辽河群富铁表壳岩系磁铁矿微量元素组成对古元古代铁矿成因的制约——以周家地区为例

铁矿石是工业发展不可缺少的矿产资源,多数铁矿石赋存于前寒武纪条带状铁建造(BIF)中。古元古代是苏必利尔型BIF形成的重要时期,但它们在华北克拉通并不发育。在胶-辽-吉构造带的辽河群中存在一系列形成于2.2~2.1Ga的富铁表壳岩系及具有经济价值的块状和层状铁矿石。揭示这些富铁岩石中磁铁矿的成因,并与苏必利尔型BIF进行对比,对探索华北元古宙铁矿找寻方向有重要意义。本文对辽宁周家地区辽河群中的块状和层状铁矿石、共生浸染状和脉状矿化变粒岩及弱矿化磁铁变粒岩开展的岩相学和磁铁矿微量元素研究表明,区域存在三类地球化学特征不同的磁铁矿。第一类磁铁矿来自块状矿石和浸染状矿化变粒岩,它们的Mg、Mn含量较高,Ti、V和Co含量低;第二类磁铁矿赋存于层状矿石和弱矿化磁铁变粒岩中,它们的Mg、Mn含量较低而Ti、V和Co含量稍高;第三类磁铁矿仅产出于脉状矿化变粒岩中,它们的Cr-Ni-V-Ti-Mn体系与前两类磁铁矿均不相同。元素含量及变化趋势的相似性表明,块状和层状矿石的形成分别是浸染状矿化变粒岩和弱矿化磁铁变粒岩中磁铁矿进一步生长富集的结果,而脉状矿化变粒岩中铁镁组分含量高是导致第三类磁铁矿具有最高Cr、Mn含量的主要因素。在Cr-Ni、Ti-Ni/Cr和V-Ti图解中,本文研究的磁铁矿多数具有低温热液成因的元素地球化学特征。弱矿化磁铁变粒岩中磁铁矿的Ti和Ni含量具负相关性,表明它们经历了由高温到低温条件的变化过程。虽然都是变质-热液作用的产物,但本文研究的辽河群三类磁铁矿与西澳古元古代Hamersley苏必利尔型BIF中的磁铁矿在元素组成上存在明显差异,表明它们的形成条件在温度、氧逸度和体系成分等方面与典型苏必利尔型BIF中的磁铁矿不同。

冀北红旗营杂岩多期变质作用:古元古代俯冲/碰撞—晚古生代伸展—早中生代挤压的记录

冀北红旗营杂岩记录了从古元古代到早中生代多期构造-热事件,并可能存在支持古元古代洋壳俯冲的关键证据,但是对其形成时代、变质演化历史和大地构造属性等众说纷纭。本文以总结红旗营杂岩变质作用和年代学研究为基础,探讨其复杂的多期构造演化过程。红旗营杂岩包括表壳岩、赤城混杂岩和正片麻岩三个岩石-构造单元。正片麻岩以古元古代(1.87~1.82 Ga)花岗闪长岩-二长花岗岩-正长花岗岩为主,出现少量新太古代(2.55~2.53 Ga)英云闪长质-花岗闪长质片麻岩。赤城混杂岩为典型蛇绿混杂岩,由退变榴辉岩(斜长角闪岩)和橄榄岩块体以及变质沉积岩组成,形成时代可能>1.88 Ga。表壳岩主要包括不同变质程度的碳质碎屑岩-碳酸盐岩和少量火山岩,可能形成于2.1~2.0 Ga。综合分析赤城混杂岩中的退变榴辉岩、斜长角闪岩和凤山地区含十字石石榴云母片岩的变质作用演化,可划分出5期变质作用。第一期变质作用(M1)存在于凤山地区的云母片岩中,为中压型,顺时针型p-T轨迹,峰期变质条件为1.0~1.1 GPa/>780℃,变质时间为约1.95 Ga。第二期变质作用(M2)见于退变榴辉岩中,顺时针型p-T轨迹,包括升温升压至峰期和峰后等温降压演化阶段,峰期p-T条件为>2.2 GPa/约750℃,地热梯度约为9℃/km。尽管退变榴辉岩中多数锆石限定晚古生代变质年龄,但榴辉岩相变质作用时间应>1.88 Ga。第三期变质作用(M3)出现于凤山地区的云母片岩中,以含十字石组合叠加在M1高级变质组合为特征,顺时针型p-T轨迹,峰期变质条件为0.6~0.7 GPa/610~630℃,变质年龄约为1.88 Ga。第四期变质作用(M4)出现于赤城混杂岩的斜长角闪岩中,由早期榴辉岩组合叠加变质形成,显示“大于号”形p-T轨迹,包括峰前减压升温和峰期后减压冷却变质过程,峰期p-T条件为0.5~0.7 GPa/780~830℃,地热梯度约为35℃/km(低压型),变质时间为晚古生代(354~289 Ma),并伴随广泛深熔作用。第五期变质作用(M5)以局部叠加绿片岩相组合为特征,为顺时针型p-T轨迹,推测变质作用时间为255~234 Ma。M1中压型变质作用与在华北克拉通西部2.0~1.95 Ga发生的碰撞造山事件有关;M2高压型变质作用与沿华北克拉通北缘1.95~1.88 Ga期间发生的洋壳俯冲有关,是支持现在样式板块构造启动的有力证据之一;M3中压型变质作用指示在华北克拉通北缘于1.88~1.83 Ga期间发生的另一次碰撞造山事件;M4低压型变质作用为晚古生代华北克拉通北缘区域伸展所致;M5低温型变质作用与沿索伦缝合带发生的碰撞闭合事件有关。可见,红旗营杂岩5期变质作用记录了古元古代碰撞-俯冲-碰撞、晚古生代伸展和早中生代挤压的复杂构造过程。红旗营杂岩在经历古元古代俯冲-碰撞事件之后位于不同地壳深度。西部红旗营表壳岩和赤城混杂岩位于中-下地壳层次,其中锆石记录了1.72~1.66 Ga、约450 Ma、354~289 Ma和255~234 Ma等多期热事件;而东部凤山地区表壳岩则位于中-上地壳,缺少后期热事件的锆石和独居石年龄记录。

辽东兰花岭地区古元古代Ⅰ型花岗岩类与辽吉A型花岗岩对比研究

辽东半岛是华北克拉通胶-辽-吉古元古代活动带的重要组成部分,古元古代经历了复杂的构造演化过程,并记录了多期岩浆-变质作用,约2.2 Ga的辽吉A型花岗岩和1.89~1.85 Ga的巨斑状花岗岩、正长岩分别标志着辽东古元古代造山作用的开端和结束。最新研究显示,2.20~2.15 Ga的岩浆作用形成了2种不同类型的花岗岩,它们可能具有不同的岩石成因和构造意义。在青城子铅锌矿集区北部采集的兰花岭、白砬子花岗闪长岩和黄泊辉绿岩,锆石U-Pb年龄分别为2177±19 Ma、2129±36 Ma、1876±29 Ma。花岗闪长岩的岩石成因类型、地球化学特征与典型的约2.2 Ga的辽吉A型花岗岩明显不同,属于弱过铝质、低钾钙碱性—碱性岩石,Zr、Hf、Nb、Rb含量较低,K_(2)O/Na_(2)O值、稀土元素总量极低,为典型的Ⅰ型花岗岩类。根据锆石Lu-Hf同位素分析,ε_(Hf)(t)值为-5.1~9.0,二阶段Hf模式年龄t_(DM2)为2089~2817 Ma,岩浆源区为约2.5 Ga的太古宙地壳物质和少量软流圈地幔物质。兰花岭地区花岗闪长岩具备岛弧或活动大陆边缘的地球化学亲缘属性,可能形成于弧岩浆俯冲挤压环境;结合形成于伸展环境的A型条痕状花岗岩特征,认为约2.2 Ga辽东地区古元古代活动带呈现总体伸展、局部挤压的构造环境,为洋壳板块向龙岗地块俯冲碰撞过程中或碰撞后的弧后盆地。

甘肃合黎山古元古代花岗岩锆石U-Pb年龄、岩石地球化学特征及其对阿拉善地块南缘构造环境的约束

分布于阿拉善地块南缘的龙首山岩群是金川镍矿的直接围岩,其形成时代和构造背景存在较大争议。在阿拉善地块南缘新发现的侵入于龙首山岩群的合黎山古元古代花岗岩体岩性为二长花岗岩、正长花岗岩及正长岩。岩石地球化学分析结果显示,合黎山花岗岩Al_(2)O_(3)/(CaO+Na_(2)O+K_(2)O)值为0.91~1.06,K_(2)O/Na_(2)O为1.10~1.44,属钾质碱钙性花岗岩,岩石相对富集Rb、Ba、Th、K等大离子亲石元素,亏损Ta、Nb、P、Zr、Hf、Ti等高场强元素,具有弧岩浆的地球化学特征,形成于俯冲带岩浆弧构造环境。LA−ICP−MS锆石U−Pb测年结果表明,合黎山二长花岗岩的形成年龄为1859±12 Ma,侵位于古元古代晚期,揭示龙首山岩群变质地层的形成时代大于1.85 Ga,反映阿拉善地块南缘在古元古代晚期可能处于俯冲消减过程。

华北克拉通古元古代造山带关键金属-非金属成矿规律研究进展

华北克拉通存在三条古元古代造山带,自东向西依次为胶-辽-吉造山带、中部造山带和西部孔兹岩带(Zhao et al.,2012)。这三条古元古代造山带蕴藏着十分丰富的矿产资源,其中关键金属矿产包括钴和镍,关键非金属矿产包括石墨和硼,以及赋存于古元古代地层中的金矿等。钴、镍、石墨和硼是我国当前急需和紧缺的战略性矿产资源,对外依存度高达80%以上,消耗量居世界前列。因此,加强我国华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨和硼的成矿规律研究和找矿勘查,已成为满足国家需求、解决我国关键金属和非金属供给问题的当务之急。本专辑在国家重点研发计划项目“钴镍成矿规律与高效勘查技术示范研究”、国家自然科学基金委员会重大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”下设重点支持项目“复合造山带多期重大变质-构造变形事件的性质对关键金属钴迁移-超常富集成矿过程的制约”和中国地质调查局项目“辽吉构造带及北部邻区钴-镍富集成矿规律、找矿标志及靶区优选”的资助下组织的,论文主要针对华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨、硼以及金矿的成矿规律进行系统总结,重点解剖了典型矿床成因并与国外同类矿床进行了对比。

辽吉古元古代造山带小女寨变辉长闪长岩的成因及其对钴镍富集成矿作用的制约

辽吉造山带是华北克拉通一条重要的古元古代造山带,该造山带在古元古代盆地拉张时期接受了大量陆壳沉积物,这些沉积物质组成和多期的岩浆-变质事件为辽吉造山带富集成矿提供了有利的条件。辽吉造山带内除了发育与千枚岩-片岩相伴生的沉积岩-变沉积岩容矿型铜钴矿床,还发育与基性岩相伴生的岩浆型铜镍钴矿床。然而,对于岩浆型Co-Ni矿的富集成矿模式及钴镍富集规律的研究较为薄弱。本文选取辽河群小女寨变辉长闪长岩开展了岩相学、矿物化学、锆石U-Pb年代学、全岩地球化学及硫化物硫同位素的研究,以进一步理清辽河群Co-Ni成矿机制及物质来源。变辉长闪长岩具有变化的SiO_(2)(26.1%~57.3%)、MgO(2.90%~25.0%)、CaO(3.17%~10.7%)和FeO^(T)(6.43%~38.94%)含量,属于钙碱性系列。具有轻稀土富集和重稀土平坦的稀土配分模式,相对亏损高场强元素(如Ta、Nb、Ti)。锆石U-Pb同位素分析获得的变辉长闪长岩变质原岩的形成时代为~2.17Ga。锆石εHf(t)值的变化范围为-1.3~+5.0,指示基性岩的岩浆源区来自富集地幔的部分熔融,可能与岩石圈伸展作用相关。变辉长闪长岩中钴镍主要赋存于辉砷钴矿(Co:14.8%~31.3%;Ni:2.92%~14.2%)和镍黄铁矿(Co:5.70%~8.53%;Ni:27.3%~34.0%)中,富Co-Ni的矿物与石英、绿帘石等矿物共生,指示其成矿作用可能与晚期热液有关。小女寨变辉长闪长岩硫化物的S同位素分馏程度较弱(+4.5‰~+5.5‰),表明成矿物质来源均一。且具有比地幔更重的δ^(34) S值,表明硫化物的S可能来源于大陆地壳。小女寨地区2个钻孔岩心样品均具有较高的Ni(0.09%~0.94%)、Co(0.01%~0.13%)和Cu(0.02%~0.79%)品位,表明辽吉造山带古元古代变基性岩具有Cu-Co-Ni的成矿潜力。

华北克拉通中部造山带中条山地区古元古代盆地演化

对华北克拉通中部造山带南部中条山地区古元古代中条群和担山石群岩石组合及地层详细调查研究,认为中条群为一套由粗碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩组成的多旋回沉积岩,变质砂岩地球化学特征显示,中条群经历了早期相对稳定到后期较活跃的转变。结合前人碎屑锆石年龄、源区特征和火山岩夹层年龄得出,中条群形成于2.1 Ga左右的活动大陆边缘弧后盆地。担山石群为一套砾岩-砂岩组成的磨拉石建造,碎屑锆石年龄显示,担山石群形成于1.85 Ga左右的碰撞造山阶段的前陆盆地内。结合前人研究,认为中条山地区古元古代盆地演化模式为,约2.1 Ga开始,西部陆块的前导洋向东部陆块活动大陆边缘之下持续俯冲,东部陆块西缘活动大陆边缘弧后盆地沉积了中条群,约1.85 Ga开始,东部陆块与西部陆块之间的大洋闭合,陆陆碰撞开始,中条群发生挤压褶皱变形,陆壳加厚及随后的快速抬升和剥蚀形成前陆盆地的担山石群磨拉石。中条山地区古元古代弧后盆地向前陆盆地的转化支持华北克拉通最初西部陆块向东俯冲,经历了约1.85 Ga的东、西陆块碰撞并最终克拉通化的演化模式。

冀北古元古代东瓦窑杂岩体的发现及其对华北克拉通伸展事件的制约

华北克拉通的形成时间一直存在分歧,冀北基底隆起区是研究华北克拉通形成演化过程的理想区域。在冀北新发现的东瓦窑古元古代后造山A型花岗岩杂岩体,对揭示华北克拉通的形成时限具有重要启示。以东瓦窑杂岩体为研究对象,开展了岩石学、地球化学、锆石U-Pb年龄和_(Hf)同位素研究,讨论杂岩体的形成时代、岩石成因和构造环境。锆石LA-ICP-MS U-Pb测年表明,东瓦窑杂岩体的正长花岗岩和石英正长岩侵位年龄分别为1920±11 Ma和1902±12 Ma,表明东瓦窑杂岩体侵位于古元古代晚期,并非以前认为的早白垩世。岩石地球化学研究表明,该区正长花岗岩富SiO_(2)(72.07%~75.03%)、Na_(2)O+K_(2)O(8.54%~8.99%)、K_(2)O(5.78%~6.64%)、贫CaO、Al_(2)O_(3)、MgO、P_(2)O_(5)、TiO_(2)、Ba、Sr、Eu、P和Ti。石英正长岩属于碱性系列,富SiO_(2)(66.09%~66.65%)、Na_(2)O+K_(2)O(12.22%~12.35%)、K_(2)O(10.00%~10.18%),贫TiO_(2)、MgO、CaO、Sr、Eu和Ti。正长花岗岩和石英正长岩均具有较高的TFeO/MgO、K_(2)O/MgO、(Na_(2)O+K_(2)O)/CaO值和较高的锆石饱和温度(平均822℃),显示A型花岗岩的地球化学特征。东瓦窑杂岩体形成于后造山伸展环境,为后造山A2型花岗岩。正长花岗岩和石英正长岩的锆石ε_(Hf)(t)值分别为–2.56~+2.42和–3.27~+4.17,模式年龄t_(DM1)分别为2262~2419 Ma和2175~2466 Ma,显示其岩浆主要源于古老地壳物质的部分熔融。东瓦窑古元古代晚期后造山A型花岗岩杂岩体的识别与确定,表明华北克拉通北缘存在古元古代晚期后造山伸展构造-岩浆事件,标志华北克拉通1.92 Ga前后的碰撞造山拼合作用结束,进入后造山伸展演化阶段。华北克拉通的碰撞拼合形成时限可能为1.92 Ga前后。

中祁连元古代皋兰岩群的解体:古元古代变质事件与早-中寒武世大陆裂谷作用

中祁连东段元古代皋兰岩群是一套变质程度极不均一的变质岩系,本次工作根据变质程度将其重新划分为北部的低绿片岩相与南部的高绿片岩相(局部低角闪岩相)两个岩石单元。两者分别具有不同的岩相学、锆石U-Pb年代学和岩石地球化学特征,并以韧性剪切带相隔。低绿片岩相岩石单元中玄武岩和流纹岩的成岩年龄为502.5±3Ma、500.8±3Ma和507.8±4Ma,表明其形成时代为早-中寒武世;高绿片岩相(局部低角闪岩相)岩石单元中的斜长角闪岩变质锆石的U-Pb年龄为1873±10Ma,暗示其形成于古元古代中-晚期中祁连地块基底形成阶段,该岩石单元是中祁连地块对哥伦比亚超大陆聚合事件的物质记录。结合年代学、岩石组合以及区域资料,将低绿片岩相岩石单元从皋兰岩群中解体出来,划归北祁连寒武纪黑茨沟组。岩石地球化学分析显示,新解体出来的黑茨沟组双峰式火山岩形成于大陆裂谷环境,其中玄武质岩浆可能来自软流圈地幔,在上涌过程中受到轻微的地壳混染;流纹岩主要由玄武质岩浆结晶分异而来,并且有少量地壳物质的加入。综合分析祁连山地区原特提斯洋开启时限研究成果,认为新元古代晚期至早古生代早期北祁连地区的裂解作用乃至大洋化过程并非同步进行,而是呈现出西早东晚的特征。

华北克拉通古元古代石墨矿成因研究进展与问题

华北克拉通周缘发育有三条古元古代石墨成矿带,包括东部石墨成矿带(胶-辽-吉造山带)、西部石墨成矿带和南部石墨成矿带。这些石墨矿床占全国储量的74%,是我国晶质石墨矿床的重要产地。本文在广泛收集和分析该地区以往石墨矿床研究成果的基础上,对华北克拉通周缘古元古代石墨矿床的分布规律、成因机制、形成时代,及其对地球早期环境演化的启示进行了系统归纳总结,并对存在的关键问题进行了探讨和展望。华北克拉通东部石墨成矿带从北到南石墨矿体主要产出在吉南地区的集安群、辽东地区的辽河群以及胶北地区的荆山群中;西部石墨成矿带中的石墨矿床主要赋存于乌拉山岩群和集宁群中;南部石墨成矿带中的石墨矿则主要出露于华北克拉通南缘太华岩群中。华北克拉通三条石墨成矿带中的石墨矿床具有一定的相似性,都属于区域变质型石墨矿床,含矿岩石都是变质表壳岩,包括含石墨斜长片麻岩、含石墨长英质片麻岩、含石墨透辉麻粒岩、含石墨大理岩等。石墨形态多以鳞片状为主,石墨碳质主要来源于有机物,局部混合有少量的无机碳。这三条石墨成矿带中的含矿岩石具有相似的沉积时代(2.0~2.2Ga)和变质成矿时代(1.8~1.95Ga)。华北克拉通周缘这些古元古代巨量石墨矿床的形成是古元古代生命繁盛的最有力证据,对地球早期环境演化具有重要影响:一方面,有机物的大量埋藏可以导致大气氧含量的升高以及碳酸盐碳同位素正向偏移;另一方面,这些埋藏的有机物在后期俯冲碰撞造山过程中将发生变质脱碳作用,消耗氧气并释放富集轻碳同位素^(12)C的CO_(2),这一过程可能会导致大气氧含量降低以及碳酸盐碳同位素值负向偏移。然而,古元古代巨量有机物的埋藏以及在后期碰撞造山剥蚀风化过程中对地球早期大气的影响具体有多大,还需要我们更多的地质数据来对其进行定量估算。华北克拉通周缘这些形成于古元古代的石墨矿床记录了有机物从埋藏到变质形成石墨的完整过程,是研究这些问题的理想对象,对于我们理解地球早期环境演化过程具有重要的意义。

内蒙古黄土窑地区古元古代辉石正长岩的锆石U-Pb年代学、Nd-Hf同位素地球化学及岩石成因

华北克拉通中部造山带古元古代构造演化一直是前寒武纪地质研究的热点问题,尤其是最后一期造山碰撞的性质,一直存在多种解释。本文对出露于黄土窑地区、侵入怀安片麻岩中的古元古代辉石正长岩进行了锆石U-Pb年代学、Nd-Hf同位素地球化学及岩石地球化学研究。辉石正长岩侵位时代为~1830Ma,并捕获了围岩中~1.92Ga的变质锆石及~2.4Ga的岩浆锆石。辉石正长岩贫硅、高钠钾,轻重稀土分馏明显,无Eu异常,Rb、Ba、K等大离子亲石元素相对富集,Th、U、Nb、Ta等高场强元素相对亏损。辉石正长岩εNd(t)-5.2~-5.9,Nd亏损地幔模式年龄(t DM)为2.56~2.61Ga,所有锆石的Hf同位素一阶模式年龄为~2.5Ga,二阶段模式年龄为~2.7Ga,其中~1824Ma岩浆锆石的Hf同位素相对富集(εHf(t)-11.3~-2.1)。岩石地球化学及同位素证据指示辉石正长岩源自与其围岩TTG源区类似的中下地壳的部分熔融,并较少受到地幔物质的影响。本文研究为限定华北克拉通古元古代最后一期碰撞挤压-抬升的时限、规模及形式提供了新的证据。

华北克拉通古元古代条带状铁建造同位素年代学研究进展

世界超大型富铁矿床多为前寒武纪条带状铁建造(BIF)。其中,70%以上的铁形成于成铁纪(2.5~2.3Ga),规模超过10^(5)Gt的铁建造也主要形成于成铁纪,且为Superior型。然而,华北克拉通BIF总体被视为太古宙(>2.5Ga)Algoma型,缺乏成铁纪甚至古元古代Superior型BIF。本文系统搜集和分析了华北克拉通BIF的锆石年龄数据,初步确定太华群铁山庙组、荡泽河群铁山岭组、济宁群颜店组、五台群金岗库组、文溪组、柏枝岩组、大青山地区表壳岩系中的BIF形成于成铁纪;粉子山群小宋组、霍邱群吴集组、周集组中的BIF年龄数据跨越了成铁纪-层侵纪界线,但可能属成铁纪;吕梁群袁家村组、水底沟群孔兹岩系中的BIF形成于层侵纪;嵩山群五指岭组、阜平湾子群中BIF形成于造山纪。五台群中BIF属于Algoma型,其他属于Superior型。古元古代早期,生命活动和生物光合作用显著增强,海洋整体由还原向氧化状态过渡,导致大量Fe(Ⅱ)被氧化为Fe(Ⅲ),全球BIF爆发式沉积。华北克拉通BIF赋矿地层碎屑锆石记录了2.99~2.94Ga、2.76Ga、2.54Ga三次主要的岩浆活动及陆壳增生事件,以2.54Ga岩浆活动最强烈。华北克拉通新太古代末期及古元古代早期稳定性较差,不利于大规模克拉通盆地形成,造成了华北克拉通成铁纪BIF铁矿规模小、品位低。

冀北大囫囵古元古代花岗岩地球化学特征、岩石成因及其构造意义

冀北西部陆块东北缘局部地区发现古元古代花岗岩体,由于缺少系统研究,其地球化学特征及地质意义尚不清晰。本文对冀北大囫囵古元古代花岗岩的锆石U-Pb年代学、元素地球化学和Sr-Nd-Pb同位素进行了系统研究。结果显示:两个花岗岩样品的锆石U-Pb年龄为(1855±7)Ma和(1844±8)Ma。岩石高硅(w(SiO_(2))为71.58%~74.01%)、高钾(w(K_(2)O)为6.44%~7.07%,K_(2)O/Na_(2)O为3.68~4.20),高铝饱和指数(A/CNK为1.12~1.27),为钾质强过铝质岩石;花岗岩富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损重稀土和高场强元素,结合高TFeO/(TFeO+MgO)值(0.74~0.80)和高10000 Ga/Al值(3.36~3.55)及较高的锆石饱和温度(840~873℃),确定其具有A 2型花岗岩特征,暗示其形成于碰撞造山后伸展构造体制。花岗岩样品具有较高的Sr初始值((^(87)Sr/^(86)Sr)i为0.7130~0.7162)、负的ε_(Nd)(t)值(-8.0~-7.6),Nd二阶段模式年龄T_(DM 2)为2.96~2.94 Ga,(^(206)Pb/^(204)Pb)t、(^(207)Pb/^(204)Pb)t、(^(208)Pb/^(204)Pb)t值分别为14.976~15.178、15.192~15.228和35.413~36.626。综合研究表明,大囫囵钾质强过铝质花岗岩岩浆源自约2.95 Ga的中太古代下地壳物质部分熔融,形成于华北克拉通东部陆块和西部陆块碰撞造山后的伸展构造环境。

胶-辽-吉带北段集安群中古元古代变质辉长岩侵入体成因研究及其地球动力学演化意义

胶-辽-吉造山带北段辽河群和集安群中的古元古代镁铁质侵入体成因及其指示的地球动力学背景一直存在较大争议。原因之一在于研究资料多集中于辽河群中出露的镁铁质侵入体,而对集安群中的镁铁质侵入体报道较少,制约了对胶-辽-吉造山带地球动力学演化的整体性认识。因此,本文对集安群中镁铁质侵入体进行详细的野外实地调查、地球化学、年代学和同位素研究,讨论这些岩石成因,揭示地幔源区性质并制约地球动力学背景。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果显示这些变质辉长岩侵入体变质时代介于1866~1871Ma,为古元古代晚期的产物;一粒锆石核部207 Pb/206 Pb年龄为2139±14Ma,可能代表了原岩的结晶时代。样品属于亚碱性系列,并具有向富铁成分演化的拉斑系列特征。岩石富集大离子亲石元素(如Ba、Rb、Sr和K),亏损高场强元素(如Nb、Ta和Ti);这些特征与典型岛弧玄武岩相似,指示了它们来自俯冲流体交代的地幔源区。结合样品2.07~2.45Ga的一阶段Hf同位素模式年龄,认为交代作用发生在古元古代早期。本次研究的集安群中变质辉长岩侵入体与前人研究的辽河群中镁铁质岩石在结晶变质时代和地球化学特点方面具有很多相似性:(1)同属于亚碱性系列并具有向富铁成分演化的趋势;(2)相似的微量和稀土元素配分曲线;(3)具有高场强元素亏损和大离子亲石元素富集这一“俯冲流体交代信号”;(4)轻度富集的Sr-Nd-Hf同位素和古元古代早期的一阶段Hf同位素模式年龄;(5)一致的结晶年龄(2139~2099Ma)与变质时代(1879~1852Ma)。这些相似性指示了集安群和辽河群在古元古代早期可能经历了相同的岩浆-构造-变质事件。镁铁质岩石应来源于古元古代早期经历了俯冲流体交代的地幔源区。在构造环境判别图解上,集安群和辽河群中镁铁质岩石大部分样品都落入弧后盆地环境中。结合同期火成岩组合和演化特点,认为胶-辽-吉造山带东北段在古元古代早期处于弧后盆地背景中,古元古代晚期则处于造山后伸展的地球动力学背景下。

安哥拉地块北部Dondo地区古元古代花岗岩岩石成因:Columbia超大陆聚合的响应

安哥拉西部地区广泛发育古元古代Eburnean造山期花岗岩,是研究安哥拉地块构造岩浆作用特征的理想场所。本文对安哥拉地块北部Dondo地区大面积出露的花岗岩开展系统的岩相学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究。结果显示:Dondo地区斑状黑云母二长花岗岩与黑云母二长花岗岩的侵位年龄分别为(1983.3±7.7)Ma和(1956.6±7.5)Ma,均为古元古代中期岩浆活动的产物。全岩样品具有高SiO_(2)含量、富碱、高10~4Ga/Al值、高FeO^(T)/(FeO^(T)+MgO)值和Zr+Nb+Ce+Y含量,低MgO、TiO_(2)、CaO和P_(2)O_(5)含量的特征;微量元素富集Rb、K、Th、U、Zr和Hf,亏损Sr、Nb、Ta、P和Ti;稀土元素总量较高,轻稀土富集,重稀土亏损,整体不具有显著的负Eu异常;锆饱和温度计算所有花岗岩的结晶温度为757~889℃;以上这些岩石地球化学特征与A2型花岗岩一致。岩相学及地球化学的数据表明,两种花岗岩可能由来源于下地壳物质与地幔来源基性岩浆混合所形成。两种花岗岩具有相似的形成时代、矿物组成和连续的主微量元素变化趋势,这些特征表明它们的原始岩浆来自同一岩浆房,而二者之间特征的差别是由岩浆房内的晶体-熔体分异所主导。据此,本文认为:产生钾长石斑晶的岩浆曾经在地壳深部作过长时间滞留,导致钾长石稳定结晶,增加了岩浆的黏度和密度,使岩浆处于冻结状态;随后在幔源岩浆注入带来的热扰动和富集挥发分的作用下,冻结岩浆房迅速活化,从而发生晶体-熔体的分离,抽离的熔体形成了黑云母二长花岗岩,而混有先存晶体的岩浆则形成了斑状黑云母二长花岗岩。综合区域和全球构造演化历史,本次研究认为Dondo地区花岗岩形成于巴西Sao Francisco克拉通和Congo克拉通后碰撞的构造环境,该期岩浆活动可能是Columbia超大陆的碰撞造山事件在安哥拉地块的响应。

塔里木北缘前寒武纪古元古代花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

塔里木克拉通经历了哥伦比亚超大陆(Columbia)演化相关事件,哥伦比亚超大陆(Columbia)的汇聚和裂解主要在古元古代(1800~2500 Ma),伴随有强烈的地壳增生事件,受到地质学者的广泛关注。目前对哥伦比亚超大陆汇聚和裂解时限仍存在较多争议。兴地塔格地区位于塔里木盆地东北缘,出露大量前寒武纪岩浆岩,是研究哥伦比亚超大陆演化的天然实验室。通过该区花岗岩(石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩)岩石地球化学分析发现为同源岩浆演化形成的岩石组合,属高钾钙碱性岩石系列、准铝质花岗岩。富集大离子亲石元素(LILE)U,Sr,K,Ba等,Th,Rb等略微亏损,高场强元素(HFSE)Ta,Nb,P,Ti强烈亏损等,具典型的VAG特征。微量、稀土元素分布模式与上、中地壳分布模式相似。形成于板块俯冲消减环境。通过对锆石U-Pb测年,获得^(206)Pb/^(238)U加权平均年龄为(1930±11)Ma~(1944±9)Ma,属古元古代晚期。结合区域构造背景认为,该期花岗岩可能与北塔里木向南塔里木俯冲并发生陆陆碰撞,最终形成统一的塔里木板块事件有关,是哥伦比亚超大陆聚合的动力学响应。

华北克拉通清原地体新太古代和古元古代两期麻粒岩相变质作用

对华北克拉通新太古代和古元古代的构造模式有多种不同认识,有必要进行深入的变质作用研究。本文选取了辽北清原地区中性麻粒岩、石榴方辉石岩和变质基性岩墙,开展系统的岩相学观察、矿物化学分析、相平衡模拟和锆石-独居定年研究,以阐明其变质演化过程和大地构造意义。中性麻粒岩和石榴方辉石岩均发育两期麻粒岩相组合。中性麻粒岩第一期斜长石发育复杂成份环带,从核到幔部其钙长石含量(X_(An))降低,然后再向边部升高;石榴方辉石岩中第一期石榴石与斜方辉石互相包裹。第一期麻粒岩相变质作用P-T轨迹为逆时针型,包含峰期前升压至峰期和峰后降温降压至固相线两个变质阶段。依据两个样品中观测的峰期矿物组合在P-T视剖面图中的稳定范围,并结合斜长石幔部成份,确定峰期温压条件为1.0~1.2GPa/890~1000℃。石榴方辉石岩在峰前升压过程,斜方辉石转变为石榴石,形成石榴石包裹斜方辉石的结构;在峰后降温降压过程中,石榴石又转变为斜方辉石,导斜方辉石包裹石榴石。中性麻粒岩和石榴方辉石岩的第二期组合以形成石榴石+石英和黑云母+石英±单斜辉石±钾长石后成合晶和冠状体为特征。变质基性岩墙只发育第二期矿物组合,为高压麻粒岩组合,其P-T轨迹为顺时针型。根据变质斜长石中最小X_(An),角闪石中最大Ti含量和石榴石幔部最高镁铝榴石含量等值线,确定峰期温压条件为~1.15GPa/830℃。锆石定年表明第一期高温-超高温麻粒岩相变质作用峰后冷却时间为2.49~2.48Ga,第二期高压麻粒岩相变质时间为~1.83Ga,独居石定年获得峰后退变质年龄为~1.75Ga。结合其他区域地质特征,本文认为第一期高温-超高温麻粒岩相变质作用受太古宙特有的垂直沉落构造控制,第二期高压麻粒岩相变质作用与沿华北克拉通北缘发生的碰撞造山事件有关。

华北克拉通南缘古元古代晚期小河A型花岗岩体成因及其地质意义

华北克拉通南缘出露的古元古代花岗岩是研究前寒武纪地壳演化的重要载体。文章报道出露于华北克拉通南缘的小河花岗质岩体的锆石U-Pb年龄和地球化学组成,探讨其岩石成因和前寒武纪地壳演化意义。小河岩体的岩性为含黑云母二长花岗岩,根据其稀土元素特征可以分为两类,第一类表现为轻稀土元素富集、重稀土亏损的右倾配分模式,具有中等分异特征,第二类具有稀土总量较低,轻重稀土分馏不明显,中稀土亏损的稀土元素分布模式,具有高分异特征。锆石U-Pb年龄表明两种类型岩石形成于~1.80 Ga,为同一期次岩浆活动。两类岩石均具有富硅、富碱和弱过铝质特征,属于高钾碱钙质—钙碱质系列;富集Rb、Th、U、K等元素,亏损Ba、Sr、P和Ti等元素。两类岩石有相同的Nd-Hf同位素组成特征,其岩浆源区可能均为华北克拉通南缘晚太古宙基底物质。此类铝质A型岩浆作用可能是与伸展体制相关的岩浆—热事件,暗示在约1.80 Ga时华北克拉通南缘为碰撞/造山后的伸展环境。

小秦岭华阳川地区古元古代和三叠纪铀成矿作用:来自含铀伟晶岩锆石独居石U-Pb年代学的证据

华阳川铀矿位于小秦岭构造带西部,是一个以铀铌共生为主,并伴生铅、稀土的多金属矿床。华阳川铀矿发现于20世纪50年代,长期以含铌钛铀矿的碳酸岩型铀矿而知名,已往研究工作也大量聚焦于碳酸岩型铀矿。近年来,新的地质工作在华阳川地区发现了大量的含铀伟(细)晶岩、花岗岩脉。本文对位于华阳川铀矿区西部及外围黄家沟一带的含铀伟晶岩进行了岩相学、矿物学、锆石及独居石U-Pb年代学等方面研究。研究发现含铀伟晶岩中的锆石基本为岩浆成因,锆石的U-Pb年代数据集中在1842±11Ma~1829±12Ma。结合锆石与含铀矿物铌钛铀矿共生的特征,表明存在成岩期成矿的现象,反映了古元古代(约2.0~1.8Ga)华北克拉通南缘基底克拉通化过程中花岗质岩浆活动的铀成矿效应。含铀伟晶岩中同时也产出较多热液成因的独居石,其U-Pb同位素年龄测定得到二组数据,分别为268.7±5.9Ma~259±4.6Ma、232.5±4.7Ma~228.2±9.2Ma,反映了晚古生代-早中生代华阳川地区的二期构造热事件。其中,晚古生代年代数据(268.7±5.9Ma~259±4.6Ma)表明扬子板块向华北板块南缘(+南秦岭微地块)的深部板块俯冲、碰撞机制的远程构造热效应在华阳川地区已经开始;而早中生代年代数据(232.5±4.7Ma~228.2±9.2Ma),与华阳川地区已有的三叠纪碳酸岩型铀、钼矿床的成矿年代数据十分接近,为华阳川地区乃至东秦岭早中生代三叠纪铀钼多金属成矿作用提供了新的证据。

辽东岫岩地区古元古代盘道岭岩体地球化学特征及构造背景探讨

【研究目的】位于华北克拉通东部陆块辽吉古元古代活动带内的盘道岭花岗岩形成于古元古代,岩性为黑云母二长花岗岩。目前关于盘道岭岩体的研究资料较少,制约了对区域大地构造背景演化的认识。【研究方法】本文基于盘道岭岩体的野外地质特征,开展了岩相学和岩石地球化学研究。【研究结果】岩石高硅、高钾、富碱,SiO2含量为74.04%~75.84%,K2O含量平均为3.81%,全碱(Na2O+K2O)含量为7.29%~7.87%,K2O/Na2O平均值为1.09,A/CNK为1.187~1.394,属于高钾钙碱性过铝质I型花岗岩类。ΣREE总量偏低,平均值为89.78×10-6,δEu值0.19~0.93,(La/Yb)N值为2.95~50.38,轻稀土相对富集,重稀土相对亏损,稀土元素球粒陨石标准化曲线呈Eu负异常的右倾“V”型特征。岩体总体上富集大离子亲石元素(LILEs)Rb、K、U和高场强元素(HFSEs)Hf,亏损Ba、Zr、Nb、Ta、P、Ti等元素,花岗岩熔体的锆石饱和温度(745℃~774℃)明显低于A型花岗岩(868℃~928℃),显示出高分异I型花岗岩的特征。【结论】岩石学及地球化学特征研究表明,盘道岭岩体形成与幔源岩浆的底侵提供的大量热量使下地壳物质发生部分熔融有关。结合地质特征、构造演化背景、元素判别图解等,认为该地区花岗岩形成于辽吉古元古代活动带晚期大陆边缘碰撞造山环境。