苏鲁造山带新沂地区新元古代花岗片麻岩成因及对Rodinia超大陆裂解的响应

新沂地区花岗片麻岩位于苏鲁造山带的西缘。本文通过新沂地区花岗片麻岩岩相学、岩石地球化学、锆石U-Pb同位素年代学等方面的研究,探讨其成因与构造环境,以揭示Rodinia超大陆裂解事件在该地区的反响。研究认为:研究区花岗片麻岩属准铝质-弱过铝质A型花岗岩,具有高SiO_(2)、富碱、贫CaO、低Al_(2)O_(3)质量分数的特征,以及右倾海鸥型稀土元素配分模式,富集Rb、Zr、Hf等元素,严重亏损Sr、Eu、Nb、Ta等元素,形成年龄为746.0~742.5 Ma。新沂地区花岗片麻岩是来自下地壳物质为主、少量幔源物质的部分熔融,在岩浆演化过程中经历了以钾长石和斜长石为主的分离结晶,而后经过超高压变质作用最终形成。研究区花岗片麻岩形成于新元古代后碰撞伸展环境,是Rodinia超大陆裂解事件在苏鲁造山带新沂地区的最初响应。

中亚造山带东部微陆块在Columbia—Rodinia超大陆演化中的岩浆—沉积记录

中亚造山带东部分布有多个具有前寒武纪基底的微陆块(额尔古纳、兴安、松嫩和佳木斯地块),其上存在大量元古宙地质记录,包括2.5~2.4 Ga、1.8 Ga、1.5~1.4 Ga、0.9~0.6 Ga岩浆事件和中—新元古代沉积序列,它们是回答微陆块与Columbia和Rodinia超大陆演化联系和地球中年期演化的关键对象。额尔古纳、兴安和松嫩地块发育相似的2.5~1.8 Ga基底岩石且其间缺少古老的蛇绿岩,它们可能构成了一个联合陆块,其陆核至少在2.7 Ga前已经形成,从华北克拉通北部裂解出去并在其周缘演化,2.5 Ga和1.8 Ga经历了洋陆俯冲作用,未参与克拉通化过程。1.87~1.80 Ga岩浆作用很可能是Columbia超大陆周缘俯冲作用于古老的微陆块之下的产物;兴安地块西部和白乃庙岛弧带1.45~1.32 Ga A型花岗岩—流纹岩组合及其向陆缘Hf同位素持续亏损的趋势与劳伦南部Granite—Rhyolite Province和波罗的克拉通西南Fennoscandia十分相似,可能是Columbia超大陆周缘俯冲后撤伸展的产物,俯冲后撤和陆下地幔上涌共同促进了Columbia超大陆的伸展和裂解。兴安地块西部发育岩石组合、碎屑锆石年龄和Hf同位素变化与格林威尔造山有关的同碰撞和碰撞后沉积序列相似的沉积地层,而且碎屑锆石微量元素和Hf同位素随时代的系统性变化也揭示了1.10~0.98 Ga地壳明显加厚,伴有大量古老地壳物质重熔,0.9~0.8 Ga地壳持续减薄,以古老地壳再造为主,这与Rodinia超大陆聚合阶段格林威尔造山(1080~980 Ma)及随后的垮塌伸展过程基本吻合。松嫩地块东北部954 Ma正长花岗岩很可能是松嫩与佳木斯地块陆—陆碰撞后阶段沉积岩部分熔融的产物,可能代表了Rodinia超大陆碰撞聚合在中亚造山带东部的响应。超大陆周缘前进式俯冲引发佳木斯地块与松嫩—兴安—额尔古纳联合陆块在954 Ma前碰撞拼贴,同时在外缘的佳木斯地块上产生953~939 Ma中钾—高钾钙碱性基性—中性—酸性岩组合,920~880 Ma在各地块上广泛发育中酸性钙碱性岩浆作用。从850 Ma开始,后撤式俯冲导致大量高温的钙碱性酸性岩、双峰式岩浆岩组合产出于松嫩和额尔古纳地块上,直至777 Ma和697 Ma之前开始不断裂解产生古牡丹江洋和古新林洋,而且790~560 Ma期间在额尔古纳地块西北缘、松嫩地块东缘均发育被动大陆边缘沉积,记录了Rodinia超大陆的聚合、伸展—裂解过程。另外,中亚造山带东部乃至全球其他块体上大量1.5~1.3 Ga和1.0~0.7 Ga与超大陆聚合、伸展—裂解有关的“低谷期”地质记录被不断发掘出来,暗示了地球中年期并不是前人认为的构造宁静期。

扬子陆块西缘陆良地区牛头山组火山岩的厘定及对Rodinia超大陆演化规律的指示

滇中地区位于扬子陆块西缘,发育有新元古代火山岩,是开展Rodinia超大陆演化研究的重要窗口。其中牛头山组是滇中地区重要的新元古代地层,由于缺乏精确的年代学依据,严重影响了区域地层格架的划分,并制约了对Rodinia超大陆构造演化时限的认识。本文对牛头山组的流纹质玻屑凝灰岩开展了岩相学、锆石U-Pb年代学、锆石原位Hf同位素、锆石微量元素等方面的研究,结果显示凝灰岩均由火山物质组成,锆石具明显岩浆震荡环带和自形程度高等特征;凝灰岩的锆石UPb年龄为817.9±7.7Ma、818.3±8.3Ma和822±13Ma,锆石ε_(Hf)(t)值兼具正值和负值,岩浆源区伴有地幔物质的混入,及主要与古元古代(1523.9~2107Ma)陆壳物质的熔融有关;锆石研究显示凝灰岩形成于岩浆弧,属陆壳锆石类。岩石地球化学表明,凝灰岩属硅质火山岩类,具弧火山岩性质。综合研究认为,牛头山组是华夏陆块向扬子陆块俯冲末期的沉积-岩浆响应,形成于扬子陆块西缘的弧后盆地环境,该弧后盆地可能是华南新元古代康滇裂谷的初期阶段。牛头山组沉积作用的结束,指示了扬子陆块与华夏陆块已完成汇聚,Rodinia超大陆可能形成了统一板块,同时Rodinia超大陆开始向裂解转换,及转换时间约为820Ma。

阿尔金且末—若羌地区新元古代花岗质岩石成因及其对Rodinia超大陆汇聚时限的约束

阿尔金造山带广泛发育新元古代花岗质岩浆岩,形成年龄为800~1000 Ma,可能是Rodinia超大陆汇聚阶段的产物,因此新元古代花岗质岩浆的研究对探讨阿尔金造山带的演化过程具有重要意义。选取南阿尔金地块且末—若羌地区的花岗质岩石为研究对象,开展了详细的岩石学、岩石地球化学及地质年代学研究。结果表明:①且末—若羌地区3类花岗质岩石的轻稀土元素相对于重稀土元素富集,显示右倾配分模式,具明显的负Eu异常(δEu=0.14~0.6),富集Th、U、K等大离子亲石元素,亏损Ba、Ti、Nb、Ta、Sr等高场强元素;②锆石U-Pb年龄为899~915 Ma。综合区域地质演化历史表明,且末—若羌地区3类花岗质岩石形成于同碰撞构造环境,是Rodinia超大陆汇聚阶段板块之间俯冲、碰撞的产物。

Rodinia超大陆裂解、Sturtian冰期事件和扬子地块东南缘大规模锰成矿作用

扬子地块东南缘是我国南华纪"大塘坡式"沉积型锰矿的重要富集区,南华纪大规模锰矿成矿作用与Rodinia超大陆裂解形成的裂谷盆地、Sturtian冰期-间冰期的气候事件具有密切关系。南华纪裂谷盆地呈北东东向展布,可分为地垒、地堑和次级地垒、地堑,锰矿主要形成于裂谷盆地的地堑区的次级地堑中。Sturtian冰期之后,冰后期经历了小冰期和小间冰期的气候波动,锰矿受这种气候波动影响,推测小冰期的富氧的寒冷海水受温度-密度环流影响进入海底,促使原生氧化锰矿的形成,之后准同生交代形成菱锰矿。冰期(或小冰期)海底的天然气水合物在冰后期(小间冰期)的泄漏促使了菱锰矿的形成。因此华南扬子地块东南缘大规模锰矿成矿作用受原型裂谷盆地和冰期-冰后期气候波动的双重影响。

滇中新元古代裂谷盆地充填序列及演化模式:对Rodinia超大陆裂解的响应

以滇中新元古代裂谷盆地沉积充填为研究对象,开展了系统的沉积学和盆地分析研究。结果表明,滇中新元古代裂谷盆地具有4个充填序列,分别代表盆地的4个发展阶段。其中,序列I为柳坝塘组及陆良组下段,沉积时限为820~800 Ma,属低密度浊流和深水饥饿沉积,代表裂谷盆地的快速沉降阶段;序列II为澄江组、陆良组上段及牛头山组,沉积时限为800~725 Ma,属扇三角洲—湖泊沉积,代表裂谷盆地的成熟发展阶段;序列III为南沱组,沉积时限可能为725~635 Ma,属大陆冰川沉积,代表裂谷盆地开始向被动大陆边缘盆地转换的阶段;序列IV主要为陡山沱组,沉积时限为635~551 Ma,属潮坪沉积,为裂谷盖地层。进一步研究揭示,滇中新元古代裂谷盆地由幼年期分布局限的小型同向半地堑盆地群演化为成熟期统一的大型半地堑盆地,属上叠滑脱盆地。综合研究证实,滇中新元古代裂谷盆地应为陆内裂谷盆地,是Rodinia超大陆裂解的产物。

华南新元古代裂谷盆地演化——Rodinia超大陆解体的前奏

沉积学研究表明 ,华南新元古代沉积盆地具典型裂谷盆地沉积演化特征。代表裂谷盆地早期形成阶段的成因相组合有 :冲洪积相组合、陆相 (或海相 )火山岩及火山碎屑岩相组合、滨浅海相沉积组合、淹没碳酸盐台地及欠补偿盆地黑色页岩相组合 ;而代表中、后期形成阶段的成因相组合有 :滨岸边缘相至深海相组合 ,冰期冰积岩相组合、碳酸盐岩及碳硅质细碎屑岩相组合。华南裂谷盆地岩相古地理演化经历了 5个重要的时期 ,整体上反映了一个由陆变海、由地堑 -地垒相间盆地变广海盆地、由浅海变深海、盆地由小变大的演化过程。裂谷盆地的形成经历了裂谷基的形成、地幔柱作用与裂谷体的形成、被动沉降(下拗 )与裂谷盖的形成三个阶段。华南裂谷盆地的形成演化与 Rodinia超大陆在新元古代时期的裂解作用密切相关 。

华南陆块的形成与Rodinia超大陆聚合-裂解——观察、解释与检验

本文重点回顾了近十年来华南前寒武纪地质演化的主要研究进展,特别是新元古代早期扬子-华夏块体拼合形成华南陆块、新元古代中期华南的陆内裂谷岩浆作用和盆地演化及其与Rodinia超大陆的聚合-裂解的关系,并对一些重要区域地质演化和深部动力学机制的学术争议进行评述,为进一步的研究提出建议。

新元古代Rodinia超大陆裂解事件在扬子北东缘的最初响应:东海片麻状碱性花岗岩的锆石U-Pb年代学及Nd同位素制约

东海片麻状碱性花岗岩是扬子克拉通北东缘最具代表性的含碱性铁镁矿物的过碱性 A 型花岗岩。高精度的LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定年结果表明,这些岩石形成于新元古代中期770Ma 左右,并在约250Ma 时经历超高压变质作用,之后又于210Ma 左右遭受了大规模的角闪岩相退变质作用的改造。Nd 同位素示踪表明东海片麻状碱性花岗岩具有相对偏高的ε_(Nd)(t)值(+1.4～-5.91),指示其应是成熟度较低的下地壳部分熔融的产物,但不排除部分岩体在成岩过程中可能有少量幔源物质卷入。综合 Rodinia 超大陆古地理复原资料,推测扬子板块北东缘自新元古早期以来一直为接受大洋板块俯冲的活动大陆边缘。形成于新元古代中期的东海片麻状碱性花岗岩属 A_2型花岗岩,为弧后拉张背景下岩浆活动的产物,该类岩石的产出代表了 Rodinia 超大陆裂解事件在该地区的最初响应。

扬子板块北缘花山群沉积时代及其对Rodinia超大陆裂解的制约

出露于扬子板块北缘大洪山地区的花山群自下而上由一套以砾岩为主的粗碎屑沉积和一套以砂质板岩为主的细碎屑沉积组成,伴随有拉斑玄武质岩浆活动。花山群整体变质程度不高,形成构造环境复杂,对其构造属性及其与区内所谓的花山"蛇绿混杂岩"的时空关系一直存有争议,它们对新元古代Rodinia超大陆在扬子板块北缘的汇聚-裂解响应具有重要的制约意义。笔者在花山群六房咀组下部细砂岩中采集玄武质熔结凝灰岩夹层样品1件,碎屑岩样品2件,在上覆地层南华系莲沱组采集碎屑岩样品1件;对玄武质熔结凝灰岩进行了SHRIMP锆石U-Pb同位素测年,对碎屑岩样品进行了LA-MC-ICPMS锆石U-Pb同位素测年。获得玄武质熔结凝灰岩锆石U-Pb年龄814.7±7.3 Ma;花山群的碎屑锆石U-Pb年龄谱存在三个明显的峰值:~900 Ma、~2050Ma和~2650 Ma,最显著峰值为~2650 Ma,上覆莲沱组碎屑岩年龄谱的三个峰值为:~900 Ma、~2050 Ma和~2500 Ma,最显著峰值为~2050Ma,三件碎屑岩样品均与扬子板块的碎屑锆石U-Pb年龄统计峰值一致。花山群的碎屑源区可能包括下伏中元古代打鼓石群、太古宙鱼洞子杂岩以及崆岭杂岩。结合前人年代学研究资料和区域构造成果分析,花山群沉积时代应为820~815Ma,形成于伸展构造背景,与花山"蛇绿混杂岩"不是同期同构造背景的产物;花山"蛇绿混杂岩"与花山群沉积建造依次反映了扬子板块北缘由挤压构造背景向伸展构造背景的转换过程。花山群中的碎屑沉积物与基性火山岩、火山碎屑岩属于裂解背景下形成的同时代沉积-火山建造;结合前人在扬子板块周缘发现的大量约820 Ma酸性—基性岩浆活动记录以及同时代(820~800 Ma)的沉积地层,推测花山群形成于Rodinia超大陆裂解背景之下,与超级地幔柱活动有关。

华北陆块对Rodinia超大陆的响应及其特征

研究揭示华北陆块 130 0～ 10 0 0Ma和 80 0～ 6 5 0Ma都存在比较弱的岩浆 -变质事件,它们可能对应于华南陆块的碰撞(四堡运动)和裂解事件。华北陆块的四堡期蛇绿混杂岩可能只见于新元古代秦岭造山带中。秦岭造山带北缘识别出了一些花岗质侵入体,它们具有碰撞或碰撞后花岗岩的特征。华北陆块北缘的火山沉积岩系不具有离散边界杂岩的特征,它们可能揭示了大陆边缘或者大陆伸展过程。华北陆块与 80 0～ 6 5 0Ma事件相关的岩石主要为来自富集地幔的基性岩墙和来自陆内裂谷的沉积岩,它们很可能与Rodinia裂解有关。沉积学和古生物学特征表明元古宙华北陆块不同于华南陆块,而与西伯利亚陆块相似。据此可以认为华北陆块是Rodinia超大陆的一部分,它位于超大陆的边缘,可能不与华南陆块紧邻,而与西伯利亚陆块较近。

Rodinia超大陆构造演化研究的新进展和主要目标

概略评述了 1997年以来国际上有关 Rodinia超大陆构造演化问题的研究成果 ,并提出今后工作的主要目标。 Rodinia超大陆的聚合造山发生在 130 0～ 10 0 0 Ma,基本形式表现为早期弧—陆碰撞和晚期陆—陆碰撞 ,并在 10 0 0～ 90 0 Ma继以伸展作用。Rodinia超大陆的裂解发生于 830 Ma之后 ,但其过程具有明显的时、空分布不均一性。地幔柱可能是导致超大陆裂解的主要机制 ,“大火成岩省”是表明地幔柱发育的关键性标志。已经初步证实裂解过程影响地球大气圈和水圈中二氧化碳的循环 ,进而改变晚前寒武纪的全球气候 ,控制生物圈的兴衰和岩石圈表层的碳酸盐、铁、锰和磷等沉积。这些现象可用“雪球化地球”( SnowballEarth)

湖北黄陵杂岩在Rodinia超大陆演化中的意义

通过对黄陵地区新元古代侵入岩的岩石地球化学、同位素地球化学、矿物化学特征分析,探讨形成的构造背景及其温压条件,估算酸性花岗岩平均剥露速率。并结合年代学,认为酸性花岗岩是晋宁造山的产物,其形成与超大陆聚合有关,而隆升正处于Rod in ia超大陆的裂解即将开始时期,七里峡岩墙群的侵位则标志着Rod in ia大陆的裂解已经开始。

“Rodinia超大陆的聚合与裂解:华南野外现场国际学术交流会”圆满结束

国际地质对比研究计划项目“Rodinia超大陆的聚合与裂解”华南野外现场国际学术交流会于2003年10月9～11日在杭州进行了室内学术交流，12～20日，会议代表由浙江经赣东北至皖南进行了为期8天的野外现场考察和交流。

新元古代Rodinia超大陆的研究进展

新元古代Rodinia超大陆重建中的SWAET连接方式及后来我国旅澳学者李正祥博士等人的修正和补充 ,近年来受到了许多研究者的高度重视。最近 ,澳大利亚的专家们对Rodinia的裂解时间以及华南地块在Rodinia中的位置又提出了新的证据和观点。Wingate和Gidding通过对澳大利亚Pilbara克拉通上的MundineWell岩墙群的地质年代和古地磁的研究 ,得出大约在 75 5Ma时 ,该地的古磁极 (MDS)大约在 135°E ,4 6°N ,A95=4°。从而推断东冈瓦纳和劳伦古陆的裂解时间大约在 75 5Ma之前 ,比原来 72 3Ma约提前了至少 30Ma。李正祥对澳大利亚西北部的Kim berley地块南部新元古代的Walsh冰碛层中的粉色“白云石冒”进行了研究 ,得到古磁极 (WTC)为2 1.5°S ,2 82 .4°E ,dp =12 .2° ,dm =15 .4° ,从而认为Walsh冰川与Marinoan冰川不同期 ,而更类似于Sturtian冰川 ,推断两大陆的裂解时间发生在大约 75 0Ma之前 ,与前者的结论相似。Evanse,李正祥等人通过对华南地块大约 (74 8± 12 )Ma的三峡地区震旦纪的莲沱组的 15 7个样品的分析研究 ,并结合前人在云南的工作结果 ,得到华南地块的综合古地磁极为 0 4 .4°N ,16 1.1°E ,A95=12 .9° ,Q =7。依据这个新磁极 ,推断出华南地块和澳大利亚及劳伦古陆的连接方式可能有 3种。但他?

述评:Rodinia超大陆拼合和裂解的古地磁检验

近期 ,关于新元古代Rodinia超大陆的重建问题 ,随着地质学和古地磁学研究的进展许多学者提出新的见解。Weil等 (1999)重新汇编了劳仑、波罗的、刚果、圣弗朗西斯科和卡拉哈里克拉通 110 0～ 80 0Ma定年较好的古地磁极 ,并做出新的重建。南美 (圣弗朗西斯科 )首次获得古地磁重建位置。Powell等的研究使卡拉哈里在Rodinia的位置更加清晰。东冈瓦纳 (澳大利亚、大印度、南极洲 )的古地磁研究更加深入 ,厘定了澳大利亚与劳仑裂解发生在 75 0Ma前 ,不是先前的 72 0Ma。地质和古地磁研究认为南极洲东部不是一个完整的大陆块 ,而是由三个古陆块组成。大印度 (包括印度、马达加斯加等 )也离开澳洲。这动摇了东冈瓦纳为统一的古大陆的假设。西伯利亚在Rodinia中的位置也在争论之中 ,依据古地磁至少有三个位置。总之 ,关于Rodinia超大陆构成的研究还需要更多、更可靠的古地磁证据支持 ;同时新元古全球统一超大陆的存在也受到质疑。文中重点评述Rodinia超大陆拼合和裂解的古地磁检验 。

浙江次坞地区晋宁晚期双峰式岩浆杂岩带的地球化学特征:Rodinia超大陆裂解的岩石学记录

次坞地区晋宁晚期火山岩与侵入岩由基性岩(上墅组下段基性火山岩与次坞辉绿岩体)和酸性岩(上墅组上段酸性火山岩与道林山碱长花岗岩体)组成,它们在时空上紧密伴生,成因上密切相关,SiO2含量集中分布在两个区间,缺乏SiO2为57%～68%的中性及中酸性成分,构成一套双峰式岩浆杂岩组合.酸性岩在化学组成上富硅碱而贫钙镁,准铝-过铝质,富含Zr、Nb和稀土元素,FeO+/MgO、Rb/Sr比值大,显示出A型花岗质岩石的成分特征;基性岩具有富铝、钠、钛和偏碱性的特征,形成于陆内至陆缘张裂环境.基性岩与酸性岩由不同的源区熔融形成,基性岩起源于亏损程度较低的地幔或来源于亏损地幔的岩浆受到陆壳物质的混染,酸性岩可能起源于地壳中既含有基性地壳组分和又含有酸性地壳组分的源区的部分熔融.双峰式岩浆杂岩的形成,是华南Rodinia超大陆裂解事件的岩石学记录,揭示了华南Rodinia超大陆裂解始于青白口纪.

阿尔金造山带青白口纪片麻状花岗岩的厘定及对Rodinia超大陆汇聚时限的制约

阿尔金造山带新元古代花岗岩的研究对探讨该地区Rodinia超大陆汇聚阶段构造演化过程具有重要意义。本文对在亚干布阳一带新厘定的青白口纪片麻状花岗岩开展了详细的岩石学、年代学和岩石地球化学研究。锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学证据显示片麻状花岗岩结晶年龄分别为(883.0±3.3)Ma和(883.1±3.3)Ma,说明其侵位于青白口纪。地球化学结果显示,常量元素具有富硅、铝、钾和低钠、镁、钙和钛的特点,具钙碱性-高钾钙碱性、过铝质花岗岩特征。岩石轻稀土分馏较强而重稀土分馏较弱,具有明显的负Eu异常,总体呈右倾的"V"型稀土分配模式。岩石富集Rb、Th、LREE等大离子亲石元素,中等亏损Ba,强烈亏损Nb、Sr、P、Hf、Ti等高场强元素,总体特征显示了典型的壳源花岗岩的特征,其源于地壳变质砂岩部分熔融,形成于同碰撞晚期构造环境,属Rodinia超大陆汇聚阶段的产物。综合研究表明,阿尔金地区新元古代早期同碰撞型岩体的形成时代集中在871~945 Ma,限定了Rodinia超大陆汇聚时限,且在空间上构成了一条重要的岩浆岩带,是对Rodinia超大陆碰撞汇聚作用的响应。

中祁连西段德勒诺尔一带南华系的重新厘定及其与Rodinia超大陆裂解的关系

中祁连西段德勒诺尔一带广泛分布新元古界火山-沉积岩系。1∶5万区域地质调查中,新发现了一套冰碛-火山岩系,通过对岩石学、地层学特征研究,认为其可与新疆库鲁克塔格地区的南华系贝义西组对比,同属南华纪冰期-火山事件的产物,并将该套地层重新厘定为南华系石板墩组。研究认为,中祁连西段德勒诺尔冰碛-火山岩系的存在,是祁连微陆块响应Rodinia超大陆裂解的证据,对研究祁连山中—新元古代构造演化具有重要意义。

中国新元古代大陆拼合与Rodinia超大陆

在对前人研究成果分析的基础上，结合对中祁连地块前寒武纪基底的研究，认为新元古代（１０００～９００Ｍａ）中国各主要克拉通地块（包括华夏地块、扬子地块、华北地块、阿拉善—祁连—柴达木地块、塔里木地块）曾经通过晋宁期碰撞拼合带发生过一次全面的多块体复杂拼贴。这次拼贴过程是全球性新元古代格林威尔碰撞造山作用和Ｒｏｄｉｎｉａ超大陆形成过程的一个组成部分。新元古代拼合的古中国地块在当时位于Ｒｏｄｉｎｉａ超大陆中北部澳大利亚、劳伦提亚和西伯利亚克拉通地块之间。中国的各主要克拉通地块只不过是巨型格林威尔碰撞带之中夹裹的一些小型地块，且都处于新元古代晚期Ｒｏｄｉｎｉａ超大陆破裂的中心部位，这些正是中国大陆上克拉通地块活动性大的早期地质背景。