八达岭基性岩和高Ba-Sr花岗岩地球化学特征及成因探讨:华北和大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩的对比

八达岭杂岩侵位于华北北部 ,由辉长闪长岩岩、石英闪长岩、石英二长岩、二长闪长岩、二长花岗岩、碱长花岗岩和石英正长岩等组成 ,主要属高钾钙碱性系列。除了含 V- Ti磁铁矿的堆晶辉长闪长岩 ,整套岩石的主量元素变化范围较大 ,Si O2 =4 6 .5 %～ 75 .3% ,Mg O=5 .6 %～ 0 .2 % ,中酸性岩石的 K2 O/Na2 O为 0 .5 9～ 1.0 9。碱长花岗岩和少数石英二长岩 Ba和Sr含量较低 ,且具有明显 Eu负异常。大多数中酸性岩石 (高 Ba- Sr花岗岩 )具有如下显著的微量元素地球化学特征 :Ba,Sr和轻稀土 (L REE)富集 ,Y和重稀土 (HREE)亏损 ,L REE/ HREE强烈分离 ,Sr/ Y和 L a/ Yb比值较高 ;在原始地幔标准化的蛛网图中具有显著的 Nb,Ta和 Ti亏损 ,不具明显的 Sr和 Eu亏损。在 Harker图解中 ,基性岩和高 Ba- Sr花岗岩的主量元素相关性明显 ;两者还具有相似的微量元素和稀土 (REE)分配特征 ,并且 ,REE,Y,Sr,P和 Ti含量从基性到酸性逐渐降低。辉长闪长岩和高 Ba- Sr花岗岩的 Sr- Nd同位素初始值呈 EM1特征 (ISr=0 .70 5 1～ 0 .70 6 8,εNdi=- 8.2～ - 2 0 .2 ) ,大致呈负相关。地球化学特征表明基性岩浆为富集的大陆岩石圈地幔部分熔融形成 ,而高 Ba- Sr花岗岩则为基性岩浆通过陆壳混染和结晶分离形成 ;富 P和

秦岭-大别-苏鲁造山带白垩纪以来的抬升冷却史——低温年代学数据约束

总计100个新的磷灰石裂变径迹数据提供了从整体上探讨晚中生代以来抬升冷却史的年代学数据。这些切过东秦岭至黄陵背斜、穿过桐柏至扬子前陆冲断带以及大别和苏鲁超高压变质岩带,南秦岭的裂变径迹年龄与扬子内的黄陵背斜相似,而北秦岭则与桐柏-大别-苏鲁相当。从北秦岭到大别,裂变径迹年龄趋于减小,但过郯庐断裂到苏鲁则略有增加。与我国西部造山带裂变径迹年龄格局相较,桐柏-大别-苏鲁带与西部各造山带显然不是处于同一挤压变形体制下。相对于超高压岩石早期快速的阶段性抬升,即岩浆活动期(～120Ma)后的抬升要和缓得多;相对于其它地质单元,扬子前陆冲断带、黄陵背斜和南秦岭在岩浆活动期后即抬升冷却到了磷灰石裂变径迹封闭温度(～110℃)对应的深度。基于裂变径迹数据和相关Ar/Ar 和 K-Ar 数据进行的冷却史模拟结果显示:全区均表现为相似的三阶段冷却过程:(1)白垩纪早期开始快速抬升至磷灰石裂变径迹退火带的冷却阶段;(2)随后的处于部分退火带的缓慢冷却阶段;(3)上新世以来的加速抬升过程。现今的磷灰石裂变径迹年龄格局基本上受控于白垩纪的快速抬升冷却事件,但最后为晚期活动断裂所定格。

大别-苏鲁造山带在朝鲜半岛可能的构造表现

在晚二叠世—早三叠世期间,中国的华北与扬子板块俯冲碰撞形成了大别-苏鲁造山带。针对这次碰撞作用向东在朝鲜半岛的延伸方式,近些年来不同学者提出了多种模式,但都有其局限性。通过比较临津江带、沃川带与大别造山带之间的构造活动关系,结合已有的变质地质学和地质年代学数据,建立了大别-苏鲁造山带在朝鲜半岛的东延模式。推测自临津江带至沃川带构成了一条较完整的中生代造山带,即大别-苏鲁造山带在朝鲜的东部延伸,原来意义上的"京畿地块"已不复存在。而岭南地块上与华北板块相似的信息可能是造山作用后期伸展拆离作用下来自朝鲜半岛北部的外来构造岩片所致。

桐柏高压变质地体:对桐柏-大别-苏鲁高压/超高压变质带构造框架和俯冲/折返机制的制约

桐柏造山带位于秦岭造山带和大别-苏鲁造山带之间,是揭示秦岭-桐柏-大别-苏鲁巨型造山带中各地质体之间构造关系及地质演化差异的关键地区。桐柏高压变质地体主要由两个高压岩片(I和II)及其北侧的构造混杂岩带和南侧的蓝片岩-绿片岩带构成。高压岩片I以北、南两条榴辉岩带为代表,构成桐柏山背形构造的两翼,其峰期变质条件分别为530～610℃、1.7～2.0GPa和460～560℃、1.3～1.9GPa。高压岩片II以桐柏杂岩中的变质岩包体为代表,其峰期变质条件推测在<700℃、>1.2GPa的榴辉岩相范围内,而退变质条件为660～700℃、0.80～1.03GPa。U-Pb、Lu-Hf、Rb-Sr和Ar-Ar同位素年代学研究表明,高压岩片I的峰期变质时代为255Ma,冷却至白云母封闭温度的时代为238Ma;而高压岩片II的主期变质作用发生在232～220Ma,作为桐柏杂岩主体的片麻状花岗岩则侵位于140Ma。这说明,高压岩片I和II分属于两个时代不同的俯冲/折返岩片,当高压岩片II被俯冲到地壳深处并经受高压变质时,其上覆的高压岩片I已经折返到中上地壳的水平。这一结果验证了在西大别、东大别和苏鲁地区提出的高压/超高压岩石的穿时(或差异)俯冲/折返模型,同时说明华南大陆地壳最早的俯冲发生在晚二叠世,这也代表华北与华南陆块之间从洋壳俯冲转化为陆壳俯冲的时间。基于桐柏杂岩与北大别杂岩的可比性,认为桐柏高压变质地体相对低温低压的变质环境以及超高压岩石的缺乏缘于华南陆块的俯冲深度向西逐渐变浅,而早白垩世的构造挤出造成了桐柏-大别高压/超高压变质带东宽西窄的构造格局。

“秦岭-大别-苏鲁”造山带中“古特提斯缝合带”的连接

中国大陆西北部的＂古特提斯缝合带＂如何与东面的＂秦岭-大别-苏鲁＂造山带连接,是涉及中国大陆中部构造格架的关键问题之一。南秦岭造山带中的古特提斯蛇绿岩带和东秦岭-桐柏-大别-苏鲁造山带中三叠纪高压-超高压变质带的对比,以及一条位于两者之间的220~204 Ma的大型左行走滑剪切带的存在,提供了它们之间关系的新的视角,为此,我们提出南秦岭的勉略蛇绿岩带向东通过宁陕-湘河大型左行走滑剪切带,和大陆俯冲与深俯冲造成的＂耀岭河-桐柏-大别-苏鲁＂高压—超高压变质带北缘连接,构成＂秦岭-大别-苏鲁＂造山带中的古特提斯缝合带新模式。沿着这条边界,南秦岭构造单元可以分为南部的南秦岭被动陆缘单元和北部的南秦岭主动陆缘单元,后者向东的延伸由于南、北板块之间三叠纪的剪切碰撞而尖灭。

大别-苏鲁造山带南北两侧晚中生代富钾火山岩的成因:微量元素及Sr-Nd-Pb同位素制约

大别 苏鲁造山带南、北两侧广泛发育晚中生代富钾火山岩 ,主要岩石组合为粗面玄武岩 玄武粗安岩 粗安岩 安粗岩 粗面岩 ,这套岩石总体具有富碱、富钾、富轻稀土和大离子亲石元素 (如Rb、Th等 ) ,贫高场强元素 (如Nb、Ti等 ) ,(87Sr/ 86Sr) i值偏高 ,εNd(t)值偏低等特点 ,但南、北两侧富钾火山岩的地球化学特征存在较显著的差异 ,主要表现在造山带北侧富钾火山岩稀土总量更高 ,轻、重稀土分异更明显 ,且 (87Sr/ 86Sr) i 值更高 ,εNd(t)值和2 0 6Pb/ 2 0 4Pb值显著偏低。元素 同位素综合示踪显示 ,区内富钾火山岩均起源于富集地幔的部分熔融 ,但南、北两侧源区地幔的富集机制存在差异 ,南侧富集地幔的形成主要与俯冲洋壳析出流体的交代作用有关 ,而北侧富集地幔的形成除受到俯冲洋壳析出流体的交代作用外 ,在更大程度上主要起因于俯冲的扬子陆壳析出流体的交代作用 ,即其源区遭受了多次富集事件的影响 ,后者是导致南、北两侧富钾火山岩地球化学特征差异的主要原因。

大别-苏鲁造山带的东延及板块缝合线:郯庐-鸭绿江-延吉断裂的厘定

根据大别-苏鲁造山带北缘和吉林—黑龙江东部的三叠纪浅变质加积杂岩特征标志,认为大别地区的板块缝合线为信阳-舒城断裂,苏鲁地区的为郯庐-鸭绿江断裂,且苏鲁造山带向北延入东北的吉林—黑龙江东部地区,而华北与扬子板块之间构造缝合线的东延部分则为郯庐-鸭绿江-图们江-延吉断裂。在此基础上,提出了亚洲东部三叠纪以来连续的俯冲-加积模型:(1)三叠纪扬子板块在华北板块向南突出部位(大别—苏鲁一带)发生点碰撞形成超高压变质岩,之后扬子板块由点碰撞逐渐向两侧旋转拼贴形成加积杂岩;(2 )侏罗纪—新生代在三叠纪碰撞基础上,太平洋板块向欧亚大陆连续俯冲和加积。

大别-苏鲁构造带三叠纪碰撞缝合线的位置

大别 -苏鲁构造带内超高压 (UHP)和高压 (HP)变质岩石的分布和不同构造岩石单位间的关系表明 ,三叠纪中朝与扬子克拉通碰撞及超高压和高压变质岩石形成时的古缝合线 ,位于大别地块的北缘 ,沿八里畈—磨子潭—晓天一线展布 ,在苏鲁地区 ,五莲 -烟台断裂代表被强烈改造了的古缝合线的位置 .大别山北部霍山县与岳西县交界地区以及舒城、桐城和潜山县交界地区UHP和HP单位岩石的大面积分布 ,说明水吼 -五河断裂不是UHP和HP榴辉岩相岩石的北限 ,因而 ,不代表缝合线位置 ,“南大别”与“北大别”地体的划分地质意义是不明确的 .同时 ,大别山北部的镁铁质及超镁铁质岩石块体群 ,包括变形的方辉橄榄岩、纯橄榄岩组合及未变形的辉石岩、角闪辉石岩和辉长岩组合 ,前者与榴辉岩相岩石有相同的变形变质及几何学特征 ,后者是燕山期侵入体 (12 3～ 130Ma) ,因此 ,不是“变质蛇绿混杂岩” ,也不代表三叠纪陆 -陆碰撞时期古缝合线 .强调指出 ,准确地鉴别三叠纪碰撞缝合线位置 。

大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的瑞雷波和勒夫波相速度层析成像

采用与作者2014年发表的"大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的勒夫波群速度成像"文章相同的资料,用频时分析提取5000余条瑞雷波和4000余条勒夫波相速度频散曲线,反演得到了8-32 s的瑞雷波和勒夫波相速度分布图像.结果显示,瑞雷波与勒夫波相速度分布具有很好的一致性.8s的相速度分布与地表构造特征相吻合,造山带与隆起区均表现为高速,盆地因其规模不同而显示不同程度的低速.随着周期的增大,大别-苏鲁的高速带由强变弱,但始终存在.16-24 s的高速可能主要受到中地壳高速的控制,而32 s的高速则可能与上地幔顶部的高速有关.比较大别造山带与苏鲁造山带的平均频散曲线,发现大别造山带和苏鲁造山带的勒夫波频散曲线均高于AK135模型计算的理论频散曲线,而瑞雷波则没有这一现象.这可能意味着两个地区有比较强烈的径向各向异性.

基于背景噪声研究大别-苏鲁及其邻区的瑞雷波群速度结构

大别-苏鲁造山带是中国大陆东部地区最重要的构造带之一.为了研究该地区上中下地壳的速度结构,选用国家数字地震台网和中国区域地震数据台网5省(山东、安徽、江苏、河南和湖北)连续两年(2009年5月—2011年5月)的垂直向地震记录,进行背景噪声互相关处理,叠加得到了台站对间的面波经验格林函数.采用多重滤波法提取了近4 000条频散曲线,并反演得到了研究区10—25s的瑞雷波群速度分布结果.通过分析大别-苏鲁及其邻区的瑞雷波群速度结构图像,发现不同构造块体具有不同的瑞雷波群速度结构:1研究区内的郯庐断裂带及其周边地区包括鲁西地块和胶北地块上中下地壳均表现出明显的高速异常,可能是在拉张环境下岩浆岩上涌,导致高速、高密度的变质岩在地壳富集而形成;2苏鲁高压变质带的瑞雷波速度在10—25s周期内明显高于其它地区,其上中下地壳均表现出较高的群速度结构特征,认为苏鲁高压变质带至少延伸到下地壳,而大别造山带在10s时表现出高速特征,但在15—25s没有明显的高速特征,故无法从其结果中判断大别高压变质带的垂向延伸范围;3华北板块上中下地壳均表现为低速特征,体现了研究区内华北板块的大陆地壳减薄特征.

大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的勒夫波群速度成像

大别-苏鲁造山带是中国大陆东部地区最重要的构造之一.为了研究该地区的地壳上地幔速度结构,本文收集了国家数字地震台网和中国区域地震台网的山东、河南、安徽、江苏和湖北等省的144个宽频带地震台连续两年(2009年5月—2011年5月)的水平向地震记录(E分量和N分量)数据,首先对台站对之间E--E,E--N,N--N和N--E分量进行互相关,然后分别对这4个互相关分量采用相位权重叠加法进行叠加,最后旋转到横向分量(T--T)获得勒夫波经验格林函数(EGF);用频时分析(FTAN)方法获得4 000余条勒夫波群速度频散曲线,并进一步反演得到了周期为6—40s的勒夫波群速度分布图.结果表明,周期为6—10s的勒夫波群速度分布与地表构造特征相吻合.大别造山带、苏鲁造山带、湖北西部隆起均表现为高速;华北盆地发育,表现为大面积的低速;江汉盆地、南襄盆地、合肥盆地等因其规模不同而显示不同程度的低速.在周期为6—30s的勒夫波群速度分布图上,大别和苏鲁地区均显示高速,已有的研究结果中地壳的低速并没有得到反映.其原因一方面可能与勒夫波群速度纵向分辨不高有关,另一方面高压变质岩深度分布可能比已有研究结果给出的要深.6—30s的分布图上郯庐断裂带及其邻近地区表现为不同程度的高速,可能与该地区白垩纪以来处于拉张构造体制,地幔物质受到扰动,造成物质上涌有关.

大别-苏鲁造山带南缘前陆盆地演化特征

受中三叠世以来中央造山带东段从陆缘碰撞造山—陆内造山的构造机制转换控制,大别-苏鲁造山带南缘前陆盆地具有从陆缘—陆内,从海相—陆相的连续过渡特征,经历了发生—兴盛—消亡的完整过程。依据造山带构造机制转换及前陆盆地构造层序所反映的盆地演化的阶段性,具体划分为4个阶段:即1)前造山期被动陆缘(P3—T1—T21)阶段,包括局部裂陷、持续沉降、萎缩残留3个亚阶段;2)陆缘主造山期周缘前陆盆地(T22—T3)阶段,具有海陆过渡相(T22)—陆相(T3)前陆盆地的连续演化特征;3)陆内造山期陆内前陆盆地(J1-2)阶段,发育陆内山前含煤碎屑岩沉积;4)后造山期转换伸展-伸展断陷盆地(J3—E)阶段,前陆盆地消亡。

大别-苏鲁区UHP变质岩构造学及流变学演化

在大别-苏鲁区的30个关键位置，对UHP／HP变质岩进行详细构造解析、大比例尺（1：10000）制图并在区域尺度上进行观察和对比，以便揭示它们的构造几何学、变形条件和流变学演化。初步的研究结果指出，广泛出露的UHP／HP榴辉岩相岩石形成一个巨大的UHP／HP变质带，提供了一个观察中朝与扬子克拉通之间三叠纪大陆深俯冲一碰撞带过程的窗口。观察的显微构造及组构指出，UHP／HP变质带内岩石变形机制，无论是在榴辉岩相阶段还是在榴辉岩相后阶段，都是以塑性流变为主，其力学行为和组构特征都受组成矿物的强度、强度差等流变学特征，以及变形物理环境如压力、温度、应变速率、差异应力和流体含量等的制约。在俯冲／碰撞带内的变形分解作用于岩石圈不同层次及不同的构造阶段都曾发生，而且，在不同尺度上，应变局部化形成具高应变的剪切带网络，且一般显示典型的布丁-基质或碎斑-基质构造及流变学型式。根据构造、岩石、变质作用及地质年代学资料，借助于岩石圈流变学基本原理，提出一个大别-苏鲁区UHP／HP变质岩石流变学演化的工作模式，它涉及早期扬子与中朝克拉通间三叠纪（～250～230Ma）大陆深俯冲／碰撞、UHP／HP变质岩形成，相继深埋岩石的多期折返。特别强调UHP／HP岩石向地壳表层的折返，主要是构造过程，地面侵蚀作用是次要的。

大别-苏鲁区超高压变质岩的多期构造变质演化

对大别-苏鲁地区超高压(UHP)变质岩的详细构造和岩石学研究揭示了其复杂的构造变质演化历史。除前超高压事件外,至少可识别出5个相继发育的构造变质事件或阶段(D_1-D_5)。D_1和 D_2同超高压事件与三叠纪(250～230Ma)中朝克拉通和扬子克拉通间的大陆深俯冲及碰撞有关,而超高压后的 D_3和 D_4韧性变形及其伴生的减压部分熔融作用和退变质作用事件,则是超高压岩石向中上地壳折返过程中(230～140Ma)发生的。碰撞后形成的 D_4构造,主导了大别-苏鲁超高压和高压变质带区域尺度的构造格架。第5阶段的构造以摩擦或摩擦-粘性过渡性变形机制为主,并伴随有大规模的未变形的花岗质岩体就位,该期构造热事控制了现今大别-苏鲁地区的地貌学特征。新的构造和岩石学资料并结合可利用的地质年代学和地球化学等资料,提出一个涉及中朝与扬子克拉通间三叠纪大陆深俯冲、碰撞及相继超高压变质岩石向地表的多期折返构造变质演化模式。

大别-苏鲁高压、超高压变质带榴辉岩和脉体中磷灰石氯含量和流体盐度关系的研究

流体的盐度对含羟基变质矿物组合的稳定温压条件和岩石-流体的相互作用有重要影响。流体的盐度可从矿物中氯含量的角度加以研究。磷灰石是一个含氯矿物,作为副矿物广泛分布在各种岩石中,且能在较宽的温压范围内稳定存在。本文选择大别-苏鲁造山带中典型的高压、超高压岩石开展了磷灰石成分的研究,结合前人流体包裹体的研究结果,探讨了榴辉岩相条件下流体盐度和磷灰石中的氯含量之间的关系。榴辉岩和脉体中磷灰石的XClAp/XOHAp比值与已有的流体包裹体盐度呈很好的线性正相关。榴辉岩和脉体中磷灰石的XClAp/XOHAp比值范围为0.00～0.35时,对应的流体包裹体盐度约为0～40%NaCleqv。

大别-苏鲁造山带榴辉岩及其中磷灰石的碳同位素地球化学

应用EA MS连线技术 ,对大别山东部和苏鲁地体南部超高压变质榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳的含量和同位素分析。结果得到 ,榴辉岩全岩的δ1 3 C值变化较大 (- 30 .7‰～ +2 .5‰ ) ,而所含磷灰石中结构碳酸根的δ1 3 C值变化较小并显著亏损1 3 C(- 2 8.1‰～ - 2 0 .8‰ )。部分榴辉岩具有高的全岩δ1 3 C值 ,指示其形成后受到过含CO2 流体的退化蚀变。低的磷灰石δ1 3 C值指示 ,榴辉岩中含有地表有机碳 ,因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表 ,在超高压变质阶段存在以亏损1 3 C为特征的含CO2 流体。

大别-苏鲁造山带大理岩中榴辉岩包体的锆石U-Pb年龄及其地质意义

大别-苏鲁造山带大理岩中榴辉岩包体的锆石有两种类型，为变质增生锆石和变质重结晶的残留碎屑锆石。变质增生锆石和完全变质重结晶锆石都具有较低的U、Th含量和Th／U比值，且给出两组变质年龄，分别为240．9±4．8～245．1±3．1Ma和223．7±4．2-226．0±3．9Ma。年龄为240．9±4．8～245．1±3．1Ma的变质锆石的生长对应于板块俯冲过程中高压榴辉岩相变质作用期间的流体活动，而223．7±4．2-226．0±3．9Ma的变质锆石的生长可能对应了板块折返早期的流体活动。这些年龄同样可以很好地用来限定其寄主大理岩的变质演化历史。

大别-苏鲁造山带橄榄岩记录的碰撞造山过程中地幔楔的地壳交代作用

地壳交代作用是洋壳俯冲带板片-地幔界面的普遍现象,由于地幔楔样品的缺乏,其识别存在困难。而碰撞造山带广泛出露的地幔楔来源的造山带橄榄岩则是理想的研究对象。本文对大别-苏鲁造山带橄榄岩的已有研究成果进行了系统总结。这些成果表明这些橄榄岩在大洋俯冲向大陆碰撞转换的不同阶段经历了多期地壳来源流体的交代作用。地壳交代作用不仅改变了地幔楔橄榄岩的地球化学成分,而且导致了交代矿物的生长以及超镁铁质交代体的形成。这些交代体或作为同碰撞和碰撞后镁铁质火成岩的地幔源区,或将地壳组分传输到深部地幔,或释放流体交代大陆俯冲隧道中的俯冲陆壳。本文对地壳交代作用研究中存在的重要问题和解决思路提出了建议。

大别-苏鲁地体超高压变质岩中的副矿物——锆石

激光拉曼和锆石阴极发光图像研究结果表明,大别-苏鲁强退变质岩石(包括正片麻岩、副片麻岩、斜长角闪岩、含蓝晶石石英岩、大理岩、云母片岩等)的锆石中,均保存以柯石英为代表的超高压矿物包裹体,且记录了十分一致的超高压变质温压条件:T=732～866℃,p=2.8～4.0GPa,表明大别-苏鲁地体曾发生过巨量物质深俯冲-超高压变质的壮观的地质事件。