中国东北地区显生宙岩浆作用和洋-陆格局及其与气候演变的关系

显生宙期间,地球经历了温室-冰室气候的周期性交替变化。在数百万年的时间尺度,这种古气候的转变被认为是碳源和碳汇过程耦合的结果,但一直以来关于两者贡献程度的认识尚不明确。通过全球统计分析,不同学者提出大陆弧火山脱气模型和热带弧-陆碰撞模型用于解释整个显生宙古气候的演变,分别强调了碳源和碳汇的一级控制作用。为了检验上述模型,更好地理解古气候的转变机制和演化细节,本文系统总结了中国东北地区显生宙岩浆作用-矽卡岩型矿床的时空展布和构造背景,以及弧-陆碰撞的时代、规模和古地理位置,通过数据统计和作图对比,发现东北地区岩浆作用-矽卡岩成矿峰期、弧-陆碰撞缝合带的时空迁移与大气圈CO_(2)浓度和大陆冰川沉积有很好的对应关系,暗示东北显生宙构造-岩浆过程和古气候演变的内在联系。综合东北地区及全球的研究进展,本文提出如下倾向性认识:1)洋-陆俯冲过程中火山-变质脱气的强度决定了CO_(2)排放量,而热带区域弧-陆碰撞缝合带的规模决定了全球硅酸盐风化速率和CO_(2)吸收量,在地质演化过程中两者紧密联动,共同控制了显生宙古气候的演变;2)大陆弧岩浆作用的全球爆发不一定能造成温室气候的出现,如果缺乏充分矽卡岩变质脱碳反应,大陆弧CO_(2)排放通量与岛弧、大洋中脊和板内并无显著区别;3)SO_(2)属于短期效应气体,理论和实例研究均暗示爆发式火山作用难以诱发大冰期的形成,火山作用之于长期气候应该仍是促使地球升温而非变冷。

中国东北地区晚古生代构造-岩浆演化历史

中国东北地区位于中亚造山带东段,由多个不同构造属性的微陆块拼贴而成,包括额尔古纳地块、兴安地块、松嫩-张广才岭地块、佳木斯地块以及那丹哈达地体。伴随不同微陆块的复杂拼贴演化过程,东北地区发育强烈的晚古生代岩浆作用,因此这些岩浆作用的产物是记录东北地区晚古生代构造演化历史的重要媒介。根据东北地区晚古生代岩浆岩的岩石学、年代学以及地球化学等特征,发现大兴安岭地区晚古生代岩浆作用以石炭纪-二叠纪为主,其中早石炭世岩浆作用的产物为辉长岩-闪长岩-花岗岩组合,晚石炭世产物以花岗质岩石为主以及少量辉长岩,二叠纪岩浆作用的产物以花岗质岩石为主,同时这些晚古生代岩浆岩大部分具有典型的弧属性特征;而吉黑东部地区则广泛发育的晚古生代岩浆岩,以二叠纪花岗质岩石为主,同时包含少量辉长岩,且这些二叠纪岩浆岩普遍表现出典型的弧属性特征。结合岩石学、年代学、地球化学以及同位素等资料,认为大兴安岭地区和吉黑东部岩石可能具有不同的构造-岩浆演化历史,同时东北地区内各微陆块具有复杂的地壳增生历史。

大兴安岭中段罕达盖地区早白垩世花岗岩的成因及其地质意义

对大兴安岭中段罕达盖岩体进行锆石U-Pb年龄、地球化学及Hf同位素研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示罕达盖岩体岩浆侵位时间为早白垩世(136 Ma)。罕达盖岩体具有富硅、富碱及贫铁、镁、钙的特点,属于高钾钙碱性以及弱过铝质系列岩石。这些花岗岩富集轻稀土元素和大离子亲石元素(如K、Rb、Sr等),亏损重稀土元素与高场强元素(如Nb、Ta、Ti等)。结合岩石学和地球化学特点,罕达盖岩体属于I型花岗岩,并且其岩浆可能起源于新元古代-显生宙期间从亏损地幔中新增生地壳物质的部分熔融。综合前人研究,笔者认为大兴安岭中段早白垩世罕达盖岩体的形成与古太平洋板块的俯冲作用有关。

佳木斯地块林口地区早古生代花岗质岩石的成因及构造背景

对佳木斯地块林口县大二龙村地区花岗质岩石进行岩相学、年代学及全岩地球化学研究,探讨其形成时代、岩石成因及构造背景。该地区岩石类型为花岗闪长岩与碱长花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示其形成时代为早古生代,年龄分别为531 Ma和501 Ma。地球化学分析结果显示其具有高硅、富碱,贫钙、铁、镁的特点,富集Rb、K等大离子亲石元素,Th、U等高场强元素,亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素及P元素。花岗闪长岩与碱长花岗岩分别为中高钾钙碱性I型花岗岩和碱性系列高分异I型花岗岩。两者均起源于下地壳物质的部分熔融,在岩浆演化过程中经历了不同程度的分离结晶。综合本文数据以及区域研究成果,认为佳木斯地块早古生代岩浆活动形成于麻粒岩相峰期变质作用之后,由加厚地壳垮塌造成的伸展构造背景。

大兴安岭南段那斯嘎吐云英岩型铍矿化的形成时代和成因探讨:独居石年代学和地球化学证据

本文报道了大兴安岭南段林西地区新发现的那斯嘎吐云英岩型铍矿点的独居石U-Pb年龄、主微量元素及Nd同位素组成,并与大兴安岭南段同期的经棚高分异碱长花岗岩中的独居石地球化学数据进行对比,以探讨云英岩型铍矿化的形成时代与成因。那斯嘎吐云英岩主要呈带状赋存于早白垩世(~140Ma)碱长花岗岩岩体顶部,矿物组成包括石英、白云母、萤石、独居石以及锡石-绿柱石等铍-锡稀有金属矿物,其全岩Be含量可达397×10^(-6)~13908×10^(-6)。那斯嘎吐富铍云英岩-云英岩化花岗岩与经棚贫铍碱长花岗岩中的独居石均具有较高的ThO_(2)(平均值为3.01%~6.88%)和较低的UO_(2)含量(<0.55%),并呈现出富集轻稀土元素、亏损重稀土元素和强烈Eu负异常(δEu<0.08)的地球化学特征。与经棚岩浆成因独居石(TE_(1,3)=0.95~1.00)相比,那斯嘎吐云英岩化相关的独居石具有明显高的TE_(1,3)值(0.98~1.26)。岩相学和矿物地球化学研究结果表明,那斯嘎吐独居石形成于岩浆-热液过渡阶段,起源于高演化花岗质岩浆的富钠钙氟流体在其形成过程起到了关键作用。独居石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年结果显示,那斯嘎吐云英岩型铍矿化形成于早白垩世(~139Ma),与赋矿碱长花岗岩时代一致。那斯嘎吐独居石的ε_(Nd)(t)值为-0.29~0.95,与经棚独居石的ε_(Nd)(t)值(-2.38~-1.68)和大兴安岭南段早白垩世高分异花岗岩的全岩ε_(Nd)(t)值(-2.51~2.11)基本相当。独居石年龄和Nd同位素结果指示,那斯嘎吐富铍云英岩的形成与早白垩世花岗质岩浆高度分异晚期熔-流体相互作用密切相关,源区主要由新生和古老地壳物质共同组成。综合区域地质资料,查明早白垩世是大兴安岭南段Sn-W-Li-Be等稀有金属成矿作用的一个重要时期,其形成于古太平洋板块回卷诱发的岩石圈伸展环境。那斯嘎吐云英岩型铍矿的发现表明大兴安岭南段具有铍成矿的良好前景,林西地区是未来铍矿产勘查的重点靶区,值得在今后研究过程中予以充分关注。

大兴安岭南段乌兰毛都地区早白垩世花岗闪长岩的岩石成因及构造背景

通过探讨大兴安岭乌兰毛都地区花岗闪长岩的岩石学、年代学及全岩地球化学特征,以确定研究区花岗闪长岩的形成时代、岩石成因及其地球动力学机制。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明研究区花岗闪长岩为早白垩世(132±2 Ma)岩浆作用的产物。全岩地球化学结果显示其具有高硅(SiO 2=66.68%~68.09%)、低铝(Al 2O 3=14.94%~15.35%)特征,富集轻稀土元素和大离子亲石元素(Rb、K),亏损重稀土元素和高场强元素(Nb、Ta、Ti),属于高钾钙碱性系列I型花岗岩。综合区域中生代花岗岩岩石学及地球化学特征,认为以乌兰毛都为代表的早白垩世I型花岗岩可能形成于活动大陆边缘环境,该期构造-岩浆作用与古太平洋板块俯冲作用密切相关。