山西早元古代芦芽山石英二长岩的初步研究

山西境内,前寒武纪花岗质岩分布相当广泛。比较集中的地区有:1.五台山地区晚太古代各类型花岗岩和花岗质片麻岩;2.云中山和吕梁山区及晋西北的早元古代非造山型花岗岩;3.中条山地区的太古代及早元古代片麻岩及花岗岩。在《五台山早前寒武纪地质》一书中对五台山地区出露的花岗质岩石作过系统描述。近年来,作者曾两赴晋西北五寨县,对出露在该县的芦芽山石英二长岩进行了矿物学、岩石学、同位素年龄及地球化学诸方面的初步研     

《科学通报》2007年第52卷总目次

专题:华南最古老的大陆地壳残片1(1)华南前寒武纪大陆地壳的形成和演化郑永飞张少兵11(1)华夏地块古老物质的发现和前寒武纪地壳的形成于津海Y.S.O’Reilly王丽娟W.L.Griffin蒋少涌王汝成徐夕生19(1)西藏4.1Ga碎屑锆石年龄的发现多吉温春齐郭建慈范小平李小文专题:溶液中两亲分     

中国东部前寒武纪大地构造基本轮廓

一引言前寒武纪的发展历史及其构造特征的研究,一向被认为是地质学中最复杂和最困难的课题之一。这主要是因为对这些古老变质岩系的特殊地质特点与复杂的构造本质很难做出正确的地质解释,以及我们对于解决这一问题的方法与手段都还不够完善的关系。但前寒武纪代表着地球发展历史中极重要的一段,从地壳各时代的地层的绝对年龄的对比     

北山造山带南部片麻岩和花岗闪长岩的锆石U-Pb定年和Hf同位素:中元古代的岩浆作用与地壳生长

前寒武纪古老基底的分布及其构造归属是理解和认识中亚造山带基本构造格架和地壳生长的关键问题.本文报道了中亚南缘北山造山带南部黑云斜长片麻岩和花岗闪长岩的LA-ICPMS锆石U-Pb定年和LA-MC-ICP-MS锆石Hf同位素分析结果.所研究的片麻岩中岩浆结晶锆石给出了1408±4 Ma的原岩形成年龄,揭示了北山造山带南部存在中元古代的古老基底岩石.这些岩浆结晶锆石具有正且高的Hf(t)值(4.1~9.9),其Hf模式年龄(1.50~1.72 Ga)与其结晶年龄接近,反映了片麻岩原岩岩浆可能来自亏损地幔或新生地壳,即北山造山带南部存在中元古代(~1.4Ga)的地壳新生事件.同时,在侵入片麻岩的花岗闪长岩中获得了257±3 Ma的岩浆结晶年龄,并获得了大量~1.4 Ga的继承岩浆锆石.这些继承锆石具有与片麻岩的岩浆锆石一致的结晶年龄和Hf同位素组成,进一步表明北山造山带南部存在中元古代老地壳.通过与敦煌地块和中天山地块前寒武纪基底已有资料的对比,我们认为北山南部古老微陆块可能与相邻的中天山地块具有相同的前寒武纪地壳形成与演化历史,它们并不是来源于塔里木克拉通.这一成果为认识中亚造山带南部的构造演化提供了新的重要信息.     

新疆阿拉塔格地区新元古代花岗片麻岩的锆石U-Pb定年与Hf同位素:对中天山地块前寒武纪地壳演化的制约

中天山地块前寒武纪结晶基底的组成和形成历史,是揭示天山造山带构造演化的关键问题.本文对分布在中天山地块阿拉塔格地区的花岗片麻岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和LA-MC-ICPMS锆石Hf同位素研究.两个研究样品中的岩浆结晶锆石分别获得了945±6和942±6 Ma的原岩形成年龄,揭示了阿拉塔格地区存在新元古代早期的岩浆活动.这些岩浆结晶锆石的Hf模式年龄远大于其结晶年龄,分别为1.82~2.22和1.70~2.03 Ga,反映了它们的岩浆均起源于古老地壳的再造.但是这一古元古代的Hf模式年龄很可能是新元古代地壳中不同时代古老地壳物质混合的结果.在这两个花岗片麻岩中还获得了989~1617Ma的继承碎屑锆石年龄,它们具有变化较大的锆石Hf同位素组成,模式年龄为1.54~2.30Ga,且部分1.4~1.6 Ga锆石具有接近亏损地幔的176Hf/177Hf初始值,反映了中元古代时期在中天山地块存在新生地壳形成和古老地壳再造事件,显示出与塔里木克拉通显著不同的前寒武纪地壳形成和演化历史.中天山地块的前寒武纪地壳基底可能并不是来自塔里木克拉通的一部分.     

新疆阿拉塔格地区新元古代花岗片麻岩的锆石U-Pb定年与Hf同位素: 对中天山地块前寒武纪地壳演化的制约简

中天山地块前寒武纪结晶基底的组成和形成历史,是揭示天山造山带构造演化的关键问题. 本文对分布在中天山地块阿拉塔格地区的花岗片麻岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和LA-MC-ICPMS锆石Hf同位素研究. 两个研究样品中的岩浆结晶锆石分别获得了945±6和942±6 Ma的原岩形成年龄,揭示了阿拉塔格地区存在新元古代早期的岩浆活动. 这些岩浆结晶锆石的Hf模式年龄远大于其结晶年龄,分别为1.82~2.22和1.70~2.03 Ga,反映了它们的岩浆均起源于古老地壳的再造. 但是这一古元古代的Hf模式年龄很可能是新元古代地壳中不同时代古老地壳物质混合的结果. 在这两个花岗片麻岩中还获得了989~1617 Ma的继承碎屑锆石年龄,它们具有变化较大的锆石Hf同位素组成,模式年龄为1.54~2.30 Ga,且部分1.4~1.6 Ga锆石具有接近亏损地幔的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf初始值,反映了中元古代时期在中天山地块存在新生地壳形成和古老地壳再造事件,显示出与塔里木克拉通显著不同的前寒武纪地壳形成和演化历史. 中天山地块的前寒武纪地壳基底可能并不是来自塔里木克拉通的一部分.     

冀东3.8 Ga锆石Hf同位素特征与华北克拉通早期地壳时代

锆石U-Pb同位素测定显示, 冀东铬云母石英岩来自于36~38亿年左右花岗质岩石的风化剥蚀. 激光原位Hf同位素分析表明, 这些锆石在后期地质演化过程中基本保持Hf同位素体系的封闭, U-Pb谐和点锆石的Hf同位素模式年龄均在38亿年左右, 反映了该古老地壳物质的再循环. 其中38亿年左右年龄的锆石具有与球粒陨石相同的Hf同位素组成, 表明其源岩花岗质岩石来自于年轻地壳的部分熔融, 且该年轻的地壳来源于未经明显壳幔分异事件的地幔. 因此, 冀东地区在38亿年以前未发生大规模的地壳生长事件. 结合其他地区的锆石Hf同位素资料, 本文推测, 华北克拉通最早期的地壳可能形成于40亿年左右. 目前, 在华北地区找到更古老地壳的可能性很小.     

敦煌地块发现~3.06 Ga花岗闪长质片麻岩

报道在敦煌地块东巴兔山干沟地区发现形成于中太古代(~3.06 Ga)的片麻岩.岩相学和岩石化学数据表明研究样品为花岗闪长质片麻岩,具有太古宙TTG质岩石特征.LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果显示,锆石核部年龄为~3.06 Ga,表明这套片麻岩形成于中太古代,为敦煌地区迄今为止发现的最古老的岩石;锆石边部1.92~1.86 Ga的年龄记录了敦煌地块古元古代末期的构造-热事件.锆石核部Hf同位素结果显示,除2个锆石测点的εHf(t)值为5.6和1.2,对应的锆石Hf两阶段模式年龄为3091 Ma和3356 Ma外,其余26个测点的εHf(t)值均为负值,介于–9.4~–0.5,对应的两阶段模式年龄为4.00~3.45 Ga,峰值为~3.82 Ga,表明该花岗闪长质片麻岩原岩的岩浆源区以古老地壳物质为主,伴有少量新生地壳物质的加入;揭示该地区早期地壳物质最初形成的时间至少在始太古代(3.80~4.00 Ga).结合塔里木地块和华北地块前寒武纪地质已有研究成果,提出敦煌杂岩与米兰杂岩并非同一构造岩石单元;敦煌地块可能曾属于华北克拉通的一部分.     

大别造山带的去山根过程与机制:碰撞后岩浆岩的年代学和地球化学制约

系统的大别山碰撞后岩浆岩年代学和地球化学研究表明,大别山加厚镁铁质下地壳在143-131 Ma时发生部分熔融,生成低镁埃达克质岩;130 Ma左右加厚下地壳拆沉,引起了地幔上涌,产生了130 Ma以后的大规模镁铁质和花岗质岩浆作用.在大别山低镁埃达克岩形成同时,已折返至中地壳的北大别岩片也发生部分熔融,产生北大别混合岩.本文论证了在山根垮塌前,诱发大别山中、下地壳发生部分熔融需要造山带加厚岩石圈地幔根先期发生了减薄.根据克拉通岩石圈地幔的地温梯度(6.6℃/km)和玄武质地壳熔融温度(1000℃),可估计在发生造山带加厚下地壳部分熔融时,其下的岩石圈地幔厚度应减薄到小于45 km.据此,提出大别山两阶段去山根过程模型.岩石圈冷山根诱发的地幔对流导致在-145 Ma时岩石圈地幔突出部位被先减薄.它导致加厚镁铁质下地壳温度和地壳中下部地热增温率升高,并使其发生部分熔融.加厚下地壳的部分熔融导致了造山带下地壳弱化,加大其重力不平衡,从而引发加厚镁铁质下地壳的拆沉和山根垮塌.因此,软流圈对流侵蚀和加厚下地壳拆沉这两种岩石圈减薄机制具有因果关系.     

青藏高原羌塘中部本松错花岗质片麻岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素特征及地质意义

本松错花岗岩岩基位于龙木错-双湖缝合带内,是多期中酸性岩浆侵入的产物.通过对花岗岩岩基中的花岗质片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得206Pb/238U加权平均年龄分别为496.2±3.9,497.1±3.0 Ma,该年龄值是迄今在羌塘盆地发现最古老、最可靠的岩浆岩年代学记录,为解决该地区关键地质问题提供了新的线索.获得花岗质片麻岩的锆石Hf(t)均为负值(均值,2.9,4.1),暗示花岗质片麻岩为壳源成因,两阶段模式年龄均值为1648和1723 Ma,花岗质片麻岩是原特提斯洋向冈瓦纳大陆边缘俯冲而引起古老地壳物质部分熔融的产物,是冈瓦纳大陆拼合之后在冈瓦纳大陆的边缘发生的安第斯型造山作用,而不属于冈瓦纳超大陆汇聚过程中发生的陆-陆碰撞形成的泛非造山带.说明冈瓦纳大陆北缘的岩浆弧向北至少延伸到了龙木错-双湖缝合带以南地区,龙木错-双湖缝合带为冈瓦纳大陆的北界.     

地质界的“寿星”

70年代初在非洲和北美洲发现了34～35亿年的前寒武纪岩石,此后寻找更为古老的地壳残余的工作在一段时间内未获突破,直到70年代末在西格陵兰伊苏地区发现了距今38.1亿年的地质产物。在好几年内,这个地区的岩石被认为是地质界的“寿星。”     

西阿拉善地块～2.5Ga TTG岩石及地质意义

阿拉善地块是华北克拉通的一部分,但其是否存在太古代变质基底却存在争议.本文首次报道西阿拉善地块的北大山地区存在新太古代岩石,岩相学和岩石地球化学特征表明这些岩石为花岗闪长质片麻岩,具有典型TTG片麻岩特征.LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,该岩石的岩浆锆石核的年龄为2522±30Ma,变质重结晶边的年龄为2496±11Ma,近一致的岩浆结晶年龄和变质年龄表明它们属于同一构造热事件的产物,代表了北大山地区新太古代末-古元古代早期的岩浆-变质事件;锆石Hf同位素结果显示,εHf(t)值主要集中在0.4～4.9之间,对应的二阶段模式年龄集中于2.7～3.0Ga之间,说明TTG片麻岩的主要源区为形成于中-新太古代(2.7～3.0Ga)的地壳物质,并在新太古代末期发生再造.这些资料显示西阿拉善地块的新太古代TTG片麻岩与广泛分布于华北克拉通的同时代TTG岩石特征一致,它们经历了类似的中-新太古代地壳生长和新太古代末-古元古代最早期的构造热事件.     

中国内蒙古锡林郭勒杂岩SHRIMP锆石U-Pb年代学及意义

锡林郭勒杂岩是中亚造山带内出露面积较大的强变形变质地质体, 其形成时代与性质存在较大认识上的分歧. 对锡林浩特东南锡林郭勒杂岩定名处黑云斜长片麻岩进行了岩相分析和SHRIMP锆石U-Pb年代学研究, 其形成年龄下限由杂岩中碎屑岩浆锆石SHRIMP U-Pb年龄限定为437±3 Ma, 其形成上限由侵入于杂岩内的石榴石花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄限定为316±3 Ma. 这表明该杂岩的沉积成岩年龄晚于晚奥陶纪~早志留纪, 因此不是前寒武纪古老地质体. 结合实际野外观察和室内岩石特征分析, 该杂岩可能是一套经历强变形与变质作用的古生代弧前浊积岩建造. 杂岩中碎屑锆石还给出分散的前寒武纪年龄, 最老可达3.1 Ga, 这些锆石既可能来源于华北基底, 也可能来源于南蒙微大陆, 抑或暗示该区存在600~800 Ma或更古老(3.1 Ga)块体, 表明其碎屑来源的复杂性.     

大别山早白垩世花岗岩类斜长石成分:分离结晶对全岩Sr-CaO关系的影响

从高Sr/Y中酸性岩石中识别加厚下地壳熔体是利用其示踪地壳深部过程的重要前提之一.大别造山带早白垩世花岗岩类的研究表明加厚下地壳熔体应具有比普通花岗岩类更高Sr/Ca O,在Sr-Ca O图解上形成独特的高Sr演化趋势,可作为判别性指标之一.斜长石分离结晶在岩浆演化过程中普遍存在,可显著改变熔体的Sr和Ca O含量,但是否会影响熔体的Sr/Ca O尚不明确.本文测定了大别造山带早白垩世埃达克质和普通花岗岩类中斜长石的成分,并通过交换分配系数对斜长石分离结晶如何影响熔体的Sr/Ca O进行了讨论.结果表明大量斜长石分离结晶也不会显著改变花岗质熔体的Sr/Ca O,Sr-Ca O相关趋势的斜率主要由其初始岩浆组成决定.熔体高Sr/Ca O指示源区贫斜长石.因而,高斜率的Sr-Ca O相关趋势可作为判断加厚下地壳熔体的重要标志.     

东昆仑壳-幔岩浆混合作用: 来自锆石SHRIMP年代学的证据

东昆仑东部约格鲁岩体中发育形态各异的暗色微粒包体和若干基性岩体. 详细的野外地质调查和岩石学、地球化学研究表明, 花岗闪长岩、暗色微粒包体(MME)和角闪辉长岩三者之间具有成因联系. 选择花岗闪长岩(寄主岩)、角闪辉长岩和寄主岩中的暗色微粒包体样品, 应用SHRIMPⅡ进行了锆石U-Pb年龄测定, 结果分别为242±6, 239±6和241±5 Ma, 年龄值基本一致, 排除了花岗质寄主岩中的暗色微粒包体为源区固态难熔残余或围岩捕掳体的可能性, 也排除了基性岩浆在花岗质岩浆固结后才侵入的可能性. 这一结果从年代学的角度证明, 3种岩石为早、中三叠世岩浆混合作用的产物. 其中, 花岗质寄主岩更接近岩浆混合作用中的酸性端元, 角闪辉长岩则靠近岩浆混合作用中的基性端元, 而包体是注入到酸性岩浆中未完全混合的基性岩浆团块. 结合对岩体所做的其他方面的研究, 可以认为东昆仑花岗岩带在三叠纪中期经历过幔源基性岩浆与壳源酸性岩浆的混合作用, 表明地幔物质与能量对地壳的注入与反应在花岗岩成因中起了重要作用.     

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔影响的时空范围:以华北陆块东南部为例

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔影响的时空范围是大陆动力学研究的核心问题之一,来源于大陆岩石圈地幔的火成岩为探索这一科学问题提供了重要资料.我们对华北陆块东南部朝鲜-辽东半岛以及辽南-吉南地区晚三叠世花岗质-镁铁质火成岩进行了详细的岩石学、同位素年代学和地球化学研究,结果表明它们是由华南与华北陆块俯冲碰撞后伸展过程中多元岩浆混合形成;相对亏损和富集地幔组分的识别标志着晚三叠世期间华北陆块东南部表现为亏损与富集岩石圈地幔共存的属性.鲁西-辽南-吉南地区早白垩世镁铁质火成岩Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成表现出与郯庐断裂距离有关的空间变化,结合吉南地区三叠纪变质锆石和新元古代岩浆锆石的发现,推测起源于深俯冲华南陆块部分熔融的熔体改造了靠近郯庐断裂带的鲁西一侧(如方城、费县、上峪)和辽南地区的岩石圈地幔,而起源于华北陆块加厚地壳部分熔融的熔体则主要改造远离郯庐断裂带的鲁西西北部(如济南、金岭)和吉南地区的岩石圈地幔.因此,华南大陆深俯冲作用对邻区华北岩石圈地幔影响的时间为晚三叠世-早白垩世,影响的空间范围约为200 km.     

南岭东段基底麻粒岩相变质岩的形成时代和原岩性质:锆石的U-Pb-Hf同位素研究

华夏腹地南岭东段的桃溪群麻粒岩相变质岩的岩石化学和锆石的U-Pb-Hf同位素研究显示, 其原岩是一种低成熟度的碎屑沉积岩. 碎屑物质主要来源于新元古代中期(~736 Ma)的花岗质(或流纹质)岩石, 混有少量新太古代-古元古代物质. 这期新元古代岩浆活动的时代与扬子地块第二期岩浆活动的时代一致. Hf同位素特征指示新元古代花岗质岩石是古元古代幔源地壳物质再循环(部分熔融)的产物. 该变质岩原岩沉积于晚新元古代, 在早古生代被挤压俯冲带到下地壳深部, 在480 Ma左右发生了部分熔融和结晶作用, 大约在443 Ma发生了麻粒岩相变质作用. 这一时期形成的锆石显示了大的Hf同位素变化, ε_Hf(t)值从−13.2增加到2.36, 且具有随年龄变小ε_Hf(t)值增加的趋势, 表明在部分熔融和变质过程中有明显的地幔物质加入. 计算显示该麻粒岩演化到晚中生代具有与邻区一些过铝花岗质岩石相似的同位素组成, 暗示这种麻粒岩相变质岩很可能是南岭东段一些中生代过铝花岗岩的源岩.     

甘陶河群形成时代和构造环境: 地质、地球化学和锆石SHRIMP定年

甘陶河群是华北克拉通中部带早前寒武纪基底的重要组成. 主要由中基性玄武岩、砂岩、白云岩等组成. 本文报道了甘陶河群变质玄武岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄和地球化学组成. 岩浆锆石的²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb加权平均年龄为2087±16 Ma (MSWD=1.3), 其Hf同位素变化范围非常大, ε_Hf(t)值从-7.17到+0.45. 除岩浆锆石外, 岩石中还存在大量约2.5 Ga捕获锆石. 全岩Nd同位素变化范围为+4.0~-0.8. 在原始地幔标准化的蛛网图中, 所有样品都没有明显的Zr和Hf异常, 部分样品也没有Nb和Ta异常. 亏损地幔的部分熔融以及随后的地壳混染是这些玄武岩最可能的成因. 野外地质特征、大量捕获锆石的存在、同位素和微量元素地球化学都表明甘陶河群是在大陆基底上打开的. 结合前人对中部带其他古元古代火山沉积建造的研究, 本文指出华北克拉通中部带在古元古代时期为大陆裂谷环境, 在太古宙末期中部带地质体和东部陆块已经形成了统一的陆块.     

北京十三陵长城系常州沟组碎屑锆石SHRIMP年龄: 华北克拉通盖层物源区及最大沉积年龄的限定

华北克拉通中元古代长城系盖层广泛分布, 其沉积时代和物质来源对于华北克拉通前寒武纪地壳演化研究具有重要意义. 本文报道了北京十三陵地区华北克拉通长城系盖层碎屑沉积岩碎屑锆石年龄分布模式. 样品为长城系下部常州沟组含长石石英砂岩(CHc-2)和石英砂岩(CHc-9). 碎屑锆石年龄主要分布在2.35~2.60 Ga之间, 靠上部层位(CHc-9)还有一定数量1.9~1.8 Ga和2.1~2.3 Ga碎屑锆石存在. 研究表明, 碎屑沉积物来自以约2.5 Ga陆壳物质为主的华北克拉通物源区, 1.9~1.8 Ga为华北克拉通古元古代哥伦比亚超大陆陆-陆碰撞构造热事件响应的年龄, 长城系盖层最大沉积年龄小于1.8 Ga.     

粤西深层次推覆构造带岩石垂向分带性的发现

吴川-四会断裂带北段西侧广宁-肇庆一带复杂的花岗质杂岩中,成群或零星地分布有震旦-寒武纪(Z~c-∈b)浅变质岩块(图1).笔者通过广泛细致的调查研究首次确定了这些块体为粤西深层次推覆带的外来系统,即飞来峰,这套花岗质杂岩为其滑动系统。滑动系统独特的岩石垂向分带性的发现,提供了建立断裂(动力)变质阼用一种新的模式的可能性,对于断裂(动力)变质作用理论无疑也是一个补充和完善,对该区金矿勘查将具有实际指导意义。