新元古代雪球地球事件与地幔超柱活动

新元古代时期是超大陆裂解、低纬度冰川发育和多细胞生物繁衍的重要阶段,涉及全球性的古板块运动、气候变迁、生命演化等一系列跨学科重大科学问题,已经成为近年来国际地球科学研究的热点和前沿.其中关于超大陆裂解的起始时间和持续时间、裂谷岩浆活动性质和热液蚀变强度、水-岩反应与低18O岩浆成因的古气候意义、超大陆演化与气候突变之间的关系等,是当前地球科学界十分活跃并得到迅速发展的研究领域.新元古代中期与超大陆裂解有关的地幔超柱作用及其衍生的大规模裂谷岩浆活动,可能在启动全球性冰川、引起局部地区间冰川和终止雪球地球事件三个方面,对雪球地球事件的形成和演化都发挥了非常重要的作用,是地质历史上"冰"与"火"之间相互作用的典型范例.     

大别山北麓发现新元古代低18O岩浆岩

新元古代地幔超柱活动、超大陆聚合和裂解、裂谷岩浆作用与雪球地球事件之间是否具有成因联系，是当前国际地球科学研究的前沿和热点问题．而确定同时期岩浆岩是否含有地表水信息并形成低^18O岩浆，则是证明地球内部与外部之间在能量和物质上是否发生过相互作用的关键．先前对大别．苏鲁造     

大别-苏鲁造山带超高压变质岩原岩性质:锆石氧同位素和U-Pb年龄证据

对大别-苏鲁造山带榴辉岩和花岗片麻岩中的锆石进行了激光氧同位素分析、单颗粒U-Pb年龄测定以及阴极发光观察, 其中氧同位素分析样品覆盖面积达到大约20000 km². 结果表明, 大多数锆石具有大的岩浆成因核和窄的变质增生边, 岩浆成因核具有新元古代年龄(700 ~ 800 Ma); 氧同位素比值变化较大 (-10.9‰ ~ +8.5‰), 但是大多数具有比地幔锆石低的δ¹⁸O值. 由于锆石的氧同位素组成不受亚固相高温热液蚀变和麻粒岩相变质作用的影响, 因此这些低δ¹⁸O榴辉岩和花岗片麻岩的原岩分别为低δ¹⁸O的基性和酸性岩浆, 对应于扬子板块北缘与新元古代裂谷构造有关的双模式岩浆活动. 这种大面积新元古代低δ¹⁸O岩浆活动与Rodinia超大陆裂解和全球性冰川作用(雪球地球事件)具有准同时性, 因此具有一定的成因联系. 早期基性岩浆沿扬子板块北缘裂谷构造带侵位, 岩浆作为热源引起冰川融化并引起裂谷带内部地表水深循环和热液蚀变, 导致深部地壳酸性围岩和基性岩的氧同位素比值发生显著降低. 而水化岩石由于其熔点降低出现重熔, 结果产生了新元古代时期的扬子板块北缘的大面积双模式低δ¹⁸O岩浆活动, 然后从中结晶出低δ¹⁸O锆石. 因此, 大别-苏鲁造山带超高压变质岩中的大规模氧同位素负异常是从其原岩新元古代低 δ¹⁸O岩浆继承过来的, 其成因与Rodinia超大陆裂解、雪球地球事件和裂谷岩浆活动相耦合的高温大气降水热液蚀变有关.     

新元古代超大陆构型中华南的位置

新元古代超大陆构型和演化以及中国不同陆块在其中的位置,是近年来国内外地球科学界较为关注的前沿和热点问题.在常见的Rodinia超大陆再造模型中[1],将华南置于澳大利亚和劳伦大陆之间,处于超大陆的核心,位于澳大利亚陆块的东南.根据宜昌附近晓峰岩墙的最新古地磁和同位素年龄资料,Li等人[2]认为在大约800Ma时Rodinia超大陆分布在北半球从极地到赤道,嗣后以格陵兰附近为轴心经历了大约90的快速旋转性漂移,到大约750Ma时超大陆位于赤道北边的低纬度地区.根据这个解释,华南陆块在约800Ma时位于澳大利亚陆块的东北、印度陆块的东南(图1(a)),…     

内蒙狼山新元古代酸性火山岩的发现及其地质意义

在内蒙狼山西南段原定为中元古代沉积建造(渣尔泰山群)中, 新发现呈层产出、具有变余聚斑状和斑状结构、斑晶主要由石英和钠长石组成、岩石化学成分富钠低钾的酸性火山岩, 其顶、底板均为细晶方解石大理岩(或结晶灰岩). 两件代表性样品的锆石呈短柱状-长柱状, 内部环状结构发育, 具有较高的Th/U比值, 表明是岩浆成因. A8-0样品20粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(816.9±4.5) Ma. A14-5样品也测定20粒锆石, 15粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(805±5.0) Ma, 其余5粒锆石(3.1, 6.1, 7.1, 20.1, 21.1)依次为(867.0±10), (829.1±8.0), (849.7±9.8), (839.2±9.7), (830.7±9.3) Ma. 这证实酸性火山岩属于新元古代产物, 其年龄区间正好在 Rodinia(罗迪尼亚)超大陆裂解的时限范围内. 且酸性火山岩轻稀土富集, 重稀土亏损, 铕负异常明显, 高场强元素(HFSE)富集, 大离子亲石元素等相对亏损, 稀土和微量元素组成与华南扬子块体西缘和浙江次坞地区裂谷环境的新元古代酸性火山岩总体相似(但华南酸性火山岩的高场强元素Th, Nb, Ta, Hf, Zr均明显相对亏损), 具有形成于张性裂谷盆地的特征. 这表明内蒙狼山西南段存在与新元古代Rodinia超大陆裂解作用相呼应的海相火山-沉积变质建造, 内蒙狼山地区可能有与Rodinia超大陆裂解作用相呼应的构造-岩浆-热事件发生. 这一发现, 结合在西部阿拉善邻区发现的晋宁期花岗岩年龄(814~872 Ma)和金川超基性岩体的年龄(827 Ma)及华北地台邻区新元古代岩浆(火山)活动的最新研究成果, 对进一步研究Rodinia超大陆的构造演化历史有重要意义.     

华南前寒武纪大陆地壳的形成和演化

华南存在U-Pb年龄老达3.8 Ga的锆石, 对应的Hf模式年龄高达4 Ga, 说明华南存在晚冥古代地壳残片. 此外, 在西藏发现U-Pb年龄老达4.1 Ga的碎屑锆石, 这是目前中国报道的最老锆石. 这些结果意味着, 晚冥古代大陆地壳可能比先前认为的要广泛, 只是它们绝大多数已经再造成为太古宙地壳. 根据目前已经获得的锆石U-Pb定年和Hf同位素分析结果, 可见华南陆壳的生长始于太古宙早期, 在古元古代时期发生克拉通化达到相对稳定. 中国大陆参与板块构造活动的时间可追溯到冥太古代. 在新元古代时期伴随Rodinia超大陆的聚合和裂解, 大量的岩浆活动出现导致华南克拉通的初始破坏和再 造. 但是, 太古宙和古元古代地壳物质在华南直接以岩石的形式出露地表的并不多, 而大部分表现为零散的地壳残片形式. 不过, 新元古代岩浆活动的产出与否, 依然是区别华南与华北的重要标志.     

北祁连山变质杂岩中新元古代(~775 Ma)岩浆活动纪录的发现: 来自SHRIMP锆石U-Pb定年的证据

通过SHRIMP锆石U-Pb定年法, 获得来自北祁连山牛心山片麻状花岗岩与雷公山片麻状石英闪长岩的锆石206Pb/238U加权平均年龄, 分别为776±10和774±23 Ma. 两者锆石皆有明显的岩浆振荡环带与较高的Th/U比, 代表锆石是从岩浆结晶形成. 上述结果可以解释为岩浆侵位年代, 代表北祁连地区在新元古代(约775 Ma)存在一期重要的岩浆活动. 我们认为这一次岩浆活动可能与同时期全球的Rodinia超大陆裂解有关. 这一发现与邻近地区(中南祁连与柴北缘)所发现的同时期岩浆活动时间(750~800 Ma), 对于理解Rodinia超大陆在中国西部的构造演化具有重要意义.     

辽东半岛南部三叠纪辉绿岩中发现新元古代年龄锆石

辽东半岛南部的大连地区发育巨厚的新元古代地层, 对侵入于该地层中的辉绿岩进行锆石SHRIMP法U-Pb定年, 得到辉绿岩浆的结晶时间为晚三叠世(211 ± 2 Ma), 并且在该辉绿岩中发现大量年龄为0.9~1.1 Ga的锆石. 其中1125 ± 38 Ma的锆石年龄相当于Grenvillian碰撞拼合事件. 而大量年龄为904 ± 15 Ma锆石的Th/U比值较高(1.31~2.25), 且部分锆石具有岩浆韵律环带, 可能与新元古代早期Rodinia超大陆聚合过程中的岩浆活动有关.     

华夏南部可能存在Grenville期造山作用:来自基底变质岩中锆石U-Pb定年及Lu-Hf同位素信息

对华夏地块南部粤中增城和赣南鹤仔3个基底变质岩的地球化学和碎屑锆石年代学研究表明, 它们的原岩都是形成于晚新元古代的沉积岩. 3个变质沉积岩都主要由新元古代早期(1.0~0.9 Ga)的碎屑物质组成, 并混有少量中元古代和新元古代中晚期(0.8~0.6 Ga)的碎屑物, 说明沉积物主要来源于一个遭受过Gondwana大陆聚合事件影响的Grenville期造山带. 碎屑锆石的Hf同位素成分显示这些Grenville期锆石可能是造山旋回早期形成的弧与古老大陆碰撞产生的岩浆结晶的. 结合华夏地块其他地区~1.0 Ga年龄锆石的分布及形态学特征, 本文认为华夏地块的南缘很可能曾经存在或者极其靠近一个Grenville期的造山带. 而这期造山作用的时代与东印度以及东南极的Grenville造山带一致, 且同样受到Gondwana大陆聚合事件的影响. 因此, 从Rodinia超大陆裂解到Gondwana超大陆聚合期间, 华南地块很可能位于澳大利亚西部而与东印度和东南极相邻.     

徐淮地区新元古代初期镁铁质岩浆事件的锆石U-Pb 定年

华北徐淮地区元古界地层中发育巨型辉绿岩(床)群, 目前尚未见其侵入到年轻于寒武纪的地层.徐淮地区辉绿岩中分离出的锆石在阴极发光下具有3 种不同的内部结构特征, 皆属于岩浆成因.SHRIMP 法U-Pb 定年结果显示, 尽管206Pb/238U 表面年龄分布于2600~124 Ma 区间, 但是在谐和图解上只定义了两个有意义的地质事件: (1) 976 ± 24 ~ 1038 ± 26 Ma, 对应于辉绿岩浆结晶时代; (2) 2523 ± 52 Ma, 对应于混染的古老地壳物质形成时间. 结果指示, 在华北地块南缘存在中元古代末期至新元古代初期的基性岩浆活动, 可能与Rodinia 超大陆聚合过程中全球范围的Grenvill 期大洋板块俯冲活动有关,这对于恢复华北板块在Rodinia 超大陆重建中的位置具有重要意义     

苏鲁造山带西北缘五莲花岗岩中锆石U-Pb年龄及其地质意义

苏鲁造山带西北缘五莲杂岩带中产有绿片岩相浅变质杂岩组合.对其中3个代表性花岗岩体进行了锆石U-Pb年龄测定,得到的谐和年龄分别为672±4,742±9和747±14 Ma,证明这些花岗岩为新元古代岩浆活动的产物.由此可见,这些五莲花岗岩是新元古代时期侵位于扬子板块北缘的侵入岩,与大别山北麓的卢镇关岩浆杂岩相对应,都是三叠纪扬子板块俯冲过程中刮削下来的构造岩片,隶属于大陆板块俯冲构造加积楔的一部分.新元古代岩浆岩在五莲地区的产出说明,苏鲁造山带的板块缝合带位于五莲杂岩带的北侧,因此其位置在五莲断裂以北.     

广西十万大山地壳演化:来自印支期花岗岩中麻粒岩包体锆石U-Pb年代学及Hf同位素记录

广西东南部十万大山旧州岩体中副变质麻粒岩包体中锆石U-Pb定年和Hf同位素分析结果显示,麻粒岩原岩物质主要来源于新元古代-中元古代(564～1061Ma)的碎屑物质,峰值年龄为～822 Ma,其物源主要来自与新元古代Rodinia超大陆裂解有关的火成岩.部分锆石为古元古代(1778～2227 Ma),并有少量中太古代-古太古代物质(最老锆石年龄为(3551±8)Ma),暗示十万大山或周缘地区可能存在非常古老的地壳物质.另外,还获得一组早中生代岩浆锆石((234±2)Ma)和一组晚古生代变质锆石((253±3)Ma)年龄.锆石Hf同位素分析结果指示麻粒岩包体的原岩沉积物具有多来源特征,既有古老再循环地壳物质的参与,也有新生物质的贡献.锆石U-Pb-Hf同位素特征指示十万大山地区在～253 Ma经历了一次强烈的热事件,原岩发生麻粒岩相变质作用,而后在抬升过程中(～234 Ma)发生部分熔融形成花岗岩,麻粒岩包体为熔融残留体。     

华北克拉通破坏对地表地质与陆地生物的影响

晚中生代古太平洋板块俯冲导致东亚古大地幔楔形成和华北克拉通破坏,该动力过程引发华北克拉通发生强烈伸展和岩浆活动,广泛形成裂谷盆地和变质核杂岩,并造成燕辽和热河生物群的繁盛与消亡.古太平洋板块俯冲角度的变化导致东亚大陆经历了三次短暂挤压事件和两次强烈伸展构造.多学科综合研究进一步揭示,晚中生代燕辽和热河生物群的演化与华北克拉通的破坏强度、岩浆活动强弱以及盆地发展存在明显的时空相关性.上述现象表明地球深部动力过程不仅控制了克拉通破坏和地壳构造演化,而且也极大地影响了地表环境的变迁和陆地生态系统的演变.因此,地球生命是与环境协同演化,并且共同受地球深部过程的控制.     

中国东部裂谷系地幔脱气的氦同位素证据

大气中发现的放射性成因(~40)Ar和(~4)He被认为是地球内部放射性元素(如铀、钍等)自然衰变的产物经地球脱气进入大气圈的.稀有气体同位素组成及其相对比值是地球脱气理论和地幔地球化学演化很重要的地球化学指标,据此提出了地球脱气的连续性模式和突变性模式.地球脱气在时间上有突变性,在地理位置或大地构造位置上具不均匀性.大陆裂谷、大洋中脊、火山岛孤是地球脱气通量最大的地带.地球裂谷带不仅有大量挥发分从地球深部向外逃逸,而且有大量地球深部岩浆和热向上逸出.本文根据三十多个氦同位素数据和其他地球化学、地质学资料来讨论中国东部大陆裂谷地幔的脱气.     

甲烷渗漏构造、水合物分解释放与新元古代冰后期盖帽碳酸盐岩

甲烷水合物是地球沉积圈最大的可交换碳储库, 在全球变暖和海平面变化期将大规模分解释放, 对全球气候和环境产生重大影响. 新元古代极端寒冷的冰期之末可能发生了地史上最大的甲烷水合物分解释放事件. Marinoan冰后期(约635 Ma)盖帽碳酸盐岩中广布的甲烷渗漏构造、特殊的同位素标识、低硫酸盐浓度、海相重晶石沉积以及短暂而显著的碳同位素负漂(δ ¹³C≤−5‰)提供了新元古代晚期冰川消融和海进过程中甲烷释放的有力证据. 甲烷释放可能导致了全球变暖, 促进了全球冰川迅速融化; 而甲烷氧化导致的海洋缺氧和大气含氧量波动可能是新元古代末后生动物演化的重要环境驱动因素. 该事件有待进一步研究的问题包括: 甲烷水合物分解释放的诱发因素、甲烷最初释放与海洋缺氧事件发生的时间及其与生物演化之间的关系、反映甲烷氧化的地球化学信号、盖帽碳酸盐岩的区域和全球等时性等. 华南陡山沱组底部的盖帽碳酸盐岩提供了研究这些问题的良好实例.     

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.     

南秦岭武当山群碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义

报道了武当山群沉积地层碎屑锆石的U-Pb年代学特征, 并对其地质意义进行了探讨. 样品采自武当山群底部的杨坪组和中部双台组火山岩层之上的石英砂岩, 并对切割两地层组水系中的河砂进行了采集. 对碎屑锆石进行激光剥蚀-等离子体质谱原位分析, 结果显示, 杨坪组碎屑锆石的年龄主要为830~780 Ma, 少数为新元古代早期(约1.0~0.84 Ga), 含少量新太古代(~2.6 Ga)、古元古代(~2.4 Ga)和中元古代(~2.0 Ga)锆石; 双台组砂岩除少量的1.9~0.86 Ga锆石外, 主要由~755 Ma的锆石(交点年龄)组成, 与武当山群火山岩形成年龄相同. 两件河砂样品中碎屑锆石的年龄组成分别与杨坪组和双台组砂岩锆石相似. 武当山群碎屑锆石的U-Pb年代学特征表明, 该地层的最早形成时代<780 Ma; 主要由约1.0~0.85和约830~780 Ma两组碎屑锆石组成, 与华南陆块西北缘汉南地区新元古代岩浆作用记录相似, 指示了其物源区来自汉南或相似地区. 武当山地区记录了~755和~680 Ma两期具陆内拉张性质的岩浆事件, 指示其经历了与汉南地区不同的构造-岩浆演化过程. 因此, 南秦岭地区~755 Ma岩浆作用可能指示了华南陆块北缘与Rodinia超大陆之间的裂解事件, 而~680 Ma发生的岩浆事件标志了南秦岭与另一未知陆块之间的进一步分离.     

用火山岩制约南海的形成演化:初步认识与研究设想

同其他边缘海相比,南海海山众多,且分布广泛,记录了南海演化以及相关深部过程的重要信息.南海及邻区的火山作用可分成3期:南海张开之前(pre-spreading,>32Ma),张开期间(syn-spreading,32～16Ma)和张开期后(post-spreading,<16Ma).南海张开之前的岩浆活动(64～35Ma)主要局限在南海北缘和华南沿海一带,以双峰式火山岩为基本特征.南海扩张期岩浆活动在南海周边的分布非常少见,而主要分布于南海海盆,但由于海盆中沉积物非常厚,至今未获得该期岩浆的样品.南海扩张期后的岩浆活动广泛分布于中央海盆、西南次海盆、海南岛、雷州半岛、泰国、越南等地,以碱性玄武岩为主,少数为拉斑玄武岩,具有OIB地球化学特征,源于DM-EM2之间的混合地幔源,显示DUPAL同位素异常;火山岩中橄榄石斑晶的Fo含量达90.7%,表明火山岩可能是海南地幔柱活动的产物.南海及邻区新生代火山岩的时空分布可能与南海扩张过程中洋中脊对地幔柱的抽吸作用(ridge suction)有关,如是,南海海盆火山岩可能不是典型的MORB.但令人费解的是,华南大陆边缘-南海海盆的过渡带不具备火山裂解边缘(volcanic rifted margin)的特点.显然,地幔柱活动与南海张开之间的关系尚需进一步的研究.在南海重大研究计划的实施过程中,只有有效规划和组织海底火山岩样品的采集,并加强火山岩成因和深部动力学研究的联系,才能阐明深部过程与南海张裂演化之间的联系.     

北淮阳王母观橄榄辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

对大别造山带北麓北淮阳带西段王母观岩体中橄榄辉长岩及其围岩-含石榴子石绿帘云母石英片岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年. 结果表明, 王母观橄榄辉长岩并不是前人认为的海西期岩体, 它的形成时代应为(635 ± 5) Ma, 其围岩的形成时代为(464 ± 7) Ma. 因而在北淮阳带发现了新元古代晚期辉长岩. 由于该期辉长岩的形成时代与华南陡山沱组沉积岩中普遍发育的火山凝灰岩夹层以及华南陆块北缘湖北随州-枣阳一带发育的一期大规模新元古代晚期基性岩墙群的时代一致, 证明北淮阳带西段王母观一带辉长岩属于华南陆块北缘的一部分, 因此华南陆块新元古代晚期仍然存在大规模岩浆活动. 鉴于北淮阳带王母观等地辉长岩出露于华北陆块南缘变质的奥陶纪岩浆岩之中, 二者之间为构造接触以及分别形成于不同的大地构造背景, 推测它们可能是印支期华南陆块发生深俯冲的初始阶段被挤离与脱耦的岩片, 并在后期构造作用过程中被推覆到华北南缘古生代浅变质岩系之上.     

西秦岭勉略带北部黄渚关和厂坝花岗岩锆石U-Pb年龄及源区性质

秦岭-大别-苏鲁造山带出露大量中生代岩浆岩,对这些岩浆岩进行精确的锆石U-Pb年代学研究可以为揭示大陆碰撞过程、追溯岩浆源区物质来源提供线索.对出露在西秦岭地区的黄渚关和厂坝花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究和全岩地球化学研究.结果表明,黄渚关花岗岩中心相和边缘相锆石的加权平均年龄分别为(214±1)和(213±3)Ma;厂坝花岗岩的锆石的加权平均年龄为(213±2)Ma.这些年龄年轻于华南陆块与华北陆块碰撞引起超高压变质的年龄225~240Ma,对应于同折返岩浆活动.厂坝花岗岩中存在若干新元古代继承锆石((757±14)Ma),说明其岩浆源区为华南陆块.地球化学上,这两个岩体都富集LILE和LREE、亏损HFSE和HREE,表现出典型的弧岩浆岩的特点.但是,黄渚关花岗岩的主要氧化物之间呈现良好的线性关系,暗示同源岩浆演化的特点;中心相含有大量闪长质微粒包体,暗示岩浆混合的存在.厂坝花岗岩相对高Si和K,低Fe和Mg,且具有较高的Fe*,说明其为岩浆高度演化产物,它的出现预示着秦岭造山带已进入碰撞晚期的伸展拉张演化阶段.因此,黄渚关和厂坝花岗岩是秦岭造山带在碰撞晚期晚三叠世期间华南陆块不同成分地壳物质分别发生部分熔融的产物.