华北南缘新元古界-下古生界海相天然气前景初探

经野外实地调查,结合前人研究成果,认为华北南缘下寒武统雨台山组/东坡组灰黑色含磷泥页岩为优质烃源岩,青白口系崔庄组/刘老碑组深灰色泥页岩为潜在烃源岩;新元古界—下古生界砂岩、白云岩为主要储集岩,新元古界—下古生界内部多期岩溶侵蚀面发育良好的储集空间;盖层则以新元古界—下古生界含膏碳酸盐岩及泥页岩为主;具备形成油气的基本石油地质条件,但热演化程度较高。华北南缘新元古界—下古生界是值得深入探索的海相天然气新层系和新领域。

信阳基性麻粒捕虏体及其华北南缘早中生代下地壳性质

报道了信阳早中生代火山角砾岩中高压基性麻粒岩捕虏体的岩相学、矿物化学、和岩石主元素、微量元素、Nd同位素组成及计算的温压条件和岩石物性结果。这些基性麻粒岩主体为具细粒变晶结构的石榴石+单斜辉石+斜长石+角闪石±碱性长石±石英±钛铁矿组合,其中可见残斑单斜辉石±石榴石组合。它们的全岩化学成分相当于橄榄拉斑-石英拉斑玄武岩,具LREE平坦到富集的稀土配分形式(LaN/YbN=0.98-9.47),且Eu异常不明显(Eu/Eu=0.95-1.11)由细粒变晶矿物组合所计算的温压条件是765-890℃和1.25-1.59GPa(相当于存在深达52km的厚地壳)。麻粒岩的计算波速(Vp)和密度(D)分别为7.04-7.56km/s和3.05-3.30g/cm3。全岩143Nd/144Nd测试值为0.512267-0.512700,εNd(T)为-5.72至+1.01,Nd模式年龄(TDM)为1.8-1.9Ga。由这些高压基性麻粒岩所反映的华北南缘早中生代下地壳,其初始物质可能形成于早元古代的基性岩浆底侵作用,并受扬子板块俯冲碰撞作用的影响。它们在晚第三纪玄武岩喷发前大部分发生了拆沉作用。

华北南缘高山河组和云梦山组中解体的次火山岩:锆石U-Pb定年

华北南缘中元古代熊耳群之上中–新元古代官道口群高山河组和汝阳群云梦山组中发育疑似火山岩的"夹层",前人试图确定这套地层的年代,但一直没有取得实质性进展。本文研究发现这套"火山岩"与围岩并非沉积接触,而是侵入基底变质岩系的次火山岩。运用LA-ICP-MS法进行锆石U-Pb同位素定年,首次获得了栾川地区侵入高山河组的次粗安岩的206Pb/238U年龄为162±1 Ma,舞钢地区侵入云梦山组的次玄武安山岩的206Pb/238U年龄为165±2 Ma。这些结果表明这些中–晚侏罗世次火山岩应从官道口群高山河组和汝阳群云梦山组地层中解体出来,为华北南缘中–晚侏罗世构造岩浆作用的产物,而非古老的中–新元古代官道口群和汝阳群的沉积地层。同时为确立华北南缘存在燕山早期的火山岩浆活动,及其相关的陆内伸展构造事件提供了关键的年代学制约。

华北南缘中元古界高山河群碎屑沉积岩物质源区多元性及其对区域地层对比和构造演化的指示

高山河群是熊耳群之上最古老的沉积盖层和中元古代早期沉积作用记录最丰富的层位之一。本次研究在洛南-卢氏地区由下至上依次选择沉凝灰岩和石英砂岩进行碎屑锆石年代学、岩石地球化学和Nd同位素组成分析。研究发现,沉凝灰岩中碎屑锆石显示2309±3Ma(MSWD=3. 2,N=63)的特殊年龄峰值,与"静寂期"岩浆作用密切相关,全岩Nd同位素组成与熊耳群火山岩特征一致,εNd(t=1700Ma)=-13. 2^-3. 8,对应t2DM为2. 51~3. 26Ga,暗示太古宙地壳物质对岩浆源区有很大贡献。层位由底界上移,石英砂岩的成熟度逐渐降低,表明来自沉积再循环的物质减少;εNd(t)由-11. 9^-8. 3变化至-0. 8^+0. 5又至-8. 2^-2. 4,显示源区分别来自富集地幔-弱亏损地幔-富集地幔的"多元性"特征;相应地,碎屑锆石年龄主峰值从1850~2100Ma逐渐变化为2200~2300Ma和~2500Ma,表明沉积物源的多元性还与物质组分差异有关。高山河群沉积碎屑岩中最年轻的谐和锆石年龄集中于1760~1770Ma,限定了其最早沉积时限。结合上覆地层官道口群底界1600~1610Ma,确定高山河群是华北南缘"长城系"的重要组成部分。碎屑物质主要来自古元古代中-晚期1800~1900Ma、1950~2100Ma、2200~2350Ma和新太古代~2500Ma、2600~2700Ma,与燕辽地区长城系记录的华北克拉通前寒武纪基底构造热事件基本一致,二者在区域上具有可对比性。

华北南缘小秦岭小河岩体锆石U-Pb定年及地质意义

小河岩体是华北南缘小秦岭地区的四个规模较大的花岗岩体之一,已有岩体年龄数据尚存在不足。为精确测定小河岩体年龄,在野外确定岩体侵入期次的基础上,对花岗岩进行取样,经锆石挑纯后,用LA-ICP-MS方法对样品进行U-Pb测年,样品测点大部分位于或接近207Pb/235U-206Pb/238U一致线。测年数据表明,小河花岗岩的成岩年龄为(1 795±70) Ma,中条运动晚期。在熊耳中晚期,受到了较大规模的变质作用及岩脉入侵。之后,虽有多期次构造岩浆作用,形成穿插到岩体中的多期岩脉,但规模和强度有限,显示区域岩浆活动方式从孕育侵入→强力喷发→能量减弱的侵入历程。岩体形成与区域金银成矿时差巨大,推测对区域成矿的贡献有限。

南华北南缘下寒武统优质海相烃源岩初探

根据野外地质调查,在南华北南缘发现下寒武统海相泥质烃源岩。层位上主要分布于东坡组(豫西)/雨台山组顶部(淮南)及凤台组下部(淮南),岩性为灰黑色含磷泥页岩、泥页岩、深灰色泥灰岩;平面上主要分布于华北南缘大陆边缘及台缘斜坡区,海相泥页岩厚度呈现自北向南,自西向东增厚的趋势。该套海相泥质烃源岩有机质丰度高(有机碳>1.7%),随厚度增大亦呈现变高的趋势,属Ⅰ型干酪根,热演化程度受重力滑动构造影响而偏高(R_o>2.5%)。虽然厚度不大,但曾具有极强的生烃潜力,初步评价为优质烃源岩,是南华北南缘值得深入探索的海相天然气源岩。

华北南缘小秦岭金矿集中区中生代成矿作用及其与克拉通破坏的关系

位于华北克拉通南缘的小秦岭地区,是我国规模仅次于胶东的第二大金矿集区,已发现含金石英脉1000余条,金矿床40多处,代表性金矿床有文峪、东闯、杨砦峪、枪马、东桐峪等,储量超过500t(Mao et al.,2002)。

华北南缘陆坡带奥陶纪冰海砾岩的发现及意义

中奥陶纪末伽马射线暴击中地球引发气候变冷的天文地质事件,形成广布全球的冰期沉积,华北板块却未见遗存。通过在豫西栾川-卢氏地区新一轮1∶5万区域地质调查(2016～2018年),在原划归三岔口组砾岩中厘定出一套冰海成因砾岩,结合区域同位素数据,以及遗存生物化石和野外层位关系,推断该套冰海成因砾岩是这次天文地质事件在华北南缘陆坡带的地质记录。新一轮1∶5万区域地质调查在侵入冰海砾岩层中的正长斑岩脉岩获取(434±23)MaU-Pb同位素年龄,佐证了华北南缘陆坡带发育的这套冰海沉积砾岩形成时代大致相于晚奥陶纪世赫南特期[(443.4±1.5)Ma～(445.2±1.4)Ma]。该套冰海成因砾岩的发现填补了奥陶纪末大冰期在华北板块的空白。

信阳周庄变辉长岩LA-ICPMS U-Pb定年与华北南缘复杂演化过程

河南信阳周庄变基性侵入岩体出露于华北克拉通南缘,主要由斜长石+角闪石(+绿帘石)组成,可见残余辉长结构,属经历了绿帘角闪岩相-低角闪岩相变质的变辉长岩。对变辉长岩的两个样品中的锆石进行了LA-ICPMS U-Pb同位素测年分析。这两个样品都给出了859Ma的谐和上交点年龄,但分别给出了356±82Ma和234±36Ma的谐和下交点年龄。其中一个样品还给出了另外两组谐和的年龄,它们的^(206)Pb/^(238)U表面年龄分别是616±10Ma和442±6.5Ma。我们解释共同的谐和上交点年龄(859Ma)代表着岩体的侵位时代,是Rodinia超大陆裂解事件在华北克拉通南缘的早期记录(如基性岩浆侵入作用);其他四组年龄是岩体后期所经历改造事件的年龄记录,包括新元古代晚期的再次裂解(如变质重结晶作用)和古生代、早中生代时期扬子克拉通向北的俯冲-碰撞对华北南缘的强烈改造过程。

华北南缘中元古代地层归属及大地构造演化:来自碎屑锆石U-Pb年代学和锆石微量元素的证据

华北板块南缘中元古代沉积地层的时代归属以及区域古地理格局和构造演化等是近年来地质界探讨的热点问题。本文对豫西鲁山下汤地区的汝阳群云梦山组和黄连垛组进行了碎屑锆石U-Pb年代学和锆石微量元素研究,获得云梦山组年龄最小(年轻)的一批碎屑锆石年龄加权平均值为1658±63Ma,从而限定了汝阳群最早沉积年龄不早于1700Ma。结合洛峪群(上覆于汝阳群)上部洛峪口组近年的年代学标定(1611~1638Ma),将汝阳群-洛峪群的形成年代限定为1700~1600Ma,即中元古代长城纪的中晚期,对应于国际地质年表的固结纪。云梦山组与黄连垛组中碎屑锆石207Pb/206Pb年龄范围为1644~3179Ma,呈现1850Ma、2100Ma、2300Ma、2500Ma、2670Ma和2900Ma六个年龄峰值,对应于华北克拉通中太古代-古元古代重要的地质事件。云梦山组与黄连垛组分别以1850Ma峰值年龄段与2500Ma峰值年龄段的地质体为主要的物源区。根据云梦山组沉积组合性质及形成背景、熊耳群火山岩及其对应锆石的地球化学特征、熊耳群沉积岩夹层的沉积特征和盆地构造属性,综合分析认为熊耳群及其上覆的汝阳群形成于与"岛弧"共生的弧后盆地地区。并且根据云梦山组"同沉积锆石"具"岛弧"地球化学特征,暗示云梦山组沉积时期附近的岛弧火山仍在持续活动中。

华北南缘寒武纪沉积特征研究

通过对华北地台南缘寒武纪早沉积(沉积模式及沉积相)特征的研究,论述了华北南缘寒武纪四个沉积相模式,认识了该区域主要沉积相类型及特征。

北秦岭东部及华北南缘古生代以来花岗岩时空分布及其构造意义

北秦岭东部及华北板块南缘由多条断裂以及韧性剪切带分割成不同块体,这些块体中分布着不同时代不同类型的花岗岩。在前人关于该区花岗岩研究的基础上,详细归纳和分析了研究区古生代以来花岗岩体的时空分布、地球化学特征及其构造属性。研究表明这些花岗岩可分为3个时期:加里东期、印支期和燕山期。加里东期花岗岩为准铝质到弱过铝质的钙碱性系列,具大陆弧花岗岩特征;印支期花岗岩为高钾钙碱性系列,地球化学特征与后碰撞阶段花岗岩较为相似;燕山期花岗岩表现为从早到晚由高Sr低Y型埃达克质岩向A型花岗岩转变为特征。本区花岗岩的这种时空分布特征暗示了该区构造演化经历了加里东期俯冲造山、印支期碰撞造山以及燕山期陆内构造等演化阶段。

华北克拉通南缘角子山花岗岩的锆石U-Pb定年、岩石地球化学特征及构造背景

角子山岩基是秦岭造山带东端伏牛山余脉规模居第二位的燕山期侵入岩,其岩石成因模型有助于深入认识华北克拉通南缘伏牛山余脉早白垩世酸性岩浆的形成规律和深部构造演化。角子山花岗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb定年样品的30个测点中,18个有效锆石测点的U-Pb年龄集中于(129.5±1.4)Ma(1个)和(116.1±1.4)~(122.2±1.3)Ma(17个)两组,形成了锆石年龄谱,后者的加权平均年龄为(119.3±0.9)Ma。结合前人10个有效锆石测点的U-Pb年龄数据,27颗锆石的加权平均年龄为(118.2±1.2)Ma,代表了角子山花岗岩的形成时代。角子山花岗岩样品具有富Si和碱、贫Ca和Mg的特征,为高钾钙碱性系列岩石,属于准铝质-弱过铝质花岗岩。在微量元素蛛网图中,角子山花岗岩样品显示了Rb、Th及Zr、Hf的正异常和Sr、P、Ti的负异常。角子山花岗岩稀土总量为20.9×10^(-6)~204×10^(-6),(La/Yb)N值为4.24~21.0,δEu值为0.53~0.78,稀土配分模式呈轻稀土富集(右倾平滑)和中、重稀土亏损(近水平)的特征。角子山花岗岩样品的LaN-(La/Yb)N投点显示了正相关关系,表明其成分变异受控于部分熔融作用。角子山花岗岩的部分熔融源残余相包括角闪石、斜长石和金红石,无石榴子石残余,表明它形成于正常厚度地壳,存在深度大致为40~50 km和小于30 km的两个部分熔融岩石源区。角子山花岗岩形成于秦岭早白垩世陆(板)内造山阶段,经历了岩浆/流体混合再活化作用,是~120 Ma区域岩石圈拆沉作用的产物。

华北克拉通南缘大庄铌-稀土矿床地质、地球化学和Sr、Nd、Pb同位素特征

碱性岩型铌-稀土矿床是重要的铌-稀土矿资源类型。河南省方城县大庄铌-稀土矿位于华北克拉通南缘,是近年来新发现的一例赋存于霞石正长岩中的,具有中型规模的碱性岩型矿床。大庄矿区内共圈定17个NW—SE向带状展布的,呈囊状、不规则状、透镜状产出的铌-稀土矿体。铌-稀土矿石主要赋存于角闪霞石正长岩和黑云母正长岩中。矿石矿物主要为烧绿石、氟碳铈镧矿、褐钇铌矿和富铌榍石等。矿石的结构主要有斑状结构、他形粒状结构、半自形粒状结构、包含结构、交代结构、共生结构、伟晶结构等。矿石构造分为块状、脉状和片麻状构造等。热液蚀变包括萤石化、绢云母化、绿帘石化和绿泥石化等。碱性岩样品具有低SiO2、富碱、高铝的特征,稀土元素总量较高,轻重稀土分异明显,具有明显的负Eu异常,富集Nb、Ta、Th、U、Zr、Hf等高场强元素,明显亏损Ba、Sr、P、Ti等元素。碱性岩全岩(87Sr/86Sr)i=0.68158~0.71090,εNd(t)=―1.11~―0.37,两阶段模式年龄(tDM2)为1601~1540 Ma,(206Pb/204Pb)i=16.018~17.502、(207Pb/204Pb)i=15.358~15.489、(208Pb/204Pb)i=36.684~40.340。地球化学特征显示方城地区碱性岩的岩石类型为A型岩套A1亚型,岩浆演化主要受分离结晶控制,其原始岩浆形成于富金云母的地幔源区。总体上看,华北克拉通南缘大庄铌-稀土矿成矿主体受岩浆结晶分异控制,Nb、REE在岩浆结晶晚期大量富集,后期热液活动对铌-稀土成矿有一定的制约作用。方城地区碱性岩形成于板内拉张的构造背景,推测是Rodinia超大陆裂解的响应。

利用反射地震资料研究华北地块南缘驻马店-淮滨凹陷的浅部构造特征

为摸清驻马店市地震灾害风险底数、查明地震构造特征,文中在分析深地震探测成果的基础上,采用高分辨率浅层地震反射成像技术跨驻马店-淮滨凹陷完成了1条长约22km的浅层地震剖面,获得了驻马店-淮滨凹陷的近地表精细结构图像和断裂特征。结果表明,驻马店-淮滨凹陷形成于古近纪南华北盆地断陷盆地发育阶段;控制凹陷西边界的驻马店-息县断裂由4条E倾的正断层组成,表现为一组由西向东层层下掉的断阶带,推测为古近纪末期活动断裂;控制凹陷东边界的宿鸭湖断裂由3条W倾的正断层组成,控制着现代河流的走向,推测为新近纪中晚期活动断裂。研究结果为进一步认识驻马店-淮滨凹陷近地表构造特征和控盆断裂活动性提供了地球物理学依据,对驻马店市的防震减灾和城市规划具有重要的科学价值和社会效益。

华北板块南缘早二叠世煤中微量元素赋存特征及主控机制

煤中关键金属是矿产资源勘探开发的新领域。目前对华北板块南缘早二叠世煤中微量元素赋存特征及主控机制研究较少,制约了关于该区煤沉积物源、沉积环境的认识以及煤的清洁高效利用。基于X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等分析方法,对华北板块南缘早二叠世中煤矿物学与煤地球化学特征进行了研究。结果表明,华北板块南缘早二叠世煤中矿物主要发育高岭石、伊利石、铵伊利石、绿泥石和方解石等,主量元素以SiO_(2),Al_(2)O_(3)与CaO为主。煤层样品中Li元素相对富集,质量分数为54.5×10^(-6)~116×10^(-6)(均值76.83×10^(-6));Zr、Th元素轻微富集,质量分数分别为34.14×10^(-6)~160.73×10^(-6)(均值73.81×10^(-6))和3.22×10^(-6)~17.79×10^(-6)(均值7.85×10^(-6));其他元素质量分数接近或低于世界硬煤平均值,其中Co、Zn、Rb、Cd和Cs等元素明显贫化。通过相关性分析与地球化学解释得出以下结论:①华北板块南缘早二叠世煤中Li元素主要赋存于高岭石等黏土矿物中,其含量主要受控于陆源碎屑;②受华力西构造运动影响,北部阴山古陆中元古代钾长花岗岩与石炭系本溪组古风化壳铝土矿被抬升风化剥蚀,并成为华北板块南缘早二叠世煤的主要供源区;③泥炭沼泽水介质偏咸与缺氧还原的沉积环境有利于Li元素被高岭石等黏土矿物吸附并沉积聚集。

华北克拉通南缘康山金多金属矿床成矿时代及流体演化——来自独居石U-Pb年龄、黄铁矿微量元素和原位S同位素制约

小秦岭-熊耳山金矿集区位于华北克拉通南缘,发育众多伴生铅锌银等金属的金矿,成为揭示克拉通破坏型金矿成因的天然实验室。产于小秦岭-熊耳山金矿集区内的康山金多金属矿床受控于北东向的中生代脆性断裂,赋存于新太古代变质岩和中元古代火山岩中。成矿过程可分为4个热液阶段:石英±黄铁矿阶段、石英-黄铁矿-黄铜矿-自然金阶段、多金属硫化物-自然金-石英-铁白云石阶段、石英-方解石±萤石阶段。本文获得康山金多金属矿床金成矿阶段热液独居石LA-ICP-MS U-Pb年龄为131.7±4.6Ma,与晚中生代华北克拉通破坏有关的岩浆热液成矿作用时代一致。本次研究开展的各阶段黄铁矿原位微量元素单点和扫面分析,发现第2阶段Au与Co、Ni、As呈正相关关系,且有明显的振荡环带,Cu、Ag、Sb、Pb、Bi这几种元素从黄铁矿颗粒的核部向边缘含量逐渐降低,且黄铁矿颗粒中出现富含这些元素的矿物包裹体,说明该阶段发生流体沸腾作用;而第3阶段黄铁矿中各微量元素含量为所有阶段中最低,黄铁矿无振荡环带且裂隙中有富含各微量元素的硫化物充填,说明各种元素在该阶段均得到充分卸载,且成矿流体的化学性质较稳定。结合前人关于该矿床各阶段流体包裹体分析结果,表明流体沸腾是Au的主要沉淀机制,而流体混合是Pb、Zn、Ag的主要沉淀机制。黄铁矿中微量元素含量指示,从第1阶段到第3阶段流体温度依次降低;第2和第3阶段流体fO2比第1阶段高且后两者相差不大。根据黄铁矿Co、Ni含量及比值的计算,认为第1和第2阶段黄铁矿为岩浆热液成因,第3阶段黄铁矿受围岩物质影响。黄铁矿原位S同位素分析得到第1至第3阶段黄铁矿δ34S分别为+6.6‰-+8.9‰、+5.0‰-+7.2‰和+6.0‰-+8.7‰,均与区域花岗岩类的S同位素值类似。综上所述,本文得出康山金多金属矿床形成于早白垩世与华北克拉通破坏有关的岩浆热液成矿作用。

华北克拉通南缘晚中生代钼、金成矿关系:以祁雨沟金矿床和雷门沟钼矿床为例

华北克拉通南缘是我国重要的钼、金成矿带之一,已探明的钼资源量超过800万吨,金资源量超过1300吨。前人研究表明,区内金成矿事件多发生于晚侏罗世‒早白垩世(160~110 Ma),与区内大规模的钼成矿事件(148~112 Ma)及岩浆侵位事件(158~112 Ma)时代相近,且三者在空间上紧密相关,但关于金与钼的成矿关系尚不清楚。本文以位于华北克拉通南缘熊耳山矿集区紧邻的早白垩世祁雨沟金矿床和雷门沟钼矿床为研究对象,分析钼与金的成矿关系。通过对两个矿床中含矿斑岩体中的磷灰石进行详细的主量和微量元素分析,结合前人已有的地球化学资料,认为形成于130 Ma的祁雨沟花岗斑岩与雷门沟花岗斑岩具有相似的母岩浆,但后者的氧逸度和分异程度更高,且相对更富F、贫Cl和S;H-O-S-Pb同位素组成表明,钼与金矿床的成矿流体主要为岩浆热液,成矿物质钼、金均来源于壳幔混合源区,但相对于钼矿床,金矿床的幔源组分所占比例更高。研究区内的钼、金成矿作用受不同演化阶段的岩浆岩控制;造成钼、金差异性矿化的根本原因可能是成矿岩体的性质和金属来源不同,金主要与幔源物质相关,钼主要与古老地壳物质相关。

华北克拉通南缘鲁山太古宙基底的形成和演化

鲁山地区保存和出露很好的太古宙基底岩石。文章报道了2件魏庄片麻岩的原岩年龄分别为（2867±5）Ma和（2768±5）Ma，变质作用时代分别为（2775±6）Ma和（2775±56）Ma。结合已发表数据，魏庄片麻岩原岩形成时代可大致分为2867~2928Ma和2765~2768Ma两个阶段；榆树庄片麻岩原岩形成于2829~2897Ma、2752~2778Ma和2723Ma；斜长角闪岩原岩形成于2838~2845Ma、2747~2794Ma和2730Ma。尽管三者岩性上存在差异，但原岩形成的期次和时代相当，指示它们在成因上可能存在联系。鲁山多地陆续发现2.8~2.9Ga的岩石，表明该地区存在一定规模的中太古代基底。通过与胶东、霍邱等地对比，笔者认为华北克拉通南缘可能存在中太古代的古老陆块，其重要的初生地壳生长事件发生在2.9~3.0Ga。

华北南缘东部新元古界冰碛砾岩层系中优质烃源岩的发现及地质意义

华北陆块南缘普遍发育新元古界震旦系冰碛砾岩,但冰碛砾岩之间是否发育有效烃源岩目前还难以确定。针对当前的华北南缘新元古界间冰期烃源岩研究空白,对华北南缘冰碛砾岩发育特征进行了系统的观察和测量,划分出4套冰碛砾岩,冰碛砾岩之间发育3套灰黑色页岩,自上而下厚度分别为36m、46m和7m。研究表明,这3套页岩有机质丰度都较高,属于优质烃源岩,有机质来自低等生物。华北南缘震旦系冰碛砾岩分布广泛,砾岩中的厚层优质烃源岩发现不仅有望开拓常规天然气新的勘探领域,也为页岩气的勘探提供了有力依据;烃源岩层以及砾岩中坠石的发现,是冰川成因的有力证据,对目前争议较大的该砾岩的成因研究也有重要指导意义。