内蒙古孔兹岩带乌拉山-大青山地区古元古代孔兹岩系年代学研究

乌拉山-大青山孔兹岩系岩石出露于华北克拉通孔兹岩带中段,是洞悉华北克拉通前寒武纪基底构造演化历史的一个重要窗口。研究区孔兹岩系岩石包括堇青石榴黑云二长片麻岩、夕线堇青石榴黑云二长片麻岩、紫苏石榴黑云片麻岩和石榴长英质粒状岩石,系统的岩相学观察显示多种典型的减压反应结构。阴极发光图像特征显示乌拉山-大青山孔兹岩系岩石均存在大量继承性碎屑锆石和变质增生锆石,其中继承性碎屑锆石形态复杂,多显示典型岩浆结晶环带,标志着源区物质主要来源于岩浆岩。变质锆石为新生的单颗粒或围绕着继承性碎屑锆石核生长,内部结构均匀,整体的Th/U比值较低。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明,该区孔兹岩系岩石的继承性碎屑锆石的207Pb/206Pb年龄主要集中在2400~2500Ma、~2300Ma和2000~2100Ma,进而可限定其最老沉积时代应为~2000Ma,表明乌拉山-大青山孔兹岩系的原岩形成时代为古元古代中期。乌拉山-大青山孔兹岩系中典型的变质锆石记录其变质时代为1850~1950Ma,并显示~1950Ma和~1860Ma两组年龄峰。结合前人对内蒙古孔兹岩带乌拉山-大青山地区高级变质地体的变质作用、构造演化和同位素年代学的研究结果,综合判断该期变质事件与古元古代华北克拉通西部陆块内北部的阴山陆块和南部的鄂尔多斯陆块之间的俯冲-碰撞并折返抬升至地表的动力学过程有关,其中~1950Ma代表了陆-陆碰撞形成孔兹岩带的初始阶段,而~1860Ma则代表了其折返抬升的时代。     

中国大陆科学钻探工程主孔斜长角闪岩中锆石的SHRIMPU-Pb定年及其地质意义

矿物包裹体激光拉曼测试、阴极发光图像分析和SHILIMPU—Pb定年综合研究结果表明,中国大陆科学钻探主孔斜长角闪岩（样品G12）中的锆石可划分为2种类型：第一类颗粒粗大,舍有大量矿物包裹体和杂质;第二类颗粒细小,舍有少量矿物包裹体且十分干净。第一类锆石具有明显的双层结构。核部阴极发光图像显示典型的岩浆结晶环带,相应的矿物包裹体为单斜辉石（Cpx）＋斜长石（P1）＋磷灰石（Ap）±石英（Qtz）,表明其寄主岩石的原岩为基性岩浆岩;边部阴极发光图像十分均匀,保存柯石英（Coe）＋石榴子石（Grt）＋绿辉石（Omp）＋多硅白云母（Phe）＋磷灰石（Ap）等标志性超高压包裹体矿物组合,记录的变质温压条件为T=732-839℃、p=3．0-4．0GPa,表明该类变质增生锆石微区形成于超高压变质阶段。第二类锆石阴极发光图像十分均匀,发光性明显增强,保存角闪石（Amp）＋斜长石（P1）等标志性角闪岩相包裹体矿物组合,记录的变质温压条件为T=612-698℃、p=0．76-1．05GPa,表明该类锆石形成于后期角闪岩相退变质阶段。SHRIMPU-Pb定年结果显示,继承性岩浆结晶锆石核部记录的^206Pb／灿的年龄为685-650Ma．表明其原岩形成于新元古代;舍柯石英等超高压矿物包裹体的边部记录的^206Pb／^238U年龄为243-225Ma,表明超高压变质时代应归属于晚三叠世。第二类舍低压包裹体矿物的锆石微区记录的^206Pb／^238U年龄为219-210Ma．应代表后期角闪岩相退变质作用的时代。上述研究结果表明,苏鲁地体斜长角闪岩的原岩在晚三叠世深俯冲至上地幔100-120km的地幔深处并经历了超高压变质作用。约15Ma之后,这些超高压岩石抬升到约25km的中部地壳,并经历了后期角闪岩相退变质作用的改造。相应的折返速率为0．57cm／y。     

胶-辽-吉古元古代造山/活动带巨量变沉积岩系的研究进展

华北克拉通发育三条古元古代构造带,包括:东部陆块内部的胶-辽-吉带(Jiao-Liao-Ji belt)、西部陆块内部的孔兹岩带(Khondalite belt)以及两个陆块之间的中部造山带(Trans-North China Orogen)。通过二十多年的深入研究,在区域构造、变质地质、岩浆作用、地球化学、同位素年代学以及地球物理等方面积累了大量资料,并取得了一系列重要的科学进展。其中,胶-辽-吉带是华北克拉通最具代表性的一条古元古代造山/活动带,它不仅接受了古元古代巨量的陆壳物质沉积,而且经历了十分复杂的构造演化过程,并经受了多期岩浆-变质事件的改造。胶-辽-吉造山/活动带的物质组成最为丰富,以大面积分布的巨量(火山)沉积岩系为特征,在中国境内包括吉南地区的集安群和老岭群、辽东南地区的南辽河和北辽河群、胶北地区的荆山群和粉子山群,向南西则有可能穿越郯庐断裂延伸至徐州-蚌埠一带的五河群,总体呈NE向展布,延伸规模长约1000km。从巨量沉积岩系的岩石组合和空间分布特征来看,荆山群与南辽河群、集安群可以对比,而粉子山群则与北辽河群、老岭群相当。然而,由于多期/多阶段强烈构造变形作用的影响,原来各群、组中地层的上下层位及接触关系已完全破坏,目前均已呈规模不一的构造岩片形式叠置在一起,彼此之间呈断层或韧性剪切带接触。巨量变沉积岩系的源区物质主要来源于造山/活动带内古元古代花岗质岩石和两侧古老陆块的变质基底,原岩形成时代为1.95~2.15Ga左右。以往研究表明,胶-辽-吉造山/活动带变质作用的强度十分不均匀,(中-高压)麻粒岩相变质只局限于胶北的荆山群及相关岩石,而粉子山群以及辽东南的南、北辽河群和吉南的集安群、老岭群只经历了角闪岩相变质,局部甚至只达到绿片岩相变质。粉子山群、北辽河群和老岭群变质演化P-T-t轨迹具有顺时针型式,而荆山群、南辽河群和集安群的P-T-t轨迹则具有逆时针型式。本文最新研究发现,古元古代麻粒岩相变质作用并非只局限于胶北地区的荆山群及其邻区,而是贯穿于整个辽东南地区的南辽河群和吉南地区的集安群,其变质演化P-T-t轨迹与胶北地区荆山群泥质麻粒岩以及基性麻粒岩一样,均具有典型近等温减压(ITD)顺时针型式,整个胶-辽-吉造山/活动带的麻粒岩相峰期变质时代为1.9~1.95Ga左右。野外观察和室内岩相学研究表明,在麻粒岩相变质作用过程中,胶北的荆山群及相关岩石、辽东南的南辽河群以及吉南的集安群中的泥质麻粒岩均广泛发生了深熔作用,长英质脉体呈不规则细脉状、网脉状和透镜状分布于寄主岩石中,且与寄主岩石之间呈渐变过渡关系。深熔锆石U-Pb定年结果显示,区域性的深熔作用(或部分熔融)时代为1.84~1.86Ga之间,表明这期广泛的深熔事件应发生于胶-辽-吉造山/活动带整体构造折返的中-低压麻粒岩相退变质阶段。有关胶-辽-吉古元古代造山/活动带的空间展布、南北边界、延伸规律及其形成的大地构造背景一直存在着分歧和争议,最新研究表明,蚌埠-霍邱一带地表露头及其以西第四系覆盖区之下的花岗质岩石、基性麻粒岩和富Al片麻岩岩心,均记录了1.85~1.95Ga的麻粒岩相变质事件,暗示着胶-辽-吉造山/活动带更有可能穿越郯庐断裂,向鲁西南延伸至蚌埠-霍邱一带及其以西的第四系覆盖区之下的变质基底。而辽南地块和狼林地块大量1.85~1.95Ga变质热事件和1.8~1.9Ga、~2.1Ga两期岩浆事件的记录,则表明辽南地块和狼林地块(至少是一部分变质基底)曾卷入到胶-辽-吉古元古代构造演化事件之中。有关胶-辽-吉古元古代造山/活动带构造演化过程及其形成的大地构造背景,目前有三种构造模式,包括:裂谷开启-闭合模式、弧(陆)-陆碰撞模式和先裂谷-后碰撞造山演化模式,然而,带内异常复杂的巨量火山-沉积岩系的物质组成、多期/多阶段的岩浆作用事件、多种变质作用类型和十分复杂的变质演化P-T-t轨迹样式、多期/多阶段复杂的构造变形特征,难以采用上述任何一种构造演化模式来加以合理解释。由此可见,有关胶-辽-吉古元古代构造/活动带南侧边界需要进一步准确厘定,有关狼林地块和辽南地块的构造归属,特别是胶-辽-吉造山/活动带在古元古代构造演化的动力学过程及其形成的大地构造背景还有待进一步深入探讨。     

苏鲁超高压岩石部分熔融时间的准确限定：来自含黑云母花岗岩中锆石U-Pb定年、REE和Lu-Hf同位素的证据

在北苏鲁超高压变质带中,广泛分布强变形的新三叠纪含黑云母花岗岩和伟晶岩脉。锆石中矿物包体激光拉曼测试、阴极发光图像分析、不同性质锆石微区LA-(MC)-ICP-MS和SHRIMP U-Pb定年、REE及Lu-Hf同位素测试等综合研究结果表明,北苏鲁威海地区超高压正片麻岩在构造折返的 (高压)麻粒岩相升温减压阶段,发生部分熔融 (深熔)作用形成了花岗质岩浆,并在临近角闪岩相退变质作用之前结晶结束形成了含黑云母的花岗岩。该类含黑云母花岗岩中的锆石成因复杂,可划分为三类锆石微区。第一类为强发光效应 (白色)继承性岩浆锆石 (微区I),具有典型的岩浆结晶环带,矿物包体为Qtz+Kfs+Ap,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为790~782Ma;第二类为新生锆石微区 (微区II),发光强度相对较弱 (灰色-灰白色),也具有较明显的岩浆结晶环带,矿物包体为Qtz+Kfs+Ab+Ap,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄为222~217Ma,加权平均年龄为219±2Ma,表明苏鲁超高压地体的部分熔融 (深熔)作用发生在新三叠纪,这组年龄比苏鲁地体超高压变质时代 (235~225Ma)明显偏新,指示部分熔融 (深熔)作用的时代要晚于苏鲁地体的超高压变质时代;第三类锆石微区 (微区III)围绕第二类锆石微区分布,发光强度最弱 (黑色),也具有典型的岩浆结晶环带,矿物包体十分少见,为Qtz+Ap,记录的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄集中于216~209Ma之间,加权平均年龄为214±2Ma,应代表部分熔融 (深熔)而成的岩浆结晶结束的年龄,这组年龄比苏鲁地体构造折返晚期角闪岩相退变质时代(210~200Ma)偏老,表明新生岩浆结晶结束的时间要早于角闪岩相退变质时代。继承性岩浆结晶锆石 (微区I) ¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf(t)=0.281975~0.281984,¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf=0.00196~0.00221,ε_Hf(t)=-11.6~-11.8,相应的t_DM2=2160~2170Ma,与研究区周围新元古代 (795~730Ma)正片麻岩继承性岩浆结晶锆石的Lu-Hf同位素特征十分相似,表明新元古代正片麻岩是新三叠纪部分熔融 (深熔)成因的含黑云母花岗岩的母岩。新三叠纪新生岩浆结晶锆石的核部 (微区II)和边部 (微区III)具有类似的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf(t)、¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值和ε_Hf(t)值,¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf(t)=0.282110~0.282199,¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf=0.00041~0.00183,ε_Hf(t)=-15.8~-19.1,t_DM2=1980~2130Ma,表明新三叠纪由超高压正片麻岩部分熔融而成的岩浆自结晶开始到结束是在一个相对封闭体系条件下完成的。晚期角闪岩相退变质作用对其Lu-Hf同位素体系也未造成破坏。     

大别超高压变质带的进变质、超高压和退变质时代的准确限定:以双河大理岩中榴辉岩锆石SHRIMP U-Pb定年为例

在大别超高压变质带的双河地区存在一种特殊类型的榴辉岩,该类榴辉岩主要以似层状、条带状以及不规则透镜体赋存于大理岩中。矿物组成主要为石榴石、绿辉石以及少量的金红石、白云石、菱镁矿等。沿石榴石和绿辉石边缘常退变为角闪石+斜长石等,有的岩石完全退变为斜长角闪岩。激光拉曼和阴极发光综合分析表明,该类榴辉岩中的锆石可划分为两种类型:继承性碎屑锆石和变质锆石。继承性碎屑锆石十分少见,阴极发光图象具有明显的双层结构,即强发光的核和弱发光的边,核部和边部的包体矿物分别为Pl+Ap和Qtz+Pl。SHRIMP U-Pb定年结果表明。继承性碎屑锆石核部记录的207Pb／206Pb年龄为2701±15Ma,Th/U比值明显偏高为1．05,稀土元素配分模式显示重稀土明显富集,具有典型岩浆结晶锆石的特点;边部记录的207Pb／206Pb年龄为1801±12Ma-1753±22Ma,Th／U比值则明显偏低,为0．19-0．22之间,稀土元素配分模式显示重稀土相对平坦,具有典型变质锆石的特点。上述特征表明该类继承性碎屑锆石可能来源于太古代的基底,并经历了早元古代变质热事件的改造。新生的变质锆石无论是矿物包体还是阴极发光图象均与继承性碎屑锆石存在明显差异。有的变质增生锆石具有弱发光的核(阴极发光图象呈灰色)和强发光的边(阴极发光图象呈白色)。核部包体矿物组合为Qtz +Grt+Omp+Phe+Dol+Ap,具有典型石英榴辉岩相矿物组合特征,而边部则保存含柯石英的超高压包体矿物组合Coe+Grt +Omp+Mgs+Arg+Ap,表明该类锆石的核部和边部分别形成于俯冲进变质阶段和超高压变质阶段。另一部分变质增生锆石具有强发光的核(阴极发光图象呈白色)和弱发光的边(阴极发光图象呈黑色)。核部保存的标志性超高压包体矿物组合为Coe+Grt+Omp+Mgs+Arg+Ap,边部则保存Qtz+Cal等退变矿物组合,有的则缺乏矿物包体,表明该类锆石自超高压变质阶段开始生长,并经历了后期退变质作用的改造。从不同微区矿物包体组合的性质及其转变特征可以明显看出,自石英榴辉岩相进变质阶段到超高压峰期变质阶段存在下列转变反应:Qtz→Coe和Dol→Mgs+Arg;而自超高压峰期变质阶段到后期退变质阶段则存在下列退变反应:Coe→Qtz和Arg→Cal。SHRIMP U-Pb定年结果表明,含石英榴辉岩相矿物包体的锆石微区记录的206Pb／238U年龄为249-241Ma,加权平均值为244±4Ma,代表了深俯冲石英榴辉岩相进变质阶段的变质年龄;含柯石英等超高压矿物包体的锆石微区记录的206Pb／238U年龄为239-231Ma,加权平均值为234±3Ma,代表超高压阶段的峰期变质年龄;而含石英和方解石的退变边记录的206Pb／238U年龄为219-211Ma,加权平均值为216±6Ma,应代表后期折返阶段的角闪岩相退变质年龄。上述两类变质增生锆石微区的Th／U比值和稀土元素配分模式十分相似,Th／U比值变化于0．02- 0．18之间,稀土元素配分模式显示重稀土相对平坦,稀土元素总量明显低于继承性碎屑锆石,具有典型变质锆石的特点。根据锆石微区矿物包体的化学成分,采用Grt-Omp和Grt-Omp-Phe温压计,结合前人的变质反应实验资料的综合分析,确定榴辉岩的原岩在深俯冲过程的石英榴辉岩相进变质阶段的变质温压条件为T=588-668℃,P=1．7-1．8GPa;超高压峰期阶段的温压条件为T=784-849℃,P>5．5GPa;而构造折返过程中角闪岩相退变质阶段的温压条件为T=550-720℃,P=0．8～1．4GPa。由此可见,大别超高压变质岩的原岩——元古代(部分可能为太古代)的陆壳物质在早三叠纪发生俯冲至55- 60km深处,并经历了石英榴辉岩相变质作用。随后这些变质岩石继续深俯冲至165～175km的地幔深处,于中三叠纪发生了超高压变质作用,石英榴辉岩相矿物组合转变为超高压榴辉岩相矿物组合。最后这些超高压变质岩石发生构造折返,至晚三叠纪抬升到约30km的中下地壳深度,并经历了角闪岩相退变质作用的改造,超高压榴辉岩相矿物组合退变为角闪岩相矿物组合。由此推断,大别超高压变质带俯冲和折返速率分别为11-12km Myr-1和7．5-8．1km Myr-1。该项成果不仅确定了大别超高压变质地体的石英榴辉岩相进变质-超高压榴辉岩相峰期变质-角闪岩相退变质的年代谱系,而且对于重塑大别超高压变质地体的快速俯冲-折返的动力学模式有着重要的科学意义。     

胶南岚山头地区A型花岗质片麻岩的地球化学特征与原岩成因

胶南岚山头地区花岗质片麻岩的化学成分表现为SiO2含量普遍高,为68.4%~78.26%,Al2O3含量为11.34%~15.84%,而TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO的含量明显偏低,其中Fe2O3为0.69%~2.12%,FeO为0.18%~1.56%,MgO为0.05%~1.53%;岩石明显富含Na2O、K2O强烈贫CaO,其中Na2O K2O的含量为8.32%~10.33%,K2O的含量为3.87%~5.24%,CaO的含量为0.19%~1.27%。稀土元素配分模式显示轻稀土明显富集、重稀土相对平坦,具较强的轻、重稀土元素分馏和强烈-中等的负Eu异常。具强烈富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Th)的特点,高场强元素Ti、Nb和Ta显示明显负异常,且所有样品均具明显负P异常。花岗片麻岩的原岩为A型花岗岩,指示其形成于拉张作用下的陆缘火山弧构造环境,原岩可能为新元古代下地壳富钾的变质玄武岩部分熔融而成,形成压力为0.8~1.0GPa,部分熔融程度小于10%。胶南A型花岗质片麻岩的原岩形成于新元古代,与扬子板块北缘新元古代陆缘火山活动有关,可能是Rodinia超大陆裂解事件在苏鲁地区的强烈反响。     

变质反应与脱水熔融成因关系的实验研究——以晋蒙边界孔兹岩系中富铝片麻岩为例

夕线石榴黑云钾长片麻岩天然块状岩石高温高压实验结果表明,石榴石与熔体之间发生的变质反应及矿物组合演化特征不仅受控于温压条件,而且与黑云母脱水熔融、长英质矿物部分熔融存在密切成因关系.以高温高压实验结果为依据结合深入的理论研究,阐明晋蒙边界孔兹岩系变质演化过程中矿物转变反应.脱水熔融,温压条件相互间的成因关系及其动力学意义.     

左权变质杂岩区早前寒武纪变质演化及其构造指示

左权变质杂岩构造上位于华北中部带中南段,向东紧邻赞皇变质杂岩。研究区广泛发育长英质黑云斜长片麻岩和斜长角闪岩,无典型变泥质岩石出露,斜长角闪岩多以似层状或透镜状方式产于似层状的片麻岩中,二者在局部地区侵入接触关系明显。该地区可识别出三期变形作用和三期变质作用,区域片麻理所代表的第二期变形作用(D2)与峰期变质作用(M2)事件相对应。杂岩区含榴黑云斜长片麻岩和含榴斜长角闪岩中较好地保留了多个阶段的变质作用信息,本文重点研究其变质演化过程。含榴黑云斜长片麻岩中仅保留峰期阶段矿物组合,变质条件为730℃/8.5kbar。含榴斜长角闪岩记录了3个阶段的变质矿物组合,第一阶段矿物组合(M1)为进变质矿物组合,以石榴石变斑晶内部的早期包裹体及其临近的石榴石核部为代表,即Grt1+Pl1+Amp1+Qtz±Bt1±Chl1±Ilm±Ap,该阶段的温度和压力范围分别为:608~643℃/5.2~5.5kbar;第二阶段矿物组合(M2)为变质峰期矿物组合,主要由石榴石XMn最低的"边部"和基质矿物(Grt2+Amp2+Pl2+Qtz±Cpx2±Bt2±Ep2±Ilm±Ap)组成。最高变质温度大于670℃,最高变质压力大于9.4kbar。第三阶段矿物组合(M3)为退变质减压矿物组合,其典型代表是石榴石边部发育的Pl3+Hbl3+Cum3+Qtz±Bt3后成合晶矿物组合,呈细粒交生状结构特征,该阶段温压估算范围为:611~627℃/5.1~5.9kbar。左权变质杂岩区岩石变质程度虽明显低于赞皇变质杂岩区(Tmax812℃,Pmax12.5kbar),但两杂岩区岩石拥有类似的变质演化特征,均记录了包含近等温降压型(ITD)退变质片段的顺时针P-T轨迹,指示碰撞造山环境。结合中部带其它杂岩区的变质演化特征,推测左权变质杂岩卷入了晚太古代-早元古代末期华北克拉通东、西部陆块之间的碰撞造山过程。     

苏鲁高压—超高压变质带的折返构造及折返机制

苏鲁高压—超高压变质带的折返构造是由韧性剪切叠覆构造岩片组成,具NWW-SEE向剪切矢量及SEE向NWW的剪切指向,与折返构造伴随的高压和超高压退变质反应过程与石英从高温—中温—低温的组构模式吻合。150～100Ma期间的伸展事件包含了北界韧性伸展转换性剪切带及莱阳盆地的形成、苏鲁高压—超高压变质带北部花岗岩侵位、折返面理弯曲形成背形构造及伴随的韧—脆性正滑构造。多学科的综合研究表明,240～220Ma扬子板块巨量物质往北深俯冲于北中国板块之下,220～200Ma高压—超高压变质岩石整体快速折返,折返板片中保存的自上而下变质岩石单元序列与剪切叠覆构造岩片的物质组成序列基本一致。提出苏鲁高压—超高压变质折返板片呈上拱的舌形体,变形分解表明苏鲁高压—超高压变质板片是在“挤出”机制下折返及受后期伸展事件的改造。     

青藏高原东南缘“三江”地区含角闪石变质岩石的地球化学特征

青藏高原东南缘"三江"地区变质杂岩带中的岩石类型十分复杂,斜长角闪岩和含角闪石斜长片麻岩是本区常见的变质岩石类型。斜长角闪岩可进一步划分为由石榴辉石岩退变而成的和基性原岩经角闪岩相-麻粒岩相变质形成的两种类型。斜长角闪岩的SiO2平均含量50.0%,具有高铝低钛的特点,轻稀土元素相对富集,铕无异常或略具负异常,Zr含量较低,Zr/Y比值较小,其原岩的主微量元素组成具有岛弧玄武岩的特点,反映其原岩形成于俯冲碰撞的构造环境。含角闪石斜长片麻岩的SiO2平均含量63.64%,MgO和TiO2含量低,轻、重稀土元素分馏,轻稀土元素明显富集而重稀土元素相对亏损,具有中等负Eu异常,大离子亲石元素K、Rb、Ba、Th强烈富集,高场强元素Ti、Zr、Hf、Nb和Ta含量较低,其原岩具有安山质岩石或安山质/玄武质岩石的特点,主要形成于板块聚敛边缘的构造环境。