燕辽裂陷槽基底陆壳生长事件——来自长城系碎屑锆石U-Pb年龄和Lu—Hf同位素的启示

华北克拉通大陆地壳生长已有大量研究,但对于被巨厚沉积盖层覆盖的燕辽裂陷槽基底地壳生长的问题前人讨论较少。笔者等以燕辽裂陷槽基底之上的长城系沉积岩为研究对象,统计了燕辽裂陷槽内长城系地层中碎屑锆石年龄频谱和Lu—Hf同位素数据,探讨长城系地层沉积年龄、碎屑锆石沉积源区和地壳生长事件等科学问题。同位素年龄将燕辽裂陷槽长城系沉积年龄约束为1680 Ma,代表着燕辽裂陷槽的开启时间。燕辽裂陷槽长城系碎屑锆石年龄频谱主要显示为2.7~2.5 Ga和2.2~1.9 Ga两个阶段,Hf同位素ε_(Hf)(t)表现为高的正值区间0.1~34.6。通过对比长城系碎屑锆石与华北克拉通结晶基底的U-Pb定年、Lu—Hf同位素ε_(Hf)(t)和T_(DM2)模式年龄数据,推测燕辽裂陷槽长城系沉积物源为燕辽裂陷槽下伏基底。结合碎屑锆石U-Pb定年、ε_(Hf)(t)值和T_(DM2)模式年龄数据,我们认为燕辽裂陷槽下伏基底中元古代前地壳生长有3个峰值,分别为2.7~2.5 Ga,2.2~1.9 Ga和1.7~1.6 Ga。

华北克拉通北缘Columbia超大陆裂解事件:来自燕辽裂陷槽中部长城系碱性火山岩的地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素证据

本文报导了华北克拉通北缘燕辽裂陷槽中部长城系大红峪组、团山子组碱性玄武质岩和侵入串岭沟组基性岩脉的岩石学、地球化学以及锆石SHRIMP U-Pb年龄和Hf同位素特征。结合区域地质资料与前人研究成果,对这些碱性玄武岩与基性岩脉的时代问题、岩浆岩起源和源区类型以及岩浆作用的动力学背景进行了讨论。研究表明大红峪组碱性玄武岩和串岭沟组基性岩脉分别形成于1624±9Ma和1620±9Ma,二者在误差范围内一致;这些基性岩浆岩普遍具有高的Zr含量（94×10-6～196×10-6）、富集轻稀土（（La/Yb）N=10.63～21.97）及大离子亲石元素,大多数样品无明显的Eu异常,微量元素组成与OIB相似。锆石Hf同位素显示弱亏损特征,εHf（t）值为-0.6～3.8。燕辽裂陷槽中部长城系碱性岩的原始岩浆可能起源于同一软流圈地幔源区的低程度部分熔融（2%～3%）,且有岩石圈地幔物质加入。岩浆受地壳混染的程度低,经历了强烈的结晶分异作用。研究进一步表明,燕辽裂陷槽中部长城系碱性岩从1635Ma（团山子组）开始喷发,1625Ma达到峰期,大红峪组地层沉积时间晚于1635Ma。联系该阶段全球各大陆情况,华北地区该期的碱性岩岩浆事件应与哥伦比亚超大陆裂解有关。

燕辽裂陷槽中元古界不整合面的性质

燕辽裂陷槽中元古代沉积层序中出现多个沉积间断和不整合面。本次研究对其中的5个不整合面进行野外考察,分析其地质特征并进行地层对比,最后判断其性质。大红峪组底部、高于庄组底部和杨庄组底部的不整合面是沉积属性,其中大红峪组底部不整合面是海侵超覆沉积的结果,高于庄组底部和杨庄组底部的不整合面由海平面升降变化所引起;铁岭组顶部和下马岭组顶部不整合面是构造属性,系大规模的抬升运动所造成。

燕辽裂陷槽中元古代古地震与古地理

位于中朝板块北部的燕辽裂陷槽是中元古代板内裂解的产物。中元古代的伸展裂解构造诱发强地震。中元古代长城系(1 800—1 400 Ma)的串岭沟组、高于庄组及蓟县系的雾迷山组(1 200 Ma)中保留有丰富的地震灾变事件记录:各种软沉积物液化变形,如液化砂岩脉;碳酸盐岩中的泥亮晶脉、灰岩墙、液化角砾岩、水塑性变形、各种卷曲构造、环形层、层内粒序断层以及碳酸盐岩成岩初期的脆性变形。这些地震成因的变形构造与同沉积断裂相伴生。依据地震记录,中朝板块北部地区中元古代经历两次板内裂解,即1 800—1 400 Ma之间与1 200 Ma,1 200 Ma的裂解导致燕辽裂陷槽的最终形成。燕辽裂陷槽中元古代的古地理格局与两次板内裂解相联系,古海盆的范围、盆地的边界、岩相带均受同时期断裂—地震控制。燕辽裂陷槽的古地理环境是一个深部物质活跃、断裂火山活动剧烈和地震频繁的构造带。

华北克拉通北缘燕辽裂陷槽中-新元古代地层年代学研究进展

作为国内中-新元古界的标准剖面,燕辽裂陷槽蓟县剖面的地层年代学研究历史悠久,一直是备受关注的基础地质问题。蓟县剖面第一个准确可靠的同位素年龄来自于陆松年和李惠民(1991)获得的大红峪组火山岩锆石U-Pb年龄(1625±6 Ma,TIMS),之后很长一段时间,地层年代研究并未获得真正意义上的突破。直到2007年,随着可作为关键测年对象的碎屑岩-碳酸盐岩地层中凝灰岩(斑脱岩)夹层被逐渐识别出来,才开始迎来燕辽裂陷槽中-新元古代地层年代及相关古生物、古环境、古地理研究的新热潮,主要进展包括:(1)常州沟组作为长城群的第一个组,其底界年龄~1650 Ma,比以往认识的1800 Ma要年轻150 Ma;(2)精确标定蓟县群(自下而上包括高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组和铁岭组)的时限1600~1400 Ma,与国际地层表的盖层系相对应;(3)下马岭组时限为1400~1320 Ma,而不是原来划归的新元古代青白口纪早期(1000~900 Ma)。与此同时,仍存在几个亟待解决的重要问题:(1)中元古代早期“长城系”(1800~1600 Ma)年代地层序列的厘定及其标准剖面的建立,包括“长城系”、“长城群”术语的取舍问题,因为存在年代地层术语“长城系”和岩石地层术语“长城群”重名的问题;(2)中元古代中晚期(1400~1000 Ma)“待建系”地层的确定,其纪级年代地层单位的建立和标准剖面的建立;(3)青白口系地层的厘定和标准剖面的建立,迄今为止华北克拉通仍未获得可靠的同位素年龄约束青白口纪(1000~800 Ma)地层。

新太古代花岗片麻岩中麻粒岩包体磷灰石U-Pb定年对燕辽裂陷槽中元古代长城群底界年龄的制约

近年来,燕辽裂陷槽中-新元古界年代学研究进展突出,最重要的进展之一是长城群底界年龄的确定,目前基本可以比较准确地将其定为1650 Ma。本文报道了支持此认识的新证据——下伏于长城群常州沟组之下的新太古代片麻岩中的麻粒岩包体的磷灰石U-Pb年龄。通过高精度ID-TIMS定年方法,对天津蓟县下营镇常州村附近长城群常州沟组不整合覆盖的新太古代遵化杂岩中的麻粒岩中磷灰石进行了U-Pb定年,获得了制约“长城群”底界的年龄:207Pb/206Pb表面年龄加权平均值为1666±16 Ma(MSWD=1.8,n=11),不一致线上交点年龄1667±23 Ma(MSWD=1.7,n=11),二者在误差范围内完全一致。该测年成果再一次有力制约了燕辽裂陷槽长城群的底界年龄为1650 Ma。

中朝板块中、新元古界年代地层柱与构造环境新思考

中国北方燕辽裂陷槽位于中朝板块北部,是巨厚中、新元古界的沉积区。中、新元古界包括长城系(1800～1600Ma)、蓟县系(1400～1000Ma)和青白口系(1000～800Ma)。上述划分是中国地质学家长期研究的共识,由全国地层委员会发布,中国地质调查局在全国地质调查填图中施行[1]。青白口系自下而上包括下马岭组、龙山组、景儿峪组,由于在下马岭组的斑脱岩中获得了锆石SHRIMPU-Pb年龄1368Ma±12Ma,从而对1000Ma作为青白口系底界的年龄乃至中国中、新元古界地质年表提出了挑战。中国地质学家必须面对新的下马岭组年龄值,拼弃传统思维,重新排定北方中、新元古界年代地层柱中各系、组的界线年龄。本文建议:长城系为1800～1600Ma;蓟县系为1600～1400Ma;新建西山系为1400～1200Ma;1200～1000Ma是一个待命名的系;新的青白口系为1000～800Ma,包括龙山组及景儿峪组。由于下马岭组中的斑脱岩反映了岛弧构造环境,从而可重塑中朝板块北部下马岭组及整个中元古界(指1800～1200Ma)为沟-弧-盆板块体系的弧后扩张盆地,即传统概念中的燕辽裂陷槽是弧后扩张的产物。沟-弧-盆板块体系可以系统地解释燕辽裂陷槽的动力学成因、各种地震灾变事件、火山活动、层控矿床等形成的地质背景。

北京昌平地区基底片麻岩和中-新元古代盖层锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究及其地质意义

本文通过对北京昌平地区燕辽裂陷槽内出露的基底密云群片麻岩及其上覆沉积盖层底部长城系常州沟组和顶部青白口系长龙山组砂岩的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄和Hf同位素组成的研究,对华北克拉通新太古代-元古宙期间的沉积与地壳演化进行探讨。锆石的LA-ICP-MSU-Pb年代学研究表明,密云群含辉石角闪斜长片麻岩的原岩形成时代为2500±8.4Ma。常州沟组下部层位的石英砂岩具有单峰式的碎屑锆石U-Pb年龄谱(峰值为2.50Ga),而长龙山组石英砂岩具有双峰式的碎屑锆石U-Pb年龄谱(峰值分别为2.50Ga和1.80Ga),这些锆石大多为岩浆成因锆石,指示～2.50Ga和～1.80Ga是华北克拉通岩浆活动广泛发育的两个时期。结合区域资料,常州沟组开始沉积的时间应在1.68～1.80Ga之间,长龙山组砂岩沉积应在1.36Ga之后。锆石Hf同位素研究表明,密云群片麻岩的锆石εHf(t)值为+1.7～+4.9,介于球粒陨石和亏损地幔生长线之间,指示基底片麻岩可能是古老地壳与新生物质混合的结果。结合砂岩碎屑锆石的Hf同位素显示,新太古代晚期(～2.50Ga)华北克拉通以年轻地壳生长和古老地壳改造的同时存在为特征(εHf(t)=0～+7.9),而古-中元古代(～1.80Ga)主要表现为新太古代地壳物质的循环和改造(εHf(t)<0,tDM2<2.80Ga),并且局部存在古-中太古代地壳物质的循环和改造(εHf(t)min=-15.3,tDM2>3.00Ga)。εHf(t)的这种变化特征与华北克拉通岩石圈地幔在古-中元古代期间随时间变新而逐渐富集的演化趋势基本一致。现有资料进一步指示,中-新元古代盖层碎屑锆石的年龄分布及沉积演化与裂谷作用紧密相关。常州沟组下部地层沉积于初始裂谷阶段,仅简单地以～2.50Ga的基底岩石为源区。但随着裂谷作用的发展,在常州沟组上部地层沉积时,物源已经开始发生明显变化,具有显著的古-中元古代组分(～1.80Ga)的加入,而长龙山组则含有更多的古-中元古代物质。整体上,在中-新元古代地层中,～1.80Ga的年轻物质所占比例具有随着地层变新而逐渐升高的趋势。

冀东-辽西主要金矿矿集区地质特征的差异性与成矿作用的统一性探析

通过对燕辽成矿带东段冀东-辽西金矿床基础地质地球化学资料分析,结合区域构造演化和成矿时间及其分布空间的特异性,认为冀东-辽西金矿成矿物质具有相同的深来源特征,由于具体的构造背景不同而表现出矿床类型和就位空间的差异性,提出了燕辽裂陷槽是冀东-辽西金矿床空间分布的诱因,并提出冀东-辽西金成矿演化分为陆陆碰撞拼贴期（4.5~1.85Ga）、陆内裂陷巨厚沉积期（1.85~0.6Ga）、板内造山挤压隆升期（200~145Ma）、构造体制转换成矿期（145~100Ma）和成矿后的改造期（100Ma~至今）等5个统一阶段的结论性认识。

河北怀来龙凤山青白口系长龙山组碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及其构造古地理意义

河北怀来龙凤山地区青白口系长龙山组(或称骆驼岭组)因发现"龙凤山生物群"而备受关注。本文报道了龙凤山西坡剖面长龙山组中部临近"龙凤山生物群"化石产出层位之下的粉砂岩中碎屑锆石的LA-ICP-MS U-Pb年龄。其年龄分布于1573~2931 Ma之间,碎屑锆石年龄谱存在一个明显的峰值,峰值年龄为~1.85Ga,此外还有其它若干次级峰值年龄,分别响应了华北克拉通主要的前寒武纪若干地质事件。年龄主峰(~1.85Ga)记录了华北克拉通东、西两大陆块的碰撞拼合事件,~2.6Ga(2.603Ga和2.556Ga)和~2.9Ga(2.935Ga)峰值年龄对应了华北克拉通重要的陆壳生长时间,前者对应了华北克拉通东部地壳生长的最高峰。介于2.4~2.0Ga(2.07Ga、2.177Ga、2.228Ga、2.286Ga、2.324Ga和2.388Ga)的次级峰值年龄代表了华北克拉通经历的陆内拉伸-裂谷事件。~1.6Ga(1.580Ga)峰值年龄是大红峪的岩浆事件的反映,大致对应于Columbia超大陆裂解的时间。缺失广布华北克拉通的~2.5Ga事件可能是由于长龙山期海侵超覆沉积使得~2.5Ga的露头被普遍覆盖所致。参照长龙山组下伏地层下马岭组报道的斑脱岩年龄,本文测得的最小谐和年龄(1.573Ga)并不能有效地约束其沉积时代的下限。对燕辽裂陷槽不同地区长龙山组或与之可对比地层的碎屑锆石年龄的对比研究表明,燕辽裂陷槽内部对上述构造事件响应存在差异,暗示了燕辽裂陷槽发育期内部古地理具有相当的复杂程度。秦皇岛柳江地区和辽东半岛青白口系长龙山组碎屑锆石年龄分布特征与燕辽裂陷槽内长龙山组存在的差异,很大程度上是受当时的古地理背景制约。

河北省涞源县朱家庄锰银矿矿床地质特征及成因研究

朱家庄锰银矿床位于河北省涞源县朱家庄一带,大地构造位置上位于华北克拉通北缘,燕辽-太行山裂陷槽的西部边缘,沉积有巨厚的中元古界长城系高于庄组白云岩。高于庄组为主要含锰层位,为该区锰银矿的形成提供了成矿物质来源。燕山期构造-岩浆岩发育,构造呈近东西向、北西向,岩浆岩主要为花岗斑岩,岩浆上升侵位过程中,活化萃取长城系高于庄组含锰灰岩,使其沿着有利的构造部位迁移、富集,在不同的构造空间沉淀成矿。因此,朱家庄锰银矿床成因类型为次火山热液型。

蓟县剖面高于庄组碳酸盐岩高分辨率碳氧同位素研究

燕辽裂陷槽元古界地层从下到上依次是长城系（常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组），蓟县系（高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组、铁岭组），待建系（下马岭组）和青白口系（长龙山组和景儿峪组）。

蓟县常州沟组沉积特征及其地质意义

蓟县地区长城系常州沟组沉积特征如下:底部河流相砂岩斜层理倾向玫瑰花图指示常州沟早期为近NE古流向,结合常州沟组底部的重矿物分析,反映早期河流相沉积的物源区为沉积区西南部五台古陆和密云—怀柔隆起区;常州沟组碎屑沉积物源主要来自克拉通源区,但再旋回造山隆升蚀源区也提供极少量物源。结合中元古时期区域内张性构造背景下侵入岩体资料证据,燕辽裂陷槽成因属克拉通内部裂解,即属陆内克拉通盆地,而不是裂谷型大陆边缘盆地。但研究区可能处于克拉通与大陆边缘造山带的毗邻地带,因而接受了极少量远距离搬运的再旋回造山隆升蚀源区碎屑。以常州沟组为视角,借助已有成果资料,简要探讨了燕辽裂陷槽演化史,燕辽裂陷槽的演化发展经历了大陆裂谷—坳拉槽阶段,并未过渡到洋盆阶段便克拉通化,是一发育不完全的裂谷。