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.     

五台山滹沱群SHRIMP锆石U-Pb年龄: 华北克拉通早元古代拼合新证据

采自五台山台怀镇南8 km处滹沱群变质火山-沉积岩层中的长英质凝灰岩样品含有两组锆石, 所记录的SHRIMP锆石方法²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄分别为2180±5 Ma和2087±9 Ma. 在误差范围内, 较老的一组年龄与五台山大洼梁花岗岩年龄相当, 表明它们来自相似的地壳岩浆源; 而较年轻的一组锆石年龄与相邻地区阜平杂岩湾子表壳岩中变沉积岩和变火山岩及南营花岗片麻岩年龄相当, 因而被解释为滹沱群火山作用年龄. 这两组年龄的存在表明: (1) 滹沱群形成于早元古代而非太古宙; (2) 早元古代火山-沉积作用在五台和阜平地区同时间发生. 这样, 早元古代沉积作用在该区是广泛的, 它们代表了华北克拉通东部陆块西侧大陆边缘相沉积. 滹沱群火山作用年龄的确定也表明该群所经历的变质-变形事件发生在2087±9 Ma 之后, 这进一步佐证我们最近根据其他方面研究结果所得出的吕梁造山事件(约1.8 Ga)是该区主要构造事件的结论: 该事件导致华北克拉通东部陆块和西部陆块的最终拼合, 并成为全球早-中元古代超级大陆组成部分之一.     

鄂尔多斯盆地基底变质岩与花岗岩锆石SHRIMP U-Pb定年

通过对采自鄂尔多斯盆地基底西部石榴夕线黑云斜长片麻岩与东部片麻状二云母花岗岩的钻孔样品进行SHRIMP锆石U-Pb定年,分别获得了203110和203510Ma的207Pb/206Pb年龄.两件样品的锆石都显示清楚的韵律环带,具岩浆锆石特征.其中石榴夕线黑云斜长片麻岩中的部分锆石具有较薄的变质增生边,由3个增生边获得的年龄范围约为1850～1630Ma.该岩石的矿物组合显示原岩为泥质-长英质岩石,但其锆石主体为岩浆成因,可能说明其源区为单一的花岗质岩体或火山沉积岩区.因此,鄂尔多斯基底与邻近剥露区域一样,在古元古代2035～2030Ma左右曾有大规模的花岗岩浆侵位,表明存在古元古代活动构造带,这对揭示华北克拉通西部陆块的性质和特征具有重要的意义.     

华北克拉通高凡群、滹沱群和东焦群的形成时代和物质来源: 碎屑锆石SHRIMP U-Pb同位素年代学制约

对华北克拉通前寒武纪变质地层高凡群、滹沱群和东焦群碎屑锆石年龄谱进行了研究. 高凡群石英岩碎屑锆石年龄主要为~2.5 Ga, 存在部分~2.7 Ga和时代更老的碎屑锆石. 滹沱群底砾岩的石英岩砾石碎屑锆石年龄谱与高凡群石英岩十分类似. 东焦群变质长石石英砂岩碎屑锆石年龄也以~2.5 Ga为主, 但无>2.6 Ga碎屑锆石, 而有~1.83 Ga和2.0~2.2 Ga碎屑锆石存在. 研究表明: (1) 高凡群形成于新太古代五台花岗-绿岩带之后, 为华北克拉通古元古代(2.14~2.47 Ga)最古老的地层之一; (2) 滹沱群是在古元古代高凡群之后陆壳基底之上形成的沉积地层, 时代为古元古代中期(2.09~2.14 Ga); (3) 东焦群形成于~1.83 Ga之后, 可能与长城系底部对比; (4) 所有样品的碎屑锆石都显示了明显的2.5 Ga年龄峰值, 为华北克拉通早前寒武纪基底新太古代晚期强烈构造岩浆热事件的时代记录.     

藏北羌塘地区基性岩墙群锆石SHRIMP定年及Hf同位素特征

藏北羌塘中央隆起地区出露有大规模、近东西走向的基性岩墙群, 是该地区发生区域性伸展作用的遗迹. 对代表性辉绿岩岩墙进行了锆石SHRIMP定年和Hf同位素分析, 两个辉绿岩加权平均年龄分别为(284±3)和(302±4) Ma, 表明羌塘地区基性岩墙群主要形成于晚石炭世末至早二叠世. 辉绿岩锆石样品¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值在0.282852~ 0.283041之间, ε_Hf(t)值均在12左右, 暗示其岩浆源区为亏损地幔. 锆石Hf模式年龄(T_DM)分别为~438和~457 Ma. 羌塘中央隆起地区岩墙群地球化学成分具有板内玄武岩的特征, 可能是该地区古特提斯洋初始张开的产物.     

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.     

独居石和锆石SHRIMP U-Pb定年对比

独居石定年在地质年代学研究中占有重要的地位. 然而, 相对于锆石, 独居石SHRIMP U-Pb定年方法应用较少. 对2个岩浆岩体中岩浆成因独居石和锆石SHRIMP U-Pb定年结果进行了对比, 表明北京离子探针中心独居石SHRIMP U-Pb定年方法是可行的, 为独居石精确定年打下了基础.     

华北古陆下马岭组归属中元古界的锆石SHRIMP年龄新证据

建立中国晚前寒武纪地层标准剖面一直是华北中、新元古代地层研究的主要目标, 获得高质量同位素年龄数据是实现这一目标的关键之一. 然而, 多年来关键层位仍缺乏高质量同位素年龄的约束. 对原“青白口系”下马岭组的层凝灰岩进行研究, 并在河北省宣化地区下马岭组发现10层凝灰岩层(斑脱岩), 获得大量岩浆型锆石, 利用SHRIMPⅡ技术, 进行了高精度定年, 测得凝灰岩层锆石²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb加权平均年龄为(1366 ± 9) Ma. 结合区域资料和北京西山下马岭组的锆石年龄讨论了锆石年龄的地质意义. 这一新的同位素年龄数据为华北“青白口系”下马岭组在地层柱中的定位增添新的依据, 它不仅再次准确地确定了地层的形成时代, 而且对整个华北地台中、新元古代地层的地质演化史的认识和下马岭组宏观藻类演化在中元古代年代地层柱准确定位都有着重要的地质意义.     

熊耳群火山岩锆石SHRIMP年代学研究:对华北克拉通盖层发育初始时间的制约

熊耳群火山岩广泛发育于华北克拉通南部, 它的形成标志着华北克拉通南部盖层发育的开始. 准确厘定熊耳群火山岩的形成时代, 对于揭示华北克拉通元古宙时期的构造格局与演化历史有重要意义. 应用SHRIMP U-Pb方法对熊耳群火山岩和同期的次火山-侵入岩共5个样品的锆石进行了84个测点的精确定年, 结果表明: 熊耳群形成于古元古代1.80~1.75 Ga. 因为熊耳群早于长城系, 推断长城系的底限年龄可能在1.75 Ga. 华北克拉通南部新近的SHRIMP U-Pb年龄资料, 表明华北克拉通南部有1.84 Ga左右热-构造事件的地质记录, 而熊耳群火山岩的发育标志着华北克拉通古元古代裂解事件的开始. 熊耳期岩浆岩中大量继承性岩浆锆石的存在(主要是2.20 Ga左右), 说明熊耳期岩浆可能来源于2.20 Ga左右的地壳, 或者是熊耳期幔源岩浆同化混染了大量的2.20 Ga左右的地壳物质.     

华北克拉通孔兹岩带含夕线石泥质麻粒岩中石榴子石的金红石出溶

对华北克拉通孔兹岩带泥质麻粒岩样品中石榴子石的金红石出溶进行报道.该麻粒岩样品的矿物组合为石榴子石、夕线石、条纹长石、黑云母和石英.长石地质温度计在压力1×106 k Pa时给出的峰期温度大约为980℃,表明该样品曾经历了超高温变质作用.激光拉曼分析显示石榴子石中的定向针状金红石具有特征谱峰446~448和610 cm–1.在显微镜下可以观察到3~4组相互平行定向的针状金红石包体,因此认为它们是在变质峰期后抬升和降温过程中由石榴子石出溶形成.石榴子石出溶定向针状金红石可以在华北克拉通孔兹岩带用来指示超高温变质作用,当然也同样对其他超高温变质地体适用.     

华北克拉通北缘晚古生代活化: 山西宁武-静乐盆地上石炭统太原组碎屑锆石U-Pb测年及Hf同位素证据

对华北克拉通西部山西宁武-静乐盆地上石炭统太原组(N-8)地层样品进行了碎屑锆石LA-MC-ICPMS U-Pb年龄测定, 72个单颗粒锆石年龄分成303~320 Ma (6颗)、1631~ 2194 Ma (37颗, 峰值1850 Ma)和2318~2646 Ma(29颗, 峰值2500 Ma)三组. 第二组和第三组碎屑锆石是华北克拉通基底的反映. 第一组碎屑锆石的176Hf/177Hf比值分布于0.281725~0.282239, 具有较低的εHf (t)值(-12.4~ -30.3)和较老的Hf模式年龄(1.43~2.16 Ga), 与华北北缘内蒙古隆起内的石炭纪火成岩锆石年龄及Hf同位素特征相似, 而明显区别于兴-蒙造山带, 表明山西宁武-静乐盆地太原组的部分物源来自于华北克拉通北缘的内蒙古隆起. 第一组年轻碎屑锆石的Th/U都较高(大于0.67), 应为岩浆锆石, 其中最年轻的两颗锆石的平均年龄((304 ± 6) Ma) 与地层沉积年龄相近, 暗示晚石炭世内蒙古隆起发生了强烈的构造抬升和岩浆活动, 为晚石炭世华北克拉通北缘活化提供了证据.     

孔兹岩系——贺兰山中段赵池沟岩组碎屑锆石LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、Hf同位素组成及其地质意义

对贺兰山中段古元古代赵池沟岩组剖2两块变质沉积岩样品中的碎屑锆石进行了U-Pb定年和Hf同位素研究.研究认为:赵池沟岩组为华北克拉通孔兹岩系的一部分,其成岩时间为1.96 Ga;碎屑锆石年龄谱显示赵池沟岩组具有和孔兹岩带东缘相同的物源属性,孔兹岩带内部古老岩浆活动是孔兹岩系沉积的主要物源基础;变质锆石数据支持华北克拉通孔兹岩带发生过两期变质作用,早期变质作用发生在约1.96~1.95 Ga,晚期变质作用发生在约1.87 Ga;Hf同位素数据表明西部陆块在2.5~2.3 Ga有地壳增生.     

五台地区滹沱群底界时代: 玄武安山岩SHRIMP锆石U-Pb定年

五台地区古元古界滹沱群底部砾岩层中发育浅变质的玄武岩-玄武安山岩. 详细的地质调查确认其与上下沉积岩层为整合关系. 对该岩层中玄武安山岩的锆石进行了SHRIMP U-Pb年龄测定, 主要年龄结果分为两组. 较老的一组锆石²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄范围为2433～2558 Ma, 与五台-阜平地区地壳形成时代一致, 推测为岩浆穿过地壳时捕获或火山岩沉积时陆源碎屑岩带入的锆石; 较年轻的一组锆石13个点的207Pb/206Pb年龄非常集中, 其加权平均值为(2140±14) Ma. 该组锆石U含量极低(多数<50×10^-6), Th/U比值高(0.49～1.11), 为基性岩浆成因锆石. 因此, (2140±14) Ma就是玄武安山岩的岩浆锆石结晶年龄, 代表滹沱群的底界时代. 这一结果进一步证实滹沱群形成于早元古代中期, 是不同于五台运动的另一次地质事件的记录, 很可能与华北中部2.2～2.1 Ga的裂谷活动有关.     

柴达木北缘都兰野马滩花岗岩锆石SHRIMP定年

柴北缘超高压带上野马滩花岗岩体位于都兰以北约40 km处, 主要由花岗闪长岩-二长花岗岩-黑云母花岗岩组成, 其中的花岗闪长岩锆石SHRIMP年龄为397±3 Ma. 岩石地球化学研究表明, 该岩体既具有I型花岗岩的部分特征, 又具有S型花岗岩的部分特征, 类似于碰撞后花岗岩. 结合区域地质特征认为, 该花岗岩是在经历过超高压变质作用的块体最后折返过程中形成的.     

华北克拉通东部岩石圈地幔的多期改造:鲁西纯橄岩捕虏体中锆石SHRIMPU-Pb年代学证据

华北克拉通破坏的时间一直是地质学家们争论的焦点问题之一.鲁西铁铜沟岩体中纯橄岩捕虏体的锆石SHRIMPU-Pb定年结果对此给出了制约.结果显示,4个纯橄岩样品的18颗锆石阴极发光图像中,15颗呈条痕状吸收,2颗具岩浆环带特点,结合它们的Th(49～3569μg/g,平均值为885μg/g),U(184～5398μg/g,平均值为1277μg/g)含量和Th/U比值(0.15～2.04),暗示岩浆成因特征.岩浆锆石的206Pb/238U表面年龄分成5组:131～145,151～164,261～280,434～452和500～516Ma.131～145Ma年龄与寄主岩浆(铁铜沟岩体)的形成时代相一致;151～164Ma年龄对应于华北克拉通东部中-晚侏罗世少量幔源岩浆和主体的酸性岩浆事件;261～280Ma年龄与峨眉山大火成岩省的时代相类似;434～452Ma年龄与华北克拉通东部古生代时期富硅质岩浆的时代相一致;500～516Ma年龄可能是全球泛非事件在华北克拉通东部的响应.华北克拉通东部岩石圈地幔经历了多期次不同程度熔体的改造,其中以中生代晚期(131～164Ma)的改造最为强烈.     

喀喇昆仑断裂的形成时代:锆石SHRIMP U-Pb年龄的制约

喀喇昆仑断裂的形成时代对青藏高原形成演化、变形过程的研究具有重要意义. 在断裂东南段阿伊拉日居山地区, 沿断裂出露具高温右旋剪切应变特征的糜棱岩和糜棱岩化片麻岩-花岗岩, 因此, 利用变形岩石中锆石的SHRIMP U-Pb年龄来制约断裂的形成时代和变形历史. 变形岩石中同构造结晶锆石的U-Pb同位素年龄, 暗示了喀喇昆仑断裂的形成时代至少为距今约27 Ma以前, 比前人观点至少早约10 Ma; 大规模的高温右旋剪切活动至少在距今27~20 Ma期间, 并且伴随同构造淡色花岗岩的产生; 剪切变形过程中伴随大量热液流体作用时限至少在距今25~13 Ma期间. 喀喇昆仑断裂的生长可能是由南东向北西扩展的过程, 是印度板块与欧亚大陆持续碰撞的结果.     

南华系底界与古城冰期的年龄: SHRIMPⅡ定年证据

报道南华系候选层型剖面——湖南石门壶瓶山镇杨家坪剖面的同位素年代学研究结果. 锆石SHRIMP定年研究表明, 南华系下统渫水河组(相当于莲沱组)上部凝灰岩的锆石定年结果为758±23 Ma, 可限定南华系古城冰期的下限. 其下青白口系老山崖组为809±16 Ma, 采样点距顶界12 m, 根据沉积速率估算, 其顶界的时限大致为800 Ma. 这一组年龄结果使我国南方前寒武纪长期争论的“莲沱组”是否等于“板溪群”的重大地层对比问题得以澄清.     

汉诺坝玄武岩中麻粒岩捕虏体锆石Hf同位素、U-Pb定年和微量元素研究: 华北下地壳早期演化的记录

对汉诺坝玄武岩携带的条带状麻粒岩锆石进行了背散射、Hf同位素、U-Pb年龄和微量元素原位分析. 结果表明: 条带状麻粒岩为早期下地壳样品, 其成因很难用单一的过程来解释, 而是包含着地壳再熔融岩浆作用、幔源物质参与、变质分异作用和早期的下地壳拆沉作用等复杂过程信息. 岩石中除有3097~2824和2489~2447 Ma的古老年龄信息外, 80%的锆石给出1842±40 Ma的年龄值. 老年龄锆石有高的ε_Hf值(达+18.3)和高的Hf模式年龄(2.5~2.6 Ga), 说明形成该岩石的初始物质主要来源于晚太古代的亏损地幔. 早元古代锆石的eHf值多变化于零附近; 个别有较高的ε_Hf值(+9.2~+10.2), 表明早元古代时华北东、西部地块碰撞拼合并导致克拉通最终形成过程中有地幔物质参与.     

华夏地块古元古代陆壳再造: 锆石微量元素与U-Pb和Lu-Hf同位素证据

应用LA-ICPMS 锆石U-Pb微区定年和锆石微量元素及Hf同位素分析方法, 对浙西南景宁三枝树片麻状花岗岩进行了系统的研究. 花岗岩中几乎所有的锆石都显示典型的韵律振荡环带, Th/U比值较高(均大于0.1), 锆石稀土元素球粒陨石标准化配分曲线呈左倾型, 并显示明显的正Ce异常和负Eu异常, 表明这些锆石为岩浆成因. 锆石U-Pb定年得到花岗岩的成岩年龄为(1860 ± 13) Ma (MSWD = 0.084), 锆石εHf (1860)值均为较低的负值(-15.6 ~ -10.0), 二阶段Hf模式年龄T_DM2为3.1~3.4 Ga, 指示三枝树片麻状花岗岩为古-中太古代陆壳再造的产物. 主量和微量元素研究表明, 三枝树花岗岩为准铝质高钾钙碱性花岗岩, 具典型的铝质A型花岗岩特征, 形成于造山后的伸展拉张环境. 华夏地块古元古代陆壳再造事件(1.86 Ga)很可能记录了Columbia超大陆聚合向裂解转折的信息.     

缅甸翡翠形成时代和成因的锆石U-Pb年龄与Hf同位素制约

缅甸翡翠(硬玉岩)以其巨大的经济价值和出露于印度-欧亚板块碰撞带附近的构造位置著称. 长期以来, 由于研究区地形复杂, 气候条件恶劣, 加上经常出现局部的军事冲突, 该地翡翠成因及其动力学意义的研究仍然较为薄弱. 利用激光等离子体质谱仪(ICP-MS)和配有激光器的多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)对市场筛选收集到的一块缅甸翡翠玉器中的锆石进行了微量元素组成、U-Pb年龄和Hf同位素的原位测试. 该锆石的CL图像显示典型的变质锆石特点, 且 其内部含有硬玉和绿辉石等矿物包裹体. 对其中16颗锆石进行的75次激光原位U-Pb测定获得的年龄为(158 ± 2) Ma. 尽管这些锆石的重稀土元素(HREE)明显富集, 表现出与其他类型锆石相同的特点, 但它没有明显的Eu异常而与其他岩浆锆石有所不同. 锆石¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化范围为0.282976～0.283122, 其平均值为(0.283066 ± 7), 相对应的ε_Hf(t)为(13.8 ± 0.3)(n=75). 上述新的证据显示, 缅甸宝石级翡翠主体形成于晚侏罗世, 是大洋板块俯冲情形下释放出的流体与地幔楔相互作用的产物, 与印度和欧亚板块的陆-陆碰撞无关.