华北陆块南部古元古代熊耳群硅质岩地球化学特征及其沉积环境

华北陆块南部古元古代熊耳群中的硅质岩主要发育于马家河组沉积岩中,有少量与火山岩共生。通过分析硅质岩的主、微量元素特征,把熊耳群硅质岩分为热水成因和非热水成因两类。热水成因硅质岩表现为低TiO2、MgO、Al2O3和∑REE含量,以及低的A1/(A1+Fe+Mn) 比值的特征;其北美页岩标准化的稀土分配模式平坦,但具有Ce负异常与Eu正异常,U/Th>1,反映沉积速率快,受陆源物质的影响小。非热水成因的硅质岩的∑REE含量高,轻稀土富集(LaN/YbN=1.41~9.04),U/Th<1,受陆源物质影响较大。熊耳群硅质岩的Cr/Th比值变化小,表明物源区成分比较单一;其与熊耳群火山岩具有相似的REE配分模式图和蛛网图,也说明物源为熊耳群的英安—流纹质火山岩和玄武—安山质火山岩的混合。硅质岩的Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值为0.44~0.64、以及Ce/Ce*(0.77~0.94)、LaN/CeN(1.18~1.47)的特征表明,熊耳群硅质岩主要形成于被动大陆边缘环境。熊耳群硅质岩主要形成于海相、海陆交互相等环境。早在古元古代熊耳群时期,熊耳—中条拗拉谷发生强烈的扩张裂解作用,华北陆块南部遭受海水入侵,豫南有些地区已经处于海相环境,晋南垣曲有些地区处于海陆交互相环境,局部地区还处于陆相环境。     

华北陆块南缘熊耳期次火山岩地质地球化学特征

熊耳期次火山岩广泛分布于熊耳群火山岩及接近熊耳群底部的基底变质岩系中,活动时间贯穿整个熊耳期,以早期和晚期最为发育.次火山岩与围岩呈侵入接触,主要以岩脉(墙)、岩带、岩株、岩床等形态产出.岩石类型多样,包括超浅成-浅成的基性、中性、酸性岩石.岩石地球化学研究表明:次火山岩富FeO*、K2O而贫CaO、MgO、Al2O3,为钾质岩系,具岛弧型火山岩的地球化学,不同岩性的次火山岩是由同源岩浆结晶分异形成的.     

华北陆块南部元古宙熊耳群火山岩的成因与构造环境：事实与争议

位于华北陆块南部的熊耳群形成于古元古代1.80~1.75 Ga,以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩仅占地层总厚度的4.3%。熊耳群火山岩是华北陆块结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物,基岩出露面积约7 000 km2,地层厚度3 000~7 000 m,以玄武安山岩、安山岩为主,次为英安-流纹岩,SiO2=60%±的岩石较少,显示双峰特点。中基性熔岩的主要造岩矿物是斜长石和辉石,几乎没有角闪石和黑云母。其岩石化学成分的突出特点是高Fe,K,而低Al,Ca和Mg,火山岩显示富集大离子亲石元素和轻稀土元素、相对亏损高场强元素的岛弧型地球化学特征。Nd同位素和微量元素特征表明,这种地球化学特征是地幔源区遭受地壳组分改造及少量岩浆上升过程中的地壳混染造成的。熊耳群中的沉积岩主要分布在大古石组及马家河组。沉积岩的岩石学和地球化学特征表明熊耳群形成于被动大陆边缘的构造环境,结合火山岩的结构、构造特征,表明火山喷发的主体环境是海相,经历了陆相到海相再到陆相的演变过程,即：伴随着裂谷的发育、地面沉降和海水的侵入,以及随着火山喷发的进行最后又高出海面暴露于地表的全过程。熊耳群形成后,海侵范围更广、海水逐渐加深,表明地壳逐步向更大的凹陷发展。熊耳群形成于夭折的三叉裂谷环境,其火山岩所具有的岛弧型火山岩的地球化学特征是继承于受俯冲组分改造的陆下岩石圈富集地幔源区。熊耳期岩浆活动在华北陆块广泛分布,除了陕西宝鸡附近及山西吕梁地区的火山岩,还广泛分布1.75 Ga前后的基性岩墙群、A-型花岗岩以及比熊耳群稍晚的斜长岩、奥长环斑花岗岩等（1.75-1.70 Ga）和碱性花岗岩类（~1.65 Ga）。这些岩浆岩和熊耳群火山岩在源区性质、岩石 成因及其形成的构造背景等方面,可能存在必然的联系。上述岩浆岩的发育,说明华北陆块在1.80 Ga后处于地壳拉伸、减薄,很可能沿早先拼合的薄弱部位最先发生破裂,是华北陆块裂解的产物。     

华北板块南缘熊耳群火山岩岩石类型及火山岩系列

基于大量的岩相学和岩石化学资料，作者认为，熊耳群火山岩的岩石类型主要为橄榄玄粗岩，安粗岩，粗面英安岩和流纹岩，其次为高钾玄武安山岩、橄榄粗安岩，高钾安山和高钾英安岩；火山岩系列主要为橄榄玄粗岩系，其次为高钾钙碱性岩系；熊耳群火山岩可能是大陆边缘弧弧后火山岩或碰撞后弧火山岩。同时，作者在文中列出了４４个代表性火山岩样品的岩石化学资料和９１３个火山岩，次火山－侵入岩样品的平均化学成分资料。     

华北板块南缘熊耳群火山岩研究的若干问题

本文基于大量的区域地质学，岩石学和地球化学资料，陈述熊耳群的一些重要资料，阐明作用者对一些争议问题的看法，同时指出今后值得注意的一些研究内容。研究表明，熊耳群火山岩以橄榄玄粗岩，安粗岩和粗面英安岩，流纹岩为主，其次为高钾玄武安山岩，高钾安山岩，高钾英安岩；火山岩系列主要为橄榄玄粗岩系，其次为高钾钙碱性岩系；熊耳群是扩张应力背景的产物，但火山岩的地球化学特征表明，能耳期或熊耳期以前的陆下岩石圈地幔历     

华北地台南缘熊耳群火山岩特点及形成的构造背景

熊耳群火山岩系熔岩占绝对优势,具有双峰式特点。在其变质或蚀变过程中,Na_2O、K_2O、CaO等活动组分被带入或带出,在拟定的ATF图上,熊耳群主体为拉斑玄武岩。REE和其他微量元素的特征与大陆裂谷拉斑玄武岩一致。它们形成在早、中元古代陆壳基底上的大陆裂谷发展过程中,该裂谷是秦岭古裂谷系的组成部分。     

华北陆块南缘熊耳群形成时代讨论

分布于豫、晋、陕3省的熊耳群火山岩系不整合覆盖于太古界及下元古界结晶基底之上,其上被汝阳群、官道口群等陆源碎屑岩-碳酸盐岩地层不整合覆盖.已有的各种熊耳群年龄资料为1.40～1.85 Ga,故常认为其形成标志着中元古代的开始,并将它与蓟县剖面的长城系对比.豫西熊耳山地区马家河组顶部的流纹斑岩和侵入于鸡蛋坪组的辉石闪长岩的单颗粒锆石U-Pb和激光探针等离子体质谱(LP-ICPMS)年龄表明:熊耳群形成于古元古代1.75～1.95 Ga,早于长城系;火山喷发开始于1.95 Ga±,中心可能在豫西的熊耳山或崤山地区,形成豫西崤山、熊耳山、外方山地区的许山组和鸡蛋坪组;大约在1.85 Ga±,火山活动可能以崤山地区为中心呈三叉裂谷系分别向西、东和北3个方向发展,形成覆盖全区的马家河组;末期(1.75 Ga±)可能仅在豫西地区形成次火山-侵入岩——辉石闪长岩类.不整合覆盖于熊耳群之上的汝阳群云梦山组和官道口群高山河组的形成时代相当于长城系.     

西藏冈底斯地区早第三纪林子宗群火山岩地球化学特征及成因

西藏冈底斯地区广泛分布一套林子宗群(E1-2lz)的海陆交互相和陆相、以安山岩为主的火山岩。伴生的侵入岩为石英二长岩—花岗岩系列岩石。岩石地球化学研究表明,区内火山岩呈较好的钙碱性演化趋势。其FeO/MgO值＞20,K2O/Na2O＞06,K2O含量在138以上;微量分析结果表明,其含量具高钾火山岩特征;稀土配分呈右倾型,具明显的Eu负异常,同位素年龄在382～638 Ma之间。综合以上特征认为该火山岩是陆陆碰撞造山作用中大陆边缘火山活动的产物。     

冀东双山子群变质火山岩的地球化学、锆石U-Pb年代学及其对岩石成因和构造背景的制约

冀东双山子群是一套出露于青龙县东部变质程度较低的火山沉积地层,其中火山岩地层主要由变质玄武岩、安山岩和英安岩-流纹岩组成。全岩地球化学分析表明变玄武岩呈现拉斑玄武岩的地球化学特征,起源于尖晶石二辉橄榄岩12%~25%的部分熔融,变质安山岩与变质英安岩-流纹岩形成于弧下地幔部分熔融,该熔体受到地壳物质混染。LA-ICPMS锆石U-Pb定年表明本群变质安山岩形成于2514±16Ma,而变质流纹岩形成于2522±8Ma,二者均受到~2450和~2300Ma的后期热事件扰动。结合本群变质火山岩的岩石组合、地球化学特征和岩石成因,该套岩石可能形成于活动大陆边缘弧相关构造背景。     

The Xiong'er volcanic belt at the southern margin of the North China Craton: Petrographic and geochemical evidence for its outboard position in the Paleo-Mesoproterozoic Columbia Supercontinent

The Xiong'er volcanic belt, covering an area of more than 60,000 km² along the southern margin of the North China Craton, has long been considered an intra-continental rift zone and recently interpreted as part of a large igneous province formed by a mantle plume that led to the breakup of the Paleo-Mesoproterozoic supercontinent Columbia. However, such interpretations cannot be accommodated by lithology, mineralogy, geochemistry and geochronology of the volcanic rocks in the belt. Lithologically, the Xiong'er volcanic belt is dominated by basaltic andesite and andesite, with minor dacite and rhyolite, different from rock associations related to continental rifts or mantle plumes, which are generally bimodal and dominated by mafic components. However, they are remarkably similar to those rock associations in modern continental margin arcs. In some of the basaltic andesites and andesites, amphibole is a common phenocryst phase, suggesting the involvement of H₂O-rich fluids in the petrogenesis of the Xiong'er volcanic rocks. Geochemically, the Xiong'er volcanic rocks fall in the calc-alkaline series, and in most tectono-magmatic discrimination diagrams, the majority of the Xiong'er volcanic rocks show affinities to magmatic arcs. In the primitive mantle normalized trace-element diagrams, the Xiong'er volcanic rocks show enrichments in the LILE and LREE, and negative Nb–Ta–Ti anomalies, similar to arc-related volcanic rocks produced by the hydrous melting of metasomatized mantle wedge. Nd-isotope compositions of the Xiong'er volcanic rocks suggest that 5–15% older crust has been transferred into the upper lithospheric mantle by subduction-related recycling during Archean to Paleoproterozoic time. Available SHRIMP and LA-ICP-MS U–Pb zircon age data indicate that the Xiong'er volcanic rocks erupted intermittently over a protracted interval from 1.78 Ga, through 1.76–1.75 Ga and 1.65 Ga, to 1.45 Ga, though the major phase of the volcanism occurred at 1.78–1.75 Ga. Such multiple and intermittent volcanism is inconsistent with a mantle plume-driven rifting event, but is not uncommon in ancient and existing continental margin arcs. Taken together, the Xiong'er volcanic belt was most likely a Paleo-Mesoproterozoic continental magmatic arc that formed at the southern margin of the North China Craton. Similar Paleo-Mesoproterozoic continental magmatic arcs were also present at the southern and southeastern margins of Laurentia, the southern margin of Baltica, the northwestern margin of Amonzonia, and the southern and eastern margins of the North Australia Craton, which are considered to represent subduction-related episodic outbuilding on the continental margins of the Paleo-Mesoproterozoic supercontinent Columbia. Therefore, in any configuration of the supercontinent Columbia, the southern margin of the North China Craton could not have been connected to any other continental block as proposed in a recent configuration, but must have faced an open ocean whose lithosphere was subducted beneath the southern margin of the North China Craton.     

华北克拉通南缘安沟群的SHRIMP年龄及地层对比

华北克拉通南缘安沟群的时代及地层划分对比一直存有争议.侵吞安沟群的许台花岗岩原划为古元古代,本文通过SHRIMP测试,获得其精确的形成年龄为2503±11Ma.安沟群石梯沟组变质酸性火山岩的SHRIMP锆石U-Ph年龄为2521±11Ma,安沟群寨沟组变质酸性火山岩的SHRIMP锆石U-Ph年龄为2517±12Ma,表明安沟群形成于新太古代,与登封群和五台群的形成时代基本一致.安沟群地层的原岩组合为基性火山岩-中酸性火山岩、泥质.碎屑沉积岩和少量碳酸盐岩,总体上与登封群和五台群的原岩组合类似.     

太岳山17.9亿年英安斑岩的发现及其对华北克拉通南部裂谷系成因的约束

熊耳群火山岩系主要分布于华北克拉通南部地区, 主体喷发时限是1.75~1.80Ga。作为华北克拉通早期板块构造调整阶段的首次大规模岩浆活动, 该火山-侵入岩系的形成时限、时空分布规律和地球动力学背景尚有争议, 制约了对华北克拉通中元古代构造演化的进一步认识。本次研究在华北中部太岳山地区识别出中元古代英安斑岩, 与古元古代花岗质片麻岩围岩呈侵入关系, 无明显变质变形。锆石U-Pb年龄分析结果表明, 该英安斑岩形成于1.79Ga, 属于熊耳期岩浆活动的产物。样品中约90%的锆石显示出~1.92Ga和~2.16Ga两期年龄峰值, 推测其为围岩的捕获锆石。英安斑岩SiO₂含量为65.12%~66.11%, A/CNK=0.91~1.05, 全碱(K₂O+Na₂O)含量为6.85%~7.28%, Na₂O/K₂O=0.48~0.54, 属于钾玄岩系列。样品稀土元素含量较高, 亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素, 富集Rb、Ba、La等大离子亲石元素, 与华北克拉通南部地区熊耳期英安-流纹斑岩的地球化学特征完全一致, 指示板内伸展环境。太岳山熊耳期英安斑岩的发现, 贯通了中条山地区的熊耳群火山岩系、吕梁地区汉高山群和小两岭火山岩系, 完善了熊耳三叉裂谷系北支的空间分布范围, 是华北克拉通中部地区开启中元古代裂陷作用演化的重要岩浆记录。

     

Melting of enriched Archean subcontinental lithospheric mantle: Evidence from the ca. 1760 Ma volcanic rocks of the Xiong’er Group,southern margin of the North China Craton

The Xiong’er Group is an important geologic unit in the southern margin of the North China Craton. It is dominated by the volcanic rocks, dated at 1763 ± 15 Ma, that have SiO₂ contents ranging from 52.10 wt% to 73.51 wt%. These volcanic rocks are sub-alkaline and can be classified into three subgroups: basaltic andesites, andesites and rhyolites. They unexceptionally show enrichment of light rare earth elements (LREE) and share similar trace element patterns. Depletions in Nb, Ta, Sr, P and Ti relative to the adjacent elements are evident for all the samples. The volcanic rocks are evolved with low MgO contents (0.29–5.88 wt%) and accordingly low Mg^# values of 11–53. The Nd isotopes are enriched and show a weak variation with ?_Nd(t) = −7.12 to −9.63. Zircon Hf isotopes are also enriched with ?_Hf(t) = −12.02 ± 0.45. The volcanic rocks of the Xiong’er Group are interpreted to represent fractional crystallization of a common mantle source. The volcanic rocks might have been generated by high-degree partial melting of a lithospheric mantle that was originally modified by the oceanic subduction in the Late Archean. This brings a correlation with the subduction-modified lithospheric mantle in an extensional setting during breakup of the Columbia supercontinent in the late Paleoproterozoic, rather than in an arc setting. The elevated SiO₂ contents and evolved radiogenic isotope features indicate the possible incorporation into their source of lower crustal materials that have similar Nd isotopic characteristics to the subcontinental lithospheric mantle. The existence of extensive Xiong’er volcanic rocks (60,000 km²) indicates an early large-scale subduction-related metasomatism in the area and probably suggest a flat subduction model for the plate-margin magmatism in the Late Archean.     

华北东南部中生代岩石圈地幔性质、组成、富集过程及其形成机理

本文通过对我国华北东南部中生代幔源岩浆活动的时空分布规律及其地球化学特征的系统总结来进一步厘定该地区中生代岩石圈地幔的性质和组成,并通过与华北内部如鲁中地区中生代岩石圈地幔的对比研究探讨华北东部岩石圈的时空演化规律、富集过程及其形成机理。幔源岩石的 Sr-Nd-Ph 同位素特征表明华北东部中生代岩石圈地幔存在明显的时空不均匀性,其中心部位如鲁中地区以弱富集地幔为主体;而东南部如鲁西南和胶东地区则为类似 EM2型地幔(~(87)Sr/~(86)Sr_i 可高达0.7114)。华北东南部中生代岩石圈地幔随时间的演化特征也很明显。这些幔源岩石的地球化学特征和玄武岩中地幔岩捕虏体(橄榄岩和辉石岩)和捕虏晶(橄榄石和辉石)的组成和结构特征皆证明华北东南部中生代岩石圈地幔曾受到过富硅熔体的强烈改造。橄榄岩-熔体的相互反应是该区岩石圈改造和组成转变的重要方式,从而造成古生代高镁橄榄岩转变为晚中生代低镁橄榄岩和辉石岩。进入岩石圈地幔的熔体具下/中地壳物质重熔的特征,从而导致该区晚中生代岩石圈地幔的快速富集。有关华北东部中生代岩石圈减薄和改造的时限、过程和机制等问题也进行较详细的讨论。     

华北克拉通南缘中-新元古代沉积地层对比研究及其地质意义

华北克拉通南缘新太古代-古元古代变质结晶基底之上不整合覆盖着巨厚的中-新元古代陆源碎屑岩-碳酸盐岩沉积盖层,根据沉积建造特征,将其划分为三个不同的地层分布小区,分别为嵩箕地层小区、渑池-确山地层小区和熊耳山地层小区.嵩箕小区位于熊耳裂谷盆地东北缘,以硅质碎屑岩(砂岩)为主,渑池-确山地层小区位于熊耳裂谷盆地北缘,以硅质碎屑岩-碳酸盐岩(白云岩)过渡相为主,熊耳山地层小区位于熊耳裂谷盆地南缘,以碳酸盐岩为主.本文通过对三个地层小区的沉积地层剖面和岩石学特征进行研究,认为华北南缘从中元古代开始处于河流相-浅海相的沉积环境,从南向北,海水由深变浅.根据地层的岩性、沉积构造及其组合特征,将其划分为低水位、海侵和高水位沉积体系,最大海侵时期为青白口系早期.通过对熊耳山地区的官道口群的岩相学和地球化学分析,并结合其已有的碎屑锆石年龄和另外两个地层小区的五佛山群和汝阳群的碎屑锆石年龄以及它们的地球化学特征,表明三个地层区的沉积地层在中元古代均处于被动大陆边缘环境,而新元古代则可能处于与大陆岛弧相关的沉积盆地,这一结果表明从中元古代到新元古代华北南缘可能受到秦岭造山带早期微陆块俯冲碰撞的影响,由被动大陆边缘向活动大陆边缘过渡的过程.三套地层最年轻的碎屑锆石207 Pb/206Pb年龄基本上在1600Ma左右,从而限定了其最大沉积时代不早于1600Ma.其锆石年龄大多数都分布于古元古代(1700 ～ 2400Ma),太古代的年龄极少,说明其物源区以古元古代的地质体为主,且碎屑锆石年龄峰值为～ 1.93Ga,反映了华北南缘在～1.93Ga发生过重要的构造-热事件,与华北克拉通古元古代中期发生的变质作用时间(～ 1.91Ga)一致.三套沉积地层的碎屑锆石εHf(t)值变化较大(-20～ +6),表明既有新生地壳物质的加入,也有古老地壳物质的再循环.Hf两阶段模式年龄分布于2.3～3.8Ga之间,明显大于其207pb/206pb年龄,大部分锆石的Hf同位素组成集中于2.6Ga和3.0Ga地壳演化线区域内,峰值为2.75Ga,表明2.75Ga左右是华北克拉通南缘重要的陆壳生长期.     

华北板块南缘熊耳群火山岩系中的杏仁体——热水成矿作用的证据

在华北板块南缘熊耳群火山岩的矿化部位,普遍存在着特征明显的杏仁体,有的杏仁体甚至构成了矿化体,前人对此研究很少。对杏仁体的结构、构造特征及充填矿物进行了系统研究,详细论述了杏仁体的形成机制及其与成矿热水流体和成矿作用的关系,指出杏仁体是在华北板块南缘熊耳群火山岩内进行找矿勘查的重要标志。     

华北陆块南缘汝阳群次火山岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其地质意义

华北陆块南缘汝阳群下部的次火山岩一直被看作是与汝阳群同时代的火山喷发夹层。通过研究测得玄武岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为213.5±2.4Ma,并在邻近该次火山岩层上部的紫红色泥岩中发现了褪色的角岩化现象,说明该火山岩是晚三叠世沿汝阳群下部顺层侵入的次火山岩岩床。通过对该次火山岩岩石及其地球化学特征的研究,认为该次火山岩起源于有早期俯冲洋壳或陆壳参与再循环的大陆富集型地幔的部分熔融,它与秦岭造山带几乎同时代形成的超高压榴辉岩、埃达克质岩石、高钾钙碱性花岗岩、环斑花岗岩等共同揭示了秦岭造山带自中三叠世全面碰撞造山之后,由碰撞挤压逐渐转变为伸展拉张的深部动力学过程。