Discussion on geobiology, biogeology and geobiofacies

Here we first discuss the definition of and the difference between geobiology and biogeology following a brief introduction of recent geobiology research in China. Geobiology is defined as an interdisciplinary study of life sciences and earth sciences, and biogeology as an interdisciplinary study of biology and geology. Scope of the term geobiology covers that of the term biogeology. Branch interdisciplines of both are listed. We then propose the term geobiofacies, defined as the facies of a geologic body embodying the whole process of interaction between organisms and environments. Differences among geobiofacies, biofacies, and organic facies are discussed. Main parameters defining a geobiofacies include habitat type, biotic composition and productivity, paleo-oxygenation regimes, and early diagenesis phases. Each of them is discussed in detail, and a semi-quantitative assessment of the biogeofacies of source rocks is proposed based on these parameters. A two-fold terminology for geobiofacies is recommended, namely, the biological and environmental aspects of biota and the redox conditions during life-burial-diagenesis process     

东昆仑早古生代变质演化:来自浪木日石榴斜长角闪岩的记录SCIEI北大核心CSCD

东昆仑造山带近年来被厘定为早古生代高压-超高压变质带。带内广泛出露早古生代的中-高级变质基性岩,这些岩石记录了不同的变质温压和多期的变质年龄,是反演和制约东昆仑早古生代变质演化的重要样品。本文选取东昆仑浪木日地区的石榴斜长角闪岩为研究对象,开展了变质岩石学及锆石年代学研究。石榴斜长角闪岩呈团块状出露在黑云二长片麻岩中,主要组成矿物为石榴子石、角闪石、斜长石、透辉石和石英,含少量黑云母、绿泥石、金红石、钛铁矿和榍石。石榴子石变斑晶的核部含有绿帘石、角闪石、斜长石、金红石和石英包裹体,其成分从核部到边部,锰铝榴石逐渐降低、钙铝榴石和Mg/(Mg+Fe;)比值逐渐升高,为进变质作用形成的环带。岩石中的矿物结构关系和成分特征显示其经历了进变质、峰期变质和退变质三个阶段的变质演化,变质温压分别为:T≈610℃和P≈6.5kbar、T≈700℃和P≈10.5kbar以及T≈650℃和P≈4.5kbar。这三阶段的变质作用构成顺时针的变质P-T轨迹,指示岩石经历进变质升温升压至峰期阶段,随后经历近等温降压的退变质阶段。同时该P-T轨迹特征表明岩石形成于俯冲-碰撞的构造背景。对石榴斜长角闪岩中的锆石进行SIMS U-Pb定年,得到492.8±5.1Ma的谐和年龄。锆石的形态特征与典型的变质锆石一致,其内包裹的石榴子石、角闪石和斜长石组合与岩石的峰期矿物组合一致。因此,锆石在峰期变质阶段结晶,所测年龄~493Ma为角闪岩相峰期变质年龄。本文研究的石榴斜长角闪岩与该区高压-超高压榴辉岩在野外产状、P-T轨迹和变质年龄等方面密切相关,暗示ca.490Ma是该区高压-超高压变质作用的一个重要时间节点。石榴斜长角闪岩和榴辉岩之间的变质差异,表明东昆仑早古生代经历了多阶段的变质作用,不同岩石记录了原特提斯洋俯冲-碰撞过程的不同阶段。本文获得的变质P-T轨迹和变质年龄可为进一步探究东昆仑早古生代高压-超高压变质作用提供限定。     

Mass extinction and Pangea integration during the Paleozoic-Mesozoic transition

The greatest Phanerozoic mass extinction happened at the end-Permian to earliest Triassic.About 95%species,82%genera,and more than half families became extinct,constituting the sole macro-mass extinction in geological history.This event not only caused the great extinction but also destroyed the 200 Myr-long Paleozoic marine ecosystem,prompted its transition to Mesozoic ecosystem,and induced coal gap on land as well as reef gap and chert gap in ocean.The biotic crisis during the Paleozoic-Mesozoic transition was a long process of co-evolution between geospheres and biosphere.The event sequence at the Permian-Triassic boundary(PTB)reveals two-episodic pattern of rapidly deteriorating global changes and biotic mass extinction and the intimate relationship between them.The severe global changes coupling multiple geospheres may have affected the Pangea integration on the Earth’s surface spheres,which include:the Pangea integration→enhanced mountain height and basin depth,changes of wind and ocean current systems;enhanced ocean basin depth→the greatest Phanerozoic regression at PTB,disappearance of epeiric seas and subsequent rapid transgression;the Pangea integration→thermal isolation effect of continental lithosphere and decrease of mid-ocean ridges→development of continental volcanism;two-episode volcanism causing LIPs of the Emeishan Basalt and the Siberian Trap(259–251 Ma)→global warming and mass extinction;continental aridification and replacement of monsoon system by latitudinal wind system→destruction of vegetation;enhanced weathering and CH4emission→negative excursion ofδ13C;mantle plume→crust doming→regression;possible relation between the Illawarra magnetic reversal and the PTB extinction,and so on.Mantle plume produced the Late Permian LIPs and mantle convection may have caused the process of the Pangea integration.Subduction,delamination,and accumulation of the earth’s cool lithospheric material at the"D"layer of CMB started mantle plume by heat compensation and disturbed the outer core thermo-convection,and the latter in turn would generate the mid-Permian geomagnetic reversal.These core and mantle perturbations may have caused the Pangea integration and two successive LIPs in the Permian,and probably finally the mass extinction at the PTB.     

辽西壳幔熔体相互作用过程和背景的探讨

以辽西阜新地区115Ma快速喷发的玻基方辉安山岩和其下伏的玄武岩为研究对象,通过岩相学研究,发现不同阶段形成的,以不同形式赋存的高镁和高硅玻璃,通过它们追溯地壳-幔熔体混合的过程,在此基础上再进一步探讨壳-幔熔体混合的环境及其底侵作用的构造背景。     

华北晚中生代和新生代玄武岩中单斜辉石巨晶来源及其对寄主岩岩浆过程的制约:以莒南和鹤壁为例

本文对华北克拉通晚中生代和新生代碱性玄武质岩石中的单斜辉石巨晶进行了主、微量元素和Sr-Nd同位素的综合研究,发现晚中生代和新生代单斜辉石巨晶存在明显的主、微量元素和同位素组成上的差异。新生代单斜辉石巨晶有Al-普通辉石和次透辉石两类;而中生代单斜辉石巨晶只有Al-普通辉石。新生代单斜辉石SiO_2含量高、REE配分型式为上凸型、LILE和放射性元素含量高,并具有比寄主碱性玄武岩更亏损的Sr和Nd同位素组成;而中生代单斜辉石SiO_2含量低、REE配分型式为LREE富集型、LILE和部分HFSE以及放射性元素含量低,并具有比寄主碱性玄武岩稍富集的Sr和Nd同位素组成;巨晶的结构、矿物成分和地球化学特征,以及Mg-Fe在熔体与单斜辉石间的分配状况皆说明,新生代碱性玄武岩中单斜辉石巨晶是碱性玄武岩浆在高压下结晶的,因此二者是同源的;而中生代单斜辉石巨晶是被寄主岩浆偶然捕获的捕虏晶,是不同源的。华北新生代单斜辉石巨晶存在于碱性玄武岩和拉斑玄武岩中,它们具有比寄主碱性玄武岩更亏损的Sr和Nd同位素组成,说明即使是碱性玄武岩也不能完全代表软流圈来源的原始岩浆,其在上升过程中或多或少存在同位素组成富集的物质的混入。同时,拉斑玄武岩不是碱性玄武质岩浆直接结晶分异的产物,亦不是完全由部分熔融程度的不同造成的。拉斑玄武岩中存在岩石圈地幔物质的贡献或是岩浆房内碱性玄武质岩浆受地壳混染作用的结果。     

华北克拉通古老麻粒岩纪录的三期构造-岩浆事件

华北克拉通中部造山带上广泛发育新太古代-古元古代的基性岩墙。本文选取出露于华北南缘太古代太华群花岗片麻岩中的基性麻粒岩脉体进行研究,进而探讨了克拉通南缘太古代地体所经历的构造-岩浆-变质事件以及其后期演化过程。通过对基性麻粒岩脉体的野外地质、岩石学、锆石的U-Pb年代学、锆石O及Hf同位素地球化学的研究,显示该脉体记录有3期明显的构造-岩浆-变质事件:(1)新太古代晚期岩浆侵位事件(2523±8Ma)。岩浆锆石正的εHf(t)值(2.88~7.16)显示该基性岩脉是由亏损幔源玄武质岩浆侵位于太古代基底而形成的,结合锆石略高于正常地幔的δ18O值(6.12‰~7.47‰)说明岩浆侵位后受地壳混染并不显著。该岩浆事件与华北克拉通新太古代(~2.5Ga)广泛存在的地壳再造和少量的地壳增生事件吻合;(2)古元古代变质作用(1922±6Ma)。麻粒岩中变质锆石纪录的古元古代变质作用事件与华北克拉通中部造山带普遍遭受变质作用的时期(1.85~1.97Ga)相一致。锆石正的εHf(t)值(1.61~5.52)说明变质作用过程中Hf同位素体系保持封闭,因此其Hf同位素组成继承了原岩幔源岩浆的组成。而略低于岩浆锆石的δ18O值(4.85‰~5.76‰)可能是由变质作用过程中发生的高温热液蚀变导致的;(3)渐新世岩浆活动(31.38±0.15Ma),该期岩浆作用在华北克拉通属首次发现。麻粒岩中部分岩浆锆石给出了非常好的谐和年龄,这些锆石的εHf(t)值(-3.03~1.69)集中分布于原始地幔岩浆库(CHUR)演化线之上,且具有非常接近于原始地幔的δ18O值(5.78‰~6.62‰),表明该基性岩脉所记录的渐新世岩浆活动也来源于地幔。结合已有研究成果,我们认为华北南缘太华群基性脉体形成于新太古代晚期,侵位于早先的太古代地体之中,并随同古老基底一起俯冲至下地壳深度发生了麻粒岩相的变质作用,不久又一同被抬升至发生角闪岩相退变质,后又经历了渐新世的幔源岩浆活动的扰动,抬升至地表的地质演化过程。     

太行山中段新生代玄武岩中高镁橄榄石捕虏晶：残留古老岩石圈地幔样品

太行山中段新生代玄武岩(7.8Ma)中发现具有明显环带结构的高Mg^#橄榄石。其中心部分明显富MgO和NiO，边缘FeO、MnO、CaO和Al2O3的含量较高。高Mg^#橄榄石中心部分(Mg^#=89.892.3)与华北新生代玄武岩所携带的橄榄岩捕虏体中高Mg^#橄榄石的组成接近，中间部分(Mg^#=84.5～89.7)略高于寄主玄武岩中斑晶橄榄石中心部分的组成(Mg^#=77.1～81.7)，而高Mg^#橄榄石的边缘部分(Mg^#=55.6～73.6)和寄主玄武岩斑晶橄榄石边缘的组成(Mg^#=55.6～73.6)相一致，都接近于寄主玄武岩基质中橄榄石的组成(Mg^#=54.8～66.1)。橄榄石的化学成分环带及其所具有的熔蚀结构说明它是地幔橄榄岩的解体矿物，其大颗粒的中心部分能够代表地幔橄榄岩的组成，表明在太行山中段新生代时期仍存在古老的岩石圈地幔。对比研究发现，华北地区岩石圈减薄存在时空上的差异。     

华北东部中、新生代岩石圈地幔的不均一性：来自橄榄石的组成填图结果

华北中、新生代玄武质火山岩和基性脉岩携带的地幔橄榄岩捕虏体中橄榄石和/或橄榄石捕虏晶系统的组成填图显示华北东部中、新生代岩石圈地幔存在明显的时空分布规律和不均一性。这与通过岩石圈地幔源基性岩石的地球化学反演获得的华北中生代岩石圈地幔的时空不均一性及其块体特征完全一致。太行山和鲁皖地区新生代岩石圈地幔的差异演化主要反映古老地幔橄榄岩与熔体相互作用时熔体性质和来源的不同。同时,橄榄石 Fo 填图还揭示了郯庐断裂对华北东部中、新生代基性岩浆活动及其岩石圈地幔演化的重要制约作用。而且,华北东部中生代岩石圈减薄后尚存古老岩石圈地幔残留。因此,华北东部岩石圈减薄的整体拆沉模式很难成立。     

华北晚中生代中基性侵入岩中橄榄岩捕虏体是岩石圈地幔直接样品？

华北东部晚中生代中基性侵入杂岩体（如山东莱芜地区铁铜沟岩体；山东潍坊地区金岭．湖田岩体；河北邯邢地区符山岩体）中常含有橄榄岩捕虏体。这些橄榄岩的来源和成因问题存在很大争议，主要有堆晶成因或代表古老洋壳蛇绿岩和岩石圈地幔来源两种观点。本文在对山东潍坊地区金岭一湖田岩体中橄榄岩捕虏体的研究成果和总结前人资料的基础上，通过岩石学、矿物学和地球化学研究认为这些橄榄岩捕虏体皆是堆晶成因或代表古老洋壳蛇绿岩，而非岩石圈地幔直接样品。因此，不能用这些橄榄岩捕虏体的组成来反演该地区晚中生代岩石圈地幔特征。     

青岛地区晚白垩世基性脉岩中麻粒岩捕虏体的成分特征及其温压条件

青岛地区晚白垩世基性脉岩中含有两类麻粒岩捕虏体,富辉石麻粒岩和富长石麻粒岩。富辉石麻粒岩的主要矿物组合为Opx Cpx Pl,具有细粒变晶结构;富长石麻粒岩主要矿物组合为Pl Opx Cpx Q或Pl Opx/Cpx Q,具有中粗粒粒状变晶结构。麻粒岩捕虏体中辉石的Mg~#较低(<66),普通辉石具有富Na贫Ca的特征,与岩浆底侵作用形成的麻粒岩特征接近。二辉石温度计的计算结果显示这些麻粒岩捕虏体的麻粒岩相变质平衡温度在847～910℃之间。结合富长石麻粒岩的地质压力计的计算结果(0.99～1.17GPa)和地温梯度推测出的"岩石学"Moho面深度在33～36公里之间,与"地震"Moho面深度基本一致。麻粒岩捕虏体中普通辉石的矿物成分和该地区活跃的岩浆活动暗示青岛地区下地壳麻粒岩不同于典型的古老下地壳麻粒岩地体或捕虏体。他们的形成可能是华北克拉通古老麻粒岩与岩浆底侵作用相互作用的结果。