华北克拉通怀安杂岩中“MORB”型高压基性麻粒岩的成因及其构造意义

古元古代是华北克拉通重要的构造演化阶段,现已识别出多条碰撞造山带,但这些造山带的构造边界、演化时限以及地球动力学过程仍存在争议。本文报道了在怀安杂岩中新发现的一套高压基性麻粒岩-大理岩-富铝片麻岩表壳岩组合,原岩为一套基性火山岩-碳酸盐岩-砂/泥岩建造。高压基性麻粒岩记录了峰期高压麻粒岩相变质和麻粒岩相-角闪岩相退变质过程;地球化学研究表明其原岩为亚碱性拉斑玄武岩,具有平坦的稀土元素配分模式((La/Yb)_N=1. 35～1. 79),轻稀土相对亏损((La/Sm)_N=0. 83～1. 13),弱的正铕异常(δEu=1. 0～1. 22),无Nb、Ta负异常,与洋中脊玄武岩(MORB)地球化学特征类似;岩石组合和产状特征与晋冀蒙交界地区广泛分布的具有岛弧拉斑玄武岩性质的岩墙型高压基性麻粒岩明显不同。高压基性麻粒岩锆石εHf(t)为正值(+2. 6～+11. 5),单阶段模式年龄(t_(DM))介于2065～2250Ma之间,可能来源于尖晶石稳定域的浅层地幔源区。综合来看,这套含高压基性麻粒岩组合可能是古洋壳残片。SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素研究表明,高压基性麻粒岩的原岩可能形成于2. 15～2. 2Ga,峰期高压麻粒岩相变质年龄为～1. 95Ga,1. 83～1. 82Ga代表麻粒岩相退变质作用和减压熔融时限。本文研究表明,该套表壳岩组合记录了古元古代俯冲-碰撞-折返等一系列造山构造演化过程,可为恢复古元古代造山带早期构造环境提供证据。     

河北省怀安县朱家洼矿区地球化学特征与找矿方向

河北怀安朱家洼矿区位于华北板块北缘中段太古宙、元古宙、中生代金银铅锌铁硫铁矿成矿带,为火山热液型金多金属矿。为查明该区成矿规律,明确找矿方向,在区内开展了水系沉积物测量、土壤地球化学测量等工作。通过对元素分布、元素相关性、元素异常等特征研究表明,Au、Mo为本区主成矿元素;各元素异常平面分布具有分带性,高温元素W、Sn、Bi异常位于骆驼山火山机构中心,中低温元素Pb、Zn、As、Ag等异常分布于火山机构边部及周边围岩中,成矿元素Au、Mo异常主要位于火山机构西侧围岩中。异常查证发现金钼矿化体2条,金钼矿化受火山机构和北西向构造带控制。依据成矿地质条件、地球化学异常及查证成果认为,朱家洼矿区Au、Mo成矿潜力大,火山机构西侧围岩区是该区重点找矿地段。     

怀安盆地北缘断裂东段土壤气体地球化学特征

活动断裂带的土壤气体地球化学测量在活动断裂危险性评价方面起着重要作用。 本文讨论了怀安盆地北缘断裂东段的土壤气体地球化学特征及其构造意义。 我们于2012年7月和2013年6月在怀安盆地北缘断裂东段的羊窖沟以及张家窑两地现场测量了土壤气体组分的浓度和通量。 测量结果表明: ① 断裂带土壤气H₂、 Rn、 CO₂和Hg浓度空间分布曲线呈现双峰模式, 且断裂下盘土壤气的Rn、 CO₂和Hg浓度较上盘的高; H₂、 Rn、 CO₂和Hg浓度平均值分别是4.61 ppm、 4.81 k Bqm^-3、 0.38%和9 ngm^-3; 土壤气Rn和CO₂的通量平均值分别是6718 Bqm^-2d^-1和49.83 gm^-2d^-1; ② 土壤气Rn和CO₂在两个测区脱气强烈, 羊窖沟地区土壤气CO₂、 Rn和Hg浓度平均值以及土壤气Rn和CO₂通量值较张家窑地区高。 这些结果可能是两个测区断裂活动性差异引起的。     

冀西北怀安地区基底变质岩系构造变形序列研究

怀安地区构造变形强烈,是研究华北克拉通形成和演化的重要窗口。通过对该区基底变质岩系构造形迹进行研究,结合区域地质资料及同位素年龄数据,将该区早前寒武纪构造变形序列划分为4期: 新太古代阜平晚期(D1),桑干岩群韧性变形,形成片麻理、无根褶皱和韧性剪切带; 新太古代五台晚期(D2),在新太古代TTG/花岗岩中形成区域性片麻理和条带状构造,并在桑干岩群中形成近EW向的复式背形和向形构造; 古元古代吕梁中期(D3),集宁岩群沙渠村岩组形成区域性片麻理,并形成与片麻理一致的NE向韧性剪切带,在新太古代地质体中叠加近SN向的开阔复式背形和向形构造; 古元古代吕梁晚期(D4),红旗营子岩群太平庄岩组形成片理和片麻理,尚义—平泉断裂形成。建立了该区早前寒武纪构造演化模式,并将其划分为新太古代陆壳增生阶段和古元古代碰撞造山阶段,对理解华北克拉通的形成及演化具有重要意义。     

怀安麻粒岩锆石U-Pb年代学及Hf同位素：华北北缘下地壳增生再造过程研究

怀安杂岩体位于华北克拉通中北部,出露太古代-元古代的角闪岩相-麻粒岩相高级变质岩,记录了华北克拉通复杂的地壳形成和演化史.本文对其中的镁铁质麻粒岩和长英质麻粒岩进行了岩石学及锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究,并在此基础上对其形成过程及所反映的华北北缘古老下地壳的增生再造过程进行讨论.镁铁质麻粒岩主要矿物组合为Cpx+ Pl+ Qz±Opx±Hb±Grt,粒状变晶结构,局部发育石榴子石的“白眼圈”现象,表明经历了高压麻粒岩相及后期近等温减压退变质作用过程.选择其中矿物组成为Cpx、Pl和少量Qz的单斜辉石麻粒岩进行锆石定年获得2461±20Ma的原岩形成年龄.这些岩浆锆石的εHf(t)为+2.1 ～ +9.7,最高值接近当时的亏损地幔值,其Hf亏损地幔模式年龄(tDM)集中在2.6～2.7Ga之间,最小为2412Ma和2461 Ma,接近原岩形成年龄.长英质麻粒岩主要组成矿物为Pl+ Kfs+ Cpx+ Qz+ Opx,粒状变晶结构.锆石测年获得2458±46Ma的原岩形成年龄.这些锆石εHf(t)范围为+2.9～ +5.3,锆石Hf两阶段模式年龄(t.ust)集中在2.8 ～2.7Ga之间.怀安麻粒岩的这些特征显示怀安地区在～2.5Ga发生亏损地幔的部分熔融,为单斜辉石麻粒岩提供了原岩物质,同时可能引起了先存(≥2.7Ga)地壳的重熔,即存在地壳再造,进一步为长英质麻粒岩提供了原岩物质.单斜辉石麻粒岩和长英质麻粒岩原岩都形成于～2.5Ga.     

冀西北怀安地体高级变质表壳岩的锆石年代学研究

位于华北克拉通中部造山带中北段的怀安地体与内蒙孔兹岩带相接,出露高压麻粒岩和退变榴辉岩等多种高级变质岩,是洞悉华北克拉通古元古代构造演化历史的重要窗口。研究区变质表壳岩包括夕线石榴长英质片麻岩、石榴长英质粒状岩石以及紫苏黑云二长片麻岩。阴极发光图像特征显示研究区样品的锆石主要包括碎屑锆石和变质锆石,其中碎屑锆石具有岩浆结晶环带,而变质锆石为单颗粒或围绕着继承性碎屑锆石边部生长,内部结构均匀,Th/U比值较低。锆石LAICP-MS U-Pb定年结果与前人研究结果综合表明该区变质表壳岩石的碎屑锆石的207Pb/206Pb年龄主要集中在~2040Ma,其原岩形成时代与孔兹岩带变泥质岩石相近,均为~2.0Ga。变质锆石记录其变质时代为1957~1804Ma,结合前人对怀安地区变泥质岩和变基性岩变质作用和年代学研究结果,推测得出1.95~1.92Ga代表了峰期(高压)麻粒岩相变质时代,1.90~1.85Ga代表峰后减压阶段变质时代,而1.85~1.80Ga代表退变质晚期的时代。怀安地区变质岩石可能卷入了阴山陆块、鄂尔多斯陆块以及东部陆块间的先后碰撞造山过程,并持续较长时间(1.95~1.80Ga),最终拼贴为统一的整体。     

冀西北怀安地区中性辉石麻粒岩的锆石U-Pb、Lu-Hf及微量元素组成对区域退变质时代的制约

冀西北怀安地区位于华北克拉通北缘中段。其区域麻粒岩相变质峰期时间及所代表的碰撞造山时限一直存在不同认识。本文对出露于区内的中性辉石麻粒岩体(变石英闪长岩)进行锆石U-Pb、Lu-Hf及微量元素组成的分析研究,探讨其锆石同位素年龄的地质意义。该类岩石的矿物组合表明它们在中压麻粒岩峰期变质之后经历了角闪岩相退变质作用。锆石阴极发光显示,辉石麻粒岩中存在两种类型锆石:1)具双层结构锆石:核部锆石晶形保存相对完好并具生长环带,幔部为无内部结构的变质增生边;2)内部结构均一,无生长环带,为变质增生的新生锆石。其中具生长环带的核部锆石²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄分布在2542~1902Ma(1σ),并与之相应的Th/U比值(0.10~1.92)、ΣHREE(59.1×10^-6~452×10^-6)和ε_Hf(t)值呈正相关关系,表明核部锆石曾发生过不同程度的变质重结晶作用。其中谐和度高且年龄大于2400Ma的锆石(Th/U=0.42~1.92)获得了2471±18Ma(2σ, MSWD=6.7)加权平均年龄,该年龄可近似代表原岩的形成时代;相应的单阶段Hf模式年龄(t_DM=2550~2621Ma,峰值2586Ma)和两阶段模式年龄(t_DM^C=2596~2716Ma,峰值2665Ma)以及与较高的ε_Hf(t)值(4.1~6.7),反映其原岩的源区具新生下地壳特征,暗示本区新太古代末发生过地壳增生事件。变质增生锆石具更低的Th/U(<0.10)和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值(<0.0001)以及明显偏低的重稀土含量。结合岩相学分析表明,这些变质锆石应是麻粒岩相向角闪岩相退变质过程中的产物,非峰期麻粒岩相产物。锆石Ti温度计算结果(683~714 ℃)也进一步支持这种解释。它们获得的1831±7Ma(2σ, MSWD=2.5)加权平均年龄应代表中压麻粒岩相变质晚期至角闪岩相退变质时代。为此,我们认为本区麻粒岩广泛记录的1850~1800Ma的变质年龄应代表古元古代末地壳抬升退变质事件。     

华北克拉通怀安杂岩新太古代和古元古代富铝变质表壳岩的地球化学特征及构造意义

晋冀蒙三省交界地区富铝变质表壳岩的时代归属及形成的构造背景长期存在争议。通过天镇地区1∶5万区域地质调查,在怀安杂岩中识别出两期富铝变质表壳岩组合,分别为新太古代榴云片麻岩岩组和古元古代黄土窑岩组,两者在岩石组合、特征矿物组合、含矿性、同位素年龄以及岩石地球化学特征等方面存在明显区别,为不同沉积环境的产物。新太古代榴云片麻岩岩组野外呈带状、似层状或透镜状产出,以石榴黑云斜长片麻岩为主体,含少量斜长变粒岩,局部与BIF共生,矿物组合为石榴子石+黑云母+斜长石+石英±条纹长石±夕线石。岩石地球化学研究表明石榴黑云斜长片麻岩样品富Na_2O、Al_2O_3和CaO,低K_2O,属于过铝质岩石,铕异常不明显,轻重稀土元素分异相对较强((La/Yb)_N=3.69～27.76)。古元古代黄土窑岩组以构造岩片形式产出,为一套孔兹岩系组合,产出石墨矿。其中变泥砂质岩石的矿物组合为石墨+夕线石+石榴子石+条纹长石+斜长石+石英,为过铝质,富Al_2O_3和K_2O,低Na_2O和CaO,负铕异常明显(δEu=0.47～0.80),轻重稀土元素分异弱((La/Yb)_N=3.37～10.58)。两套富铝变质表壳岩具有相似的微量元素蛛网图特征,富集大离子亲石元素如Rb和Ba,高场强元素如Zr、Hf含量相对较低,明显亏损Nb、Ta、P和Ti等元素。石榴黑云斜长片麻岩中碎屑锆石年龄峰值为～2.45Ga,黄土窑岩组中岩石碎屑锆石年龄主要介于1.99～2.30Ga,两套岩石均遭受古元古代末期(1.81～1.85Ga)麻粒岩相变质-深熔作用叠加改造。新太古代榴云片麻岩岩组的原岩为一套含黏土质杂砂岩建造,成熟度较低,来源于英云闪长岩-花岗闪长岩风化源区,形成于大陆岛弧环境。黄土窑岩组孔兹岩系原岩为一套富铝黏土岩和杂砂岩建造,夹少量碳酸盐岩和石英砂岩,沉积物源以古元古代中期(2.3～2.0Ga)上地壳长英质成分为主,可能形成于相对稳定的大陆边缘环境。怀安杂岩中两期富铝变质表壳岩组合均卷入了古元古代末期的造山作用,两者的厘定为研究华北克拉通北部新太古代—古元古代大陆地壳演化及构造格局恢复具有重要地质意义。     

怀安—大同一带基性麻粒岩变质反应序列与水活度

晋冀蒙三省交界的怀安－大同一带基性麻粒岩有保存完好的变质反应结构。依据岩相学特征，可在基性麻粒岩中区分出四个世代的矿物组合：①峰前阶段（Ｍ１）以包裹在石榴石或紫苏辉石中的Ｈｂ＋Ｐｌ±Ｑｚ、Ｃｐｘ＋Ｈｂ＋Ｐｌ±Ｑｚ组合为代表，Ｔ为６００℃～７００℃，Ｐ为０．７０～０．８２ＧＰａ，相应的ａＨ２Ｏ值为０．５０～０．６２；②峰期阶段（Ｍ２）以三联点结构的基质矿物为特征，组合为Ｏｐｘ＋Ｃｐｘ＋Ｈｂ＋Ｐｌ±Ｑｚ、Ｇｔ＋Ｏｐｘ＋Ｃｐｘ＋Ｈｂ＋Ｐｌ±Ｑｚ，Ｔ为７５０℃～８５０℃，Ｐ为０．８４～１．０５ＧＰａ，相应的水活度降至０．３９～０．５２；③峰后近等温减压阶段（Ｍ３）以石榴石普遍转变为Ｏｐｘ＋Ｐｌ±Ｍｔ及角闪石转变为Ｏｐｘ＋Ｃｐｘ后成合晶为特征，Ｔ为７００℃～７８０℃，Ｐ为０．５０～０．７０ＧＰａ，相应的ａＨ２Ｏ值降至０．０８～０．１１；④至降温阶段（Ｍ４），以无水矿物石榴石、辉石退变为Ｈｂ＋Ｐｌ组合为代表，Ｔ为５３０℃～６３０℃，Ｐ为０．３０～０．４２ＧＰａ，ａＨ２Ｏ值再次升至０．３７～０．４０。研究表明，矿物组合演化和所发生的（脱水）变质反应不仅受ＰＴ条件的控制，而且与体系水活度密切相关     

河北省怀安盆地北缘断裂活动性研究

本文以野外地质调查为主，讨论了怀安盆地北缘断裂的几何展布和活动特征，并进行了断裂的活动性分段，对断裂的运动学特片也进行了探讨，研究认为，该断裂是一条第四纪活动断裂，以东段活动性最强，Ｑ３＾２以来平均垂滑动速率达０．２１－０．２２ｍｍ／ａ；中段活动次之，西段活动较弱，整个断裂活动年代有自西南向东北迁移的趋势。最后，文章对１６２６年２５／４级地震的震中位置作了讨论。