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.     

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.     

磷钇矿U-Pb 年龄激光原位ICP-MS 测定

磷钇矿富含U 和Th, 并具有较低的初始Pb 含量, 是U-Pb 和Th-Pb 同位素定年的理想对象. 由于普遍存在于多种岩石中, 磷钇矿的U-Th-Pb 定年具有广阔的应用前景. 但相对于较为成熟和应用广泛的离子探针(如SHRIMP) U-Pb 定年方法而言, 磷钇矿激光 ICP-MS 定年开展得较少. 本文利用193 nm ArF 准分子激光剥蚀系统和Agilent 7500a 四极杆等离子质谱仪(Q-ICP-MS), 对磷钇矿标样MG-1 和BS-1 进行了U-Pb 年龄测定. 在16, 24 和32 μm 不同束斑条件下, 以磷钇矿标样MG-1 为外部标准校正另一个磷钇矿标样BS-1, 获得的U-Pb 年龄(²⁰⁶Pb/²³⁸U 加权平均年龄) 分别为510.1 ± 5.2 Ma (2σ n=21), 509.8 ± 4.3 Ma (2σ n=21) 和510.0 ± 4.6 Ma (2σ n=21), 在误差范围内均与TIMS 测试结果(²⁰⁶Pb/²³⁸U 平均年龄为508.8 ±1.4 Ma ) 一致, 表明所建立的磷钇矿U-Pb 年龄激光原位ICP-MS 测定方法是可靠的. 运用这一方法, 对藏南苦堆淡色花岗岩和华南西华山花岗岩中的磷钇矿进行了实验, 取得了满意的结果. 此外, 为检验基体效应对磷钇矿U-Pb 激光ICP-MS测年结果的影响, 分别以独居石和锆石标样作为外部标准对磷钇矿标样BS-1 进行了系列定年测试, 获得的结果通常偏离样品的真实年龄, 因此建议在磷钇矿激光剥蚀定年中采用与基体性质匹配的外部标样.     

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.     

大陆深俯冲作用对邻区岩石圈地幔改造的时间、方式与过程:鲁西橄榄岩类与辉石岩类捕虏体证据

鲁西早白垩世镁铁质岩石中有橄榄岩类和辉石岩类捕虏体,前者包括含尖晶石方辉橄榄岩(约占3%)、含铬铁矿纯橄岩(约占95%)和含铬铁矿异剥橄榄岩(约占2%).它们的岩相学、全岩地球化学与矿物地球化学为深俯冲陆壳对相邻岩石圈地幔的改造过程提供了直接证据.含尖晶石方辉橄榄岩主要由橄榄石(82%-89%)、斜方辉石(8%-13%)以及次要的尖晶石(1%-2%)、单斜辉石(-1.5%)和角闪石(-1%)组成,橄榄石的Mg#值介于92.1-93.8之间,其平均值为92.5,橄榄石的δ18O值介于5.5‰-5.6‰之间,全岩的Re亏损模式年龄(TRD)为2.6-2.68 Ga;部分纯橄岩和异剥橄榄岩中的橄榄石具有相对较低的Mg#值(85-90)和较高的δ18O值(6.1‰-7.7‰)以及明显偏高的全岩187Os/188Os比值(0.1269-0.5780).前者代表了鲁西早白垩世期间古老岩石圈地幔的少量残留,后者意味着鲁西早白垩世期间岩石圈地幔的绝大多数已经被改造.费县早白垩世玄武岩中含橄榄石的二辉石岩中可观察到橄榄石被斜方辉石所交代和相继出现的斜方辉石被单斜辉石所交代的改造过程,这与斜方辉石(1097-1491μg/g)和单斜辉石(581-809μg/g)明显富集Ni的地球化学属性相吻合.辉石岩中橄榄石的氧同位素组成(δ18O=7.28‰-8.21‰)和单斜辉石的锶同位素组成(介于0.70862-0.70979之间)表明,改造岩石圈地幔的熔体起源于深俯冲扬子板片的部分熔融.     

胶东地区玲珑金矿矿石和载金矿物Rb-Sr等时线年龄与成矿时代

采用亚样品(sub-sample)取样及载金矿物-黄铁矿直接定年技术,研究胶东地区典型矿床玲珑金矿主成矿期载金矿物(黄铁矿)的形成时代.黄铁矿亚样品Rb-Sr同位素年龄为(121.6± 8.1) Ma,矿石(黄铁矿石英脉)及矿石-矿物的Rb-Sr同位素年龄却集中在120.0~122.5 Ma和110.0~111.7 Ma两个年龄段之间.结合矿床地质特征和矿石矿物学特征认为,矿石和矿石-矿物的同位素年龄是混合线,121.6 Ma应当为玲珑金矿主成矿期——含金黄铁石英脉阶段的成矿时代. 研究表明,利用亚样品取样技术直接测定载金矿物黄铁矿的Rb-Sr同位素年龄用于确定热液成因石英脉型金矿床的成矿时代是可行的.     

胶东地区玲珑金矿矿石和载金矿物Rb-Sr等时线年龄与成矿时代

采用亚样品（ｓｕｂ－ｓａｍｐｌｅ）取样及载金矿物－黄铁矿直接定年技术,研究胶东地区典型矿床玲珑金矿主成矿期载金矿物（黄铁矿）的形成时代．黄铁矿亚样品 Ｒｂ－Ｓｒ同位素年龄为（１２１．６±８．１） Ｍａ,矿石（黄铁矿石英脉）及矿石－矿物的 Ｒｂ－Ｓｒ同位素年龄却集中在 １２０．０～１２２．５ Ｍａ和 １１０．０～１１１．７ Ｍａ两个年龄段之间．结合矿床地质特征和矿石矿物学特征认为,矿石和矿石－矿物的同位素年龄是混合线, １２１．６ Ｍａ应当为玲珑金矿主成矿期──含金黄铁石英脉阶段的成矿时代．研究表明,利用亚样品取样技术直接测定载金矿物黄铁矿的Ｒｂ－Ｓｒ同位素年龄用于确定热液成因石英脉型金矿床的成矿时代是可行的．     

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.     

榍石原位微区LA-ICPMS U-Pb年龄测定

利用配有193nm ArF准分子激光剥蚀系统的Agilent 7500a四极杆电感耦合等离子体质谱仪(Q-ICPMS),分别采用单点和线扫描分析模式对榍石标样BLR-1,OLT-1和锆石标样91500,GJ-1进行了原位微区U-Pb年龄测定.实验结果显示,以榍石BLR-1作为外部标样,单点和线扫描分析所获得榍石OLT-1的206Pb/238U加权平均年龄分别为1015±5 Ma(2σ,n=24)和1017±6 Ma(2σ,n=24),在误差范围内与其年龄推荐值1014 Ma一致;而以锆石91500作为外部标样,单点和线扫描分析所获得榍石BLR-1的206Pb/238U加权平均年龄分别为917±4 Ma(2σ,n=24)和927±5 Ma(2σ,n=24),榍石OLT-1的206Pb/238U加权平均年龄分别为891±4 Ma(2σ,n=24)和901±5 Ma(2σ,n=24),二者相对于其年龄推荐值均偏年轻～12%.这些结果表明,在LA-ICPMS U-Pb年龄测定过程中,不同种矿物(榍石与锆石)之间存在明显的基体效应,而同种矿物之间基体效应则很小.因此,在原位微区LA-ICPMS U-Pb测年分析过程中,必须用同种矿物作为外部标样进行元素分馏校正.以房山岩体为研究实例,对该岩体中的榍石进行了U-Pb年龄测定,揭示了房山岩体快速冷却的热年代学史.