华北板块北缘东段稀有-稀土成矿作用综述

华北克拉通北缘东段稀有-稀土矿产资源主要分布在板块边缘或不同时代的构造接合处,受郯庐断裂带、索伦-西拉木伦-长春-延吉断裂带等区域性大断裂控制,主要经历了吕梁期、印支期和燕山期等3期的构造-岩浆事件.区内的稀有-稀土矿产与中元古代和中生代岩浆岩关系密切.目前,研究区内已发现稀有-稀土矿床或矿点10余处,主要分布于辽宁省和内蒙古东部地区,成矿类型以碱性花岗岩-碱性岩型为主,伟晶岩型次之.区内稀有-稀土成矿均与碱性岩浆作用有关,成矿岩体的年代学研究表明,成矿作用可分为3个阶段,即燕山期的120~140 Ma、印支期的200~230 Ma以及与吕梁运动有关的2500~2510 Ma.本区稀有-稀土元素富集成矿过程主要与碱性岩浆的高度演化密切相关,在水和挥发分作用下,岩浆强烈分异结晶,导致成矿元素迁移聚集,随着温度、压力等成矿条件的变化,含矿流体在岩浆作用晚期随着主要造岩矿物的晶出而富集成矿.

华北板块南缘洛南地区二叠系石盒子组沉积物源特征及其隆升过程

华北板块南缘的隆升过程对认识秦岭造山带与华北盆地盆山相互作用具有重要意义。文中以华北板块南缘洛南地区二叠系石盒子组为研究对象,在沉积相及其演化分析的基础上,开展碎屑锆石U-Pb年代学及裂变径迹年代学研究,探讨华北板块南缘二叠系石盒子组沉积物源特征及其隆升过程,期望为勉略洋盆的俯冲时限提供沉积学约束,为华北盆地南部三叠系再旋回沉积物提供可能的物源区。研究结果显示,华北板块南缘二叠系石盒子组经历了冲积扇→辫状河→三角洲的沉积演化过程。石盒子组下部碎屑锆石样品形成了3组U-Pb年龄,分别为353—280 Ma、1139—400 Ma和2620—1306 Ma,裂变径迹年龄分解为199 Ma、255 Ma和408 Ma共3个峰值;而上部样品主要形成2组U-Pb年龄,分别为339—259 Ma和2655—1700 Ma,裂变径迹年龄分解为205 Ma、268 Ma和656 Ma共3个峰值。上述测试结果表明华北板块南缘在石盒子组沉积早期还接受来自秦岭造山带的碎屑物,但在石盒子组沉积后期沉积物主要来自于华北板块北缘,完成了由“南高北低”向“北高南低”的构造转换。推测华北板块南缘的初始隆升发生在中—晚二叠世,这次隆升与勉略洋盆的初始俯冲作用相关,并成为华北盆地南部三叠系的一个潜在物源区。

华北板块北缘东段库伦杂岩的发现及其构造意义

在华北板块北缘东段辽宁与内蒙古交界的库伦旗地区新发现了以晚古生代变质火山岩为主体的库伦杂岩.通过剖面测制,确定库伦杂岩岩石组合包括凝灰岩、安山岩及变沉积岩.凝灰岩锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测试结果为391.0±3.7 Ma,确定库伦杂岩形成时代为中泥盆世.地球化学特征显示库伦杂岩形成于晚期岛弧环境.通过对新发现的中泥盆世库伦杂岩及相关古生代的沉积事件、岩浆事件及变形的研究,结合本区古生代杂岩、岩浆岩及火山沉积地层研究成果,建立了华北板块北缘东段古生代增生型造山带的构造演化过程,其经历了志留纪活动大陆边缘阶段、泥盆纪弧-陆碰撞阶段、石炭纪-中二叠世活动大陆边缘阶段和晚二叠世碰撞造山阶段.志留系方家屯岩组、西别河岩组形成于弧后盆地环境,反映了奥陶纪-志留纪研究区处于活动大陆边缘环境;泥盆纪库伦杂岩火山-沉积为弧-陆碰撞结果,伴随伸展背景下的岩浆活动.石炭纪-中二叠世研究区在碰撞后伸展背景下重新拉张,接受了白家店岩组、酒局子岩组沉积并导致了佟家屯岩组火山岛弧的形成.晚二叠世古亚洲洋闭合,发生陆-陆碰撞,后造山作用延续到三叠纪.

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。

华北板块南缘及邻区地震活动性与构造模式演化的关系

在进行区域地震活动性分析时,空间范围选取不同,研究结果也将存在差异。在我国省级地震会商中,目标空间范围多由人工划分,若该研究区间包含多个构造背景不同的区域,地震危险性参数扫描结果的准确性将有待验证。采用机器学习方法,按照地震空间分布密度区进行空间聚类,将华北板块南缘及邻区划分为3个区域,结合研究区域地质构造的作用特征,分析3个区域内b值、响应比及频度在不同构造模式作用下的物理意义。结果表明:①在做小区域范围地震活动性分析时,按照与同一构造模式的空间分布选取研究范围和地震震级更为合适;②研究区域地震学指标频繁的同步变化与其复杂的断裂系较为吻合;③地处区域3的南襄盆地和区域2的江汉盆地为同一时期的2个大的断陷盆地,由于盆地处于整体坳陷阶段,因此断裂在地震活动性和对盆地沉积的控制方面均明显较弱,但2个区域近年来地震活动呈增强趋势。因此,按照构造演化模式划分空间研究范围,地震活动性的物理意义更明确,且在同一区域内,地震活动性对同一断裂系上远大震应力传递作用的影响反映比较明显。

华北板块东部中生代构造变形与盆地格局

华北板块东部印支和燕山期构造演化差异、盆地分布格局变迁及其空间叠合关系是中国东部构造变化的结果。中生代期间 ,郯庐断裂带应对应依兰—舒兰断裂带 ,它们与兰考—聊城—盐山 -台安—大洼 -敦化 -密山断裂带呈共轭关系。两断裂带将华北板块东部分割为多个三角块体 ,三角块体的构造演化与陆内壳下拆沉和壳内挤出逃逸构造有关 ,并控制了华北东部燕山期高原隆升及岩石圈减薄。

华北板块东部新生代断裂构造特征与盆地成因

华北板块东部新生代的构造特征及动力学演化主要受左行郯庐断裂带和右行兰考—聊城—台安—大洼—法哈牛断裂带的控制。这两条断裂都是新生代岩石圈断裂。在兰考—聊城—台安—大洼—法哈牛断裂带以西,新生代伸展盆地为NNE走向的铲形正断层控制的箕状断陷;两断裂之间为北断南超的NWW走向的断陷盆地;郯庐断裂以东的北黄海盆地为南断北超的NWW走向的断陷盆地。这些构造特征继承了该区中生代的构造格局,但其构造性质发生了根本变化,在这两条走滑方向相反的断裂带控制下,这两条断裂带内古近纪以张扭作用下的裂陷为主,随后以伸展断陷为主,第四纪沿两断裂带局部发生挤压,而鲁西地块和渤海湾盆地区仍然为伸展正断。渤海湾盆地及邻区这些新生代复杂的断块或断裂构造格局受控于应力—应变—基底格局3个基本要素。

华北板块北缘东段二叠纪的构造属性:来自火山岩锆石U-Pb年代学与地球化学的制约

本文对华北板块北缘东段大河深组、关门咀子组火山岩进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb定年和岩石地球化学研究以便制约该区的区域构造演化。大河深组和关门咀子组火山岩中的锆石均呈自形-半自形晶,具有清晰的岩浆振荡生长环带和条痕状吸收(玄武安山岩)的特点,其Th/U比值高达0.31～1.56,表明其岩浆成因。测年结果表明,桦甸大河深组流纹岩形成于早二叠世(279±3Ma～293±2Ma),珲春和图们关门咀子组玄武安山岩和玄武岩分别形成于早二叠世(275±7Ma)和晚二叠世(250±5Ma)。大河深组火山岩SiO2含量介于64.9%～75.4%,Mg#值介于0.21～0.57,属于中钾-高钾钙碱性系列,明显富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs)、亏损高场强元素(HFSEs,如Nb、Ta、Ti)以及P元素,类似活动大陆边缘火山岩;其锆石的εHf(t)值为+0.9～+10.37,Hf同位素二阶段模式年龄值为785～1240Ma,表明它们均起源于中-新元古代新增生玄武质下地壳的部分熔融。珲春早二叠世关门咀子组属于中钾钙碱性系列;贫硅(53.4%～53.7%)和HFSEs,富铝(16.4%～16.8%)和LILEs,具有较低的稀土元素总量,以及较平坦的稀土配分型式,显示出岛弧火山岩的地球化学属性;该组火山岩的原始岩浆应起源于受俯冲板片脱水熔融交代的亏损地幔楔。图们晚二叠世关门咀子组玄武岩SiO2含量为48.7%～49.6%,Mg#值高达0.64～0.72,相对富集LREEs和LILEs,亏损HREEs和HFSEs,具有火山弧玄武岩的地球化学属性,同时其εNd(t)=+6.01,暗示其原始岩浆起源于亏损的岩石圈地幔。综上所述,我们认为早二叠世至晚二叠世期间,华北板块北缘东段(吉林中部地区)和兴凯地块西南缘均处于古亚洲洋的俯冲作用下。

下扬子区三叠纪层序地层样式对扬子板块与华北板块碰撞的响应

下扬子区三叠纪层序地层的发育特征反映出巨大的沉积环境改变和气候变迁 ,即从海相环境过渡为海陆交互环境 ,进而转变为陆相环境 ;从热带气候过渡为副热带干旱气候 ,进而转化为温暖潮湿气候。相应的层序类型也由Ⅱ型碎屑岩与碳酸盐混合层序、Ⅰ型台地碳酸盐层序、Ⅰ型碳酸盐潮坪—泻湖层序转变为Ⅱ型海陆过渡湖泊层序和陆相湖沼层序。各种类型层序的发育、分布和保存揭示了背景的构造控制作用与改变。华北板块与扬子板块碰撞是地史上的重大地质事件 ,但在碰撞时间上存在着争议。下扬子区三叠纪层序地层类型转化及其反映出的海平面变化与全球海平面变化的不一致性是扬子板块与华北板快碰撞的响应。碰撞作用开始于中三叠世 ,下扬子区大规模海退比全球性海退提前约 2 2Ma 。

华北板块北缘乌梁斯太A型花岗岩体锆石SHRIMP U-Pb定年及构造意义

内蒙古乌拉特中旗乌梁斯太岩体位于华北板块北缘中段,岩性以黑云二长花岗岩为主。它具有较高的SiO_2,(74.69%～76.16%)、Na_2O+K_2O(8.63%～9.62%)、Rb(73×10^(-6)～200×10^(-6))含量和10000×Ga/Al(3.21～3.32)、Rb/Sr(3.27～8.68)比值,较低的CaO、Ba和Sr含量,碱性指数AI=mol(K_O+Na_2O)/Al_2O_3)≥0.90,属于碱性A型花岗岩。稀土球粒陨石标准化图解上,轻稀土相对富集,Eu负异常较为明显,δEu=0.03～0.06;在原始地幔标准化蛛网图上,亏损Ba、Sr、P、Nb、Ta和Ti,富集Rb、K;这些特征类似中国东北二叠纪A型花岗岩。在判别图解上,所有样品均显示了A_2型(后碰撞)花岗岩特征。其形成可能与后碰撞板块断离作用有关。乌梁斯太岩体的形成过程可能为,俯冲板片断离导致软流圈物质上涌,发生底侵作用,底侵的玄武质岩浆的加热作用以及地壳伸展的减压效应导致中下地壳的脱水部分熔融,随后经历了分离结晶和晚期的交代作用。乌梁斯太岩体中的锆石SHRIMP U-Pb年龄为277±3Ma,表明其形成时代并非原来认为的三叠纪,而是早二叠世晚期。

华北板块和塔里木板块之关系

华北板块和塔里木板块在中国大陆岩石圈的形成和演化中占有突出地位,关于它们的界线和关系的认识,长期以来是含糊不清的。本文提出在内蒙古阿拉善北部,新近发现的恩格尔乌苏蛇绿混杂带是华北板块和塔里木板块的缝合带。蛇绿混杂带主要由源自古大洋壳的岩石碎块及活动与被动大陆边缘的沉积岩混合组成,可区分为构造包体和基质。缝合带向东北延伸到蒙古境内,向西可能与阿尔金大断裂相连。以恩格尔乌苏蛇绿混杂带为界,阿拉善南北两区分别属于华北板块和塔里木板块。根据地质证据,两大板块在晚二叠世或稍晚相拼合。

华北板块北缘古大洋闭合时间的限定--来自四子王旗西后壕子同碰撞花岗岩的证据

位于华北板块北缘四子王旗北部的西后壕子花岗岩体的CamecaIMS-1280-SIMS锆石U—Pb年龄为266Ma±2Ma。该岩体主要由二长花岗岩组成，以出现大量颗粒较大的白云母为特征，具有较高的SiO2含量（75．21％-76．69％），A／CNK值多大于1．1，CIPW标准矿物中刚玉的含量也都高于1％。在球粒陨石标准化稀土元素配分图解上，Eu具有强烈的负异常（δEu=0．03～0．11），REE呈现出明显的M型四分组效应，部分微量元素也表现出non-CHARAC的性质。在原始地幔标准化微量元素配分图上，元素Ba、Nb、sr和Ti相对亏损，Cs、Rb、Th和Pb相对富集。在构造环境判别图解中，所有样品均落入同碰撞花岗岩区域。结合区域地质背景及以上特征，西后壕子岩体应为强过铝质的高分异S型花岗岩，形成于二叠纪晚期的陆一陆碰撞环境中。270-260Ma期间，四子王旗地区发育EW向的碰撞花岗岩带，限定华北板块与南蒙古微大陆沿索伦缝合带的闭合时间为二叠纪晚期。

华北板块北缘首例大型高品位隐伏斑岩型金矿床——内蒙古毕力赫金矿

内蒙古毕力赫金矿床(II号带)是全国危机矿山接替资源勘查获得重大突破的矿床之一,由武警黄金地质研究所勘查发现(2006—2008年)。矿区位于华北板块北缘叠接俯冲带南部华北板块一侧的陆相火山岩盆地中。该矿床有如下主要特点:(1)矿体呈隐伏状态(距地表1～40m)产出于隐伏的燕山期花岗闪长斑岩体接触带内,并以内接触带为主;(2)矿体规模大(目前控制长500m,最宽处300m,最窄处约40m,最大厚度128.17m,最小厚度10.53m,平均厚度52.85m),品位高(平均4.5×10-6,最高52.76×10-6),单个矿体资源量达20t以上;(3)矿石为蚀变的花岗闪长斑岩和火山岩型,前者具有典型的单向固结结构(UST)。金属矿物以黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿等为主,但含量低(小于1%),金主要赋存于蚀变形成的团块状或细脉状石英中;(4)围岩蚀变以钾化、硅化、绢云母化、高岭土化、青磐岩化等为主,具有富金斑岩型铜矿床的分带特征;(5)成矿温度明显分为两个区间,早期石英流体包裹体均一温度大于550℃,为含矿热液沸腾结果;中晚期温度变化在108～375℃,平均值为194℃。初步研究表明,该矿床应为独立的大型高品位斑岩型金矿床,在华北板块北缘地区为首次发现,具有典型性和代表性,对于区域相似地质环境内类似矿床的寻找和勘查具有重大示范意义。

华北板块北缘活动带元古宙构造岩片

新的研究证实 ,华北板块北缘残存一条元古宙构造岩片堆集带 ,包括古元古代、中元古代、新元古代等多期构造岩片。并相伴有 180 0Ma±、140 0Ma±、10 0 0Ma±、6 5 0Ma±的花岗岩类的侵入活动和构造变质成矿等热事件的年代记录 ,并在华北板块北部金镶边带中保存了相一致的信息 ,揭示了它们是陆缘多期拼贴造山的产物。这为超大陆旋回 ,特别是元古宙两次超大陆的聚合与裂解及其构造演化过程的研究提供了良好的野外实验园地 ,并为元古宙、特别是古元古代大陆的增生及Rodinia超大陆在北半球的存在或构造响应提出新的课题。

华北板块北缘中段新太古代的陆-陆碰撞事件:来自合教S型花岗岩的证据

通过对内蒙古达茂旗合教地区具有明显构造意义的新太古代S型花岗岩的主量元素、微量元素及SHRIMP锆石U-Pb年代学的研究,为揭示华北板块北缘新太古代末的构造环境提供了进一步的证据。合教花岗岩的主量元素特征表明它是高分异的强过铝S型花岗岩;其里特曼指数σ为0.54～0.57,属于低钾钙碱性岩石。稀土元素总量为243.8～427.1μg/g。球粒陨石标准化分配模式显示LREE相对富集,HREE相对亏损;(La/Yb)N为14.88～18.18,Eu具有较大的负异常(Eu*/Eu=0.31～0.65);模式图总体呈一右倾的海鸥型。微量元素显示Nb,Ta,Zr,Hf,Ti等高场强元素相对亏损。合教花岗岩的微量元素组成表明其来源于正常厚度的大陆地壳,形成于低压高温的后碰撞环境,相当于澳大利亚拉克伦造山带的S型花岗岩。合教花岗岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄为2556±8Ma,属于新太古代晚期。合教强过铝S型花岗岩反映在新太古代晚期华北板块北缘中段可能发生了一次陆-陆碰撞事件,也表明固阳地区同时期的赞岐岩可能形成于后碰撞环境而非板片消减带。

华北板块北缘东段石炭纪早期的岩浆事件及其构造意义——锆石U-Pb年龄与岩石组合证据

下二台群盘岭组由钠长角闪片岩(原岩为玄武安山岩)、变质流纹岩、云母石英片岩和少量变质粉砂岩组成。钠长角闪片岩和变质流纹岩样品中的锆石均呈自形—半自形晶,发育岩浆振荡生长环带,具有高的Th/U比值(0.77-1.79),显示出岩浆成因的特征。盘岭组钠长角闪片岩中锆石15个测点的206Pb/238U年龄介于337Ma±11Ma～346Ma±13Ma之间,其加权平均年龄为342Ma±6Ma(MSWD=0.053,n=15),盘岭组变质流纹岩16个测点的206Pb/238U年龄介于341Ma±12Ma～351Ma±14Ma之间,206Pb/238U加权平均年龄为347Ma±5Ma(MSWD=0.116,n=16),它们均形成于石炭纪早期,表明下二台群形成于晚古生代而非前人认为的早古生代。研究区石炭纪早期火山岩的岩石组合为玄武质岩石和流纹岩,显示典型的双峰式火山岩组合特征,代表了一种伸展环境。结合区域地质资料,认为石炭纪早期华北板块北缘东段可能处于被动大陆边缘环境。

华北板块北缘西段裂谷系金矿床成矿特征及成因探讨

白云鄂博群和渣尔泰山群是华北板块北缘中新元古代裂陷谷沉积的陆缘碎屑岩、泥页岩、碳酸盐岩及少量火山岩建造,赋存的典型金矿床有白云鄂博北部金矿床、朱拉扎嘎、浩尧尔忽洞等成型金矿床。从区域成矿角度看,由西向东构成了一个巨大的Au-Cu-Pb-Zn-S(Fe)-Mn-Au-REE-Nb-Fe热水沉积成矿系统。地质特征表明金矿床均具有明显的层控型特点;元素地球化学特征显示金的来源主要与中元古代火山活动及沉积地层有关;同位素年龄暗示一期重要成矿时代与华力西晚期的岩浆-构造事件相耦合。认为金矿床成因可概括为热水喷流沉积-热液叠加改造复合型。显示具有较大的找矿潜力。

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。

浅析华北板块中元古代—古生代构造格局及其演化

通过对区域地层层序特征、沉积 生物 构造古地理的综合分析 ,提出华北板块经历了中、新元古代边缘裂陷阶段和古生代全域性差异升降阶段两大构造演化阶段。其中 ,前者可进一步划分为中元古代强裂陷亚阶段及新元古代弱裂陷亚阶段 ;后者可进一步划分为早古生代弱差异升降亚阶段和晚古生代强差异升降亚阶段。其间发生了 3次划时代的构造运动 ,即芹峪运动、蓟县运动和秦皇岛运动 ,这些运动均影响板块全域 ,成为划分板块构造演化阶段的标志。每次构造转换后均出现特征鲜明、近乎覆盖全域的同期、近同期的沉积标志层。分析表明 ,华北板块在中元古代至古生代长达 15 0 0Ma间 ,似乎从未经历过大规模的水平挤压运动 ,即没有与毗邻大板块有过大规模的碰撞与对接 ,而是长期独自发展 ,漂移、徘徊于赤道两侧低纬度区或在中低纬度区。

华北板块晚古生代古气候变化对聚煤作用的控制

在研究了华北板块晚古生代煤炭资源的地质地理分布基础上,对生态域和其他具古气候含义的地质记录的综合分析表明,该板块的煤为无季节性分化的热带雨林气候条件下的产物。由于二叠纪的全球性升温事件和热带—亚热带干旱带向低纬度扩张以及华北板块的向北漂移,使得晚石炭世—亚丁斯克期早期广泛存在的聚煤作用,在亚丁斯克期晚期—卡赞期收缩至该板块的东南一隅。