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.     

松辽盆地基底变质岩中锆石U-Pb年代学及其地质意义

为了确定松辽盆地基底变质岩的形成时代, 对位于盆地南部基底中的6个变质岩和一个火山角砾岩中的变花岗岩角砾进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年. 松辽盆地南部基底变质岩包括变辉长岩(L45-1)、斜长角闪岩(SN117)、变流纹质凝灰岩(G190)、绢云片岩(N103)、绿泥片岩(T5-1)、黑云母阳起石石英片岩(Y205)和变花岗岩(角砾)(L44-1). 锆石阴极发光(CL)图像显示, 变辉长岩和变花岗岩(角砾)中锆石均具有岩浆成因的核和变质的增生边, 其核部定年结果分别为(1808±21)和(1873±13) Ma; 斜长角闪岩和绿泥片岩中的锆石具有生长环带, 显示基性火成岩中锆石的特征, 其定年结果分别为(274±3.4)和(264±3.2) Ma; 变流纹质凝灰岩和绢云片岩中的锆石均具有典型岩浆生长环带, 样品G190和N103的定年结果分别为(424±4.5)和(287±5.1) Ma; 黑云母阳起石石英片岩(Y205)中多数锆石呈浑圆状, 且吸收程度不同, 暗示其原岩应为沉积岩, 其定年结果显示多组谐和年龄, 包括(427±3.1), (455±12), (696±13), (1384±62), (1649±36), (1778±18), (2450±9), (2579±10), (2793±4)和(2953±14) Ma. 以上定年结果表明, 松辽盆地南部存在前寒武纪结晶基底(1808~1873 Ma), 其存在可能与构造推覆作用有关; 同时, 盆地基底中还存在早古生代(424~490 Ma)和晚古生代(264~292 Ma)岩浆作用. 上述认识与基底中黑云母阳起石石英片岩中碎屑锆石的定年结果相吻合.     

中国含油气盆地输导体系类型及其有效性评价

从油气输导单元入手进行系统分析,认为断裂、不整合、输导层和裂缝的产状、性质是影响输导油气能力及其有效性的最重要因素。在不同类型含油气盆地的成藏系统框架下,划分了12类油气输导体系,指出油气输导具有不一致性和非均质性,不同输导体系的时空配置特征和演化是控制输导体系有效性的关键。总结了断陷盆地、克拉通盆地和前陆盆地不同构造位置输导体系的发育特征,指出输导体系决定了油气的运移方向、成藏时期和位置。提出原型盆地的输导体系类型和有效性控制因素,筛选了输导体系时空有效性评价参数,评价了输导体系能否有效地为圈闭输送具有商业开采价值的油气资源量。研究表明,断陷盆地的断拗转换期形成的输导体系、海相克拉通的台缘相的断裂和台地相风化岩溶输导体系、前陆盆地的前缘斜坡和冲断带输导体系是3类盆地的最有效输导体系,为研究各盆地的成藏有效性,以及含油气盆地的勘探部署提供了有益的参考。     

大陆深俯冲对邻区陆壳结构的影响与调整方式

华北克拉通东南缘胶北地体和蚌埠地区的中生代花岗岩具有相似的岩浆锆石和继承锆石U-Pb年龄分布.继承锆石主要为三叠纪和新元古代U-Pb年龄,它们不仅在U-Pb年龄上而且在Hf-O同位素组成上与苏鲁造山带变质岩的锆石相同,说明它们来源于俯冲的扬子陆块陆壳.一些花岗岩的岩浆锆石具有低的δ18O和相对较高且变化大的εHf(t)值,落在三叠纪和新元古代继承锆石的δ18O和εHf(t)组成范围内,说明它们主要来源于俯冲扬子陆块陆壳的部分熔融.由此可以判定,在华北克拉通东南缘深部陆壳中存在俯冲的扬子陆块陆壳,这些俯冲的扬子陆块陆壳参与到了中生代花岗岩的形成作用中.徐淮地区早白垩世高Mg#埃达克质岩石中发现的榴辉岩包体的形成条件为760-1060℃和1.50 GPa,指示了加厚陆壳的存在.这些榴辉岩捕虏体中变质锆石的U-Pb年龄介于219-227 Ma,表明榴辉岩相变质作用(即陆壳加厚的时间)发生在中晚三叠世,这与苏鲁-大别超高压变质的时代相吻合,暗示华北克拉通东南缘陆壳加厚过程应是扬子陆块俯冲于华北克拉通之下的结果.早白垩世高Mg#埃达克质岩石本身则是来源于拆沉陆壳物质的部分熔融随后与岩石圈地幔相互作用的产物.     

佳木斯地块东缘及东南缘二叠纪火山作用: 锆石U-Pb年代学、地球化学及其构造意义

对佳木斯地块东缘及东南缘晚古生代火山岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和岩石地球化学研究以便制约该区的区域构造演化. 研究区内8个代表性火山岩中的锆石均呈自形-半自形晶, 且发育典型的岩浆生长环带, 与高的Th/U 比值(0.33~2.37)一起, 暗示其岩浆成因. 测年结果表明, 研究区晚古生代火山岩可分为两期, 即早二叠世火山作用(峰期为288 Ma)和中二叠世火山作用(峰期为268 Ma). 前者主要由玄武岩-玄武安山岩以及次要的英安岩构成, 它们以相对低的SiO₂含量、高镁(Mg# = 0.40~0.59)、富钠(Na₂O/K₂O = 1.26~4.25)为特征, 同时显示轻稀土元素的相对富集以及重稀土元素和高场强元素的相对亏损, 上述特征反映了佳木斯地块东缘早二叠世具有活动大陆边缘的构造属性; 后者主要由流纹岩及少量英安岩组成, 它们以高硅(SiO₂ = 7.23%~77.52%)、贫镁(MgO = 0.11%~0.14%)、富钾(Na₂O/K₂O < 0.80)为特征, 同时具有强烈Eu, Sr, P和Ti的亏损以及Rb, Th和U强烈富集, 反映其壳源成因, 该期火山岩的形成可能标志着佳木斯地块与兴凯地块之间古亚洲洋的消失和两陆块的碰撞与拼合.     

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.     

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.