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。     

吕梁杂岩界河口群的源区特征及构造背景: 来自锆石U-Pb年龄和Hf同位素的证据

华北克拉通中部造山带被认为是由东西陆块碰撞而产生的陆陆碰撞带,而吕梁杂岩位则位于中部造山带中段西缘,紧邻中部造山带与西部陆块的边界。总体上,吕梁杂岩可以分为花岗质岩体以及变质表壳岩两大类,其中前者中的赤坚岭片麻岩在本次研究中获得的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为2180Ma,而εHf(t)值为+0.52～+4.30。变质表壳岩又可进一步划分为界河口群、吕梁群以及野鸡山群,其中界河口群主要由变泥砂质岩石、大理岩以及少量的斜长角闪岩组成。变质沉积岩的地球化学及Nd同位素特征说明它们的源岩为中酸性岩石,有可能是太古宙上地壳与新生酸性弧物质的混合。本次研究以及前人的研究数据都表明界河口群最下部奥家滩组中变质沉积岩的碎屑锆石最小峰值年龄在2.0Ga左右,这为界河口群形成时代的下限做出了限制,而界河口群中斜长角闪岩的顺时针近等温降压P-T轨迹则与中部造山带中～1.85Ga的主期变质作用特征一致,这为界河口群形成时代的上限做出了限制。由于界河口群中碎屑锆石的U-Pb年龄以及Hf同位素特征与同属吕梁杂岩的野鸡山群不同而与西部陆块孔兹岩带中的变质沉积岩具有相似性,因此我们推断界河口群的源岩不是来自中部造山带而是来自鄂尔多斯陆块。综上所述,在2.00～1.85Ga之间形成于鄂尔多斯陆块东缘被动大陆边缘盆地中的界河口群在～1.85Ga的东西陆块碰撞过程中沿着韧性剪切带向东逆冲从而进入中部造山带中。     

山西古元古代关帝山花岗岩杂岩的成因:地球化学和Nd同位素证据

关帝山花岗杂岩包括惠家庄岩体、市庄岩体和横坚岩体等诸多不同规模的花岗岩体,它们形成于1906Ma到1848Ma,主要由早期的片麻状花岗闪长岩、二长花岗岩,晚期的块状浅色二长花岗岩组成。地球化学和Nd同位素特征证明它们形成于复杂的砂页岩和粘土岩等表壳岩的部分熔融,部分熔融的残留相主要为石榴子石、辉石、角闪石、斜长石和一些副矿物,岩浆演化经历了云母、长石等矿物的结晶分异。这些花岗岩的源区物质与大陆边缘弧有亲缘关系,岩浆形成与演化发生在同碰撞到造山后的构造背景,可能与华北克拉通中部构造带东部陆块和西部陆块拼合的地质过程有关。山西古元古代关帝山花岗岩杂岩的成因:地球化学和Nd同位素证据@刘超辉$北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院!100871 @刘树文$北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院!100871     

新疆西南天山哈布腾苏河高压-超高压变质带中榴辉岩和蓝片岩的岩石学及变质演化

对西南天山哈布腾苏河一带出露的典型榴辉岩和蓝片岩进行了详细的岩相学、矿物化学和温压条件综合研究。榴辉岩可分为蓝闪石榴辉岩、钠云母榴辉岩、绿帘石榴辉岩和蓝闪石榴角闪岩(退变榴辉岩)4类,蓝片岩可分为含蓝闪石石榴白云母钠长片岩、石榴白云母蓝闪片岩和石榴白云母蓝闪石英片岩3类。新鲜榴辉岩主要矿物组合为石榴石+绿辉石+钠云母+绿帘石,退变榴辉岩则为石榴石+蓝闪石+角闪石;蓝片岩主要矿物组合为石榴石+蓝闪石+多硅白云母+钠云母+钠长石+石英。榴辉岩和蓝片岩中石榴石变斑晶均保存进变质生长环带,从核部到边部XMn和XFe降低,XMg和XCa升高,指示了升温进变质的演化过程。根据榴辉岩矿物共生组合、石榴石内部包体组合分布特征及传统地质温压计估算结果,确定榴辉岩经历了4阶段的变质演化:早期硬柱石蓝片岩相进变质阶段、峰期榴辉岩相变质阶段(t=543～579℃,p=1.5～1.6 GPa)、峰后绿帘蓝片岩相退变质阶段(t=～450℃,p1.0GPa)和晚期蓝闪绿片岩相退变质阶段(t400℃,p0.5 GPa)。利用p-T视剖面图计算的榴辉岩、蓝片岩峰期变质温压条件与传统地质温压计估算结果十分相近,其中榴辉岩的峰期变质条件t=520～550℃,p=1.7～1.9 GPa;蓝片岩峰期变质条件t=520～620℃,p=1.7～2.3 GPa。本文估算的榴辉岩峰期变质压力条件与前人根据柯石英的发现而认为研究区部分榴辉岩及其围岩曾经历超高压变质作用的认识明显相悖,原因可能如下:①后期退变质作用引起研究区榴辉岩全岩成分、矿物化学成分的调整,在采用Grt-Cpx-Phe温压计和以全岩成分为基础的相平衡模拟方法估算峰期温压条件时受到影响,从而使估算峰期压力条件普遍偏低;②西南天山的榴辉岩可能并非全都经历了超高压变质作用,高压、超高压榴辉岩可能分别代表了不同变基性岩块在不同俯冲深度变质的产物。     

新疆西南天山哈布腾苏河高压-超高压变质带中榴辉岩和蓝片岩的岩石学及变质演化

对西南天山哈布腾苏河一带出露的典型榴辉岩和蓝片岩进行了详细的岩相学、矿物化学和温压条件综合研究。榴辉岩可分为蓝闪石榴辉岩、钠云母榴辉岩、绿帘石榴辉岩和蓝闪石榴角闪岩（退变榴辉岩）4类,蓝片岩可分为含蓝闪石石榴白云母钠长片岩、石榴白云母蓝闪片岩和石榴白云母蓝闪石英片岩3类。新鲜榴辉岩主要矿物组合为石榴石+绿辉石+钠云母+绿帘石,退变榴辉岩则为石榴石+蓝闪石+角闪石;蓝片岩主要矿物组合为石榴石+蓝闪石+多硅白云母+钠云母+钠长石+石英。榴辉岩和蓝片岩中石榴石变斑晶均保存进变质生长环带,从核部到边部X_Mn和X_Fe降低,X_Mg和X_Ca升高,指示了升温进变质的演化过程。根据榴辉岩矿物共生组合、石榴石内部包体组合分布特征及传统地质温压计估算结果,确定榴辉岩经历了4阶段的变质演化：早期硬柱石蓝片岩相进变质阶段、峰期榴辉岩相变质阶段（t=543～579℃,p=1.5～1.6 GPa）、峰后绿帘蓝片岩相退变质阶段（t=～450℃,p<1.0 GPa）和晚期蓝闪绿片岩相退变质阶段（t<400℃,p<0.5 GPa）。利用p-T视剖面图计算的榴辉岩、蓝片岩峰期变质温压条件与传统地质温压计估算结果十分相近,其中榴辉岩的峰期变质条件t=520～550℃,p=1.7～1.9 GPa;蓝片岩峰期变质条件t=520～620℃,p=1.7～2.3 GPa。本文估算的榴辉岩峰期变质压力条件与前人根据柯石英的发现而认为研究区部分榴辉岩及其围岩曾经历超高压变质作用的认识明显相悖,原因可能如下：① 后期退变质作用引起研究区榴辉岩全岩成分、矿物化学成分的调整,在采用Grt-Cpx-Phe温压计和以全岩成分为基础的相平衡模拟方法估算峰期温压条件时受到影响,从而使估算峰期压力条件普遍偏低;② 西南天山的榴辉岩可能并非全都经历了超高压变质作用,高压、超高压榴辉岩可能分别代表了不同变基性岩块在不同俯冲深度变质的产物。     

胶北地体多期变质事件的P-T-t轨迹及其对胶-辽-吉带形成与演化的制约

胶北地体位于华北克拉通东部陆块胶-辽-吉带南端,主要由闪长质-TTG-花岗质片麻岩、变质表壳岩系和变质镁铁-超镁铁质岩所组成。本文通过对胶北早前寒武纪变质岩系的岩石学、矿物化学、变质反应结构和序列、变质温度和压力估算与同位素年代学资料的综合研究和总结,得出以下重要结论:(1)与华北克拉通东部陆块其它地区太古宙变质基底类似,本区也存在~2500Ma区域性新太古代变质事件,且与本区2550~2500Ma岩浆作用在时间上非常接近,其变质作用发生的时间比岩浆作用要晚10~50Myr,指示本区~2500Ma区域性变质事件可能与大规模的幔源岩浆底侵作用存在密切的成因关系。(2)胶北还存在1950~1850Ma区域性古元古代变质事件,并导致了大量高压基性和泥质麻粒岩的形成,高压基性麻粒岩主要以不规则透镜体、变形岩墙群或岩脉群的形式赋存于闪长质-TTG-花岗质片麻岩之中,并集中分布在安丘-平度-莱西-莱阳-栖霞一带,大致沿北东-南西向断续带状分布,构成了一条长约300km的古元古代高压麻粒岩相变质带。(3)本区古元古代高压麻粒岩以记录近等温减压(ITD)及随后近等压降温(IBC)的顺时针P-T-t轨迹为特征,指示本区变质杂岩在古元古代晚期曾强烈地卷入了与俯冲-拼贴-碰撞造山有关的构造过程,并可能经历了如下复杂的构造演化:(I)在古元古代晚期2000~1950Ma,随着有限大洋地壳的持续俯冲作用,本区各类变质岩的原岩开始经历一次构造增厚事件,并导致了它们的原岩经历了早期绿片岩相-角闪岩相进变质作用;(II)1950~1870Ma,大洋地壳俯冲作用结束,本区开始发生弧-陆拼贴和陆-陆碰撞作用,大陆地壳持续缩短和加厚,在加厚下地壳或岛弧根部带约50km的深度,发生了区域性高压麻粒岩相变质作用,并导致了本区变基性岩和变泥质岩分别形成了石榴石+单斜辉石+斜长石±角闪石±石英±铁-钛氧化物和石榴石+蓝晶石+钾长石+斜长石+黑云母+石英+铁-钛氧化物+熔体的高压麻粒岩相矿物组合。(III)1870~1800Ma,在同碰撞峰期变质结束之后,本区造山作用进入了后碰撞构造折返-伸展演化阶段,先后经历了早期快速构造折返和晚期缓慢冷却降温两个构造热演化阶段。其中,在早期快速构造折返阶段,高压麻粒岩经历了峰后近等温或略微增温减压退变质作用的叠加,高压基性麻粒岩表现为沿石榴石边部形成了含斜方辉石的后成合晶。与此同时,早期快速构造折返阶段还伴随着热松弛和伸展作用,出现一系列的幔源基性岩浆活动,不仅导致了本区大量未经历高压麻粒岩相变质的变基性岩群的形成,同时也诱发了区内大规模的地壳深熔作用的发生。自温度高峰期之后,本区地壳岩石还经历了一个近等压冷却降温过程,并发生了区域性角闪岩相退变质作用,高压基性麻粒岩表现为石榴石和斜方辉石边部常出现含角闪石的退变边或后成合晶。最终,在1800Ma左右,本区含电气石花岗伟晶质岩脉的大量出现,则标志着胶北地体古元古代晚期(2000~1800Ma)俯冲-拼贴-碰撞造山作用的最终结束。     

扬子地块西南缘大红山群变质基性岩的地球化学研究及构造意义

扬子地块西缘近年报道了大量古元古代晚期的地层和侵入岩体,这些地层和岩体的构造环境多数被认为与大陆裂谷相关,而位于扬子西缘的~1.7Ga大红山群一直缺少相关的地球化学证据。本研究对大红山群两种变质基性岩——石榴(斜长)角闪岩(A组)和绿帘斜长角闪岩(B组)的主微量元素进行了地球化学分析,并对其构造环境进行了判别。A、B两组变质基性岩基本具有相似的地球化学性质:主量元素SiO2含量集中于46%~50%,MgO含量较低(5%~6%),但A组FeOT(平均14.28%)远高于B组FeOT(平均3.26%),可能与A组后期发生铁矿化作用有关;两组角闪岩的REE配分模式较一致:A组(La/Yb)N=1.52~4.67和B组(La/Yb)N=1.34~4.50,显示LREE轻微富集,Eu异常、Ce异常均不明显:Eu/Eu*=0.82~1.24,Ce/Ce*=0.93~1.05,两组样品稀土元素特征均具有类似富集型洋中脊玄武岩(E-MORB)的特征;二者的微量元素配分模式也基本一致:相容元素Cr、Co、Ni含量变化较大,不相容元素相对富集,Nb、Ta、Ti负异常不明显,Zr、Hf轻微负异常,其微量元素配分模式区别于岛弧玄武岩和OIB,而与E-MORB较一致。大红山群变质基性岩的地球化学性质可与东川群的基性侵入岩进行类比。A、B两组变质基性岩的原岩为拉斑玄武岩,通过不活动元素构造判别图解推断其构造属性为与富集地幔有关的大陆裂谷环境。变质基性岩中未受陆壳混染样品(Nb/La≈1)的微量、稀土元素地球化学特征显示其岩浆源区可能为富集地幔,结合前人已发表的相关εNd(t)推测大红山群变质基性岩的岩浆源区为不均匀的岩石圈地幔。同样,据扬子西缘相关火山岩的εNd(t)、εHf(t)值推测,扬子西缘1.8~1.5Ga变质火成岩的岩浆源区可能为不均匀的岩石圈地幔。本研究为扬子西缘1.8~1.5Ga大陆裂谷环境的构造岩浆活动提供了新的地球化学证据,大红山群与其同时代火成岩及地层的存在,共同表明了扬子西缘曾在古-中元古代发生了一系列与大陆裂解有关的构造岩浆事件,这期事件是哥伦比亚大陆裂解在扬子西缘的响应。