俯冲带壳幔相互作用,对应于两类地球化学性质截然不同的镁铁质火成岩.第一类岩石显示弧型微量元素分布特征(富集LILE,LREE和Pb,亏损HFSE)和相对富集的放射成因Sr-Nd同位素组成,而第二类具有OIB型微量元素分布特征(富集LILE和LREE,HFSE不亏损)和相对亏损的放射成因Sr-Nd同位素组成.它们都具有变化的且不同于正常地幔的锆石O同位素组成,含有残留的地壳锆石.这些地球化学特征表明,这两类镁铁质火成岩来源于不同地球化学性质的地幔源区,其中第二类岩石的地幔源区是先前俯冲古洋壳来源的熔体与上覆新生岩石圈地幔反应形成的,而第一类岩石的地幔源区是随后俯冲的华南陆壳来源的长英质熔体与上覆华北古老岩石圈地幔反应形成的.因此,在大陆俯冲带存在两种类型的壳幔相互作用,碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆碰撞造山带不同类型的板片-地幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.     

东北亚中生代火山岩的地球动力学意义

东北亚中生代火山岩可划分为陆内环状火山岩带、纬向火山岩带和陆缘北北东向火山岩带,本文通过对俄罗斯、蒙古、中国东北、日本和朝鲜半岛在内的东北亚中生代火山岩分布图的编制,以及火山岩地球化学对比研究,认为东北亚中生代火山岩是古亚洲洋构造域向太平洋构造域转换时期,深部地幔地球化学过程以及东亚大陆与古太平洋板块相互作用的产物。在晚古生代至早中生代古亚洲构造域的闭合和欧亚大陆形成过程中,古亚洲域冷板块向地幔深部潜入而引发的热地幔柱的上升,是东北亚中生代大地构造演化和岩浆作用的重要控制因素。     

华北克拉通破坏的时间、范围与机制

华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区.自国家自然科学基金委员会设立＂华北克拉通破坏＂研究计划以来,通过不同学科间的有效交叉融合,围绕该克拉通破坏的时间、范围和机制等重要科学问题,进行了大量的工作,并取得了诸多新认识太行山东西两侧地壳与岩石圈厚度空间变化以及地球化学属性的异同显示,华北克拉通破坏主要集中在东部,而西部主要表现为克拉通的改造.克拉通化之后的沉积建造、岩浆活动和构造变形等特征表明,克拉通破坏发生在中生代,其峰期为125Ma左右.通过对比发现,岩石圈减薄在全球其他克拉通中也多有发生,但大多并不伴随克拉通的破坏;只有当受到大洋板块俯冲作用的强烈影响时,克拉通破坏才有可能发生.具体到华北地区,在早白垩世全球地幔整体升温背景下,太平洋板块的俯冲使华北克拉通东部地幔对流系统失稳,导致了华北克拉通东部破坏;岩石圈拆沉或热-化学/机械侵蚀是地幔对流失稳所产生的不同表现形式.     

俯冲大陆岩石圈重熔：大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩成因

大别-苏鲁造山带是华南-华北陆块在三叠纪经过大陆碰撞形成的,其中含有大量中生代岩浆岩,形成时代上主要属于晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世.晚三叠世碱性岩和晚侏罗世花岗岩仅出露在苏鲁造山带东部,而早白垩世岩浆岩则遍布整个大别-苏鲁造山带（包括大面积的花岗岩、零星的中基性侵入岩和火山岩）.虽然时代不同,但是它们均富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,具有高的初始Sr同位素比值、低的εNd（t）值和低的放射成因Pb同位素组成.晚侏罗世和早白垩世花岗岩锆石中含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的继承核,大多数早白垩世基性岩中锆石具有比正常地幔锆石低的氧同位素比值,全岩具有比正常地幔低的碳同位素比值.系统的元素和同位素对比研究发现,大别-苏鲁造山带中生代花岗岩和基性岩分别与经过超高压变质的花岗片麻岩和榴辉岩具有相似性.尤其是若干鉴定性特征的地球化学指标证明,它们都是华南岩石圈北缘的组成部分.由于中生代大陆深俯冲,这些具有类似地球化学性质的岩石分别在不同时间和层位发生超高压变质和碰撞后深熔作用.因此,这些中生代岩浆岩的形成与华南陆块俯冲/折返之后的碰撞后造山带构造跨塌有关,是俯冲大陆岩石圈在碰撞造山带加厚背景下部分熔融的产物.     

秦岭北界岩石圈组成及结构

位于北秦岭及华北块体交界处的明港地区发育有中基性火山角砾岩岩体群, 侵位时代为178.31± 3.77 Ma, 火山岩为亚碱性系列安山玄武岩, 火山角砾岩中含有丰富的下地壳和地幔的深源捕虏体, 是揭示秦岭造山带边界岩石圈组成和结构的理想地点. 对捕虏体岩套研究的结果表明, 其中的镁铁质麻粒岩、榴辉岩、变辉长岩在微量元素及Pb同位素特征等方面与南秦岭块体的相似, 代表了南秦岭俯冲至华北克拉通的下地壳下部的组成; 滑石化的橄榄岩为上覆的华北块体的地幔楔物质, 遭受了下覆南秦岭地壳释放的酸性熔/流体的交代. 该区的深部模型为晚古生代以后, 南秦岭岩石圈向北拆离俯冲, 它的上部垫置于北秦岭之下; 下部继续向北俯冲于华北块体之下. 中生代早期北秦岭向北仰冲, 华北块体呈鳄鱼状向南楔入到秦岭造山带.     

秦岭北界岩石圈组成及结构--河南明港地区深源捕虏体研究

位于北秦岭及华北块体交界处的明港地区发育有中基性火山角砾岩岩体群, 侵位时代为178.31±3.77 Ma, 火山岩为亚碱性系列安山玄武岩, 火山角砾岩中含有丰富的下地壳和地幔的深源捕虏体, 是揭示秦岭造山带边界岩石圈组成和结构的理想地点. 对捕虏体岩套研究的结果表明, 其中的镁铁质麻粒岩、榴辉岩、变辉长岩在微量元素及Pb同位素特征等方面与南秦岭块体的相似, 代表了南秦岭俯冲至华北克拉通的下地壳下部的组成; 滑石化的橄榄岩为上覆的华北块体的地幔楔物质, 遭受了下覆南秦岭地壳释放的酸性熔/流体的交代. 该区的深部模型为晚古生代以后, 南秦岭岩石圈向北拆离俯冲, 它的上部垫置于北秦岭之下; 下部继续向北俯冲于华北块体之下. 中生代早期北秦岭向北仰冲, 华北块体呈鳄鱼状向南楔入到秦岭造山带.     

云南腾冲全新世火山源区性质及其岩浆演化

在对腾冲火山区进行野外考察的基础上,重点对区内3座全新世火山(黑空山、打莺山和马鞍山)的岩石学及地球化学特征、岩浆源区性质及其演化进行研究。对主量元素和微量元素研究表明,这套岩石属于高钾钙碱性系列,包括粗面玄武岩、玄武粗安岩、粗面安山岩和英安岩,从基性岩到酸性岩都有分布。这套火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损Nb-Ta-Ti不相容元素,具有岛弧火山岩特征。通过微量数据模拟认为,腾冲全新世火山岩为石榴石相地幔橄榄岩在低压条件下大比例部分熔融的产物。源区富钾矿物为金云母,不含角闪石。腾冲及其邻区新生代以来的火山喷发主要受盆地内断裂控制,不受板块俯冲或者火山弧作用的控制。其活动产物为板内火山岩,表现出的岛弧火山岩特征是由于地幔源区受到古洋壳的俯冲板片的富集作用,富集作用发生在部分熔融作用之前。富集地幔部分熔融形成的富钾岩浆沿断裂上升进入地壳形成岩浆房,在岩浆房阶段经历了分离结晶作用和地壳混染作用,有钛铁氧化物、磷灰石、橄榄石、单斜辉石和斜长石的结晶分离。     

克拉通岩石圈减薄与破坏机制的动力学数值模拟

大陆克拉通岩石圈的减薄是一种常见现象,但是其破坏并不常见.尽管前人针对这两种过程开展了不少研究,但是对其动力学机制尚缺乏统一认识.文章以大陆克拉通岩石圈,尤其是华北克拉通作为研究对象,基于前人的地质地球物理学观测以及动力学数值模拟研究,对克拉通岩石圈减薄与破坏的过程和机制进行了系统的分析和总结.其中,华北克拉通减薄和破坏的动力学机制限定为与大洋板块俯冲相关的两种主要模式,分别是:(1)"自下而上"过程,即俯冲板片扰动富水的地幔转换带,使其中流体上涌,软流圈物质受到扰动而发生对流,对上覆岩石圈底部进行"烘烤",并可能伴随流体/熔体-岩石反应,改变岩石圈地幔的矿物组成和流变学性质,导致岩石圈底部物质混合进入软流圈而发生减薄乃至破坏.(2)"自上而下"过程,强调大洋板片在克拉通岩石圈底部平俯冲并发生脱水,水化蚀变上覆岩石圈地幔,降低岩石圈地幔岩石流变特性;随后平俯冲转变为陡俯冲,伴随软流圈侧向上涌,被弱化的岩石圈地幔由于热侵蚀作用而进入软流圈,从而发生减薄乃至破坏.这两大类过程都是比较复杂的、多过程耦合的模式,都把大洋板块的俯冲及其流体活动作为上覆克拉通岩石圈减薄/破坏的主要驱动机制;不同之处在于俯冲大洋板片的位置,一种是在地幔转换带的平卧与滞留,另一种是沿着克拉通岩石圈底部的平俯冲.对于华北克拉通而言,东部岩石圈在中生代时期受到古太平洋板片的俯冲,板块俯冲带对华北克拉通之下的地幔和转换带物质的扰动及其伴随的流体活动,很大程度上控制着华北克拉通岩石圈的改造.为了更好的探讨和对比这两种模式,其核心关键点在于大洋俯冲带中水的活动.因此,文章重点对含水矿物相变及俯冲带和地幔转换带中水的迁移过程进行了探讨,分析了大洋俯冲带中可能的流体活动模型、各自存在的问题及其可行性.此外,为了全面认识克拉通岩石圈的减薄与破坏机制,还对其他可能的机制进行了总结,包含以下四组模式:拉张减薄模型、挤压增厚拆沉模型、大尺度地幔对流侵蚀模型以及地幔柱侵蚀模型.相对于前面介绍的两种大洋俯冲相关模型,这四种模型主要是由相对简单的单一过程和机制所致(分别是拉张、挤压、对流和地幔柱),可能是华北克拉通减薄与破坏的二级驱动机制.     

古太平洋板块在欧亚大陆下的俯冲历史:东北亚陆缘中生代-古近纪岩浆记录

系统总结了东北亚陆缘中生代-古近纪火成岩的岩石组合、地球化学特征及其空间变异,讨论了中生代多构造体系影响的时空范围以及古太平洋板块向欧亚大陆下俯冲作用的起始时间及其俯冲历史.东北亚陆缘中生代-古近纪火成岩可划分为九期:早-中三叠世、晚三叠世、早侏罗世、中侏罗世、晚侏罗世、早白垩世早期、早白垩世晚期、晚白垩世和古近纪.东北亚陆缘三叠纪埃达克质岩石、双峰式火山岩、碱性岩、A-型花岗岩和A-型流纹岩的形成主要与古亚洲洋闭合及闭合后的伸展作用有关,而额尔古纳-兴安地块上三叠纪钙碱性火成岩组合揭示了蒙古-鄂霍茨克大洋板块南向俯冲作用的发生.三叠纪期间,东北亚陆缘处于被动陆缘背景;东北亚陆缘早侏罗世钙碱性火成岩具有弧型火成岩的地球化学特征,陆内为双峰式火成岩和A-型花岗岩组合,自陆缘向陆内火成岩成分极性变化与早侏罗世陆缘增生杂岩一起,揭示了古太平洋板块向欧亚大陆下的俯冲作用始于早侏罗世;东北亚陆缘普遍缺少中侏罗世-早白垩世早期(主要为晚侏罗世)岩浆作用,结合早白垩世陆缘增生杂岩低纬度的生物组合与碎屑锆石年龄组合,暗示该阶段东北亚陆缘与古太平洋板块之间主要处于走滑的构造属性;东北亚陆缘广泛分布的早白垩世晚期钙碱性火山岩、I-型花岗岩和埃达克质岩石指示古太平洋板块向东北亚开启大范围低角度俯冲作用;东北亚陆缘晚白垩世-古近纪火成岩分布范围向东明显缩小,并且由陆内向沿海地区迁移,指示欧亚大陆向东漂移和古太平洋俯冲板块逐渐回撤的构造过程.     

古亚洲洋碳酸盐俯冲再循环及其对华北克拉通岩石圈组成的影响

在洋盆闭合的长期演化历史中,沉积碳酸盐在板块俯冲作用中会被不同程度地带入地球内部,从而显著影响岩石圈地幔性质和大尺度气候变化.那些经历了俯冲带深部循环作用的碳酸盐(岩)是记录已消失洋盆的重要载体.华北克拉通北缘汉诺坝玄武岩中的碳酸岩侵入体记录了灰岩再循环进入地幔后熔融形成碳酸岩过程的岩石学和地球化学特征,并且携带了大量碎屑锆石.这些碎屑锆石具有从前寒武纪到显生宙的年龄谱,但前寒武纪年龄峰(包括～2.5Ga、2.1～2.3Ga、1.8～2.0Ga、～1.65Ga、1.3～1.4Ga、～1.1Ga、0.91～0.94Ga、0.74～0.81Ga和0.62～0.63Ga)完全不同于华北克拉通北缘地质体中的锆石年龄谱,而与兴蒙造山带沉积物中碎屑锆石的年龄谱相似.尤其是300～373Ma锆石显著偏正的εHf(t)值(7.7～13.5)明显区别于同时期华北克拉通北部的锆石,而与兴蒙造山带中锆石的正εHf(t)值一致.上述特征表明,汉诺坝碳酸岩侵入体的灰岩源岩来自古亚洲洋,而且灰岩沉积时间不早于300Ma,也就是说古亚洲洋在晚石炭世-早二叠世还未完全闭合.中亚造山带中广泛分布的变质碳酸盐和华北克拉通北缘普遍出现的岩石圈地幔碳酸盐交代作用表明古亚洲洋曾发育了广泛的沉积碳酸盐岩,而且很大一部分可能在俯冲过程中返回了地球内部,并显著影响了华北克拉通北缘岩石圈的组成和物理化学性质(如氧逸度).     

大地幔楔与克拉通破坏型金矿

环太平洋俯冲带是全球著名的金矿成矿域,其中华北克拉通和内华达是环太平洋俯冲带最重要的两个金成矿省,其成因分别与华北克拉通和怀俄明克拉通的破坏有关,成矿流体可能与俯冲板块在地幔过渡带的滞留相关.俯冲的大洋岩石圈地幔通常有数千米厚的蛇纹石化层,在板块俯冲过程中,蛇纹石在小于200km的深度内脱水转变为高压含水相——phase A,将水带到大于300km的深处.当滞留在地幔过渡带的俯冲板片中含水高压相脱水,会导致上覆大地幔楔的水化,这是克拉通破坏型金矿形成的先决条件.俯冲板片脱水释放出的富硫流体萃取周围岩石中的金等亲硫元素,形成富金流体.由于克拉通地温线低于二辉橄榄岩水饱和固相线,流体在克拉通岩石圈地幔内向上运移到100km以浅后交代岩石圈地幔,形成韭闪石等含水矿物,在克拉通岩石圈地幔中形成富水、富金的弱化层.随着克拉通岩石圈的破坏,该弱化层失稳,释放含金流体,并沿地壳浅部薄弱带迁移、聚集和沉淀,形成爆发式金矿床.由此可见,大地幔楔是形成克拉通地幔含矿弱化层,进而导致金爆发式成矿的关键.俯冲板片析出的流体富含二价铁,流体向上运移过程中,二价铁在低压下发生水解,释放出氢气;地幔楔岩浆岩可以具有较高的氧逸度,而成矿流体则是还原性的——即克拉通破坏型金矿往往属于还原性矿床.     

郯庐断裂带晚中生代演化对西太平洋俯冲历史的指示

北东-北北东走向的郯庐断裂带是中国东部规模最大的断裂带,为滨太平洋构造的典型代表.该断裂带晚中生代的演化过程是古太平洋(伊泽奈崎)板块俯冲作用的结果,也指示了后者的俯冲历史.继中三叠世起源之后,郯庐断裂带在中侏罗世末首次复活,仅在大别造山带东缘可识别出这期左行平移历史,应代表了古太平洋板块俯冲作用的开始.继晚侏罗世平静期后,该断裂带在早白垩世初发生了强烈的左行平移活动,是近南北向挤压的结果,其动力学背景为伊泽奈崎板块向北北西向高速低角度俯冲.在早白垩世期间,郯庐断裂带转变为强烈的伸展活动,与华北克拉通东部峰期破坏同时发生,为伊泽奈崎俯冲板片后撤导致的弧后拉张结果.该断裂带在早白垩世末再次经历了压扭性的左行平移,标志着华北克拉通峰期破坏的结束.在晚白垩世期间,郯庐断裂带呈现为弱伸展活动,处于远场弧后弱拉张的动力学背景下.由此可见,郯庐断裂带在晚中生代经历了压扭性平移与伸展活动的多次交替.在区域挤压背景下发生的左行平移活动时间相对短暂,而伸展活动则持续时间相对较长,与古太平洋板块俯冲方式与历史有关.     

西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏

华北克拉通破坏与西太平洋板块俯冲相关是学界的重要共识,但西太平洋板块何时开始向东亚大陆俯冲、早白垩世西太平洋俯冲带在何处、东亚大地幔楔何时形成、晚中生代西太平洋俯冲板块如何演化等重要科学问题一直没有很好地解决.文章通过综合分析与研究,认为西太平洋板块起始俯冲的时间早达早侏罗世;早白垩世西太平洋俯冲带位于东亚大陆边缘,比现今西太平洋板块俯冲带靠西2200km;与此相对应,欧亚大陆自早白垩世以来向东漂移了大约900km.西太平洋俯冲板块后撤始于～145Ma,说明东亚大地幔楔开始形成于早白垩世;西太平洋板块俯冲作用对华北克拉通的影响可能是通过地幔楔增大过程中物质和能量的迁移和交换来实现的.利用地质构造事件反演了大洋板块在俯冲到地球内部之前的演化过程,提出燕山运动A幕和B幕发生的原因分别是西太平洋板块向东亚大陆边缘以高速低角度俯冲和俯冲角度逐渐变低两种不同的地球深部动力学过程新观点.在早白垩世大约130～120Ma期间,西太平洋板块可能已经转变为高角度俯冲、回转与后撤速率达到最大、最终在地幔过渡带产生滞留体.这个过程可能显著改变了所在区域和上覆地幔的物性和黏滞度,导致上覆地幔楔产生非稳态流动,从而导致岩石圈地幔中熔/流体含量急剧增加、黏滞度降低以及岩石圈伸展/减压,并使其转变为年轻地幔——克拉通破坏.这些认识对揭示西太平洋俯冲板块与华北克拉通岩石圈地幔之间相互作用过程具有重要意义.