华北克拉通中部早白垩世岩石圈地幔性质:来自狐偃山科头钾质正长岩年代学、同位素的限制

华北克拉通东部中生代岩石圈减薄已经取得了大量进展,相比之下对克拉通中部岩石圈演化认识不足。本文对华北克拉通中部狐偃山杂岩体中科头正长岩进行了锆石U-Pb年代学、主量和微量元素、Sr-Nd-Hf同位素地球化学研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,科头正长岩侵位于早白垩世晚期(~111Ma)。岩石样品均为钾质-超钾质,属于碱性系列岩石。这些岩石相对富集轻稀土,亏损重稀土和中稀土,具有明显的正Eu异常(Eu/Eu*=1.22~1.96)、富集大离子亲石元素LILE(Rb、Sr、Ba),亏损高场强元素HFSE(Nb、Ta、Ti)。所有岩石样品具有相对高的初始87Sr/86Sr比值(0.7058~0.7062)和低的εNd(t)(-10.4^-11.1),εHf(t)介于-12.2^-5.2之间。详细的元素和同位素地球化学研究表明科头正长岩的原始岩浆可能来源于富集岩石圈地幔中富金云母的尖晶石二辉橄榄岩源区的部分熔融,岩浆演化过程中经历了地壳混染与结晶分异(AFC)过程。结合华北克拉通中部岩浆资料,将华北克拉通中部早白垩世岩浆作用分为早晚两期:早期(123~135Ma)为岩浆作用高峰期,晚期(~114Ma)为最后一期弱的岩浆期;华北克拉通中部陆下岩石圈地幔是富集的、不均一的,其至少在早白垩世(138~111Ma)一直处于减薄状态。

剪切波分裂揭示的华北克拉通中部造山带上地壳地震各向异性

利用布设在华北克拉通中部造山带的流动地震台网和区域固定地震台网的近场地震波形资料,获得55个台站、符合剪切波分裂分析的共计534条有效记录,得到每个台站下方的剪切波分裂参数(快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟),展现了研究区上地壳各向异性分布特征.结果显示,华北克拉通中部造山带区域优势快波方向大致呈NE向,与华北区域背景主压应力方向近EW向有所差别,揭示出研究区内山西地堑与太行山隆起等形成的盆山构造对地壳结构的影响.台站优势快波方向主要平行于主压应力方向,或与断裂/构造走向一致,表明断裂与局部地质构造对各向异性的影响以及断裂构造与应力场的相互影响.山西地堑优势快波方向呈NE向,其中大同盆地离散性较大.山西地堑北端与张-渤地震带交汇区北侧优势快波方向呈WNW向,南侧呈NE向且离散较大.太行山隆起与华北盆地交汇区的优势快波方向同为NE向,第二优势快波方向近EW向,体现了华北地区的各向异性特征.山西地堑的时间延迟从南到北逐渐减少但变化不大,分区平均值最大相差0.2 ms·km^(-1).太行山隆起与华北盆地交汇区的时间延迟和山西地堑北端与张-渤地震带交汇区北侧相对较小,表明该区上地壳变形程度相对较小,可能与该区地震活动较强、难以积累更强的地壳变形有关.本研究还对该区域的地壳和上地幔的耦合问题进行了初步讨论,认为华北克拉通中部造山带的壳幔耦合关系不能用壳幔解耦或壳幔耦合进行简单描述.

华北吕梁地区2.4Ga A型花岗岩的确定及地质意义

华北克拉通新太古代末与古元古代早期的构造转化对认识华北克拉通早期地壳演化具重要意义。该克拉通中部带吕梁地区盖家庄正长花岗岩获得2398~2408Ma的形成年龄,其成因研究将为探讨华北克拉通新太古代晚期与古元古代早期构造演化提供重要信息。该岩体富K,高硅、碱、Fe OT/Mg O,低Ca、Mg,富集Rb、Th、U等LILE、较高的HFSE,明显亏损Sr、Ba、P、Ti,具弱轻重稀土分异和强负Eu异常的"燕式"稀土分配模式,并具高的Ga/Al比值和高锆石饱和温度,显示了碰撞造山后A2型花岗岩的特征。岩体全岩εNd(t)=2.0~2.3,两阶段Nd模式年龄tDM2=2606~2629Ma,锆石εHf(t)=+2.2^+7.1,tDM2(2494~2791Ma)略高或接近其形成年龄,一致证明主要源自新太古代中晚期新生下部陆壳物质的部分熔融,并有少量幔源物质的添加。结合区域地质及同期钾质花岗岩类的广泛出现,盖家庄正长花岗岩与同期钾质花岗岩一同代表了华北克拉通~2.5Ga形成后,中部构造带于古元古代早期~2.4Ga发生的一次陆壳伸展拉张作用引发的地幔物质上涌基性岩浆上侵导致下部新生陆壳物质增温发生部分熔融构造岩浆事件,证明陆壳已转入伸展拉张构造环境。

赞皇前寒武纪变质杂岩区变质反应结构与变质作用P-T-t轨迹

赞皇变质杂岩位于华北克拉通中部造山带中南段、太行山东麓低山区。出露于该变质杂岩区中南部的含石榴石的斜长角闪片麻岩、泥质片麻岩,均保存了三期矿物组合:进变质、峰期变质和退变质矿物组合。这两大类变质岩石中,进变质阶段矿物组合(M1)以石榴石变斑晶核部的包裹体矿物组合为代表,变质高峰期矿物组合(M2)由石榴石变斑晶"边部"和基质矿物组成,退变质阶段矿物组合(M3)主要是环绕石榴石边部发育的"白眼圈"状后成合晶矿物组合。泥质片麻岩中的石榴石变斑晶均保存了明显的成分环带,且在边部很窄的范围内XMn有所增加、Mg/(Mg+Fe)有所降低,指示存在变质高峰期后的退变质过程。温度与压力计算结果表明,赞皇斜长角闪片麻岩所经历的进变质阶段(M1)温度约为640～710℃、压力约为8.2～8.6kbar;高峰期(M2)变质温度超过810℃,压力大于12.1kbar;退变质阶段(M3)的温压范围为590～670℃和3.2～5.6kbar。此前的研究已说明泥质片麻岩的进变质阶段(M1)变质温度为660～690℃,压力为9.0～9.2kbar;高峰期(M2)变质温度超过780℃,压力大于12.5kbar。变质高峰属于中压相系的顶部至高压相系的底部。斜长角闪片麻岩、泥质片麻岩均记录了典型的顺时针P-T轨迹,并显示近等温减压(ITD)的退变质片段。对泥质片麻岩中多颗锆石的变质增生边的SHRIMPU-Pb定年表明,变质高峰期时代为1821±17Ma。变质作用历史说明赞皇变质岩区卷入了华北克拉通东部陆块和西部陆块之间的俯冲-碰撞、随后的快速隆升过程,为华北克拉通中部造山带早元古代末期(～1850Ma)存在的造山事件提供了新的证据。

华山太华变质杂岩中LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及角闪石^40Ar/^39Ar定年

太华变质杂岩出露于华北克拉通中部造山带最南缘,整体呈近东西向展布。华山地区的太华变质杂岩区岩性复杂多样,保存了至少三个阶段的变质矿物组合。本文对其中的黑云斜长片麻岩和黑云二长片麻岩中的锆石,进行了详细的LA-ICP-MS U-Pb定年;对斜长角闪片麻岩中的变质角闪石,进行了常规40Ar/39Ar定年。定年结果表明：（1）黑云斜长片麻岩中的碎屑锆石记录了两期（~2.3Ga和~2.5Ga）明显的岩浆事件,变质锆石记录了一期（1.87~1.85Ga）变质事件;（2）黑云二长片麻岩中的岩浆锆石U-Pb年龄为2.33Ga和2.31Ga,变质锆石记录的变质年龄为1.96Ga;（3）两个斜长角闪片麻岩样品中,变质角闪石的40Ar/39Ar坪年龄和等时线年龄说明,该地区经历了一期~1.8Ga的变质热事件。这些数据说明,太华变质杂岩也记录了华北克拉通东部陆块与西部陆块之间的碰撞造山过程,不过比中部造山带其它变质杂岩区记录的时间更早,变质作用持续的时间也更长。这暗示了该地区在1.96~1.80Ga期间,经历了一次比较漫长而复杂的构造-变质演化过程。

中条山—吕梁山前寒武纪变质杂岩的独居石电子探针定年研究

中条山和吕梁山前寒武纪变质杂岩是华北克拉通中部带南段的重要组成部分，它们的变质作用及其相关的花岗质岩浆作用是我们全面认识华北克拉通中部带的性质与演化的关键，具有重要的科学意义。中条山前寒武纪变质杂岩两个样品的独居石电子探针Th—U-Pb化学法定年表明，永济和横岭关岩体变质二长花岗质岩石记录了两个主要峰年龄范围，分别为1884．7～1849．9Ma和1743．5～1738．8Ma前者为变质年龄，后者为流体活化的年龄。吕梁山五个样品的独居石电子探针Th—U-Pb化学法定年表明，石榴石二云母片岩和花岗质片麻岩的记录了〉1902Ma、1883．3～1865．6Ma和1731．3Ma。〉1902Ma年龄代表早期岩浆和深熔事件，1883．3～1865．6Ma代表峰期变质事件，1731．3Ma代表晚期流体活动事件。石榴石花岗岩记录了1882．8～1850．9Ma深熔岩浆事件。未变质花岗岩脉记录的1742．6Ma和石榴石二云母片岩记录的1731．1Ma为晚期岩浆-流体活动事件。综合上述独居石电子探针定年的结果，不难看出中条山-吕梁山前寒武纪变质杂岩主期变质作用发生在1885-1849Ma，并伴生有同期的S型花岗质岩浆活动，与恒山-五台山-阜平杂岩的变质变形作用同时发生，进一步证明华北克拉通中部带的拼合作用发生在古元古代晚期。

河南鲁山太华变质杂岩前寒武纪变质作用

太华变质杂岩（＂太华群＂）出露于华北克拉通中部造山带南缘,包括自西北向东南依次出露的华山、洛宁、鲁山、舞钢等四个出露区。鲁山地区太华变质杂岩中的斜长角闪岩类,变质演化历史记录得相对最为全面,其中普遍保留了三个阶段的变质矿物组合。第一阶段变质矿物组合（M1）为进变质组合,以石榴子石变斑晶中的包裹体矿物组合（石英＋斜长石＋角闪石±单斜辉石±钛铁矿）为代表,形成于约710℃/7.8kbar的条件下。第二阶段变质矿物组合（M2）为变质高峰期组合,以石榴子石变斑晶和基质矿物组合（角闪石＋斜长石＋石英±单斜辉石±钛铁矿）为代表,形成于约730～810℃/8.1～11.7kbar的条件下。第三阶段的矿物组合为退变质组合,以环绕石榴子石变斑晶发育的后成合晶矿物组合（石英＋斜长石＋角闪石±单斜辉石±钛铁矿）为代表,形成的温度与压力条件约为730～740℃/3.5～5.7kbar。这些斜长角闪岩类记录了顺时针变质作用P-T轨迹,其中包含近等温降压的退变质过程,其中变质峰期变质条件达高角闪岩相到麻粒岩相过渡区。二次离子质谱（SIMS）探针锆石U-Pb定年表明,变质锆石年龄介于1.93～1.87Ga之间。结合其他学者发表的资料,推测华北中部造山带的中段和南段似乎在～1.95Ga即已开始了俯冲-碰撞的造山过程,而且该造山过程几乎延续了150Myr之久。

中条山涑水杂岩中TTG系列岩石的锆石SHRIMP年代学和地球化学及其地质意义

涑水杂岩中TTG岩石的锆石SHRIMP年代学、地球化学特征和微量元素成因模拟表明, 涑水杂岩中的TTG岩石分为两个系列,分别是晚太古代岛弧型TTG系列和早元古代深熔型TTG 系列．岛弧型TTG系列与华北中部带中其他块体的晚太古代岛弧岩浆作用共同反映当时东、西部地块之间存在洋壳俯冲;深熔型TTG系列所反映的加厚陆壳环境与华北中部带在早元古代发生碰撞一致。上述特征支持中条地块属于华北中部带的论断．

五台地区雁门关早元古代镁铁-超镁铁岩体的岩石地球化学特征、成因及其大地构造意义

本文对五台地区侵入于原北金岗库组的雁门关镁铁-超镁铁岩体进行了详细的岩石学、矿物学和岩石地球化学分析研究。雁门关岩体在矿物成份上,特别是单斜辉石、尖晶石和角闪石,具有阿拉斯加型侵入岩体和俯冲带或弧相关的岩浆特征,其元素地球化学特征也可与阿拉斯加型侵入杂岩体类比,具有明显的Nd(Ta),Zr(Hf),Y和Ti负异常。从构造环境判别图来看,雁门关岩体主要为与俯冲相关的成因,具大陆边缘弧的性质。因此,雁门关岩体是侵入在大陆边缘弧环境的岩浆经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶作用的产物。它与恒山-五台-阜平地区广泛分布的同时代花岗岩和火山岩一起,构成了华北克拉通中部造山带内一期重要的古元古代大陆边缘岛弧岩浆活动。