华夏造山系元古宙-早古生代洋板块地层分布与演化

本文按洋板块地层理论与方法,系统收集和梳理了华夏造山系元古宙-早古生代与洋壳生成扩张和俯冲消亡遗存的洋壳残块和洋盆建造(称之为洋板块地层)共96处,均有测年和岩石地球化学分析数据控制,主要包括洋脊、洋岛和洋内弧3类洋壳的火成岩建造,以及海山、远洋深海和海沟3类洋盆内的沉积建造。本文还对洋盆汇聚俯冲的直接产物-陆缘弧和叠加在裂离地块上的火山弧建造(非洋板块地层)系统收集梳理了85处,其中59处有测年和岩石地球化学分析数据控制,26处无测年与地球化学分析,但有实测剖面控制。笔者对上述181处中的39处进行了野外实地考察和相关样品采集与分析。在上述所获大量资料的基础上,本文主要以图解形式展示了华夏造山系元古宙-早古生代主要洋板块地层分布与构造演化历程。横向上将华夏造山系划分为江绍-郴州-钦防对接带(主要含陈蔡-龙游、神政桥-神山、鹰扬关和糯垌4个含蛇绿岩残块增生楔,以及绍兴-兰溪增生弧和钦防残余洋盆)、武夷-赣州多岛弧盆系(主要含罗霄弧、赣州弧间盆地、北武夷弧和南武夷弧以及南平-宁化构造混杂岩带)和东南沿海多岛弧盆系(主要含龙泉-政和-大埔、贵子-石窝2个含蛇绿岩残块增生楔,以及伴生的云开地块-弧、粤南弧-弧背盆地和东南沿海地块);纵向上据洋板块地层和相关火山弧时空分布,从老至新划分出华夏造山系(华南洋)的7个构造演化阶段:(1)约1800~1200 Ma,洋盆拉张形成期;(2)约1200~820 Ma,洋盆扩张与汇聚转换期;(3)约820~635 Ma洋盆汇聚俯冲、弧-弧和弧-陆增生峰期;(4)约635~541 Ma洋盆汇聚与扩张转换期;(5)约541~458 Ma洋盆扩张期;(6)约458~443 Ma洋盆汇聚俯冲、弧-陆增生峰期;(7)约443~420 Ma洋盆关闭与陆-陆碰撞、残留洋(海)期。

大别山地区约2.5Ga花岗质岩石的发现——扬子基底太古宙—元古宙之交陆壳的直接证据

华南由扬子和华夏地块组成,是构建东亚大陆的主要前寒武纪块体之一。扬子地块包含了华南所有已知的太古宙岩石单元,它们规模相对局限且零散分布于地块的不同部位,但碎屑和捕获/继承锆石指示了区域上太古宙地壳的广泛存在。现有的碎屑和捕获/继承锆石数据均指示扬子地块以约2.7 Ga和约2.5 Ga为主的太古宙地壳物质组成,对应全球大陆地壳快速生长与初始克拉通化的最重要阶段。然而,目前扬子地块仅有约2.7 Ga岩石的报道,约2.5 Ga岩石则相对缺乏,导致其基底地壳成分及克拉通化过程认识的不足。大别造山带是中生代扬子地块向北与华北板块俯冲、碰撞的产物,卷入并保留了大量扬子地块的前寒武纪基底,并以变质杂岩或地体的形式出露于大别山的不同部位。笔者等从大别山地区前寒武纪变质杂岩中识别出具不同岩性特征的约2.5 Ga花岗岩质岩石,报道了它们的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果。孝昌地区两个糜棱岩化黑云母花岗岩的测年结果分别为2479±17 Ma和2497±20 Ma,宿松杂岩地区两个花岗质片麻岩偏钾质,年龄分别为2491±15 Ma和2516±26 Ma。结合区域地质证据,认为大别山地区可能存在较为广泛的约2.5 Ga地壳。这提供了约2.5 Ga扬子基底地壳的直接证据,太古宙—元古宙(Ar—Pt)之交应是扬子地块原始克拉通形成与演化的重要时期。

北京密云元古宙环斑花岗岩古风化壳及其与长城系常州沟组的关系

华北地区长城系在中国元古宙研究中占有相当重要的地位,其底界是目前划分古、中元古界的重要界线标志。长期以来,由于在靠近长城系底部缺少可定年的岩层或地质体,其底界年龄一直难以确定。近年来笔者在北京密云地区,发现了长城系常州沟组砂岩层直接覆盖在发育有古风化壳的环斑花岗岩(脉)之上。风化壳物质的组成主要为环斑花岗岩的原地风化岩石,以及向上过渡为貌似环斑花岗岩的粗碎屑岩。已获得古风化壳-环斑花岗质碎屑岩的碎屑锆石U-Pb年龄值为(1 682±20)Ma(SHRI MP)和(1 708±5.6)Ma(LA-ICP-MS)等,与相邻的密云环斑花岗岩年龄相同。初步分析表明,密云环斑花岗岩及其同期岩脉在侵位之后,曾随着区域地壳抬升暴露出地表。经过一定时期的风化和部分剥蚀,在其表面形成残积物和接近原地堆积的环斑花岗质碎屑物质。从形成时间来看,这套岩石应属于"前常州沟期(组)"。它的存在和测年结果显示,长城系常州沟组的底界年龄应小于1 682 Ma,而不是以前划定的1 800 Ma。根据环斑花岗质沉积岩碎屑锆石以及已有的上覆地层相关年龄数据的分析,我们初步提出长城系底界年龄约为1 665～1 670 Ma。

东秦岭商南松树沟元古宙蛇绿岩片的地质地球化学特征

商南松树沟蛇绿岩是残留于造山带根部的角闪岩相变质的蛇绿岩片，可能是中元古代（１１００Ｍａ～１２５０Ｍａ）形成的，于９８０Ｍａ左右构造侵位。它是由超幔铁质和镁铁质岩石单元叠置的构造组合体，并经历了复杂的变质和变形作用的强烈改造。超镁铁质岩以地任残余成因的变质纯橄榄岩和方辉橄榄岩为主，堆晶岩不很发育；镁铁质熔岩可分为三类：第一类ＬＲＥＥ亏损，Ｃｅ／Ｙｂ＜４、Ｌａ／Ｎｂ≈１、Ｔｈ／Ｔａ≈１、Ｚｒ／Ｎｂ＞１３、Ｚｒ／Ｙ＜３、Ｈｆ／Ｔｈ＞５、Ｌａ／Ｔａ≈１５、Ｎｂ含量较低，与Ｎ－ＭＯＲＢ相似；第二类ＬＲＥＥ略富集，Ｃｅ／Ｙ＝４～８、Ｎｂ—４～２０、Ｔｈ／Ｔａ—０．５～３．２、Ｈｆ／Ｔｈ—ｌ～６、Ｚｒ／Ｙ—２～５、Ｔａ／Ｙｂ＞０．１２，与Ｅ－ＭＯＲＢ相似；第三类ＬＲＥＥ富集，Ｃｅ／Ｙｂ≈１４，富不相容元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｎｂ），Ｎｂ／Ｌａ≈１，指示源于富集地幔，其Ｔｈ／Ｔａ、Ｌａ／Ｙｂ比值高，Ｎｂ／Ｔｈ比值低，又显示陆壳物质混染的影响，这三类熔岩都形成于扩张脊环境，因此，松树沟蛇绿岩是小洋盆环境的产物。

华北陆块南部元古宙熊耳群火山岩的成因与构造环境:事实与争议

位于华北陆块南部的熊耳群形成于古元古代1.80～1.75Ga,以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩仅占地层总厚度的4.3%。熊耳群火山岩是华北陆块结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物,基岩出露面积约7000km2,地层厚度3000～7000m,以玄武安山岩、安山岩为主,次为英安-流纹岩,SiO2=60%±的岩石较少,显示双峰特点。中基性熔岩的主要造岩矿物是斜长石和辉石,几乎没有角闪石和黑云母。其岩石化学成分的突出特点是高Fe,K,而低Al,Ca和Mg,火山岩显示富集大离子亲石元素和轻稀土元素、相对亏损高场强元素的岛弧型地球化学特征。Nd同位素和微量元素特征表明,这种地球化学特征是地幔源区遭受地壳组分改造及少量岩浆上升过程中的地壳混染造成的。熊耳群中的沉积岩主要分布在大古石组及马家河组。沉积岩的岩石学和地球化学特征表明熊耳群形成于被动大陆边缘的构造环境,结合火山岩的结构、构造特征,表明火山喷发的主体环境是海相,经历了陆相到海相再到陆相的演变过程,即:伴随着裂谷的发育、地面沉降和海水的侵入,以及随着火山喷发的进行最后又高出海面暴露于地表的全过程。熊耳群形成后,海侵范围更广、海水逐渐加深,表明地壳逐步向更大的凹陷发展。熊耳群形成于夭折的三叉裂谷环境,其火山岩所具有的岛弧型火山岩的地球化学特征是继承于受俯冲组分改造的陆下岩石圈富集地幔源区。熊耳期岩浆活动在华北陆块广泛分布,除了陕西宝鸡附近及山西吕梁地区的火山岩,还广泛分布1.75Ga前后的基性岩墙群、A-型花岗岩以及比熊耳群稍晚的斜长岩、奥长环斑花岗岩等(1.75-1.70Ga)和碱性花岗岩类(～1.65Ga)。这些岩浆岩和熊耳群火山岩在源区性质、岩石成因及其形成的构造背景等方面,可能存在必然的联系。上述岩浆岩的发育,说明华北陆块在1.80Ga后处于地壳拉伸、减薄,很可能沿早先拼合的薄弱部位最先发生破裂,是华北陆块裂解的产物。

鄂西黄陵背斜南部元古宙庙湾蛇绿岩的发现及其构造意义

对鄂西黄陵背斜南部宜昌太平溪、邓村一带崆岭岩群中的元古宙庙湾岩组强烈变形变质超镁铁—镁铁质岩的研究表明,镁铁质岩主要为似层状细粒斜长角闪岩,变辉长岩岩体、岩脉及辉绿岩岩脉,超镁铁质岩则主要为蛇纹石化纯橄榄岩、方辉橄榄岩,呈构造岩片、岩块分布于斜长角闪岩之中。细粒斜长角闪岩TiO2=1.14%～1.48%,稀土元素配分型式为略亏损—平坦型,无明显的Eu异常,(La/Yb)N=0.87～1.12,La/Nb、Ce/Zr、Zr/Nb、Zr/Y、Ti/Y平均值分别为1.04、0.15、18.78、2.53、290.51,Nb/Th平均为9.88,显示为大洋中脊构造环境形成的N-MORB型拉斑玄武岩;变辉长岩具典型的堆晶结构特征,稀土元素配分型式为平坦型,具明显的Eu正异常;蛇纹石化纯橄榄岩的稀土元素配分型式具中稀土元素略亏损的U形特征,显示为LREE略富集的地幔岩。上述特征表明,黄陵背斜南部崆岭岩群中的元古宙庙湾岩组实际上是一套混杂堆积的古大洋蛇绿岩残片。元古宙庙湾蛇绿岩的发现为华南扬子克拉通存在中元古代洋盆和哥伦比亚超大陆聚合、裂解构造事件提供了重要的证据。

云开元古宙眼球状花岗岩Sm-Nd和Rb-Sr同位素体系定年及其动力学意义

对云开核部韧性 -流变剪切变形眼球状花岗岩石样品进行了全岩 Sm- Nd、Rb- Sr同位素年龄测定 ,获得 1414±6 8Ma的 Sm- Nd等时线和 490± 36 Ma的 Rb- Sr等时线年龄 ,它们分别代表这套花岗岩的形成时代和加里东期韧性 -流变剪切部分熔融构造热事件发生时间 ,表明云开地区不仅在加里东期发生造山运动 ,而且在中元古晚期发生了更为重要的构造—岩浆造山运动 。

华北板块北缘活动带元古宙构造岩片

新的研究证实 ,华北板块北缘残存一条元古宙构造岩片堆集带 ,包括古元古代、中元古代、新元古代等多期构造岩片。并相伴有 180 0Ma±、140 0Ma±、10 0 0Ma±、6 5 0Ma±的花岗岩类的侵入活动和构造变质成矿等热事件的年代记录 ,并在华北板块北部金镶边带中保存了相一致的信息 ,揭示了它们是陆缘多期拼贴造山的产物。这为超大陆旋回 ,特别是元古宙两次超大陆的聚合与裂解及其构造演化过程的研究提供了良好的野外实验园地 ,并为元古宙、特别是古元古代大陆的增生及Rodinia超大陆在北半球的存在或构造响应提出新的课题。

中祁连地块东段元古宙基底湟源群沉积构造环境

通过对中祁连地块东段元古宙基底湟源群原岩建造及其地球化学特征的研究，认为：湟源群主要由各种千枚岩、片岩、变粒岩、大理岩、石英岩和斜长角闪岩等组成的中浅变质的表壳岩组合；其原岩为一套由陆源碎屑岩、不纯碳酸盐岩、中基性大山岩等组成的火山岩沉积岩组合；湟源群中变质沉积岩系中沉积韵律、沉积条带构造的广泛发育以及浊积层的存在等，指示了其原岩建造具有复理石或类复理石建造的特征；其中变质杂砂岩的地球化学特征类似于大陆岛弧或安底斯岛弧型杂砂岩的特征；湟源群变质中基性火山岩的地球化学特征类似于岛弧或活动大陆边缘的钙碱性火山岩的特征。经综合分析得出，湟源群沉积构造环境可能为陆缘弧后盆地且靠近大陆一侧。

北京十三陵元古宙大红峪组含事件信息的沉积岩研究

北京十三陵元古宙大红峪组在不足 4km的距离内岩相急剧变化 ,实为国内外罕见。从东至西 ,泰陵剖面由灰色角砾硅化岩 +黑色粉砂凝灰页岩 +黄色含长石石英砂岩组成 ,山顶剖面由不纯砂岩 +泥质白云岩组成 ,德胜口剖面由泥质白云岩 +石英砂岩 +层凝灰岩组成。本文仅对泰陵剖面大红峪组的三种岩石进行系统研究。宏观、微观特征、地球化学和同位素地球化学分析数据表明 :泰陵剖面大红峪组的灰色角砾硅化岩和黑色粉砂凝灰页岩是受火山 -地震事件影响形成的沉积岩 ,而覆盖其上的黄色含长石石英砂岩形成于正常滨海环境中。最后提出大红峪组含事件信息的沉积岩形成模式图。

微亮晶(臼齿)碳酸盐成因及其在元古宙地球演化中的意义

本文应用多种技术方法,对微亮晶碳酸盐岩的成岩作用及其成因从宏观至微观进行了分析。根据岩石矿物学、地球化学和有机地球化学等研究证明,它是早期成岩过程中,在超高压的大气 CO_2,水平急剧下降的转折期,快速石化作用形成的具等粒结构μm级的微亮晶方解石集合体。MT 碳酸盐岩微亮晶成岩作用有两种类型:一是主要发生在海底沉积软泥中,在其底基质软泥中经差异压实作用形成褶皱肠状及复杂形的 MT 构造;二是直接在海水中或重力流搬运过程中形成的微亮晶球粒(核)。简言之,MT 碳酸盐岩石是在地球早期浅海环境下,由于微生物自养作用形成的地球化学成因产物。微亮晶碳酸盐岩是约束古大气圈和古海洋环境变化的最灵敏标志。通过详测 MT 丰度值和编制地球古大气圈 CO_2水平演化模式等,在前寒武纪发现有太古宙末期、早元古宙末期、中元古宙中期和新元古宙早-中期四个 MT 碳酸盐岩发育高峰值期,证明全球古大气圈 CO_2水平发生过四次不连续性、跳跃式下降周期,直到晚新元古宙未,全球雪球事件的发生,导致了 MT 碳酸盐岩的消失。其后,才进入显生宙的 CO_2低水平状态。MT 碳酸盐岩具有重要的油气资源远景,应予以重视。

祁连山元古宙大陆溢流玄武岩

祁连山西段大面积分布的元古宙浅海相火山岩系是大陆裂谷火山作用的产物,属大陆溢流玄武岩系。岩石地球化学研究表明,它们具有高ε_(Na)值和低(^(87)Sr/^(86)Sr)_i值,系派生于岩石圈之下的地幔柱源,但也显示有岩石圈组分卷入的证据。它们的形成是地幔柱-岩石圈相互作用的结果,是北祁连山早古生代洋盆开启的前兆。

南秦岭元古宙板内火山作用特征及构造意义

南秦岭元古宙火山岩主要由两大类岩石构成 ,一类为SiO2 4 5 %～ 5 7%的基性火山岩系 ,另一类为SiO2 6 7%～ 78%的酸性火山岩系 ,主要岩石类型为细碧岩、玄武岩和石英角斑岩、流纹岩。基性火山岩整体上属拉斑玄武岩系列 ,酸性火山岩属钙碱系列。火山岩强烈富集稀土元素 ,尤其是轻稀土元素 ,酸性火山岩和基性火山岩有相似的稀土元素特征 ,显示了源区特征的不同。基性火山岩富集强不相容元素 ,相对亏损Nb和Ti,形成于大陆裂谷环境 ,具有大陆拉斑玄武岩的特征。同位素特征表明基性火山作用与地幔柱活动密切相关。南秦岭的中。

海南岛元古宙变质基底性质和地壳增生的Nd、Pb同位素制约

基于海南地块各类型岩石的 63个样品Nd和Pb同位素分析数据 ,研究了海南地块元古宙地壳变质基底的时代、特征和演化。研究结果表明 ,海南岛元古宙变质基底成熟度低 ,基底变质岩系的母岩物质来源于长期亏损的地幔源区 ,主要形成时代为古元古宙晚期—新元古宙 ;不同时代花岗岩具有较高的εNd(t)值和较低的Nd模式年龄 ,主要形成于幔源物质参与下的或含地幔成分较多的初生地壳再循环。地壳增生具幕式增生的特点 ,并在 2 .0Ga、1.7Ga、1.2Ga出现高峰 ;Pb同位素组成既不同于扬子地块又不同于华夏地块 ,介于两地块之间 ,和Nd同位素特征具有一致或耦合关系。结合海南岛地质特征 ,初步认为不能单纯地将海南岛基底理解为华南地块统一南延部分或是华夏古陆的部分 ,可能为不同的构造块体。

中国北方元古宙沉积岩中自生稀土矿物特征及其意义——以北京、大连地区为例

大连震旦系十三里台组首次发现自生稀土元素矿物独居石后 ,在北京十三陵中元古代长城系常州沟组、串岭沟组和大红峪组又发现了自生的独居石以及其他磷酸盐和硅酸盐稀土矿物。自生稀土矿物的形成和岩石中稀土元素含量较高有关 ;电子探针背散射图像和 P、Th、L a、Ce、Nd、Y等元素面分布图像研究表明 ,沉积岩中的自生稀土矿物与岩浆岩、变质岩和碎屑成因的截然不同。本文首次报道了元古宙长城系常州沟组沉积岩中碎屑锆石边部成岩过程中形成的自生磷钇矿。中国北方元古宙泥砂质碎屑沉积岩普遍具有高稀土组合 ,许多地区都可能存在独居石等自生稀土矿物 ,如天津蓟县、辽西、辽南和宣化等地 ,为利用离子探针 (SHRIMP)确定其同位素地质年代提供了可能。此外 ,本文对比了大连震旦系自生独居石和内蒙白云鄂博矿区东矿的独居石晶形和化学成分的相似性 ,再一次提出中国北方元古宙富稀土地层可能是内蒙古白云鄂博巨型稀土元素矿床的矿源层问题。

江南造山带雪峰隆起区元古宙浊积岩沉积构造背景的地球化学制约

江南造山带雪峰隆起区元古宙浊积岩的地球化学组成良好地反映了沉积盆地的板块构造性质,并为解释区域大地构造的性质和演化提供了有用的信息。中元古代冷家溪群和新元古代板溪群(包括下部马底驿组和上部五强溪组)地层在主元素成分上无明显区别,总体上以中等SiO2含量和K2O/Na2O比值以及较高的(Fe2O3+MgO)含量为特征。稀土元素球粒陨石标准化曲线与典型的后太古宙页岩(如PAAS或NASC)和上陆壳相似,以轻稀土富集、显著的铕负异常和重稀土平坦为特征。大离子亲石元素和铁镁族元素的含量中等。主元素和微量元素特征指示了研究区元古宙浊积岩很可能代表了一套活动大陆边缘弧后沉积盆地的产物。陆内裂谷盆地模式对于解释新元古代华南地区的构造性质和演化可能并不合适。华夏陆块与扬子陆块的拼接以及Rodinia超大陆的最终形成可能发生在约0.8Ga左右的晋宁(雪峰)造山运动期,而不是全球Grenville造山期末的四堡(东安)运动期。

西昆仑地区元古宙岩浆侵入作用及构造-岩浆演化过程

通过对西昆仑地区元古代侵入岩的岩石类型、形成时代和岩石地球化学资料的综合分析,探讨各个构造单元侵入岩形成期次、岩石成因及构造-岩浆演化过程。铁克里克断隆带元古宙中酸性侵入岩以A型花岗岩为主,是塔里木板块古老基底在高温低压条件下发生部分熔融的产物。西昆仑造山带古元古代和中元古代早期中酸性侵入岩为钙碱性I型花岗岩,是变玄武岩在低温条件下部分熔融条件下形成的,而古元古代晚期和新元古代中酸性侵入岩则是高温条件下老基底岩系部分熔融而形成的A型花岗岩。甜水海地块仅发育新元古代侵入岩,为S型花岗岩,是高温高压环境下甜水海地块古老基底部分熔融而形成。根据侵入岩岩浆演化规律,将西昆仑地区元古宙划为4个演化阶段：12 426～1 567Ma：以铁克里克断隆带A型花岗岩为代表的塔里木板块陆内演化,以西昆仑造山带钙碱性-拉斑质I型花岗岩为代表的陆缘弧。21 301~1 000Ma：铁克里克断隆带和西昆仑造山带均以陆内演化性质的A型花岗岩为主。31 000~851 Ma：甜水海地块S型花岗岩可能是陆-陆碰撞导致地壳加厚的产物,指示甜水海地块可能作为Rodinia超大陆的一员发生聚合拼接作用。4815~644 Ma：铁克里克断隆带和西昆仑造山带均存在碱性基性岩浆岩和A型花岗岩的双峰式侵入岩组合,指示塔里木地块和西昆仑地块可能作为Rodinia超大陆组成部分,在该阶段发生了裂解作用。通过对元古宙侵入岩的系统分析,西昆仑地区不同构造单元地壳演化有一定差异,经历了不同演化过程。

辽吉朝褶皱带古元古宙岩浆核杂岩及其大地构造意义

通过对辽吉朝古元古代褶皱带的构造演化分析,尤其对褶皱带南带内发育的典型构造组合及相应出现的岩浆活动、变质作用和变形作用的系统构造分析,提出岩浆核杂岩是古元古代褶皱带早期演化过程中形成的主要构造型式。岩浆核杂岩主要由3种成分、性质、特点及变质演化不同的构造单元构成,即核部岩浆杂岩、外部的滑覆体壳及其间的幔部顺层韧性剪切带。岩浆核杂岩的构造分析,揭示出它们形成于褶皱带早期阶段演化的伸展作用过程中。

关于华北元古宙富钾、富稀土沉积岩是白云鄂博大型稀土矿床矿源层的讨论

文章对大连、北京元古宙沉积岩及白云鄂博稀土矿围岩的岩石化学成分、独居石形态和稀土元素特征等进行了分析与总结,结果显示三者特征相似。因此认为白云鄂博的稀土矿不是来自地幔岩而是源于大陆增生,华北元古宙富钾、富稀土沉积岩可能是白云鄂博巨型稀土矿的矿源层。文章还提出了一个白云鄂博稀土矿的理想大陆增生成矿模式图。

蓟县剖面元古宙沉积物(1.8～0.85Ga)中的生物标志化合物特征

报道了蓟县剖面长达 10亿年的元古宙沉积物中生物标志化合物的组成和分布特征。结果表明 ,剖面样品具有基本类似的生物标志化合物组成 ,其中 ,特征的长链类异戊二烯化合物 ( >C2 0 )可能起源于元古宙燕山古海中的喜盐等古细菌 ,而 18 和 19 降松香 8,11,13 三烯则可能具有藻类起源。通过对生物标志化合物的组成分布特征与剖面各期古环境和古生物资料的对比 。