结构定量分析揭示熊耳群大斑玄武安山岩岩浆房存续时间与岩浆喷发速率

熊耳群火山岩是华北克拉通形成后首期大规模岩浆事件的产物,它代表了华北克拉通裂谷系发育和演化的开始,其形成时代与构造背景备受关注。前人研究集中于年代学与地球化学分析,但受限于年代学测试精度,对熊耳群岩浆活动的持续时间尚无法精确限定;同时,熊耳群岩浆岩的地球化学数据并不能很好地解释其成因:地幔柱模型往往伴随着短期内巨量岩浆喷发的特征,通过传统地球化学方法很难识别,所以制约熊耳群形成的构造背景尚需更多的证据来支撑。岩石结构定量分析方法为解析岩浆活动的过程提供了全新的视角,该方法依靠分析岩石中晶体的分布特征,还原晶体结晶过程,从而揭示岩浆房存储状态,并估计岩浆存留时间。许山组玄武质安山岩具有典型的斑状结构,且代表熊耳群熔岩最早期的岩浆活动,记录了早期的岩浆房热状态。本文针对其中的斜长石斑晶开展结构定量分析,探讨熊耳群火山岩早期岩浆房的存储状态与存留时间。数据结果表明,许山组玄武质安山岩深部岩浆房长期处于低过冷度、半开放状态,存续时间为2400~24000yr。结合斜长石结晶实验和许山组斑晶晶体形态研究,估算斑晶斜长石生长速率为10^(-11)~10^(-10)mm/s;结合最大特征长度、剖面特征长度差值与熔岩厚度,计算得到许山组体积喷发速率0.28~13km^(3)/yr,二维喷发速率0.04~1.85m/yr,与大火成岩省的活动特征相似。综上所述,熊耳群许山组形成于一次强烈的热事件中,具有较大的岩浆通量与极高的喷发速率,符合地幔柱背景下的大火成岩省岩浆活动特征。

华北陆块南缘熊耳群形成时代讨论

分布于豫、晋、陕 3省的熊耳群火山岩系不整合覆盖于太古界及下元古界结晶基底之上 ,其上被汝阳群、官道口群等陆源碎屑岩 碳酸盐岩地层不整合覆盖。已有的各种熊耳群年龄资料为 1 40～ 1 85Ga,故常认为其形成标志着中元古代的开始 ,并将它与蓟县剖面的长城系对比。豫西熊耳山地区马家河组顶部的流纹斑岩和侵入于鸡蛋坪组的辉石闪长岩的单颗粒锆石U Pb和激光探针等离子体质谱 (LP ICPMS)年龄表明 :熊耳群形成于古元古代1 75～ 1 95Ga ,早于长城系 ;火山喷发开始于 1 95Ga± ,中心可能在豫西的熊耳山或崤山地区 ,形成豫西崤山、熊耳山、外方山地区的许山组和鸡蛋坪组 ;大约在 1 85Ga± ,火山活动可能以崤山地区为中心呈三叉裂谷系分别向西、东和北 3个方向发展 ,形成覆盖全区的马家河组 ;末期 (1 75Ga± )可能仅在豫西地区形成次火山 侵入岩———辉石闪长岩类。

华北陆块南部熊耳群火山岩的地球化学特征与成因

分布于华北陆块南部的熊耳群火山岩由玄武质到流纹质火山岩组成,并以玄武安山岩、安山岩为主,次为英安-流纹岩,SiO2=62％±的岩石较少,显示双峰特点。中基性熔岩的主要造岩矿物是辉石和斜长石,没有角闪石和黑云母,表明熊耳群火山岩形成于相对无水的环境。岩石地球化学上的显著特点是,富K2O、FeO,低Al2O3、MgO、CaO;富含大离子亲石元素(LILE,如K、Rb、Ba)和轻稀土元素(LREE),相对亏损高场强元素(HFSE,Nb、Ta、Ti),表现出岛弧型火山岩的地球化学亲合性。文中详细的岩石地球化学证据表明,熊耳群火山岩具有岛弧型地球化学特征的主要原因是其地幔源区遭受俯冲带组分的改造,而岩浆在上升到地表的过程中混染地壳物质是次要的。基于熊耳群及下伏结晶基底的地质学和地球化学特征,表明熊耳群形成于夭折的三叉裂谷环境,推断俯冲带组分的改造和富集事件发生在华北陆块南部古元古代大陆壳的形成和 拼贴过程中,由于洋壳和地壳物质再循环到上地幔中,使陆下岩石圈地幔源区富集LILE、LREE并亏损HFSE。熊耳期岩浆作用正是源于这样的保留有早期俯冲带组分改造特征的陆下岩石圈富集地幔。

熊耳群火山岩系金银多金属矿床热水成矿作用

在华北板块南缘熊耳群火山岩系地层内部,已发现金、银多金属矿床多处,但对其成因机制的解释,不同学者往往存在不同认识。笔者通过对已知矿床产出地质特征、成矿热水流体特征和来源以及矿化、蚀变围岩系统研究后提出熊耳期后火山热液是控制金、银多金属矿床形成的主要因素,成矿作用以热水流体的沉积、充填作用为主,主成矿期应为熊耳群火山活动后期等新认识。

华北克拉通南部元古代熊耳群硅质岩地球化学及形成机制研究

熊耳群是华北地台南缘古元古代末伸展-裂解作用的产物,它以偏基性的中性火山岩为主,沉积岩主要位于其顶部和底部并常常以夹层的形式发育于火山岩中。地球化学及SEM-EDS分析结果表明,熊耳群顶部马家河组火山岩中夹层硅质岩的特征为:SiO2含量65.55%～80.33%,平均73.41%;结晶程度偏低,Ba、U和ΣREE含量、Al/(Al+Fe+Mn)值、Fe/Ti值、(Fe+Mn)/Ti值、Ba/Sr值等地球化学特征指示硅质岩为热水沉积成因;硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)值、MnO/TiO2值、Al/(Al+Fe)值、Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值、Sc/Th值、U/Th值、(La/Yb)N值、δCe值、(La/Ce)N值指标指示其形成于大陆边缘环境;岩石K2O/Na2O值、SiO2/(K2O+Na2O)值、SiO2/Al2O3值显示其属于火山喷发作用相关的硅质岩,而Al2O3/TiO2值、V/Cr值、Ni/Co值则进一步反映了中基性岩浆作用对硅质岩的影响;硅质岩沉积体系受控于地球内动力,其原始热水沉积体系发育的能量来源于岩浆的加热作用,而相关热水流体的溶解、淋滤作用实现了热水体系内物质的富集并构成了硅质岩物质来源的主体。

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。

华北克拉通南部古元古界熊耳群大古石组碎屑岩的地球化学特征及其地质意义

华北克拉通南部熊耳—中条拗拉谷中广泛发育的古元古界熊耳群火山岩,是华北克拉通结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物,以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩主要分布在大古石组及马家河组,仅占地层总厚度的4.3%。本文从沉积学角度,探讨熊耳群火山岩的形成环境及其构造背景。底部大古石组碎屑岩主要由一套砂砾岩、砂岩和泥质岩组成。其岩相学特征表明大古石组自下而上的沉积相为河流相—湖泊相—河流相。自下而上对比大古石组剖面中碎屑岩的地球化学数据(Sr、Ga、V)及相应比值(Sr/Ba、Th/U、Zr/Rb),认为大古石组碎屑岩以陆相沉积(河流相和湖泊相)为主,但中后期伴有海侵作用。通过对其泥质岩的主、微量元素地球化学特征的研究,认为大古石组碎屑岩主要来源于花岗质成分,但混有一定量的基性物质;源岩以太古宙地层为主,可能有古元古代地层的加入,经历了中等程度的风化作用,并快速堆积形成的。大古石组碎屑岩形成于被动大陆边缘环境,代表了古元古代末华北克拉通伸展—裂解事件的开始;熊耳群火山岩则是在被动大陆边缘的裂谷环境发育形成的。

华北板块南缘熊耳群火山岩系中的杏仁体——热水成矿作用的证据

在华北板块南缘熊耳群火山岩的矿化部位,普遍存在着特征明显的杏仁体,有的杏仁体甚至构成了矿化体,前人对此研究很少。对杏仁体的结构、构造特征及充填矿物进行了系统研究,详细论述了杏仁体的形成机制及其与成矿热水流体和成矿作用的关系,指出杏仁体是在华北板块南缘熊耳群火山岩内进行找矿勘查的重要标志。

华北陆块南部古元古代熊耳群硅质岩地球化学特征及其沉积环境

华北陆块南部古元古代熊耳群中的硅质岩主要发育于马家河组沉积岩中，有少量与火山岩共生。通过分析硅质岩的主、微量元素特征，把熊耳群硅质岩分为热水成因和非热水成因两类。热水成因硅质岩表现为低TiO2、MgO、Al2O3和∑REE含量，以及低的AI／（Al＋Fe＋Mn）比值的特征；其北美页岩标准化的稀土分配模式平坦，但具有Ce负异常与Eu正异常，U／Th〉1，反映沉积速率快，受陆源物质的影响小。非热水成因的硅质岩的∑REE含量高，轻稀土富集（LaN／YbN=1．41～9．04），U／Th〈1，受陆源物质影响较大。熊耳群硅质岩的Cr／Th比值变化小，表明物源区成分比较单一；其与熊耳群火山岩具有相似的REE配分模式图和蛛网图，也说明物源为熊耳群的英安-流纹质火山岩和玄武-安山质火山岩的混合。硅质岩的Al2O3／（Al2O3＋Fe2O3）比值为0．44～0．64、以及Ce／Ce^＋（0．77—0．94）、LaN／CeN（1．18～1．47）的特征表明，熊耳群硅质岩主要形成于被动大陆边缘环境。熊耳群硅质岩主要形成于海相、海陆交互相等环境。早在古元古代熊耳群时期，熊耳-中条拗拉谷发生强烈的扩张裂解作用，华北陆块南部遭受海水入侵，豫南有些地区已经处于海相环境，晋南垣曲有些地区处于海陆交互相环境，局部地区还处于陆相环境。

华北克拉通南部古元古界熊耳群中海绿石的发现及其地质意义

海绿石是一种富钾、富铁的含水层状铝硅酸盐矿物,一般形成于慢速、弱还原、较深水的环境中,在沉积学领域常被作为指示海相的矿物。华北克拉通南部熊耳—中条拗拉谷中广泛发育的古元古界熊耳群,是华北克拉通结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物。该群以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩主要分布在大古石组及马家河组,仅占地层总厚度的4.3%。晋南垣曲地区的马家河组砂岩中发现原生的海绿石,为探讨熊耳群火山岩的形成环境提供依据。分析显示,熊耳群中的海绿石大部分K2O含量大于8%,具有高成熟度海绿石的特点。发育海绿石砂岩的元古宙地层和岩相学特征,反映其形成于高能的浅海环境,明显不同于现代海绿石的形成环境。华北克拉通南部在熊耳群早期就开始有海侵事件,随着熊耳—中条拗拉谷的发育,海侵作用增强。马家河组中原生海绿石的存在直接地指示了晋南地区在熊耳群晚期为海相环境。

豫西地区熊耳群火山岩钠长石化研究及其意义

对豫西地区熊耳群火山岩的钠长石化进行镜下观察发现：熊耳群火山岩中的长石有交代作用的痕迹，对长石的电子探针测试结果显示熊耳群中性火山岩中的长石几乎均为钠-更长石，且钠长石占绝对优势，酸性岩中均为较纯净的钠长石（～Ab97），这些钠-更长石是岩石遭受普遍钠长石化的结果。通过熊耳群与后期中基性侵入体的对比，揭示熊耳群火山岩的钠长石化的形成与熊耳群的喷发近于同期，可能主要是岩浆期后蚀变作用所造成，熊耳群喷发晚期海水的灌入可能也对钠长石化有所贡献。蚀变作用导致了熊耳群火山岩碱质（Na2O＋K2O）偏高，其原岩可能为玄武安山岩-安山岩-英安岩-流纹岩组合。

嵩山地区熊耳群火山岩岩石学、地球化学及成因探讨

近年在河南省嵩山地区发现有熊耳群火山岩地层。通过岩石学、地球化学特征及成因研究,认为嵩山地区熊耳群火山岩主要为弱过铝质流纹岩,属于高钾钙碱性系列-钾玄岩系列,以高硅、高钾、过铝、贫钠、贫钙镁为特征;轻稀土富集,重稀土亏损,轻重稀土分馏较为明显,Eu强烈负异常,Ce微弱负异常;富Ba而贫Sr,Rb,U,富Zr而贫Nb,Th,Hf,Ta;岩石属A型岩浆作用产物,形成于板内拉张环境。

评熊耳群和西洋河群形成的构造背景

1850—1400Ma的熊耳群及西洋河群火山岩建造形成的构造背景,是认识华北古板块南缘构造发展的关键。近年的研究产生了两种认识,即孙枢等提出的裂谷观点和胡受奚等提出的山弧观点。本文基于对秦岭山系的长期研究,对两种观点作了较详细的评述,且提出了山弧与裂谷并存的新认识,即熊耳群为山弧火山岩建造,西洋河群为裂谷火山岩建造。裂谷与山弧同时发育,裂谷与山弧垂直,属被动型裂谷。

热水沉积-热液改造成因铅锌矿床——河南熊耳群火山岩中一种新的矿床类型

骑马沟铅锌矿赋存于熊耳群条纹状硅质大理岩与火山凝灰岩之间。通过对矿床地质、岩石、矿物组合特征等方面的初步研究,认为该矿床为热水沉积-热液改造成因铅锌矿床,其成矿主要与熊耳期火山岩及火山气液作用有关。这是在河南熊耳群火山岩中首次发现的该类矿床类型。

河南汝阳熊耳群古火山机构地质特征及意义

河南豫西中元古界熊耳群火山岩系广泛分布,且遭受多次构造活动、岩浆侵入及剥蚀的影响。在汝阳一带依据岩石中残留的原生构造、古断裂构造、岩石学和岩相学标志、岩层产状及地貌形态等特征识别出高水泉、关家、草立扒、十八盘、双园沟等一系列古火山口。火山活动早期为NEE向裂隙式喷溢,中期演化为中心式喷发、伴有裂隙式喷发,晚期为中心式喷发。区域火山活动贯穿整个熊耳期,时间自NE向SW由早到晚。古火山口及受其控制的次火山岩为区域找矿信息。

河南嵩县-汝州熊耳群古火山机构与矿产的关系

河南嵩县黄庄-汝州高水泉一带熊耳群火山岩分布区属构造变动强烈的中深剥蚀区。依据岩石岩相标志、断裂构造形迹、火山岩的产状以及地貌标志等,首次识别出活动于许山期、鸡蛋坪期及马家河期的五个古火山口和一个古裂隙喷发带。熊耳群火山活动早期为NEE向裂隙式喷溢,中期演化为中心式喷发、伴有裂隙式喷发,晚期为中心式喷发。区域火山活动贯穿整个熊耳期,时间自NE向SW由早到晚。古火山口及受其控制的次火山岩与区域矿产关系密切。

汝阳地区熊耳群火山岩内夹层硅质岩的微区特征及地质意义

熊耳群是前寒武纪火山-沉积作用的产物,其顶部的马家河组(玄武)安山质火山岩内发育了夹层状热水成因硅质岩。选择熊耳群马家河组硅质岩夹层中的碧玉岩为对象,利用偏光显微镜,XRD,Raman和EBSD等方法剖析了其微区特征。研究结果显示:硅质岩内石英颗粒的显微镜和EBSD照片均表现出颗粒细小、结晶程度低和紧密堆积结构等特点,这完全吻合热水沉积硅质岩的特征;硅质岩内粒径不同的颗粒呈条带(或薄层)状交互出现,不同条带(或薄层)内矿物的组成存在明显的差异,这应该反映了原始物质供给的周期性变化;XRD分析结果指示硅质岩内的主要矿物为低温石英,其晶胞参数为a=b=0.491 3nm,c=0.540 5nm和Z=3;EBSD照片和Raman分析结果显示硅质岩内微量的杂质矿物形成于不同阶段,其中粘土矿物和黄铁矿呈零星分布并反映了原始沉积成因,长英质矿物和铁镁硅酸盐矿物均来源于火山凝灰质沉积;火山凝灰质矿物的颗粒偏大并构成了硅质岩内的粗颗粒条带(或薄层),它们与热水沉积为主的细颗粒矿物条带(或薄层)交互产出,这反映了火山作用的周期性反复活动;后期的碳酸盐热液沉淀于硅质岩内裂隙中,它们还导致石英颗粒边缘有序度升高。虽然熊耳群硅质岩内的矿物种类和成因均极为复杂,但火山物质的输入是导致熊耳群硅质岩SiO2含量偏低的根本原因并得到了硅质岩内大量火山成因矿物的证实。在硅质岩的微组构研究中,Raman光谱分析可以有效的揭示微区上矿物的类型、微区结构及有序度,这些特征是反映硅质岩内部矿物形成与演化过程中微区变化的重要信息。

熊耳群及其金成矿背景研究中存在的几个问题

本文在综合前人资料和实际研究的基础上，认为熊耳群火山岩系是在１８００～１４００Ｍａ的活动大陆边缘岛弧带形成的，具低金背景的特征，并指出其金成矿背景研究中存在的几个问题。

华北地台南缘熊耳群火山岩特点及形成的构造背景

熊耳群火山岩系熔岩占绝对优势,具有双峰式特点。在其变质或蚀变过程中,Na_2O、K_2O、CaO等活动组分被带入或带出,在拟定的ATF图上,熊耳群主体为拉斑玄武岩。REE和其他微量元素的特征与大陆裂谷拉斑玄武岩一致。它们形成在早、中元古代陆壳基底上的大陆裂谷发展过程中,该裂谷是秦岭古裂谷系的组成部分。