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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

华北克拉通西部孔兹岩带形成时代新证据: 巴彦乌拉-贺兰山地区锆石SHRIMP定年和Hf同位素组成

对华北克拉通西部孔兹岩带西段巴彦乌拉-贺兰山地区片麻状花岗岩和贺兰山岩群石榴云母二长片麻岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年和Hf同位素组成研究. 片麻状花岗岩岩浆锆石年龄为(2323±20) Ma, 两期变质锆石年龄分别为(1923±28)和(1856±12) Ma. 锆石核、幔和边Hf同位素组成相近, 19个数据点TDM1(单阶段亏损地幔模式年龄)变化范围为2455~2655 Ma. 石榴云母二长片麻岩中大多数残余锆石年龄集中分布, 平均年龄为(1978±17) Ma, 另有少量更老残余锆石(2871~2469 Ma)存在. 变质锆石由于U含量很高导致强烈铅丢失, 未能获得准确年龄. 锆石Hf同位素组成变化范围较大, T_DM1为1999~3047 Ma. 结合前人研究成果, 可得出如下结论: (1) 贺兰山岩群孔兹岩系形成于古元古代, 而不是以往认为的太古宙; (2) 研究支持了华北克拉通西部鄂尔多斯陆块和阴山陆块之间存在一规模巨大的古元古代孔兹岩带的认识; (3) 孔兹岩带内大量存在的古元古代早期地质体可能是孔兹岩系碎屑沉积物物源区之一; (4) 鄂尔多斯地块、阴山地块和东部地块大致在同时发生相互碰撞拼合, 导致华北克拉通最终形成.     

龙首山岩群碎屑锆石SHRIMP U-Pb年代学及其地质意义

利用SHRIMP定年法取得龙首山岩群最上部层位三件变质沉积岩中, 单颗粒碎屑锆石62个有地质意义的年龄资料. 锆石年龄主要介于1.7~2.2 Ga之间, 约占80%, 峰值在1.8~2.0 Ga, 其余在2.3~2.7 Ga之间, 约占20%. 在这些碎屑锆石中, 最年轻年龄为(1724±19) Ma, 此资料可表示为沉积作用完成的最大年龄, 其固结成岩的年龄也必小于(1724±19) Ma. 比对碎屑锆石的年龄频谱和周围古老地块岩浆岩的年代, 显示龙首山岩群最上部层位的变质沉积岩的沉积物可能来自阿拉善和塔里木两地块. 阿拉善地块与塔里木地块亲缘性较强, 在早元古-中元古代时有可能是一个统一的陆块.     

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.     

密云岩墙群的时代及其对长城系底界年龄的制约

北京市密云水库附近分布着一些北-东走向,个体宽度达40m以上,长度达8000m的岩墙,本文称之为密云岩墙群.从一条宽约40m的岩墙中分选出了大量斜锆石,同位素稀释法获得其207Pb/206Pb年龄为1731±4Ma(n=4;1731±1Ma,n=3).该岩墙被长城群底部常州沟组底砾岩不整合覆盖,这一年龄限定常州沟组沉积起始时代晚于1731Ma.由于长城群是长城系的标准剖面,因此,这一年龄指示长城系的起始时代应晚于1731Ma.本区斜长岩杂岩体及环斑花岗岩(1730~1680Ma)被认为与长城群所在的燕辽裂谷有成因联系.但是,密云岩墙群的成因与上述岩体并不相同,指示不同的地质事件.长城群是我国地质时代单元长城纪时代划分的重要依据之一,考虑到1731Ma前后地质事件性质可能发生了变化,建议将长城纪起始时代定为1730Ma或者稍晚.     

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.     

铁岭组钾质斑脱岩锆石SHRIMP U-Pb年代学研究及其地质意义

最近在冀北-辽西以碳酸盐岩为主的铁岭组内发现了钾质斑脱岩, 并获得其锆石SHRIMP U-Pb年龄——(1437±21) Ma, 这一进展将铁岭组的时代确定为中元古代早期盖层纪(Calymmian Period)末期. 与此同时, 还在同一剖面获得了铁岭组的上覆地层——下马岭组碳硅质页岩里钾质斑脱岩锆石SHRIMP U-Pb年龄——(1372±18) Ma, 这与稍早前在北京西北及其附近地区所获得的定年结果(~1380 Ma)是一致的. 这在肯定了该地区下马岭组应归入中元古代中期延展纪(Ectasian Period)早期的同时, 也表明以蓟县剖面为代表的燕山东部地区铁岭组-下马岭组等相关序列, 可与北京西山及燕山西部进行良好对比. 换言之, 华北北部从高于庄组到铁岭组的巨厚碳酸盐岩序列都应视为中元古界盖层系沉积, 而铁岭组与下马岭组之间的不整合面可作为中元古界盖层系与延展系之间的物理性分界标志; 早先以该不整合面命名的“芹峪上升”(或“芹峪运动”)应属于一个时限短暂的中元古代早期的区域抬升, 不能再视为华北克拉通对新元古代罗迪尼亚超大陆聚合事件(~1.0 Ga)的响应.     

辽东半岛煌斑岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其对中国东部岩石圈减薄开始时间的制约

中国东部在中生代期间发生了大规模的岩石圈减薄已是不被争论的事实, 但关于岩石圈减薄开始的时间, 目前还缺乏应有的资料. 辽东半岛位于华北克拉通的东部, 是研究中国东部中生代岩石圈减薄事件的重要地区之一. 本次工作对辽东铧子裕菱镁矿矿区侵入于早元古代辽河群大石桥组菱镁矿矿层中的煌斑岩脉岩群开展了SHRIMP锆石U-Pb定年和地球化学初步研究. 结果表明, 这些煌斑岩脉是在晚侏罗世(155±4 Ma)侵位的, 并具有钾质岩浆的地球化学特征. 目前初步认为, 中国东部岩石圈减薄发生在晚中生代, 且在130~120 Ma的早白垩世达到高潮. 考虑到富钾镁铁质岩浆活动是岩石圈开始减薄的标志, 因此, 本次年代学工作所发现的辽东地区晚侏罗世钾质煌斑岩脉岩群, 可能暗示岩石圈开始减薄发生在晚侏罗世.     

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.     

华北克拉通2.5 Ga地壳生长事件的Nd-Hf同位素证据: 以怀安片麻岩地体为例

怀安片麻岩地体是华北克拉通中部代表性的晚太古代TTG 片麻岩地体之一, 主体是形成于2.5 Ga 的TTG 片麻岩和闪长质片麻岩. TTG 片麻岩的ε_Nd(t)值(2.7 ~ 4.3)和大部分岩浆锆石的ε_Hf(t)值(2.0 ~ 8.3)分别与同期2.5 Ga 的亏损地幔ε_Nd(t)值和ε_Hf(t)值相近, 并且较年轻的Hf模式年龄2.44 ~ 2.73 Ga 和锆石U-Pb 年龄一致. 与TTG 片麻岩共生的闪长质片麻岩, 由于老地壳物质加入, 其ε_Nd(t)值(0.8 ~ 1.7)略低于亏损地幔ε_Nd(t)值; 但多数岩浆锆石的ε_Hf (t)值(2.0 ~ 7.9)也与同期亏损地幔ε_Hf (t)值相当, 部分Hf模式年龄2.49 ~ 2.75 Ga 也和锆石U-Pb年龄一致. 这些特征显示TTG 片麻岩和闪长质片麻岩代表2.5 Ga 来自亏损地幔的新生地壳, 该期岩浆活动是华北克拉通一次重要的地壳生长事件.     

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.     

胶东乳山含金石英脉型金矿的成矿年龄: 热液锆石SHRIMP法U-Pb测定

胶东乳山金矿含金石英脉中的锆石具有较高的普通铅(²⁰⁶Pb_c＝2.00%~15.88%)和Th/U比值(0.31~1.35), 其壳-幔部捕获的流体包裹体与含金脉石英中的流体包裹体类型相同, 表明锆石形成于高Th/U比值的成矿热液环境. SHRIMP法 U-Pb测定结果表明, 含金脉石英中热液锆石的形成年龄为117±3 Ma, 与前人在胶东其他地区金矿床获得的成矿年龄相接近, 代表了乳山金矿的热液成矿时间; 围岩昆嵛山二长花岗岩中锆石的形成年龄为160±3 Ma, 表明金矿床形成与二长花岗质岩浆侵位事件无直接关系. 采用SHRIMP法直接测定含金石英脉中热液锆石的U-Pb年龄, 可用来限定热液成因金矿床的成矿时代.     

锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约

锆石U-Pb定年是同位素年代学研究中最常用的方法, 如何对所得到的年龄值给予合理的地质解释是锆石U-Pb年代学研究的重点. 本文对近年来锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约方面有关的进展进行了系统的总结和评述. 不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型: 岩浆锆石具有典型的振荡环带和/或扇形分带结构; 变质锆石有其特征的内部结构, 主要有无分带、弱分带、云雾状分带、扇形分带、面状分带和斑杂状分带等, 不同成因变质锆石具有其特征的内部结构特点. 岩浆锆石的微量元素特征与其岩石类型有关, 从超基性岩到酸性岩中的锆石的微量元素含量逐渐升高; 不同成因变质锆石具有不同的微量元素特征, 变质锆石的微量元素特征可以反映变质锆石的形成环境. 通过锆石与石榴石之间微量元素的配分, 可以很好地确定含石榴石的高级变质岩中变质锆石形成的具体P-T条件. 锆石中原生包裹体矿物组成同样可以为锆石的形成环境提供明确的限定. 因此, 在进行锆石U-Pb定年的同时, 对锆石进行显微结构、微量元素特征和矿物包裹体成分等方面的综合研究, 限定锆石的形成环境, 能够为锆石U-Pb年龄的合理解释提供有效的制约.     

滇中昆阳群凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄:华南格林威尔期造山的证据

滇中地区出露的昆阳群是一套与华南格林维尔期造山密切相关的沉积岩系. 隶属黑山头组的富良棚段上部发育厚近百米的安山质熔结凝灰岩、层凝灰岩, 是昆阳群最早出现的中性火山岩系, 与昆阳群沉积由陆源碎屑岩转化为碳酸盐岩, 以及震积岩开始大量发育同步. 在这套凝灰岩下部、顶部分别采获样品G3-29-2, G3-29-3, 选出百余粒锆石. 样品G3-29-2获得的锆石Th/U大于0.65, 并具清晰的振荡环带结构, 表明为岩浆成因的锆石. 该样品获得的SHRIMP U-Pb加权平均年龄为(1032 ± 9) Ma. 样品G3-29-3获得多种类型的锆石. 其中, 最老的继承性单颗粒碎屑锆石谐和年龄为(1938 ± 26) Ma, 显示滇中地区存在早前寒武纪基底. 基于以上定年数据, 结合康滇地区火山岩发育特征, 进一步论证了康滇南部格林维尔期造山存在的可能性.     

浙江平水群角斑岩的成因: 锆石U-Pb年龄和Hf同位素制约

报道了平水群角斑质岩石的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和Hf同位素以及全岩地球化学组成, 讨论了其岩石成因和地质意义. 研究结果表明, 来自平水群的角斑岩形成于(904±8) ~ (906±10) Ma. 地球化学组成上, 这些中酸性岩浆岩相对富集轻稀土, 亏损重稀土和高场强元素(Nb, Ta, Ti和P), 类似于岛弧环境下岩浆作用的产物. 这些角斑岩具极高的锆石初始Hf同位素组成[εHf(t) = 8.6~15.4], 能较好地对应其全岩初始Nd同位素组成[εNd(t) = 6.4~7.9], 远超过一般壳源岩石的Nd-Hf同位素体系. 因此, 它们可能是新元古代早期弧-陆碰撞过程中对年轻岛弧地壳即时再造的产物. 结合锆石Hf模式年龄, 认为扬子板块东南缘除了有Grenville期(1.3~1.1 Ga)的地壳生长外, 在新元古代早期(约1000~900 Ma), 局部(平水地区)可能还存在一次非常重要的年轻岛弧地壳生长事件.     

太行山中南段早白垩世岩石圈地幔的水含量:对华北克拉通破坏的动力因素的制约

已有的研究表明,华北克拉通东部的岩石圈地幔在克拉通破坏峰期(早白垩世)时是高度富水的,水化造成的岩石圈强度的显著降低为克拉通破坏提供了前提.古生代以来华北克拉通经历的大洋板块南向、北向和西向的俯冲都可能造成其水化.为了查明造成水化的主导过程,本文对太行山中南段符山早白垩世高镁闪长岩中的橄榄岩包体进行了水含量的测定.数据显示,太行山早白垩世岩石圈地幔的含水量(~40 ppm)远低于华北东部同期的岩石圈地幔(1000ppm).这些结果直观地表明,华北东部早白垩世岩石圈地幔的高水含量主要是由西向俯冲的太平洋板块造成的.从这个角度来说,华北克拉通破坏的主要动力因素可能是太平洋板块俯冲.