冀西北麻粒岩区早前寒武纪主要地质事件的年代格架

本文通过年代学资料和其它地质依据建立了冀西北及邻区麻粒岩地体早前寒武纪主要地质事件的年代格架。早期的基性火山喷发事件发生在2868—2932Ma期间,形成本区的早期地壳。在2761Ma左右发生了大规模的TTG岩浆侵位事件,在2650Ma时发生了基性岩浆侵位,使地壳加厚。在2561—2503Ma期间,花岗闪长质岩浆在本区广泛侵入,使地壳进一步加厚。2477—2461Ma期间,紫苏花岗岩以岩株形式侵入,同时发生区域麻粒岩相变质,早期地壳受到改造。大约在2300Ma时发生第二阶段的麻粒岩相变质。此后,在2144—2087Ma期间红色花岗岩侵位,形成花岗岩带。     

贺兰山孔兹岩系的变质时代及其对华北克拉通西部陆块演化的制约

贺兰山孔兹岩系作为华北克拉通西部孔兹岩带的重要组成部分,其变质时代问题一直悬而未决.利用SHRIMP锆石U-Pb定年技术,对贺兰山孔兹岩系中3个代表性富铝片麻岩(石榴堇青钾长片麻岩、石榴堇青二长片麻岩与石榴黑云斜长片麻岩)样品进行了精确定年.发现这3种岩石虽处不同层位,但其碎屑锆石年龄却非常集中,各测点207Pb/206Pb年龄总体变化在2.0～2.1Ga之间,加权平均年龄则在2017～2040Ma之间.这些碎屑锆石都具有岩浆结构特征,反映当时曾存在大规模花岗质岩浆活动,所成岩体为孔兹岩系沉积提供了充足物源.另有少量大于2.5Ga的碎屑锆石(2520～2949Ma),表明本区存在太古代岩浆活动记录.本区石榴堇青二长片麻岩中发育典型的变质增生锆石,其成因很可能与黑云母的脱水熔融反应有关.利用该锆石确定贺兰山孔兹岩系的变质时代为1950±8Ma.该时代与东部大青山、乌拉山孔兹岩系变质时代相同,表明华北克拉通西部的阴山地块与鄂尔多斯地块大体是以平行的方式正面拼贴到一起的,形成了目前的孔兹岩带.     

科技管理兼盈——纪念程裕淇院士诞辰110周年

程裕淇院士是我国著名的变质岩石学家、矿床学家和前寒武纪地质学家。中国科学院学部委员(院士)，中国人民政治协商会议第四届、第五届全国委员会委员，第六届、第七届全国政协常务委员会委员。程裕淇先生开拓了我国变质岩研究领域，提出了矿床成矿系列理论，发展了我国前寒武纪地质学。他在管理上积极推进地质行业的对外开放，促进国际合作交流，为建立中央直属的野战军队伍建言献策；在政协多次提案，推动了我国矿产资源法的立法和实施。     

扬子克拉通北缘“神农架群底界”的再厘定及其地层学意义

神农架群的底界问题一直以来悬而未决。神农架群底界能否获取,已成为神农架群能否完美成为待建系候选层型的关键。距神农架东南几十公里的黄陵穹隆东北部地区自下而上发育中-新元古代西汊河组、吴家台组、浇园山组、南沱组和陡山沱组等地层,且胡正祥等(2012)认为该地吴家台组为神农架群中下部地层,那么该地是否存在神农架群的底界自然就引起大家的极大关注。本文基于该地浇园山剖面西汊河组石英片岩样品(0529-1),吴家台组底部砾岩(0228-4)和砂岩(0228-5)3件样品,应用LA-ICP-MS方法进行了碎屑锆石年龄的测试分析,同时结合地层单元间接触关系和岩石学与沉积学特征等标志,最终约束吴家台组形成时代。结果表明,崆岭北部樟村坪以北浇园山剖面西汊河组与上覆吴家台组呈不整合接触;西汊河组碎屑锆石年龄谱仅显示太古宙和2.0Ga两个明显的峰值;但吴家台组碎屑锆石年龄谱不仅包含了与西汉河组相同的太古宙和2.0Ga两个年龄峰值,而且还含有0.8Ga的弱峰值,由此断定西汊河组和吴家台组形成时限是完全不同的。前者应年轻于2.0Ga,但由于其为角闪岩相变质岩,又不同于扬子克拉通最终(1.8Ga)固结前的变质结晶基底岩石组合,因此推测西汊河组大致为中元古代,同理,吴家台组应形成于0.8Ga以后,结合吴家台组之上具有典型的南沱组冰碛杂砾岩,因此其时代应界于青白口纪晚期-南华纪早期之间,进一步结合各岩组砾岩中砾石组分的证据认为,吴家台组应相当于区域上莲沱组。同时研究表明,西汊河组和吴家台组物源主要来自黄陵穹隆核部中太古代TTG片麻岩和新太古代的花岗质片麻岩,古元古代碎屑锆石主要来源于崆岭杂岩中部的火山-岩浆岩以及黄陵穹隆南翼的新元古代岩浆岩。     

河北赞皇地区许亭花岗岩的时代及成因:对华北克拉通中部带构造演化的制约

许亭花岗岩出露于赞皇杂岩中,位于河北省赞皇县西部山区,呈岩基状侵入新太古代TTG片麻岩和变质地层中,SHRIMP 锆石U-Pb年龄为2090±10Ma。岩体主要由钾长-二长花岗岩组成,无暗色包体,偶见围岩的捕掳体。岩体组成不均匀,局部含石英和少量钾长石斑晶,构成似斑状结构。主要的矿物组合为石英+钾长石+斜长石+黑云母+绿帘石±白云母±角闪石,含萤石副矿物。岩石具有高硅(SiO₂＞75%)、富碱(ALK=6.90%~8.75%)、低铝(Al₂O₃ =10.32%~11.64%)、钛(TiO₂=0.26%~0.36%)和贫钙(CaO=0.18%~0.48%)、镁(MgO=0.16%~0.40%)、铁(Fe₂O^T₃=2.58%~3.46%)的特征,为偏铝质到弱过铝质的高钾钙碱性系列。岩石的稀土总量较高(293.8×10^-6 ~702.8×10^-6),轻稀土相对富集,有明显的负Eu异常(Eu/Eu^*=0.1~0.35)。微量元素中,富Zr、Nb和Y,而贫Ba、Sr和P等元素,Rb/Sr比值较高,介于1.45~7.52之间,平均4.31。岩石还具有高的Ga/Al值(3.04×10^-6~4.08×10^-6),具有A型花岗岩特征。在同位素组成方面,具有较低的ε_Nd(t)值(-14.29~-0.29,平均为-5.58)。许亭花岗岩具有板内花岗岩特征,可能与2.1Ga时岩浆板底垫托,导致新太古代TTG岩石部分熔融,并可能有少量古老地壳物质加入。根据岩体性质及岩石组合等特征推测赞皇、阜平、五台等地区的2.1Ga岩浆活动形成于统一的拉张裂解环境。     

华北克拉通阜平杂岩中~2.7GaTTG片麻岩的厘定及其地质意义

通过详细的地质工作,本文从阜平杂岩中厘定出一套~2.7Ga的条带状TTG片麻岩系,其原岩主要为英云闪长岩,经历了强烈的变形和深熔改造。该片麻岩可分为岩石主体和条带,按条带形态和成分可分为三种:细小的暗色条带、深熔浅色条带和后期注入的长英质脉体。用LA-MC-ICPMS法对英云闪长岩中锆石进行了原位U-Pb年龄测试,其形成年龄为2669.2±9.7Ma。该片麻岩SiO2=64.32%~70.02%,具有高铝(Al2O3=14.00%~15.87%)富钠(Na2O=3.85%~4.22%)贫钾(K2O=1.13%~2.42%)及低K/Na比值的特点,Mg#指数为39.5~49.6。该片麻岩具有中等-强烈程度的稀土元素分异[(La/Yb)N=3.67~51.38],Eu异常不明显。其富集Sr(303×10-6~431×10-6)、Ba(191×10-6~696×10-6)等大离子亲石元素,亏损Nb(4.70×10-6~9.78×10-6)、Ta(0.19×10-6~0.75×10-6)、Ti(1378×10-6~3259×10-6)、P(174.6×10-6~960.6×10-6)等高场强元素,Cr(5.87×10-6~119.4×10-6)、Ni(6.72×10-6~45.75×10-6)等相容元素含量也较低。Yb(0.31×10-6~1.75×10-6)和Y(3.61×10-6~18.88×10-6)含量低,Sr/Y比值高(16.0~119.1),属于高铝的TTG,与高硅埃达克岩特征相似。推断是热的太古宙新生洋壳部分熔融而成。阜平地区~2.7Ga TTG片麻岩的厘定,进一步证实了华北克拉通在新太古代早期经历了强烈的陆壳增生,并为华北克拉通早期岩浆事件与世界范围的岩浆事件的对比提供了新的依据,为华北克拉通早期陆块及绿岩带的划分提供了新的限定。     

冀西北地区晚太古代大陆地壳的增生和再造——同位素年代学证据

冀西北地区出露的太古宙变质岩系是华北地台北缘麻粒岩相带的重要组成部分。详细的同位素地质年代学研究表明，本区古老的地壳形成于２９００Ｍａ左右，为玄武质成分。古老地壳的熔融再造作用主要有两期，一期发生在２７８０～２７６１Ｍａ期间，产生了研究区西部广泛分布的英云闪长质片麻岩，另一期发生在２５６１～２５０３Ｍａ期间，形成在宣化－赤城一带广泛分布的花岗闪长质片麻岩。此后，在２５００～２４００Ｍａ期间发生了区域麻粒岩相变质改造，使部分岩石的同位素体系重新设置。     

全球冥古宙的研究进展和存在问题

冥古宙是地球上最老的一个地质历史时期,由于缺少可靠的岩石记录一直没有得到国际地学界的重视和承认,到2004年才在建议的国际地层表中使用了冥古宙这一术语,定义从地球形成到出现地球最老岩石这段地球历史。但冥古宙与太古宙没有明确的地质界线,一些研究者提出了不同的年代界线(3.85Ga,4.0Ga,4.03Ga),目前还存在较大分歧。目前已知残存的冥古宙岩石只有两处,一处是加拿大的阿卡斯塔片麻岩(Acasta gneiss)中两个英云闪长岩和一个变质花岗闪长岩。前者锆石U-Pb年龄为4002±4Ma和4012±6Ma,后者为4031±1Ma。另一处是东南极索尼山(Mount Sones)的麻粒岩相英云闪长质片麻岩,已获得U-Pb年龄为3927±10Ma。世界上最老的表壳岩(≥3870Ma)出露在格陵兰。冥古宙年代久远,地球形成最初的600~700Ma的初始岩石经历了陨石撞击、地壳再循环、重熔等改造,甚至再循环到地幔,几乎已经消失殆尽。目前主要以年轻岩石中的碎屑锆石或继承锆石作为桥梁,来追索这些古老锆石原来母岩的类型、特征及成因。3800Ma的碎屑锆石已在全球十多个地区发现,而以西澳伊尔岗克拉通的杰克山最多最全,从3800Ma到4404Ma都有,在3840Ma,3900~3920Ma,4000~4200Ma,4260~4300Ma和4404Ma显示峰值,其中以3900~4200Ma最为发育,4404Ma是目前世界公认的最老碎屑锆石。此外在北美克拉通、南非克拉通、华北克拉通等古老克拉通以及一些年轻造山带中都发现有冥古宙的碎屑锆石,这些锆石是追索冥古宙地质事件的重要桥梁。通过对冥古宙碎屑锆石的研究提出了很多值得重视和进一步研究的课题和内容。包括早期地壳的性质,一些锆石具有与太古宙之后岩浆锆石特征相似的环带结构,因此这些碎屑锆石的母岩大部分被认为相当花岗质,来自老地壳的重熔。冥古宙碎屑锆石的Hf同位素等综合分析表明这些碎屑锆石来源于中性熔岩的结晶,或许表明早期地壳具有中性成分特征。冥古宙锆石的成因也是一个重要的课题,根据锆石中钛的含量、锆石Ti饱和温度计计算的温度以及锆石的一些结构特征,有的研究者提出冥古宙相当一部分碎屑锆石是陨石撞击导致的岩石熔融结晶产生的,是追溯地球早期撞击事件的重要手段。在4300Ma的碎屑锆石中包裹有金刚石和石墨晶体,前者表明锆石的母岩曾处于高压条件,而后者石墨的碳同位素接近有机碳,有人认为可能为生命起源的迹象。多个地区的碎屑锆石的边部Th/U比值低,U-Pb年龄为4000Ma左右,属于变质作用的产物,表明当时地壳已具有一定厚度。冥古宙碎屑锆石的研究提出了很多重要的问题,但是由于资料有限,有些认识还存在矛盾,还需要获得更多实际资料,才能对冥古宙的地质事件过程取得更可靠的科学认识。因此今后应加强可能赋存古老碎屑锆石地区的寻找,并发现更多古老碎屑锆石。对现有的古老碎屑锆石加强综合研究以及各地区的对比研究。     

华北克拉通的组成及其变质演化

华北克拉通早前寒武纪变质基底主要由五套不同类型的变质岩系组成。克拉通在形成过程中经历了多期构造活动、多期岩浆侵位、多期变质作用以及不同程度的混合岩化和深熔作用,岩石已遭受多次不同地质作用的叠加改造,因此华北克拉通具有复杂的演化历史。从太古宙到古元古代末的克拉通形成,华北克拉通主要经历了五期区域变质作用。鞍山地区的古—中太古代经历了角闪岩相变质作用改造,尚未获得变质年龄数据。但在TTG岩系中已获得3 560 Ma和3 000~3 300 Ma早期的变质年龄。河南鲁山太华杂岩的中太古代斜长角闪岩中获得2 776~2 792 Ma和2 671~2 651 Ma两期变质作用年龄信息,代表了新太古代早期的变质作用。新太古代麻粒岩-TTG岩系和新太古代花岗-绿岩系都经历了新太古代晚期—古元古代初的变质作用改造。在古元古代阶段,在华北克拉通北缘在1 965~1 900 Ma期间发生了中低压/高压麻粒岩相变质,局部发生超高温变质,这期变质作用与陆块间的俯冲碰撞及其后的地幔上涌有关。在古元古代晚期(1 890~1 800 Ma)在华北克拉通的中部及东部的胶—辽—吉带发生了高压麻粒岩相-角闪岩相的区域变质,代表了陆块间的碰撞拼合过程。不同变质岩系类型经历的变质作用反映了不同的构造背景。太古宙晚期大量的TTG岩系及呈面状分布的中/低压麻粒岩主要出露在华北克拉通的中北部,普遍具有逆时针的p-T轨迹,反映了地幔柱底板垫托的构造环境。新太古代的花岗-绿岩系在新太古代晚期—古元古代早期经历的变质作用多为顺时针的p-T演化轨迹,反映其发生可能与弧后+地幔柱联合作用的构造背景。古元古代晚期的两期变质作用多表现为高压麻粒岩相的顺时针p-T演化轨迹,反映了不同陆块(地块)之间碰撞拼合的过程,意味着类似显生宙的板块构造体制已经出现。     

The protoliths to the sillimanite gneisses from the Larsemann Hills and geological implication in their formation

The source rock from which the sillimanite gneisses derive mainly was the biotite plagioclase gneiss in the Larsemann Hills. It is the deformation-metamorphism process under special pressure and temperature condition, not the original rock compositions, that controls the presence of sillimanite. To a great degree, the sillimanite gneiss was the mixture of the detaining materials of the migrating felsic melt from the bt-plagioclase gneiss that underwent partial melting and the relics when the melt was removed. In sillimanitization the original rock had been changed substantially in chemical composition. The related metamorphism process severely deviated from the isochemical series, the process was of, therefore, an open system. In addition, the Al2O3 contents of the original rock was an important, but not critical factor for the formation of sillimanite, i.e., the sillimanite-bearing rock need not be of aluminum rich in composition, and vise contrarily, the aluminum rock may not produce sillimanite. The authors of the present paper postulate that the source rock from which the aluminum rich rock derives need not be of aluminum rich, but sillimanitization is generally the Al2O3 increasing process. The aluminum rich sediments such as clay or shale need not correspond directly to sillimanite-rich gneisses. No argillaceous rock present equals to sillimanite-rich gneiss in chemical composition. The protoliths to the sillimanite gneisses from the Larsemann Hills, east Antarctica, and their adjacent area may be pelite, shale greywacke, sub-greywacke, quartz sandstone and quartz-tourmalinite. If correct, the conclusion will be of significant implication for the determination of the sillimanite gneiss formation process and the reconstruction of the protolith setting.