北秦岭地体东段早白垩世大规模的新生地壳再造:黄花墁岩体地球化学组成和岩石成因

秦岭造山带东段记录了晚侏罗世和早白垩世两期花岗质岩浆作用,作为深部地壳物质组成和结构的岩石探针,二者的岩石地球化学特征具有明显的差异,反映了复杂的岩浆源区物质组成。文章报道出露于北秦岭地体东部黄花墁岩体的元素和Sr-Nd-Pb同位素地球化学组成和锆石U-Pb年龄数据:锆石U-Pb年龄分析显示,主体岩石黑云母二长花岗岩形成于约119~117 Ma之间,岩浆作用规模大、延续时限短。研究区的花岗岩属于弱过铝质高钾钙碱性系列;富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素和重稀土元素,显著的Eu负异常;具有较高的放射性成因铅同位素组成和相对亏损的Nd同位素组成,初始εNd值为-5.7~-4.1,显著区别于北秦岭地体晚侏罗世花岗岩和华北陆块南缘晚中生代花岗岩。这一相对亏损的同位素组成特征相似于同期形成的东段老君山岩体和西段太白岩体,暗示北秦岭地体早白垩世期间经历大规模的新生地壳再造作用。新生地壳物质可能来自北秦岭地体基性地壳岩石或俯冲至其下的扬子陆块/南秦岭地体新元古代地壳岩石。这些早白垩世岩体与北秦岭地体晚侏罗世蟒岭岩体和牧护关岩体存在明显的Nd同位素组成差异,表明下覆的深部地壳物质组成的复杂性造成花岗岩组成的多样性。

华北克拉通～2.5Ga地壳再造事件:来自中条山TTG质片麻岩的证据

华北克拉通中部中条山区涑水杂岩是华北克拉通新太古代TTG质片麻岩地体之一。为了探讨华北克拉通新太古代构造-岩浆事件的性质及早前寒武纪地壳的形成和演化,选择涑水杂岩中TTG质岩石进行研究。研究表明这套TTG质岩石富Na、高Al、Sr,低Y、Cr、Ni含量。稀土元素配分曲线右倾,富Rb、Ba等大离子亲石元素,强烈亏损Nb、Ta等高场强元素。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,这套TTG质片麻岩形成于2553～2561Ma,属新太古代晚期产物。锆石Lu-Hf同位素分析结果显示εHf(t)为正值,两阶段模式年龄集中在2.7～2.8Ga。结合涑水杂岩中TTG质片麻岩的岩石地球化学特征,认为这套TTG片麻岩可能主要来自2.7～2.8Ga的下地壳镁铁质岩石在新太古代晚期的部分熔融,可能有少量的地幔物质加入。考虑同期发育大量花岗质岩石的事实,说明新太古代晚期在华北克拉通中部并不存在大规模的俯冲作用,华北克拉通在新太古代晚期已经基本成型。结合前人研究成果和本文锆石Lu-Hf同位素分析结果,提出中条山区～2.5Ga岩浆事件代表一期重要的陆壳再造事件。

冀西北地区晚太古代大陆地壳的增生和再造——同位素年代学证据

冀西北地区出露的太古宙变质岩系是华北地台北缘麻粒岩相带的重要组成部分。详细的同位素地质年代学研究表明，本区古老的地壳形成于２９００Ｍａ左右，为玄武质成分。古老地壳的熔融再造作用主要有两期，一期发生在２７８０～２７６１Ｍａ期间，产生了研究区西部广泛分布的英云闪长质片麻岩，另一期发生在２５６１～２５０３Ｍａ期间，形成在宣化－赤城一带广泛分布的花岗闪长质片麻岩。此后，在２５００～２４００Ｍａ期间发生了区域麻粒岩相变质改造，使部分岩石的同位素体系重新设置。

冈底斯岩浆弧东段晚白垩世花岗岩的变质作用:新生地壳生长与再造

青藏高原南部的冈底斯岩浆弧形成于中生代新特提斯大洋岩石圈俯冲过程中。在冈底斯岩浆弧东段出露的中-高级变质岩代表岩浆弧的中-下地壳组成,是探索大陆地壳形成与演化的窗口。作为这些中-高级变质岩原岩主要组成部分的里龙岩基由晚白垩世辉长岩、闪长岩和花岗岩组成。本文对由里龙岩基上部花岗岩变质形成的片麻岩进行了岩石学与年代学研究,探讨其原岩时代、成因、变质作用条件、时间及构造意义。所研究的片麻岩由斜长石、钾长石、石英、黑云母、绿帘石和白云母组成,含或不含角闪石,SiO;含量为61.94%~74.39%,铝饱和指数(A/CNK)为0.89~1.03,属于高钾钙碱性、准铝质到弱过铝质岩石。这些岩石具有轻稀土元素富集和重稀土元素亏损的配分模式,并表现为富集大离子亲石元素和相对亏损高场强元素的特征。片麻岩中的锆石由继承的岩浆核和变质边组成,岩浆核获得了92~86 Ma的结晶年龄,变质边获得了81~72 Ma的变质年龄,锆石岩浆核具正的ε;(t)值(+10.2~+12.1)。这些片麻岩的变质条件为740~750℃和0.5~0.6 GPa。本文和现有研究表明,里龙岩基是形成在晚白垩世新特提斯洋俯冲过程中具有亏损地幔地球化学特征的弧岩浆岩,经历了强烈的结晶分异作用,所研究的花岗岩是残余岩浆结晶产物。笔者认为,晚白垩世早期新特提斯洋中脊俯冲过程中巨量幔源岩浆的增生导致了冈底斯弧发生了显著的新生地壳生长;在晚白垩世晚期残余新特提斯洋岩石圈平缓俯冲过程中的弧地壳强烈缩短加厚使里龙岩基被运移到中下地壳,并发生了中-高级变质和部分熔融。冈底斯岩浆弧新生地壳在大洋岩石圈俯冲晚期经历了明显再造。

夹皮沟片麻杂岩对吉林南部地区太古宙地壳演化的制约——来自岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学方面的证据

吉林南部地区是华北克拉通北缘重要的太古宇出露区。为探讨华北克拉通新太古代构造-岩浆热事件的性质及早前寒武地壳的形成与演化,选择吉林南部夹皮沟TTG片麻杂岩进行研究。研究表明这套岩石高Al(Al2O3=14.97%~16.28%),富Na(Na2O=3.73%~4.54%)、低Mg(MgO=1.96%~2.56%)且平均镁指数为43;富集LREE,亏损HREE,Eu异常并不明显;富集Sr(358×10^(-6)~1114×10^(-6))、Ba(613×10^(-6)~1200×10^(-6))等大离子亲石元素,亏损Nb(6.39×10^(-6)~11.2×10^(-6))、Ta(0.384×10^(-6)~0.679×10^(-6))等高场强元素;Yb(1.17×10^(-6)~1.89×10^(-6))和Y(9.93×10^(-6)~19.3×10^(-6))含量也很低,Sr/Y比值很高(36.0~57.7),以上地球化学特征表明其残留相主要为石榴子石、角闪石和含Ti矿物,没有斜长石,属于高压型TTG岩类。LA-ICPMS锆石U-Pb结果表明其形成于~2509Ma,属于新太古代晚期的产物。结合以往TTG片麻岩类的地球化学研究及Nd模式年龄,这期岩浆事件可能代表古老地壳(~2.8Ga)的重熔。岩相学和锆石形态学研究表明研究区经历了多期变质作用,其中~2509Ma的高级变质事件与岩浆事件几乎同时,可能与地幔柱环境下的岩浆底侵作用有关。

大别山碰撞造山带俯冲盘陆壳基底组成:白垩纪脉岩捕获/继承锆石的证据

蕴藏在年轻造山带中的古老陆壳基底是揭示陆块早期构造事件和演化的良好载体。碰撞造山带中俯冲盘大陆基底一般位于多层次地壳结构的下部而难以在地表广泛出露,而浅表火成岩中的捕获/继承锆石可以用来示踪大陆地壳深部古老物质的组成和演化。本文报道了在大别山南缘8件中生代脉岩(140~127 Ma)中新发现捕获/继承锆石的U-Pb年龄和Hf同位素组成特征,用以探讨鲜有关注的大别山碰撞造山带俯冲盘陆壳基底的组成和演化等关键问题。捕获/继承锆石U-Pb年龄显示出显著的前寒武纪峰值年龄,记录了丰富的3.44~3.23 Ga、2.99~2.82 Ga、2.79~2.60 Ga、2.47 Ga、2.00 Ga、1.82 Ga、0.89 Ga、0.82~0.78 Ga和0.71~0.59 Ga等多阶段岩浆事件,以及3.28 Ga、2.87 Ga、2.73 Ga、2.51 Ga、1.98 Ga和0.80 Ga等六期变质事件。捕获/继承锆石的Hf同位素显示大别山南缘在太古宙发生过显著的陆壳生长,主要集中在古太古代(3.6~3.3 Ga)和新太古代(2.7~2.6 Ga),并经历了多期次的陆壳再造(3.4~3.2 Ga、3.0~2.8 Ga、2.7~2.5 Ga、2.0~1.8 Ga、0.9~0.6 Ga和0.1 Ga)。综合分析认为大别山南缘应代表了未卷入深俯冲的俯冲盘早前寒武纪陆壳基底,并至少经历了古元古代、新元古代等多期次岩浆构造热事件的叠加改造,其形成分别与Columbia超大陆和Rodinia超大陆的聚合与裂解有关。

从超大陆旋回看前寒武纪伟晶岩型锂矿的形成

金属矿床的形成与地球内动力过程密切相关,在某种程度上是全球构造特别是大陆演化的结果。因此,深入理解全球超大陆旋回与金属矿床之间的联系,既可以加强对区域成矿规律的把握,又可以提升对大陆演化过程的认识。在“碳中和”和“碳达峰”背景下,作为“能源金属”重要矿产,锂矿在近几年备受关注。该文总结了全球前寒武纪伟晶岩型锂矿的地质特征及其与前寒武纪超大陆旋回之间的联系,指出前寒武纪伟晶岩型锂矿主要形成于2.6 Ga、1.8 Ga和1.0~0.9 Ga 3个时段,与造山作用有关,与S型花岗岩具有密切联系,且与古老地壳物质的再造有关;超大陆聚合的陆-陆碰撞造山过程引起的地壳物质循环、活化和再富集是形成伟晶岩型锂矿的先决条件。

造山带内微陆块地壳的增生与再造过程:以额尔古纳地块为例

系统总结并分析了近年来获得的额尔古纳地块中生代花岗岩的年代学、地球化学和Hf同位素数据,以便从Hf同位素时空变异角度揭示额尔古纳地块陆壳增生及再造过程,为造山带地壳演化提供证据.基于花岗岩锆石U-Pb定年结果,额尔古纳地块中生代花岗质岩浆作用至少可划分五个阶段:早-中三叠世(249~237Ma)、晚三叠世(229~201Ma)、早-中侏罗世(199~171Ma)、晚侏罗世(155~149Ma)和早白垩世(145~125Ma).其中,前三个侵入阶段的花岗岩主要为I型花岗岩,而后两个阶段为A型花岗岩,反映中生代蒙古-鄂霍茨克大洋板块俯冲-碰撞-伸展过程导致额尔古纳地块陆壳由加厚向减薄变化的特征.中生代花岗岩中锆石Hf同位素分析结果表明,额尔古纳地块陆壳增生主要发生于中元古代及新元古代,并且这些中生代花岗岩具有随时代变新εHf(t)值逐渐升高、二阶段模式年龄(TDM2)逐渐下降的变化趋势,揭示额尔古纳地块中生代不同期次花岗质岩浆的产生经历了从古老陆壳物质熔融至新增生陆壳物质熔融的变化过程.此外,锆石Hf同位素组成在空间上还具有随纬度增加εHf(t)值逐渐下降、二阶段模式年龄(TDM2)逐渐升高的变化特征,显示出研究区深部陆壳物质组成中古老陆壳成分由南向北增多的趋势.而在同一纬度范围内,锆石Hf同位素组成也存在差异.这些结果表明额尔古纳地块深部陆壳在横向和垂向上均存在明显的不均一性.综合上述特征,本文提出了额尔古纳地块下部陆壳的结构模型.

冈底斯岩浆弧东段沉积岩的早新生代变质作用及构造意义

青藏高原南部冈底斯岩浆弧形成于中生代以来新特提斯洋俯冲和新生代印度与欧亚大陆碰撞过程中。岩浆弧东部出露的中-新生代变质岩是研究大陆地壳组成、生长和再造的理想窗口。本文选择早新生代的变质沉积岩--石榴子石矽线石云母片岩和石榴子石黑云母片麻岩进行了岩石学和锆石U-Pb年代学研究。研究结果表明,石榴子石矽线石云母片岩由石榴子石、黑云母、白云母、斜长石、钾长石、矽线石、石英和金红石组成,峰期变质条件为730~750℃和0.78~0.81GPa。片岩和片麻岩中的锆石由继承的碎屑核和变质边组成,变质边给出的206Pb/238 U年龄为51~72Ma,继承碎屑核给出的206 Pb/238 U(或207 Pb/206 Pb)年龄在314~3286 Ma之间,并具有340Ma、550Ma、1100~1200Ma、1500~1600Ma和1800Ma年龄峰值,表明这些变质岩的原岩可能形成于晚石炭世。本文研究表明,冈底斯弧东段的古生代沉积岩在早新生代的碰撞造山过程中被埋藏到约25km深的中-下地壳,经历了角闪岩相变质作用和部分熔融,由此导致了岩浆弧中-下地壳组成和同碰撞岩浆岩化学成分的变化。

太古宙地质与板块构造:观察与解释

建立于20世纪60年代的板块构造理论,在一开始就能够成功解释显生宙时期发生的许多地质现象、过程和事件,但是在解释大陆内部和前寒武纪时期地质记录时受到了不同程度的挑战.就板块构造与大陆地质之间的关系来说,由于将陆内构造与陆缘构造之间在结构和成分上的继承和发展关系割裂开来,结果导致传统板块构造模型不适用于前寒武纪地质,特别是不能解释太古宙克拉通基本地质特征的假象.然而,这些假象并不意味着,太古宙大陆地壳不是起源于板块构造体制,而是起源于所谓的前板块构造体制.目前所提出的前板块构造过程都是在停滞层盖构造体制下的垂向运动,不仅包括像重力凹沉、地幔柱和热管构造这样的内生过程,而且包括像流星撞击这样的外生过程.这些垂向过程不仅在太古宙引起了活动层盖构造的起始,而且在显生宙时期依然活跃,都是不同深度条件下地幔极向对流的结果,并非某一时期所特有.一旦将20世纪传统的板块构造运动学理论升级为21世纪整合的板块构造运动学-动力学理论,系统深入地检查物质和能量在板块边缘的垂向传输,即可发现板块构造能够解释太古宙克拉通地壳的岩石组合、构造样式和变质演化等常见特征.通过认识和理解汇聚板块边缘的结构和组成及其动力学,可以将太古宙以来的活动层盖构造划分为前寒武纪时期的古老板块构造和显生宙时期的现代板块构造.应用21世纪板块构造理论,结合太古宙对流地幔温度比显生宙高200~300℃、新生玄武质洋壳厚度可达30~40km和软流圈成分类似于原始地幔而不是亏损地幔等特殊性,可以成功解释太古宙克拉通的主要地质现象,从而为深入理解早期地球演化和花岗质陆壳起源提供新的视角和线索.具体来说,太古宙时期的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩套可以是汇聚板块边缘加厚玄武质洋壳部分熔融产物,片麻岩穹窿-绿岩带龙骨构造样式可以是TTG岩浆在浮力驱动下底辟侵位并与汇聚边缘玄武质地壳相互作用的结果,绿岩带内高温科马提岩可以是古老板块构造体制下地幔柱作用产物,高级变质岩大规模面状分布而不是带状分布可以是片麻岩穹窿与绿岩带分离所致,缺乏钙碱性安山岩的双峰式火山岩组合指示大洋俯冲带缺乏花岗质陆壳风化剥蚀来源的沉积物增生楔,缺失彭罗斯型蛇绿岩指示微板块俯冲起始后只有火山岩洋壳被刮削下来形成玄武岩增生楔,缺失蓝片岩和榴辉岩以及经典的双变质带指示汇聚板块边缘在中等地温梯度下发生玄武质洋壳硬碰撞加厚或者发生暖俯冲叠置.因此,只有正确认识和理解太古宙板块构造的性质,才能对那些基本地质特征给予合理的解释.

冈底斯岩浆弧东段沉积岩的晚白垩世变质作用及其构造意义

位于青藏高原南部的冈底斯岩浆弧形成于中生代新特提斯洋俯冲过程中,并在印度与欧亚大陆碰撞过程中叠加了新生代岩浆作用和变质作用。冈底斯岩浆弧东段出露的中、新生代变质岩是研究其深部组成与形成演化的理想窗口。本文对冈底斯东段米林田兴村地区的变沉积岩,即石榴夕线黑云片岩、含石榴钙硅酸盐岩、黑云斜长片麻岩和大理岩进行了岩石学和锆石U-Pb年代学研究。研究结果表明,石榴夕线黑云片岩由夕线石、黑云母、石榴石、斜长石、钾长石、石英和钛铁矿组成,经历了中压麻粒岩相变质作用,变质条件为810~820℃和6.4~7.8kbar。锆石年代学研究表明,石榴夕线黑云片岩、含石榴钙硅酸盐岩和大理岩经历了87~83Ma的变质作用。本文和现有研究表明,冈底斯弧东段林芝和米林地区的高压麻粒岩相变质岩分布区代表该岩浆弧的下地壳,而包括本文研究点在内的中压麻粒岩相到角闪岩相变质岩分布区为其中地壳组成部分。本文认为晚白垩世大体积幔源岩浆的注入和随后的新特提斯大洋岩石圈平俯冲,导致了冈底斯岩浆弧地壳的生长、加厚和底冲,使上地壳的沉积岩和岩浆岩运移到中-下地壳,并经历了高温变质与部分熔融,形成了分布在上地壳的花岗岩。这表明岩浆弧的新生地壳在晚白垩世新特提斯洋俯冲过程中发生了再造。以长英质岩石为主的表壳岩进入深地壳很可能是岩浆弧中-下地壳由基性转变成中性成分的重要方式。

阿拉善地块早前寒武纪大陆地壳的形成与演化

通过对已有锆石U-Pb和Hf同位素数据进行综合分析,探讨了阿拉善地块早前寒武纪大陆地壳生长与再造的规律。数据表明,阿拉善地块内目前发现最古老锆石年龄约为3.6 Ga。3.0-3.6 Ga的碎屑锆石以及Hf模式年龄指示阿拉善地块存在中—古太古代地壳残片,其地壳生长可追溯至古太古代早期。与华北克拉通其他地区相似,阿拉善地块于新太古代2.7-2.9 Ga和2.5-2.6 Ga发育2次较为明显的地壳生长事件,前者在规模上可能大于后者。约2.5 Ga TTG构造—岩浆热事件作为华北克拉通化的标志事件,在阿拉善地块也同样存在,该期岩浆活动主体表现为对2.7-2.9 Ga新生地壳重熔再造,并可能存在更为古老地壳物质的混合,少部分为2.5-2.6 Ga新生地壳的即时再造。至古元古代时期,阿拉善地块发育2.30-2.35 Ga,2.15-2.17 Ga,2.00-2.10 Ga,1.95-1.98 Ga和1.90 Ga 5个阶段（幕式）构造—岩浆热事件,其物质来源以2.7-2.9Ga和2.5-2.6 Ga古老地壳再造为特征,也存在一些更为年轻的（约2.1 Ga）新生地壳物质。阿拉善地块在古元古代时期即存在太古宙地壳再造,也存在初生地壳生长。

大别山南缘翁门杂岩中太古代‒古元古代岩浆构造热事件的识别及其地质意义

翁门杂岩是在最近的专题地质填图工作中新识别的一套早前寒武纪变质基底,为深入研究扬子陆块北缘大别山早期陆壳形成与演化提供了新的窗口.选择翁门杂岩中代表性花岗质岩类开展了锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和Hf同位素研究.结果表明,2件英云闪长质片麻岩分别形成于2914±24.5 Ma和2874±6.6 Ma,2件二长花岗质片麻岩的形成年龄分别为2669±10.7 Ma和2644±7.1 Ma,1件糜棱岩化二长花岗岩形成于2454±6.5 Ma,证实了大别山南缘存在太古宙‒古元古代早期陆壳基底.同时定年结果显示,2件眼球状花岗质片麻岩的形成时代分别为2011±6.3 Ma和2010±5.4 Ma,部分太古宙岩石中亦记录了古元古代~2.0 Ga变质锆石年龄,表明翁门杂岩曾卷入了古元古代造山事件.现有资料表明新发现的翁门杂岩与扬子陆核太古宙‒古元古代早期构造岩浆热事件和地壳增生时间具有可对比性,但大别山周缘以广泛发育与全球主要陆块一致的~2.5 Ga构造热事件而显示出独特性,可能是古老陆块最终成熟稳定化的记录,标志着组成扬子陆块北缘的各基底在该期可能共处于Sclavia超级克拉通的不同部位,而翁门杂岩所在的大别山周缘可能更靠近该超级克拉通的边缘.

兴蒙造山带的基底属性与构造演化过程

为了解兴蒙造山带基底属性和多个构造体系演化与叠加历史,系统总结了近年来在基础地质研究中取得的新成果,并利用这些成果讨论了兴蒙造山带的基底属性与演化历史.兴蒙造山带是指我国东北地区古生代构造作用影响的地区,这些地区也遭受了中生代构造作用的叠加与改造.兴蒙造山带主要由微陆块和其间的造山带组成.虽然传统上认为属于前寒武纪结晶基底的地质体主要已解体为古生代和早中生代,但随着新太古代和古元古代地质体的相继发现,以及新生代玄武岩中幔源古元古代橄榄岩包体的发现,可以判定兴蒙造山带内微陆块应具有古老的前寒武纪基底,并且壳幔是耦合的.微陆块内部地壳增生以垂向增生为主,且主要发生在新元古代和中元古代,以及次要的新太古代和古生代.相反,陆块间造山带或岛弧地体的陆壳则以侧向增生为主,且主要发生在新元古代和古生代.额尔古纳地块与兴安地块的拼合发生在早古生代早期;兴安地块与松嫩地块的拼合发生在早石炭世晚期;松嫩地块与佳木斯地块的拼合发生在早古生代晚期,中生代早期又经历了裂解与再闭合的构造演化过程;华北克拉通北缘增生杂岩带与北方微陆块群的最终拼合发生在晚二叠世-中三叠世,古亚洲洋的最终闭合发生在中三叠世,且为剪刀式闭合.晚古生代晚期蒙古-鄂霍茨克大洋板块南向俯冲作用的发生以及早中生代(三叠纪-早侏罗世)的持续南向俯冲,控制了大兴安岭-冀北-辽西地区的岩浆活动,蒙古-鄂霍茨克大洋的闭合发生在中侏罗世,晚侏罗世-早白垩世主要表现为闭合后的伸展环境.古太平洋板块中生代的俯冲起始时间为早侏罗世,晚侏罗世-早白垩世早期东北亚陆缘主要表现为走滑的构造属性和陆缘地体从低纬度到高纬度的构造就位过程,早白垩世晚期-古近纪岩浆作用的向东收缩揭示了古太平洋板块的持续俯冲和俯冲板片的后撤过程,古近纪晚期日本海的打开标志着东北亚陆缘从活动陆缘已经转变为沟-弧-盆体系,并且标志着东亚大地幔楔的形成.