华北克拉通中生代以来基性岩墙群的分布及研究意义

围绕岩石圈破坏和减薄这个主题,华北克拉通成为近10年来国内外研究的热点地区。华北克拉通中生代以来基性岩墙群分布广泛,然而对此仍缺乏系统的研究。通过对基性岩墙群的系统总结,在详尽的资料收集和已有研究的基础上,重点对华北克拉通中生代基性岩墙群的研究现状、分布和意义进行了汇总和讨论。随后,结合近年来的研究经验,提出了基性岩墙群定年中应注意的问题。     

华北克拉通南缘石炭系本溪组铁-铝黏土矿物质来源: 以河南三门峡大安铝黏土矿床为例*

华北克拉通在中奥陶世至晚石炭世期间一直出露地表,经历了长期的风化作用,形成大规模的铁-铝黏土矿,其成矿物源一直是研究的热点,尤其是本溪组底部铁矿和铁质黏土矿与上部铝黏土矿是否为同一来源尚未查清。本研究选取克拉通南缘大安铝黏土矿床作为研究对象,展开微区矿物及元素地球化学组成分析,进一步探讨铁-铝黏土矿物质来源。大安矿床内含矿岩系自下而上包括铁质黏土岩、铝土矿、铝质黏土矿;局部喀斯特高地缺失铝土矿,铝质黏土矿直接覆盖于铁质黏土岩之上。铁质黏土岩在洼地以菱铁矿、黄铁矿和伊利石为主,在隆起区以赤铁矿、伊利石和高岭石为主。铝土矿以硬水铝石、伊利石和锐钛矿为主;铝质黏土矿主要矿物为伊利石。矿物微区分析在黏土矿底部发现大量的碳化硅和少量自然硅、硅铁矿、铬铁矿;区域对比揭示北秦岭造山带内商丹缝合带和二郎坪群中的蛇绿岩为铝黏土矿形成提供了成矿物质。本溪组底部铁质黏土与上部铝黏土矿稳定元素比率(例如Zr/TiO₂、Hf/TiO₂、Nb/TiO₂、Ta/TiO₂)存在明显差异,揭示二者为不同来源: 底部铁质黏土岩和铁矿层为底板碳酸盐岩原地风化的产物;而上部铝黏土矿是异地搬运物,北秦岭造山带在晚石炭世的整体抬升为华北铝黏土矿形成提供了重要的成矿物质。     

华南壳幔结构与动力学的宽频地震观测研究

了解华南各岩石圈块体壳幔结构和各向异性方面的差异是揭示华南深部构造演化的基础。本文利用布设于华南的两条宽频地震测线观测数据,采用多种地震学方法对华南的地壳上地幔结构和各向异性进行了研究。接收函数结果表明,华南地区地壳厚度和岩石圈厚度都较薄,地壳厚度自东南沿海向西北内陆增厚,扬子克拉通的泊松比(波速比)低于华夏块体,表明扬子克拉通地壳较华夏块体更偏长英质。约北纬29°以北的扬子克拉通地幔转换带厚度明显增厚,可能是由地幔转换带底部停滞的冷的古太平洋板片或中生代克拉通碰撞残留造成的。层析成像结果显示华南上地幔具有很强的横向差异性,上地幔中的强烈低速异常体可能对应了晚中生代发生广泛岩浆作用时的岩浆房和岩浆通道。台湾下方的上地幔存在南北横向差异明显的高速异常,分别对应台湾南部向东俯冲的欧亚板块及台湾北部向北俯冲的菲律宾海板块。俯冲的欧亚板块在台湾南部是连续的,而在台湾中北部,由于与菲律宾海板块的相互作用,俯冲的欧亚板块被折断。剪切波分裂结果显示,以江绍断裂为界,华夏块体与扬子克拉通的岩石圈地幔各向异性存在明显的横向变化,表明两者的构造演化过程有显著差异。     

华北克拉通条带状铁建造中富铁矿成因类型的研究进展、远景和存在的科学问题

本文在查阅前人大量资料的基础上,对华北克拉通条带状铁建造中富铁矿的研究历史进行了回顾和总结,将研究历史分为1949年以前,1950~1965年期间,1978~1986年期间,1987~1994年期间和2009年以来5个阶段。重点介绍了鞍本地区、冀东-吕梁地区和河南舞阳地区富铁矿的基本地质特征以及典型富铁矿的研究概况,针对鞍本地区弓长岭二矿区磁铁富矿成因的复杂性,对不同成因观点以及目前已取得的共识进行了详细阐述。目前大多数学者不支持接触交代假说和菱铁矿经变质转化为富铁矿成矿假说,近半数学者支持变质热液成矿假说,半数学者支持混合岩化热液成矿假说。作者在综合分析前人大量资料后,认为变质热液成矿说依据不足,理由有四点:(1)磁铁富矿中往往见有磁铁贫矿的残体;(2)磁铁富矿与蚀变岩紧密伴生,蚀变矿物石榴子石、部分角闪石(透闪石)和部分绿泥石均属非变质热液成因;(3)研究区遭受区域高绿片岩相至低角闪岩相变质作用的时间为2500~2450Ma,而与蚀变矿物石榴石紧密伴生的热液锆石SHRIMP U-Pb定年结果为1840±7Ma,明显小于区域变质作用年龄,据此可将热液作用时间限定于古元古代晚期,相当于大陆地壳伸展阶段;(4)部分热液成因富铁矿利用Re-Os方法定年,除一种属原生沉积成矿外,年龄范围也在古元古代晚期,可作为参考。此种热液是否为混合岩化热液尚缺乏足够证据,故本文暂将其作为古元古代晚期热液。此外,本文对华北克拉通条带状铁建造中富铁矿成因类型及其远景进行了初步总结,认为古元古代晚期形成的磁铁富矿规模属大型矿床,有较好远景;原生较富贫铁矿因褶皱构造产生磁铁矿流变而形成的富铁矿(可能尚有热液叠加)规模较大,具有一定远景;其他类型均为小型规模,不具工业意义。最后,本文指出富铁矿成因研究中尚存在的主要问题,包括早元古代晚期热液的来源;热液的形成是一期还是多期;铁建造遭受区域变质达高绿片岩相时,贫铁矿的围岩变质演化机理等,尚需进一步探讨。     

Episodic crustal growth in the Tanzania Craton: evidence from Nd isotope compositions

The analysis of available Nd isotope data from the Tanzania Craton places important constraints on the crust-mantle separation ages, and events marking juvenile crustal addition and crustal recycling. Nd model ages date the oldest crust extraction to 3.16 Ga in the Tanzania Craton, although a rock record of such antiquity is yet to be found there. The most significant period of juvenile crustal addition as well as crustal recycling is 2.7–2.6 Ga. The Nd isotopes of mafic samples show that chemical heterogeneity existed in the mantle beneath the Tanzania Craton, with some samples originating from significantly depleted mantle, and most samples originating from the mixture of primitive mantle and depleted mantle. The Nd isotope section reveals significant differences in Nd isotopes between the north craton and central craton; compared to the north craton, the central craton yields a Nd model age that is approximately 100 Ma older, and its ε_Nd(t) values are more negative, indicating that the two parts of the craton have different mantle source regions. Different types of granitoids are distributed in the Tanzania Craton, such as high-K and low-Al granite, calc-alkaline granite, peraluminous granite and transitional types of tonalite-trondhjemite-granodiorites (TTGs). Most of the granitoids formed later than the mafic rocks in syn-collision and post-collision events.     

华北克拉通怀安陆块新太古代低铝和高铝TTG片麻岩的地球化学特征与成因

英云闪长岩-奥长花岗岩和花岗闪长岩(简称TTG)是太古宙高级变质地体的主要物质组成,对深入理解早期大陆生长及其机制具有重要的科学意义。目前,人们对其成因过程与机制仍有不同认识。本文以怀安陆块中广泛分布的TTG片麻岩为例,探讨其成因演化和机制。研究区位于华北克拉通中北部,主要由新太古代英云闪长岩及少量奥长花岗岩、花岗闪长岩组成。我们从该区识别出富硅富重稀土和负铕异常的低铝奥长花岗质片麻岩,形成时代与广泛分布的高铝TTG质片麻岩一致(锆石SHRIMP U-Pb年龄2.53Ga)。岩石地球化学数据显示,低铝奥长花岗质片麻岩的主量元素具有富SiO 2(76%~79%),低Al2O3(11.01%~12.61%)、CaO(1.27%~1.59%)、MgO(0.74%~0.24%)和Mg#(18~53)等特征,而广泛分布的高铝TTG岩系的主量元素含量变化大,例如,SiO 2=63%~77%、Al2O3=13.2%~17.77%、CaO=1.8%~5.78%、MgO=0.18%~3.84%和Mg#=35~64。微量元素方面,低铝奥长花岗质片麻岩具有Eu/Eu*负异常(除1个样品为弱正异常1.38外,其余样品分布在0.59~0.44),富集重稀土((La/Yb)N=4~7,(Gd/Yb)N=0.36~1.27),而高铝TTG岩系从弱负铕异常到正异常(Eu/Eu*=0.8~5.35),轻重稀土分馏明显((La/Yb)N=10~103、(Gd/Yb)N=1.97~5.72)。在微量蛛网图中二者的区别除重稀土明显存在区别外,低铝奥长花岗质片麻岩显示出Ba、Sr的相对亏损,而高铝TTG岩系则相反。二者Lu/Hf比值差异明显,低铝奥长花岗质片麻岩变化在0.1~0.16,而高铝TTG岩系变化在0.01~0.07。在Lu/Hf与相关元素以及SiO 2与相关元素哈克图解中,二者差异更加明显,表明它们之间不存在直接的成因联系。综合锆石U-Pb、Lu-Hf同位素特征以及岩石地球化学特征,我们认为低铝奥长花岗质片麻岩是低压下由新太古代新生基性地壳物质低程度部分熔融而成,源区残留矿物相以辉石+斜长石为主,岩浆可能存在过独居石的分异作用。高铝TTG岩系主要由新生基性地壳在相对高压下部分熔融而成,源区残留相以石榴石+辉石+角闪石以及无或少量斜长石为特征。岩浆经历过角闪石和辉石分离结晶作用,铕正异常增大的现象可能与斜长石堆晶有关。本区同时形成高铝和低铝TTG岩系的机制还需深入研究。俯冲机制、地幔柱机制以及二者共同作用等机制均能解释TTG的成因。依据本区同期还形成大量辉长质-闪长质岩浆和稍晚(2.5~2.45Ga)形成的钾质花岗岩类岩浆的侵入活动,我们认为本区高铝和低铝TTG岩系分别来自底侵作用导致的下地壳不同深度不同程度的部分熔融有关。引起底侵作用的机制可能与地幔柱或地幔柱与板块俯冲共同作用有关。     

华北克拉通~2.5Ga地壳再造事件：来自中条山TTG质片麻岩的证据

华北克拉通中部中条山区涑水杂岩是华北克拉通新太古代TTG质片麻岩地体之一。为了探讨华北克拉通新太古代构造-岩浆事件的性质及早前寒武纪地壳的形成和演化,选择涑水杂岩中TTG质岩石进行研究。研究表明这套TTG质岩石富Na、高Al、Sr,低Y、Cr、Ni含量。稀土元素配分曲线右倾,富Rb、Ba等大离子亲石元素,强烈亏损Nb、Ta等高场强元素。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,这套TTG质片麻岩形成于2553～2561Ma,属新太古代晚期产物。锆石Lu-Hf同位素分析结果显示εHf(t)为正值,两阶段模式年龄集中在2.7～2.8Ga。结合涑水杂岩中TTG质片麻岩的岩石地球化学特征,认为这套TTG片麻岩可能主要来自2.7～2.8Ga的下地壳镁铁质岩石在新太古代晚期的部分熔融,可能有少量的地幔物质加入。考虑同期发育大量花岗质岩石的事实,说明新太古代晚期在华北克拉通中部并不存在大规模的俯冲作用,华北克拉通在新太古代晚期已经基本成型。结合前人研究成果和本文锆石Lu-Hf同位素分析结果,提出中条山区～2.5Ga岩浆事件代表一期重要的陆壳再造事件。     

扬子东南缘高涧群底部锆石SHRIMP U-Pb年龄

分布在凯里-怀化-溆铺-双峰-衡阳-萍乡一线以南,叠覆于武陵运动界面之上的陆缘斜坡-盆地相沉积被称为高涧群或下江群,被认为属板溪群的同期异相沉积。但迄今为止却还没有直接在高涧群底部获得可靠的年龄数据,以致二者的时限及对应关系难以确认。本文通过高涧群石桥铺组玄武-安山质火山角砾岩的采样分析,获得锆石SHRIMP U-Pb年龄828.8±9.6 Ma,与相当层位的湖北花山群底部的层状玄武岩SHRIMP U-Pb年龄824±9 Ma基本一致。因此,推断扬子东南缘沉积盆地从武陵造山运动结束至裂谷作用启动这一转换过程的时间点可能在830Ma左右。这一认识为扬子东南缘裂谷盆地演化与充填序列由南东向北西形成依次超覆的“楔状地层”模式提供了有力的约束性证据。     

Precambrian Tectonic Affinity of the Southern Langshan Area, Northeastern Margin of the Alxa Block: Evidence from Zircon U-Pb Dating and Lu-Hf Isotopes

The Alxa Block is the westernmost part of the North China Craton (NCC), and is regarded as one of the basement components of the NCC. Its geological evolution is of great significance for the understanding of the NCC. However, the Precambrian basement of the Alxa Block is still poorly studied. In this study, we present new in situ LA-ICP-MS zircon U-Pb and Lu-Hf isotope data from the Diebusige Metamorphic Complex (DMC) which located in the eastern Alxa Block. Field and petrological studies show that the DMC consists mainly of metamorphic supracrustal rocks and minor metamorphic plutonic rocks and has experienced amphibolite-granulite facies metamorphism. Zircon U-Pb dating results suggested that the amphibolite sample yields a crystallization age of 2636 ± 14 Ma and metamorphic ages of 2517–2454 Ma and 1988–1952 Ma, proving the existence of exposed Archean rocks in the Langshan area and indicating that late Neoarchean to Paleoproterozoic metamorphic events existed in the Alxa Block. Two paragneiss samples show that the magmatic detrital zircons from the DMC yield 207Pb/206Pb ages ranging from 2.48 Ga to 2.10 Ga with two youngest peaks at 2.13 Ga and 2.16 Ga, respectively, and they were also overprinted by metamorphic events at 1.97–1.90 Ga and 1.89–1.79 Ga. Compilation of U-Pb ages of magmatic detrital and metamorphic zircons suggested that the main part of the DMC may have been formed at 2.1–2.0 Ga. Zircon Lu-Hf isotope data show that the source materials of the main part of the DMC were originated from the reworking of ancient Archean crust (3.45–2.78 Ga). The Hf isotope characteristics and the tectonothermal event records exhibit different evolution history with the Khondalite Belt and the Yinshan Block and the other basements of the Alxa Block, indicating that the Langshan was likely an independent terrain before the middle Paleoproterozoic and was subjected to the middle to late Paleoproterozoic tectonothermal events with the Khondalite Belt as a whole.     

华北克拉通大青山-集宁地区古元古代变质沉积岩的锆石氧同位素组成:SHRIMP微区原位分析

在已获得锆石U-Pb年龄基础上,我们首次对孔兹岩带典型出露区大青山和集宁土贵乌拉地区古元古代变质沉积岩进行了锆石SHRIMP氧同位素研究。锆石具有复杂的内部结构和年龄分布。大青山地区古元古代早期变质沉积岩4个样品碎屑锆石的δ18O为5.52‰~7.11‰,部分重结晶锆石的δ18O为7.22‰~7.90‰,变质新生锆石的δ18O为6.37‰~8.31‰。大青山地区古元古代晚期变质沉积岩2个样品的锆石O同位素组成特征与古元古代早期的类似,另外2个样品的锆石O同位素组成与之不同,碎屑锆石、部分重结晶锆石和变质新生锆石的δ18O分别为6.26‰~10.80‰、9.00‰~11.20‰和9.66‰~11.90‰。集宁土贵乌拉地区古元古代晚期超高温变质沉积岩4个样品不存在碎屑锆石,变质锆石的δ18O变化范围为11.41‰~13.57‰。主要认识如下:1)大青山地区碎屑沉积物主要来自新太古代晚期-古元古代早期成熟度不高的TTG花岗质岩石物源区,与之相比,集宁土贵乌拉地区古元古代晚期超高温岩石的变质原岩成熟度更高;2)不同类型变质沉积岩变质新生锆石的δ18O和变质新生锆石与碎屑锆石的Δ18O存在明显区别,主要反映了岩石体系和变质流体的O同位素组成不同;3)大青山地区高角闪岩相-麻粒岩相变质沉积岩,重结晶锆石的O同位素完全重置,但U-Th-Pb体系未完全重置,集宁土贵乌拉地区超高温变质沉积岩的重结晶锆石O和U-Th-Pb同位素体系都完全重置。变质作用强度不同是主要原因。