华北克拉通南缘汝阳群大型具刺疑源类时代再厘定及早期真核生物群演化意义*

华北克拉通南缘汝阳群中以大型具刺疑源类为代表的真核生物群的时代归属问题一直存在争议。新近在豫西汝州阳坡村洛峪群洛峪口组中获得的凝灰岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为1639±13Ma,结合熊耳群和汝阳群已获得的其他年龄数据,将这类形态复杂的真核生物群出现的时间限定在1.75—1.64Ga,即中元古代的早期。这说明,过去一直被认为的代表进化程度较高但仅属于新元古代的一些真核生物群,其实在中元古代早期就已经出现了;由此可以进一步推测,在更古老的地层中应有更原始的微体化石出现,从而华北克拉通南缘中元古界(>1.60Ga)将成为探寻最古老真核生物祖先的重要窗口。同时,将这些在中元古代早期就已经出现并在以后较长地史时期都存在的真核生物群用于标定地层形成时代或作为相关地层的对比标志,值得重新考虑和商榷。     

扬子克拉通埃迪卡拉系陡山沱组构造-岩相古地理恢复及油气意义*

近年来,随着扬子克拉通埃迪卡拉系陡山沱组页岩气勘探获得重大突破,深入和细化陡山沱期构造-岩相古地理就显得迫在眉睫。基于大量野外露头和最新钻井资料,结合前人研究成果,作者对陡山沱期构造-岩相古地理进行了分析、研究和图件编制。研究认为: 扬子克拉通埃迪卡拉纪陡山沱期,受控处于罗迪尼亚超大陆西北边缘的古地理位置和超大陆大规模裂解之后的热沉降作用初期的成盆构造环境,其古地理特征总体呈现出西高东低、北高南低,四古陆剥蚀区(汉南、康滇、牛首山和江南古陆)、三台地区(上扬子、中下扬子和浙北台地)与四盆地区(扬子东南缘与北缘坳陷、万源—达州和湘鄂西内裂陷)相间的沉积面貌和格局。其中,台地区以局限—开阔台地,盆地区以台缘斜坡、陆棚和半深海等为主要优势相。4个古陆是扬子陡山沱组主要的碎屑物源区,下伏裂谷盆地构造和陡山沱期发育的同沉积断裂,共同控制了埃迪卡拉系陡山沱组构造-沉积特征。提出陕南、川东北、鄂西和湘黔渝临区是最有利的陡山沱组烃源岩分布区,其次是浙北—皖南地区。有利烃源岩分布区及其邻区是扬子深层—超深层常规天然气或页岩气勘探值得高度关注的区域。     

古元古代大氧化事件(GOE)前后海洋环境的变化: 来自华北条带状铁建造(BIF)岩相学和地球化学的证据*

条带状铁建造(BIF)是形成于前寒武纪海洋中的化学沉积岩,记录了古海洋氧化还原状态的重要信息。华北克拉通广泛分布的新太古代和古元古代BIF,是了解古元古代大氧化事件(GOE)前后古海洋氧化还原环境变化的理想对象。初步研究表明,华北克拉通新太古代BIF主要为磁铁矿型氧化物相和硅酸盐相,极少数出现碳酸盐相;古元古代BIF包括赤铁矿型和磁铁矿型氧化物相、硅酸盐相和碳酸盐相,其中赤铁矿相是古元古代BIF独有的。以上矿物学特征表明,新太古代和古元古代水体的氧化还原条件是不同的。华北克拉通新太古代BIF的稀土元素组成缺乏强烈的负Ce异常,反映同期海水氧含量非常低,为缺氧状态; 但少量BIF也包含有负Ce异常,同时具有较大变化范围的Th/U值,指示新太古代海洋的局部水体氧含量相对较高,呈弱氧化状态。与新太古代BIF相比,古元古代BIF的Ce异常变化较大,包括无异常、正异常和负异常,尤其是赤铁矿相BIF具明显的负Ce异常,表明古元古代水体的氧含量和氧化还原结构已发生了明显变化; 结合华北克拉通BIF的Ni/Co、V/(V+Ni)和Th/U等比值特征,认为古元古代海洋呈次氧化—氧化环境。新太古代BIF 强烈富集重铁同位素,S同位素非质量分馏效应较为明显;而古元古代BIF相对富集轻铁同位素,S同位素非质量分馏效应不明显。综上,新太古代海洋环境整体缺氧,但局部可能存在氧气“绿洲”,暗示光合产氧作用在太古代晚期已经存在;大氧化事件期间及之后的古海洋总体具上部氧化、下部还原的分层特征。     

寒武纪丝状蓝细菌生物膜主导和诱发的巨型鲕粒:以河南新安县石井剖面苗岭统徐庄组为例*

多样化的产出环境和30×10⁸年的分布历史表明,鲕粒成因一直是一个谜一样的沉积学难题,争论的关键问题是其究竟是有机(微生物)成因还是无机成因。来自于华北地台寒武系苗岭统徐庄组鲕粒滩相灰岩顶部的方解石巨鲕表现出同心状、放射—同心状和泥晶质的沉积组构,在鲕粒核心和鲕粒皮层中保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石所主导的光合作用生物膜的钙化作用残余物,这为研究鲕粒形成与光合作用生物膜之间复杂的成因联系提供了一个较为直接的微生物证据,因为葛万菌可相对较为肯定地类比于近代的钙化织线菌(Plectonema)丝状蓝细菌化石。所以说,在伴随着后生动物辐射的寒武纪蓝细菌繁盛的方解石海中,尽管形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用机理还没有得到完全彻底的了解,但是这些巨鲕确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了鲕粒形成的直接证据,进一步支持了“鲕粒沉积可以作为一种不同的微生物岩体系新类型”的重要科学理念。     

Provenance of iron,bauxite and clay deposits of the Carboniferous Benxi Formation in southern margin of North China Craton: An example from Da'an bauxite and clay deposit of Sanmenxia area,Henan Province

During the Middle Ordovician to Late Carboniferous period,the North China Craton(NCC)was exposed and experienced prolonged weathering that resulted in the formation of large-scale iron,clay and bauxite deposits. The source of ore-forming material has always been a research focus,in particular,whether the sources of the iron ore and the Fe-bearing clay at the bottom of Benxi Formation are the same as the upper bauxite and clay deposit is still unclear. In this study,the Da'an bauxite and clay deposit at the southern margin of the NCC was chosen to carry out a detailed analysis of the micro-region mineral composition and elemental geochemical characteristics for further exploring the sources of iron,bauxite and clay deposits. The composition of the ore-bearing rocks in the Da'an bauxite deposit from the bottom to top includes Fe-bearing clay(locally iron ore),bauxite,and bauxitic clay;locally,in karstic uplift,bauxitic clay layer is directly overlying on the Fe-bearing clay. The Fe-bearing clay is dominated by siderite,pyrite,and illite in the karstic depression,and hematite,illite,and kaolinite in the uplift. Bauxite is mainly composed of diaspore,illite,and anatase,while bauxitic clay is mainly composed of illite. Mineral microanalysis revealed the development of large amounts of moissanite and small amounts of natural silica,silicalite,and chromite at the bottom of bauxitic clay layer. Regional comparison and correlation reveal that the ophiolite in the Shangdan suture zone and Erlangping Group in the North Qinling orogenic belt(NQOB)likely provides source materials for bauxite and clay deposits. The obvious differences in immobile element ratios (e.g., Zr/TiO₂,Hf/TiO₂,Nb/TiO₂,Ta/TiO₂)between the bottom Fe-bearing clay layer and the upper bauxite and clay layer in Da'an deposit,revealing that they are from different sources. The bottom Fe-bearing clay and iron ore layers are the products of in-situ weathering of underlying carbonates,while the top bauxite and clay are allochthonous. The regional uplift of the NQOB during the Late Carboniferous period provided important ore-forming materials for the formation of the NCC bauxite and clay deposits.     

华北南缘石炭纪仁村大型喀斯特型铝土矿物质来源与成矿过程研究

华北克拉通在中奥陶世至晚石炭世经历了强烈的风化和喀斯特化作用, 并在晚石炭世形成大规模喀斯特型铝土矿, 但是其物质来源及成矿过程目前仍存争议。本文选取华北南缘仁村大型喀斯特型铝土矿床, 在矿床地质剖析基础上, 对两个钻孔岩心进行矿物学、地球化学、碳-氧同位素分析, 剖析了成矿物质来源和成矿环境条件, 总结了铝土矿形成过程。仁村铝土矿含矿岩系赋存于奥陶系灰岩风化面之上的石炭系本溪组中, 含矿岩系自下而上包括铁质粘土岩、铝土矿和粘土岩。X衍射和扫描电镜-能谱分析显示铁质粘土岩主要矿物为菱铁矿和伊利石, 铝土矿主要矿物为硬水铝石、黄铁矿、菱铁矿、锐钛矿、伊利石和高岭石, 而粘土岩主要矿物为高岭石和勃姆石。铁质粘土岩元素组成以SiO₂、FeO、Al₂O₃为主, 铝土矿以Al₂O₃、SiO₂、FeO、TiO₂为主, 而粘土岩主要为SiO₂。微量元素Zr、Hf、Nb、Ta、Th和U等在含矿岩系呈现整体富集, 稀土元素主要在铝土矿层底部富集。硬水铝石-黄铁矿-菱铁矿矿物集合体、铝土矿层中Ce异常、La/Y和(La/Yb)_N比值以及菱铁矿C-O同位素组成(δ¹³C: -11.35‰~-7.63‰; δ¹⁸O: -9.26‰~-5.93‰)揭示铝土矿主要形成于地表碱性-还原的喀斯特洼地环境, 微生物广泛参与成矿过程。微量-稀土元素组成及稳定元素比率显示含矿岩系成矿物源存在明显垂向变化。其中, 底部铁质粘土岩主体为底板碳酸盐岩原地风化形成, 而顶部铝土矿和粘土岩为异地来源。综合前人研究成果, 提出了华北南缘石炭系本溪组铝粘土矿三阶段形成过程: 早期风化阶段(450~320Ma)形成铁质粘土岩或铁质风化壳; 物源输送阶段(320~310Ma)堆积大规模成矿物质; 成矿及后生改造阶段(< 310Ma)形成大规模铝粘土矿。

     

华北克拉通南缘嵩箕地区喀斯特铝(粘)土矿成矿作用及其后生改造研究

华北克拉通铝(粘)土矿是我国喀斯特型铝(粘)土矿的典型代表, 前人针对其物质组成、物质来源、成因机制开展了大量研究, 但对其成矿后生改造尚未开展系统研究。本文对嵩箕地区铝(粘)土矿进行了研究, 野外剖面显示, 含矿岩系由底到顶包括风化壳层、铁质粘土岩、粘土质铝土矿、粘土岩、块状铝土矿层。通过矿物空间穿插关系、X射线衍射、扫描电镜、电子探针分析显示, 铝(粘)土矿成矿期主要形成矿物包括硬水铝石、锐钛矿、伊利石、绿泥石等矿物。黄钾铁矾、赤铁矿、针铁矿、高岭石代表了后期改造矿物。矿物垂相分布指示赤铁矿和针铁矿随着深度变浅逐渐减少, 硬水铝石在粘土质铝土矿层显著富集, 黄钾铁矾广泛分布于铁质粘土岩层和风化壳顶部, 穿插于粘土矿物或围绕在硬水铝石周围, 以脉状、颗粒状分布, 且与伊利石含量呈消长关系。同时, 元素地球化学垂相分带显著, 大离子亲石元素(Rb、Cs、Ba、Sr)与K₂O以及高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta、U、Th)与TiO₂显示正相关。铝土矿层中Al₂O₃明显富集, 而SiO₂则明显亏损。底板灰岩、风化壳、铁质粘土和粘土岩中, Al₂O₃和SiO₂具有一致的变化规律。铁质粘土岩中黄钾铁矾明显控制了K₂O、Fe₂O₃、S的含量, 但对微量和稀土元素的影响较弱。电子探针分析结果显示不同形态黄钾铁矾成分相似, 结合其空间分布特征, 确定黄钾铁矾是由黄铁矿氧化形成的酸性流体改造含矿岩系形成。因此, 嵩箕铝(粘)土矿成矿之后, 经历了构造抬升作用, 在地下水或大气降水影响下黄铁矿被分解、氧化为黄钾铁矾、针铁矿、赤铁矿等稳定矿物, 早期生成的粘土矿物分解为高岭石。

     

华北石炭纪艾雨头大型喀斯特铝土矿成因机制研究

喀斯特型铝土矿中硬水铝石的成因机制对准确认识该矿床的成因至关重要, 也是业界长期争论的焦点。早期普遍认为风化作用阶段形成的三水铝石经历后期压实变质作用脱水形成硬水铝石, 然而近期大量研究显示自然界铝土矿中硬水铝石多为地表喀斯特型环境下结晶形成。华北晚石炭世发育大规模硬水铝石型喀斯特铝土矿, 本文选取华北北部艾雨头大型铝土矿床为研究对象, 在翔实的矿床地质研究基础上, 借助X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜-能谱分析(SEM-EDS)及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术, 探索硬水铝石的地表结晶条件和铝土矿的形成过程。艾雨头铝土矿含矿岩系剖面自下而上依次包括铁质粘土岩、铝土矿和粘土岩, 其中: 铁质粘土岩矿物组成主要为伊利石、高岭石、针铁矿、赤铁矿、硬水铝石和锐钛矿; 铝土矿主要为硬水铝石、高岭石、赤铁矿、针铁矿和锐钛矿; 粘土岩为高岭石、针铁矿、赤铁矿和锐钛矿。艾雨头喀斯特铝土矿顶底板岩石未发生变质作用, 而且原位分析显示硬水铝石中含有较高含量的Si、Fe、Ti、Cr、V、Pb等元素, 指示硬水铝石为表生沉淀成因。矿石中发现硬水铝石与赤铁矿和针铁矿密切共生, 表明硬水铝石可在氧化条件下形成(Eh>0.2)。硬水铝石中氧化还原敏感元素间良好的线性关系(包括V/Mn-Cr/Mn、V/Fe-Cr/Fe、V/Fe-U/Fe和U-Cr)以及V、Cr、U元素的共同富集, 指示硬水铝石沉淀时氧化还原阈值为T₁-T₃(即低氧-还原环境(-0.4 < Eh < 0.4))。硬水铝石中较高含量的Fe元素以及与硬水铝石共生的赤铁矿和针铁矿中较高含量的Al元素反映成矿前期已形成了大量的铁铝固溶体(Al_xFe_1-x(OH_y)^3-y)。这些不稳定的铁铝固溶体在成岩阶段转变为含铁硬水铝石(Fe-AlOOH)和含铝针铁矿、赤铁矿(Al-FeOOH、Al-Fe₂O₃); 含铁硬水铝石在后期压实成岩过程中进一步转变为硬水铝石。该研究结果解释了艾雨头铝土矿中硬水铝石地表大规模结晶的基本条件和过程, 对全面认识华北喀斯特铝土矿具有重要意义。

     

华北克拉通南缘金堆城-潼关一带金属矿床区域成矿规律及成矿模式

华北克拉通南缘卷入印支期的陆陆碰撞和随后的陆内演化中。上述过程的岩浆活动及其伴随的构造活动、地热异常和流体活动,为区域性的金属成矿提供了极为有利的条件。前人对华北南缘小秦岭-熊耳山-外方山一带的金属成矿规律进行了较为详细的总结,而对华北南缘金堆城-潼关一带则较少涉及。据此,本研究通过详细的野外地质考察、岩石学和矿床学研究,结合前人相关理论研究成果,归纳了区域成矿规律,并重新构建了区域成矿模式。初步得出以下结论：1）华北克拉通南缘金堆城-潼关一带金钼矿床成矿类型可以划分为：斑岩型-矽卡岩型、石英脉-碳酸盐脉型、构造蚀变岩型3种。2）收集汇总了华北克拉通南缘近年来国内外学者最新的成岩成矿年龄数据,总结了矿床时空分布规律。3）从岩浆热液、构造、地层等方面总结了区域成矿地质条件和控矿因素,划分了成矿系列,阐明了区域成矿规律;并以初始矿源阶段（新太古代-早元古代）、第一期成矿（晚三叠世约240~200 Ma）和第二期成矿（晚侏罗世-早白垩世约160~110 Ma）3个阶段为基础,构建了华北克拉通南缘金堆城-潼关一带的区域成矿模式。4）在成矿规律研究的基础上提出下一步找矿方向,主要为老牛山岩体北侧一带、华阳川-源头东沟-葫芦沟一带、金堆城南侧百花岭一带、黑山-木龙沟一带4个找矿靶区,尤其是要加大这些区域的深部勘查力度。     

河北承德大庙铁矿床地质构造特征与找矿预测

大庙斜长岩杂岩体位于华北克拉通北缘,是我国唯一岩体型斜长岩杂岩体,赋存了丰富的Fe-Ti-P矿床.对该杂岩体的岩石学、矿床成因研究已经较为深入,但是矿田构造研究较为薄弱.本文主要从大庙矿床地质特征分析入手,通过控矿构造分析和成矿期构造应力场的恢复,结合成矿特征分析,建立大庙矿床找矿预测模型,开展找矿预测.在大庙杂岩体内,先后找到了大庙、黑山、马营和罗锅子沟等中—大型矿床,它们都具有典型的岩浆矿床特征,具有岩浆熔离、分异和贯入式成矿特征;系统的野外地质调查和翔实的构造解析表明,大庙杂岩体的侵位受控于EW向隆化-平泉和大庙-红石砬子的断裂构造,杂岩体内NE和NW向两组断裂构造控制了杂岩体内铁-铁磷矿带的发育,NS向断裂则主要为成矿后构造,往往错断了铁矿体.在黑山矿区,野外观测发现含矿苏长岩利用了固结斜长岩中发育的节理,呈脉状贯入,在节理交汇部位铁矿体变大变富;通过节理和矿脉走向的详细测量和吴氏网统计分析,推测大庙矿区成矿期含矿苏长岩的侵位受控于区域上近似NS向的挤压应力作用.根据大庙杂岩体的岩浆侵位时代、岩相-矿体的接触关系、控矿构造和成矿特征,复原了大庙杂岩体的成矿-构造演化过程:最早期区域构造活动控制了斜长岩的侵位,没有发生矿化;苏长岩的侵位,伴随发生了早期的结晶分凝式矿化;块状苏长岩的侵位导致了晚期的熔离-贯入式矿化的形成;成矿期后,大庙杂岩体还经历了多期次的构造变动、抬升和剥蚀.在此基础上,建立了大庙铁矿床的找矿预测模型,并系统分析了大庙矿田不同矿区的深部和外围的找矿潜力,认为黑山和大庙矿区的深部、黑山矿区东侧和北侧、大庙杂岩体的东部边缘可能被中生界覆盖的区域等地段都具有很好的找矿空间,大庙矿区铁矿资源潜力巨大.     

华北克拉通沉积变质型铁矿床的特征与预测评价模型

华北克拉通是我国面积最大、时代最古老的陆块,地质构造演化历史复杂,也是我国重要的铁矿资源分布区.本文在系统总结该区域成矿规律的基础上,利用GIS平台提取了多元成矿有利信息(变质建造、控矿构造、矿致磁异常、氧化铁异常、自然重砂信息).在此基础上,建立了沉积变质型铁矿床的找矿预测模型,并采用MRAS系统中的证据权模块进行矿产资源定量预测.按照后验概率的大小划分了两级区域有利成矿远景区,分别是冀东、辽东、五台-吕梁三个A级成矿远景区和大青山-色尔能腾山、鲁山-舞阳、鲁西三个B级成矿远景区.这些远景区与已知矿床(点)重叠或比邻,显示远景区具有较好的成矿条件和较大的成矿潜力,应在今后的找矿勘查工作中予以充分重视.     

华北克拉通南北缘三叠纪钼矿化类型、特征及地球动力学背景

华北克拉通南北缘是中国最重要的钼成矿带,特别是近年来在南北缘陆续发现了大量的钼矿床,显示了巨大的钼资源前景。其中三叠纪钼矿床的不断发现引人注目。在华北克拉通北缘及邻区三叠纪钼矿床在空间上总体呈EW向展布,矿床产出受区域东西向断裂控制,钼矿床的形成与三叠纪酸性侵入体关系密切,多产于花岗岩体中、斑岩体内外接触带或附近,矿床类型包括斑岩型和石英脉型。在华北克拉通南缘及邻区,三叠纪钼矿床总体上呈NW向展布,受区域NW向断裂控制,钼矿床的形成与晚三叠世酸性侵入体及碳酸盐脉有关,矿床产于斑岩体内及附近,矿床类型包括斑岩型、石英脉型及碳酸盐脉型。成矿年代学研究表明,华北克拉通北缘及邻区三叠纪钼矿主要形成于248~220Ma,而南缘及邻区三叠纪钼矿床主要形成于226~210Ma。其对应的成矿动力学背景为印支期华北板块与西伯利亚板块同碰撞造山过程和扬子板块与华北板块同碰撞造山过程。     

华北克拉通南部早前寒武纪基底形成与演化

简要总结了华北克拉通南部鲁山地区、小秦岭地区、登封及中条山地区的早前寒武纪地质事件序列及其地质意义,并对各地区地质特征和变质演化特点进行对比。结合前人研究工作,初步探讨了华北克拉通南部早前寒武纪基底的演化特点、陆壳形成的主要时期和华北南部基底的构造区划等问题,提出几点认识:1)华北克拉通南部鲁山、中条山、小秦岭等地区均有2.7~2.9Ga岩石记录,以英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质(TTG)岩石为主,它们共同构成华北南缘的古老结晶基底,并经历了新太古代晚期~2.5Ga构造-热事件,标志着华北克拉通南部在新太古代末期可能已经形成统一基底;2)华北克拉通南部主要的陆壳形成时期为中太古代晚期-新太古代,与全球其他主要克拉通一致,而古元古代早-中期则以地壳再循环为主;3)综合地质、地球化学等特点,将华北南部鲁山-小秦岭地区和中条山等地区划归为"南部古陆块",并提出该陆块呈现为一个大型的倾伏向斜构造,可能在新太古代晚期已经形成,其枢纽向南东倾斜。"南部古陆块"在新太古代末期与其它微陆块拼合,并发生了变质作用和陆壳的活化与再循环,共同指示新太古代晚期华北克拉通统一基底的形成。     

冲积扇沉积向滨岸沉积的转变--以华北克拉通南缘中元古界兵马沟组为例

中国华北克拉通南缘的前寒武纪沉积地层发育齐全、出露较好,具有较高的研究价值。但前寒武纪的沉积地层年代久远,缺少佐证的生物依据,对沉积环境的判断更多依赖于构造背景、地理环境、岩石类型和沉积构造等,导致前人研究有较多的争议。以华北克拉通南缘汝阳群兵马沟组为例,通过精细分析岩石特征、古水流和沉积相,结合相关地层的区域对比及古地貌的重建,解释了兵马沟组的沉积成因和环境转换。汝阳群沉积地层不整合覆盖在华北克拉通南缘太古宙变质结晶基底或古元古代熊耳群火山-沉积岩系之上,兵马沟组作为汝阳群底部的地层单元,受地形和断裂的明显控制,接受丰富的物源供给,发育了一套极具特色的“双层叠加”沉积地层,代表了从冲积扇沉积到砂砾质滨岸沉积的环境转变,作为华北克拉通南缘以海相为主控的沉积开端,具有重要的科学价值。