华北和扬子深部岩石圈特征及它们相互的动力学过程研究

日期 2006-06-05　来源：中国地质大学(武汉)　作者：郑建平　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　在国家自然科学基金面上项目和杰出青年科学基金项目资助下，中国地质大学(武汉)地球科学学院郑建平课题组对中国东部华北和扬子深部岩石圈特征及它们相互的动力学过程进行了研究，所取得的主要新进展包括如下四方面：　　1．华北克拉通早太古代（36亿年）聚结的下地壳捕虏体证据　　华北克拉通北部有老于36亿年的岩石出露，但其南部最古老的基底出露岩石年龄只有28-29亿年（泰华杂岩），因此华北太古代克拉通的南、北关系不清楚。华北克拉通南缘中生代火山岩管中长英质麻粒岩捕虏体57颗锆石的U-Pb定年和Hf同位素分析结果表明在元古代地体下存在有老于36亿年的早太古代下地壳。Hf同位素模式年龄表明它们是40亿年前从地幔中分异出后并在36-37亿年间经历了再熔融作用。其中一个样品可能与25亿年的原岩经历了中元古代代时期（19-21亿年）再熔融作用有关。这些长英质麻粒岩包体不仅揭示了克拉通南缘下地壳所经历的长久而又复杂的演化历史，同时证实了位于克拉通内部造山带以东的华北东部块体在36亿年前可能已经聚结。在较年轻的太古代和元古代（28-29亿年）地质体之下发现36亿年以上得下地壳麻粒岩包体说明大量出露的上地壳可能形成于已存在的下地壳，这一发现对大陆随时间的生长速率和大陆演化机制有重要意义。成果发表于Geology 2004, Vol 32, 229-232。　　2．扬子克拉通之下存在广泛的太古代基底　　地壳的年龄分布是模拟地球历史上大陆演化和地壳增长速率的一个基本参数，但其年龄通常是由地表露头来推测的。中国东部扬子克拉通基底所出露的岩石主要是元古代的，很少有太古代的。然而，最近通过对该克拉通内元古代岩石出露区三个钾镁煌斑岩火山岩所捕虏锆石的U-Pb年龄和Hf同位素综合研究表明：扬子克拉通存在广泛的未出露的太古代基底，其锆石年龄总体在28-29亿年和25-26亿年间、Hf同位素模式年龄在26-35亿年间。这些锆石还记录着20亿年前的和8-10亿年前的热事件，其中前者与古老地壳的再熔融作用有关、后者则显示有新生地幔物质的加入过程。深部地壳明显老于其上部地壳的成果需要修改现有地壳生长速率随时间变化的常规模型。成果将发表于Geology 2006年第6期。　　3年轻大陆地壳中的古老难熔地幔：苏鲁超高压橄榄岩中锆石年龄和组成　　我们在中国大陆科学钻探工程项目先导孔（CCSD-PP1）所取石榴石橄榄岩及其围岩（片麻岩）岩心中分离出了锆石。橄榄岩的锆石记录了早中生代（223.75±7.5 Ma）的超高压变质作用，但其Hf同位素组成表明这些橄榄岩的原岩至少是中元古代的，最小的TDM年龄为14亿年。片麻岩中锆石主体上具有224.5±11.5 Ma 的206Pb/238U年龄值，也反映了早中生代的变质作用，少数不协和的颗粒指示其原岩来自老于8亿年前的岩石，这与其TDM模式年龄较小（12亿年）是一致的。橄榄岩锆石具有与金伯利岩或碳酸岩中锆石相似的微量元素特征，而片麻岩中的锆石在微量元素特征上与暗色花岗岩/二长岩中者相似。这一差别表明与橄榄岩锆石形成有关的熔/流体来自软流圈地幔而不是俯冲的大陆地壳。CCSD-PP1橄榄岩强烈亏损玄武质成分及其锆石中所具高非放射成因Hf同位素组成（例如：-16.3 ~ -13.8 eHf）说明了这些苏鲁造山带中的地质体橄榄岩是经历了中元古代地幔交代作用的太古代地幔碎块，代表着侵位于年轻地壳的‘冷的’构造侵入体。成果已被Geology接收。　　4．华北中、新生代橄榄岩包体的微量元素和PGE及所记录的岩石圈演化过程　　报道了华北克拉通不同时代背景橄榄岩包体全岩的主量、微量元素及铂族元素及橄榄岩组成矿物透辉石的主量、微量元素分析结果。这些橄榄岩包体来自：1）华北南缘的信阳早中生代火山角砾岩（178Ma），2）克拉通内部南北重力梯度带上的鹤壁新生代玄武岩(4 Ma)，和3）郯庐断裂带内的山旺新生代玄武岩(16 Ma)。信阳的橄榄岩包体主要为含少量单斜辉石（<2%）的方辉橄榄岩，单斜辉石具有高的Cr#并富集轻稀土元素（LREE）、亏损高场强元素（HFSE）。这些橄榄岩的Pd/Ir和Ru/Ir球粒陨石标准化值分别为1.9～6.6和3.5～4.0，并具高的Ni、低的CaO、Al2O3和S含量，属经历碳酸岩熔体交代的高度难熔地幔；信阳橄榄岩还有负的Ce异常（δCe = 0.50）和低的Mg/Si比值，记录着华北地块的边缘岩石圈地幔中加入了可能来自俯冲的扬子克拉通大陆地壳物质。俯冲岩石圈大陆地壳物质的影响范围仅限于接近碰撞带地区而不是整个克拉通。鹤壁新生代玄武岩中橄榄岩包体多为单斜辉石含量≤ 4.5%的方辉橄榄岩。这些橄榄岩的CaO、Al2O3含量低，Ni高， Ru/Ir球粒陨石标准化值为2.5～5.4，并有很宽的CaO/Al2O3、Na2O/TiO2、Pt/Ir (0.4-2.3) 和 Pd/Pt (1.1-8.5)，被被认为是太古代克拉通地幔的浅部残留。相反，山旺新生代玄武岩中橄榄岩包体为单斜辉石含量在5.6～19.5％间的二辉橄榄岩。这些橄榄岩具Ni含量低，Ni/Cu 和Mg/Si比值低，CaO、Al2O3、S和HREE含量高和相对高Ru/Ir 和Pd/Ir比值的特点。山旺橄榄岩还有明显的Ti和Sr正异常，Th负异常，及弱的Y、Zr和Hf负异常。它们代表了由上升软流圈转化而成的新生饱满岩石圈地幔。中、新生代时华北不同位置岩石圈地幔所表现出来的难熔和饱满性质差异支持了我们早先的观点：漂浮难熔的华北克拉通根，在晚白垩纪-早第三纪时因软流圈物质上涌侵蚀和冷却等复杂过程，而被饱满的岩石圈地幔不均匀地置换。成果发表于Geochim. Cosmochim. Acta，2005，Vol. 69, 3401-3418上。