华北埃达克质岩与克拉通破坏_实验岩石学和地球化学依据
华北克拉通东部中生代岩石圈减薄的过程与机制中生代火成岩和深源捕虏体证据
华北克拉通东部中生代岩石圈减薄的过程与机制中生代火成岩和深源捕虏体证据一、本文概述《华北克拉通东部中生代岩石圈减薄的过程与机制：中生代火成岩和深源捕虏体证据》一文旨在深入探索华北克拉通东部中生代时期岩石圈减薄的具体过程与机制。
通过对该区域中生代火成岩和深源捕虏体的详细研究，文章期望揭示岩石圈减薄的地质历史、动力学背景以及可能的影响因素。
文章将首先概述华北克拉通东部的基本地质背景和中生代火成岩的时空分布特征，接着深入探讨岩石圈减薄的具体过程和可能机制，包括岩浆活动、构造运动、热体制变化等。
文章将总结中生代火成岩和深源捕虏体提供的证据，对华北克拉通东部中生代岩石圈减薄的过程与机制提出新的认识和解释。
这一研究不仅有助于深化对华北克拉通岩石圈演化的理解，也为全球范围内类似地质现象的研究提供借鉴和参考。
二、华北克拉通东部中生代火成岩研究华北克拉通东部中生代火成岩的研究，为我们理解岩石圈减薄的过程与机制提供了重要的证据。
这些火成岩广泛分布于研究区域，包括花岗岩、闪长岩、辉长岩等多种类型。
它们不仅在空间上呈现出一定的分布规律，而且在时间上也有明显的演化趋势。
在华北克拉通东部，中生代火成岩的岩石学特征表现为高钾、富硅、贫镁、铁等特征，这些特征暗示了岩浆源区可能位于地壳较深处。
火成岩中的微量元素和同位素组成也为我们提供了岩浆源区性质的线索。
例如，高场强元素（如Nb、Ta、Zr、Hf等）的富集和稀土元素的亏损，表明岩浆源区可能受到了地壳物质的混染。
同时，Sr-Nd 同位素组成的变化也反映了岩浆源区的复杂性。
在岩浆演化方面，华北克拉通东部的中生代火成岩显示出明显的岩浆分异和混合作用。
这些过程不仅影响了岩浆的成分和性质，也进一步影响了火成岩的岩石学特征。
岩浆的分异作用可能导致了岩浆中不同组分的分离和聚集，而岩浆的混合作用则可能使得不同源区的岩浆相互融合，形成新的岩浆类型。
中生代火成岩的时空分布规律也是我们理解岩石圈减薄过程的关键。
华北克拉通地球化学科学数据的管理及应用研究的开题报告
华北克拉通地球化学科学数据的管理及应用研究的开题报告一、选题背景华北克拉通地质是中国地质历史上的一个重要事件，其演化历史至今仍存在争议，而化学元素和同位素地球化学数据是认识华北克拉通地质演化过程的重要依据。
然而，由于华北克拉通地球化学科学数据量大、多样性高、来源复杂等特点，其数据管理与应用存在很多的问题和挑战，如数据来源不明确、数据格式不统一、数据可靠性难以保证等问题。
因此，本研究旨在探讨华北克拉通地球化学科学数据的管理及应用方法，为深入了解华北克拉通地质演化历史提供有效的科学依据。
二、研究目的和内容本研究的主要目的是探讨华北克拉通地球化学科学数据的管理和应用方法，提高华北克拉通地球化学科学数据的利用效率和准确性。
具体研究内容包括：1.华北克拉通地球化学科学数据的获取、整理和分类方法。
2.华北克拉通地球化学科学数据的质量控制方法，确保数据的可靠性和准确性。
3.华北克拉通地球化学科学数据的管理系统构建和模型设计。
4.华北克拉通地球化学科学数据的应用案例研究，探讨科学问题的解决方法。
三、研究方法和步骤本研究采用文献调研、数据收集、统计分析等方法，具体步骤如下：1. 参考相关文献，了解华北克拉通地球化学科学数据的特点和现有的数据管理方法和应用。
2. 收集华北克拉通地球化学科学数据，包括岩石、矿物、水、气体等不同类型的样品数据。
3. 分析华北克拉通地球化学科学数据的质量，筛选可靠性较高的数据进行整理和分类。
4. 构建华北克拉通地球化学科学数据的管理系统，设计数据模型，建立数据标准和规范。
5. 应用所建立的数据管理系统进行华北克拉通地球化学科学数据的分析和应用，研究科学问题的解决方法。
四、预期成果和意义本研究将建立华北克拉通地球化学科学数据的管理和应用方法，形成一套系统、科学的数据管理体系，解决华北克拉通地球化学科学数据管理和利用中存在的问题和挑战。
同时，所得到的研究成果将对深入了解华北克拉通地质演化历史，为华北克拉通地质资源开发提供科学依据，具有重要的应用价值和学术意义。
华北克拉通破坏的时间_范围与机制_朱日祥
中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期: 583 ~ 592 英文引用格式: Zhu R X, Chen L, Wu F Y, et al. Timing, scale and mechanism of the destruction of the North China Craton. Sci China Earth Sci, 2011, 54: 789–797,doi: 10.1007/s11430-011-4203-4《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS进 展华北克拉通破坏的时间、范围与机制朱日祥①*, 陈凌①, 吴福元①, 刘俊来②① 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室, 北京100029; ② 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083 * E-mail: rxzhu@收稿日期: 2011-03-09; 接受日期: 2011-03-20国家自然科学基金重大研究计划项目(批准号: 90814000, 90814002)资助摘要 华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区. 自国家自然科学基金委员会设立“华北克拉通破坏”研究计划以来, 通过不同学科间的有效交叉融合, 围绕该克拉通破坏的时间、范围和机制等重要科学问题, 进行了大量的工作, 并取得了诸多新认识. 太行山东西两侧地壳与岩石圈厚度空间变化以及地球化学属性的异同显示, 华北克拉通破坏主要集中在东部, 而西部主要表现为克拉通的改造. 克拉通化之后的沉积建造、岩浆活动和构造变形等特征表明, 克拉通破坏发生在中生代, 其峰期为125 Ma 左右. 通过对比发现, 岩石圈减薄在全球其他克拉通中也多有发生, 但大多并不伴随克拉通的破坏; 只有当受到大洋板块俯冲作用的强烈影响时, 克拉通破坏才有可能发生. 具体到华北地区, 在早白垩世全球地幔整体升温背景下, 太平洋板块的俯冲使华北克拉通东部地幔对流系统失稳, 导致了华北克拉通东部破坏; 岩石圈拆沉或热-化学/机械侵蚀是地幔对流失稳所产生的不同表现形式.关键词时间、范围和机制 克拉通破坏 华北克拉通是地球表层的重要组成单元, 占地球陆地面积的50%左右[1]. 它主要形成于前寒武纪(>5.4亿年), 特别是早前寒武纪(>18亿年). 典型的克拉通具有厚度约为200 km 的岩石圈, 而且密度和热流值较低、刚性较高, 所以克拉通具有免遭后期地质作用改造的能力[2], 表现在其形成后, 无明显的壳内韧性变形和岩浆活动, 其上覆沉积盖层呈近水平状产出; 现今也无明显地震活动, 从而成为地球上最稳定的地区. 正是由于这种稳定性, 克拉通保留了目前地球上最古老的物质(44亿年)和最完整的地质历史记录[3], 成为有地质学以来研究大陆形成与演化最重要的地区.华北克拉通自18亿年克拉通化之后至早中生代, 一直保持相对稳定, 并保存有巨厚的太古宙岩石圈根[4~6]. 但自中生代以来, 华北克拉通, 特别是其东部, 发生了大规模的构造变形和岩浆活动, 形成多种类型的盆地, 伴随产生了大量的金属矿产和油气资源[7]. 20世纪初, 翁文灏先生[8]根据我国东部晚中生代构造-岩浆(火山)活动情况, 提出了“燕山运动”的概念; 随后, 陈国达先生[9]提出了“地台活化”的观点. 20世纪90年代, 中外科学家根据对华北克拉通的研究, 提出了“岩石圈减薄”[10,11]或“去根”的概念[12]. 随着研究的深入, 人们逐步认识到华北克拉通东部不仅发生了100多公里岩石圈地幔的丢失[11,13], 而且岩朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制584石圈地幔物理化学性质发生了根本性的改变[14~18]. 更为重要的是, 华北克拉通应该具有的稳定性遭到破坏, 如原本稳定的地壳发生了大规模韧性变形和岩浆-成矿活动. 我们将这种克拉通稳定性整体丧失的地质现象称之为克拉通破坏[19]或去克拉通化[20]. 很显然, “岩石圈减薄”只是华北克拉通演化的表象之一, 而“克拉通破坏”才是其演化的本质所在.稳定的大陆克拉通遭到破坏或改造还是人类认知中认识相当有限的一种地质现象, 对该现象的探索可望成为打开大陆地质之门的钥匙, 为认识大陆的形成演化及其效应、构筑更完善的地球形成与演化理论体系提供新的突破口. 国家自然科学基金委员会部署实施了“华北克拉通破坏”重大研究计划, 集中我国在地球科学、数理科学和信息科学等领域的优势研究力量, 突破传统学科界线的束缚, 进行了不同学科间的有效交叉融合, 围绕“华北克拉通破坏”这一核心科学问题, 在大陆形成演化等基础性和前瞻性研究领域取得了重要进展, 为我国的地球科学做出了突出贡献.1 华北克拉通破坏的时代华北克拉通在古元古代晚期形成后, 直到早中生代保持其基本稳定的特征, 沉积了巨厚的浅海相碎屑岩与碳酸岩. 尽管在此之前曾遭受了多期程度不同的改造作用, 但这些并没有彻底改变其克拉通整体稳定性的基本属性[21]. 比如, 在中元古代时期, 华北陆块内部和边缘发育大量狭长的裂陷槽, 形成巨厚的海相沉积组合, 其中尤以燕辽、白云鄂博-狼山、熊耳-吕梁裂陷槽最为典型. 这一时期, 华北还发育典型的非造山型岩浆活动, 如大洪峪组富钾火山岩、密云环斑花岗岩、大庙斜长岩和下马岭期基性岩墙群等[22,23]. 早古生代(~4.8亿年), 华北克拉通东部含金刚石金伯利岩(山东蒙阴和辽宁复县)的喷发及其捕获的地幔包体说明当时华北克拉通岩石圈的厚度约为200 km [4,5]. 几乎与金伯利岩岩浆喷发同时, 华北克拉通结束了早寒武世以来大面积发育的浅海相碳酸盐岩沉积, 开始了长达 1.5亿年的剥露历史, 并进而在早-中石炭世开始接受新的海陆交互相沉积, 至早三叠世结束. 晚古生代华北克拉通北部古亚洲洋的俯冲以及早中生代华南大陆与华北克拉通的碰撞拼合, 都对华北克拉通北南边缘甚至内部的演化产生了影响, 但这些事件对华北克拉通的改造只是局部的, 并不代表华北克拉通整体破坏的开始. 晚中生代古太平洋板块俯冲作用以及蒙古-鄂霍次海的闭合导致华北克拉通动力学体制发生重大转折, 即由早中生代的南北向收缩或挤压转变为与古太平洋板块俯冲相关的近东西向(NWW-SEE 向)的板内变形与伸展[21]; 正是这次重大动力学体制转折导致华北克拉通东部的破坏, 并在早白垩世(~125 Ma)达到峰 期[24].华北克拉通破坏的重要标志是岩石圈减薄、地幔性质转变以及壳内大规模韧性变形与岩浆活动, 特别是在早白垩世出现大量伸展构造(包括变质核杂岩、拆离断层和断陷盆地)以及与之相伴的岩浆活动和岩石圈地幔物性的改变. 变质核杂岩构造是地壳强烈伸展并使中下地壳物质直接剥露至地表的典型构造样式, 它在华北克拉通内多处存在, 从西北的呼和浩特变质核杂岩、到中部的京北云蒙山变质核杂岩、再到东部医巫闾山(瓦子峪)和辽南变质核杂岩以及南缘发育的小秦岭变质核杂岩等. 这些伸展构造的最大特点是其发育的近乎等时性(135~115 Ma)和运动方向的一致性(NWW-SEE 向)[25~27]. 与之相伴, 华北克拉通还发育了一系列规模和尺度各异的断陷盆地(如承德盆地、阜新盆地、胶莱盆地、合肥盆地等)或盆地群(如辽西盆地群、辽东半岛盆地群等); 这些盆地或盆地群的共性在于普遍受伸展正断层控制, 尽管控盆断裂延伸方向不同, 但其下盘或上盘的运动方向基本一致. 值得注意的是, 早白垩世的伸展构造不仅仅局限于华北克拉通, 在我国东北和华南, 甚至蒙古东部和俄罗斯贝加尔湖地区均发育具有相同特点的伸展构造. 早白垩世华北克拉通破坏峰期之后, 华北陆块东部已不再具有典型克拉通的属性, 表现形式之一是板内区域性旋转运动[28~30]; 变质核杂岩构造分析也揭示了华北克拉通东部区域性旋转运动与伸展构造存在时空耦合关系[25].2 华北克拉通破坏的空间分布华北克拉通破坏的空间分布, 是深入研究该破坏作用动力学过程和机制的重要依据, 而认识地壳和岩石圈结构性质是理解上述克拉通破坏空间分布的有效途径. 对华北克拉通破坏的早期认识主要来自对古生代金伯利岩和中新生代玄武岩及其地幔包中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期585体的岩石-地球化学研究, 由于地幔包体和岩浆岩空间分布的局限性, 对于缺乏岩石出露的沉积盆地和植被等覆盖区, 岩石学和地球化学方法在判断克拉通属性时往往会遇到困难. 近年来在华北地区开展的大规模宽频带流动地震台阵观测(图1)为从大区域获得华北克拉通破坏空间分布特征提供了科学依据.利用密集台阵资料获得的最新地震学成像结果显示[31~40], 华北克拉通现今地壳和岩石圈厚度存在明显的区域差异(图2). 克拉通东部普遍分布着薄的地壳(<35 km)和岩石圈(60~100 km), 其中地壳厚度横向变化不明显, 而岩石圈厚度则从东南边缘郯庐断裂带的60~70 km 向西北内部逐渐增加至90~100 km. 与东部相比, 华北克拉通中-西部地壳明显较厚, 一般在40～60 km 范围变化, 且大多与地形起伏成镜像关系; 中-西部岩石圈厚度显示出强烈的横向非均匀性, 即在稳定的鄂尔多斯盆地之下保留着约200 km 的“厚岩石圈”, 而在环鄂尔多斯的新生代银川-河套和汾渭裂陷区则为约80 km 厚的“薄岩石圈”, 且横向变化大(图2). 需要特别指出的是, 地壳和岩石圈厚度在克拉通东部与中部边界附近的显著变化, 与南北重力梯度带和地形的突然改变密切相关(图2).这些观测结果, 结合华北克拉通东部新生代相对饱满的岩石圈地幔特征和壳源岩浆岩的广泛分 布[5,13,14,24,41], 清楚地表明华北克拉通东部曾经历了岩石圈地幔的整体性破坏以及地壳的强烈改造和减薄作用(主要是下地壳). 因此, 现今华北克拉通岩石圈地幔具有新生岩石圈地幔的性质, 地壳则是前寒武纪与显生宙地壳的“混合型” (或称其为古老克拉通地壳的改造型).华北克拉通中-西部主体为“厚岩石圈”与局部 “薄岩石圈”的观测结果说明, 华北克拉通中-西部地区并没有被破坏, 即还保留着克拉通整体稳定的属性, 仅发生了局部岩石圈改造或减薄. 这一深部特征的浅表响应是中-西部地区较低的地表热流和构造稳定性, 以及局部的中生代-新生代岩浆活动. 综上所述, 我们将克拉通整体稳定属性未变、而其地壳或岩石圈地幔结构和/或性质只发生局部变化的现象定义为克拉通改造.3 华北克拉通破坏的深部动力学深部地幔是克拉通破坏的重要动力来源, 问题图1 华北克拉通流动地震台阵分布NCISP, 华北内部结构计划; DNCC, 华北克拉通破坏计划. 紫色三角表示观测尚未结束的流动地震台站朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制586图2 华北克拉通岩石圈厚度等值线图据文献[37~40]改编. 等值线上的数字表示岩石圈厚度值, 鄂尔多斯北部的虚线为根据文献[40]推测的结果是我们如何去理解这一过程. 我们知道, 地球内部间断面的结构与性质是制约地球动力学的关键因素. 因此, 对华北克拉通破坏深部过程的研究需要从认识深部间断面的结构与性质入手. 通过分析研究密集流动地震台阵资料获得的华北克拉通地幔过渡带结构图像[42~45], 揭示了地幔过渡带的厚度在华北克拉通东部和中部边界附近发生显著变化, 与此相伴随的是地幔过渡带底部(~660 km 间断面)结构与物性的明显横向变化(图3(a)). 结合矿物物理实验研 究[47~49], 华北克拉通东部较厚的地幔过渡带(>250 km) 和中-西部偏薄的地幔过渡带(≤250 km)与区域地震层析成像显示的高速(低温)太平洋俯冲板块滞留在中国东部地幔过渡带、其前缘未超过太行山一线的图像[46](图3(b))相吻合, 并分别对应于华北克拉通东部的整体破坏和中-西部局部岩石圈改造或减薄(图2, 3(c)).华北克拉通东部和中-西部地幔过渡带厚度还有两方面的特征值得注意: 其一, 在岩石圈被整体破坏的东部和局部被改造或减薄的西部地区, 地幔过渡带厚度变化是不同的(图3(a), (c)); 比如, 在中-西部岩石圈被减薄到约80 km 的汾渭裂陷和银川-河套裂陷区, 地幔过渡带也比较薄, 厚度大多在245 km 以下, 尤其是岩石圈相对更薄的银川-河套裂陷之下, 地幔过渡带甚至不足240 km. 因此, 岩石圈被减薄的环鄂尔多斯裂陷区对应的是相对“薄的地幔过渡带”, 而岩石圈被整体破坏的华北克拉通东部对应的是相对“厚的地幔过渡带”. 其二, 克拉通东部岩石圈和地幔过渡带厚度的横向变化幅度大致相当(都为30~40 km), 而中-西部岩石圈厚薄差异非常显著 (>100 km, 图2), 但地幔过渡带厚度变化则相对平缓(<15 km, 图3(a), (c)). 这些差异特征进一步表明, 华北克拉通中-西部与东部经历的地幔动力学过程具有明显的差异, 正是这种差异造成克拉通东部整体被破坏, 而中-西部仅仅是岩石圈的局部改造或减薄.中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期587图3 华北克拉通地幔过渡带结构(a) 地幔过渡带厚度分布图[44]; 其中黄色圆圈代表地幔过渡带厚度和660 km 间断面结构都发生明显变化的位置; (b) 沿37°N 的E-W 向P 波速度扰动剖面[46]; (c) 沿A-A ′和B-B ′剖面地幔过渡带厚度与岩石圈厚度的横向变化对比4 华北克拉通破坏机制对于华北克拉通破坏机制, 一直存在很大争议. 我们重申, 垂向上的岩石圈减薄不等于破坏, 就像水平方向上的大陆裂解一样, 也不是破坏. 从动力学角度来看, 造成岩石圈强烈改造、减薄和破坏的原因不外乎两个, 即板块运动引起的板缘作用和深部地幔动力施加的板下作用. 这两者究竟哪种作用在华北克拉通破坏过程中扮演了更为重要的角色呢？对于这一问题, 需要从不断积累的观测和实验数据中寻求答案, 也需要我们从全球的角度来认识.目前, 全球主要的克拉通有南非、西伯利亚、北美、南美、东欧、澳大利亚和南极等. 通过分析已有资料, 我们发现除资料较少的南极克拉通情况不明 外, 上述克拉通中只有南非克拉通没有岩石圈明显减薄的证据. 岩石圈减薄最具代表性的例子是印度克拉通, 它的岩石圈厚度从11亿年前约200 km 变化到现在的不足100 km [50,51]. 因此, 我们说克拉通岩石圈减薄是较为常见的地质事件, 并非华北克拉通独有. 对全球克拉通资料更详尽的总结发现, 上述岩石圈减薄主要与地幔热柱活动有关. 如印度克拉通的减薄就与导致65 Ma 德干玄武岩喷发的Reunion 地幔柱有关[52]. 然而上述克拉通岩石圈尽管普遍发生了减薄, 但大多仍然保留其克拉通整体稳定的基本属性, 没有出现强烈的壳内韧性变形与岩浆活动等地质事件. 例如印度克拉通, 其65 Ma 喷发的德干玄武岩目前仍呈水平状产出, 现今也无明显的大地震活动. 也就是说, 克拉通岩石圈减薄并不一定伴随克拉朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制588通破坏; 如果再考虑到南非、西伯利亚、北美、南美等克拉通下方曾有过超级地幔柱活动、而这些克拉通仍保持稳定未被破坏的事实[53,54], 我们认为, 地幔柱有可能使克拉通岩石圈减薄, 但不能使其破坏. 大陆岩石圈稳定性模拟研究[55,56]也表明, 典型克拉通岩石圈底部的热-机械侵蚀作用是较为有限的, 即使直接位于超级地幔柱之上并与其发生相互作用, 克拉通岩石圈地幔根也需要大约2亿年以上的时间才能被显著侵蚀减薄[57], 更不用说克拉通的破坏. 排除了地幔深部运动施加的板下作用, 我们可以推论, 克拉通破坏可能更多地与板缘作用有关, 这在北美克拉通表现最为明显. 研究发现, 由于太平洋板块的俯冲作用触发了地幔的非稳态流动, 致使该克拉通西缘岩石圈不仅减薄, 而且被破坏了[58~60];同样, 现有的各种观测资料表明, 中生代以来太平洋板块向东亚大陆的持续俯冲所引发的非稳态地幔流动对华北克拉通东部的整体性破坏起了重要作用[13,24,36,61]. 这一结论首先来自太平洋俯冲事件与华北克拉通破坏在时间和空间上的相关性. 从时间上来说, 华北东部大规模岩浆活动[24]、区域性构造伸 展[25,26,62]和大规模成矿[7,63]等均是反映岩石圈减薄和破坏的地质现象, 与太平洋板块生长速率显著增加和俯冲方向突然变化的时间相对应[63,64]. 从空间上来说, 南北重力梯度带和郯庐断裂带两条中国东部大型构造带的走向(图1), 也都显示出与太平洋板块俯冲的相关性. 新的地震学研究揭示, 华北克拉通东部的破坏与这些浅表地质特征和太平洋板块在地幔过渡带的滞留具有对应性(图2, 3). 这反映了太平洋板块俯冲过程对东部地区从地表到上地幔以及地幔过渡带的结构与物性都产生了强烈影响, 导致华北克拉通下方产生不稳定的地幔流动体系, 造成过渡带间断面形态的高度不均匀, 引起上地幔减压熔融或地幔物质沿着克拉通根向上流动和停滞在过渡带的俯冲板块部分沉入下地幔[45]. 另一方面, 上述不稳定的地幔流动体系及太平洋板块的俯冲还引起弧后拉张作用, 导致华北克拉通东部普遍发育NWW-SEE向伸展构造. 在这样的动力背景和非稳态地幔流动体系共同作用下, 早白垩世(130~120 Ma)华北克拉通东部岩浆活动达到高峰. 由此可见, 华北克拉通东部整体性的破坏与太平洋板块俯冲引起的地幔不均一流动密切相关. 太平洋板块俯冲之所以有别于华北克拉通所经历的其他板块俯冲事件(如晚古生代古亚洲洋向华北的俯冲、早中生代扬子向华北的俯冲等), 除了太平洋板块本身的特征和俯冲历史之外, 还与晚中生代全球构造背景有关. 在早白垩纪, 太平洋超级地幔柱的上升与特提斯洋关闭相关的地幔雪崩事件以及冈瓦纳大陆的裂解事件等使太平洋板块俯冲加速, 并引起其俯冲方向和速率的显著改变[24,63,65~68]. 大洋板块的快速俯冲与白垩纪全球地幔的整体明显升温[69], 增强了流体交代、熔融作用和岩浆活动, 触发了俯冲带及其邻近区域地幔流动非稳态的出现, 导致上覆岩石圈地幔弱化; 同时, 非稳态地幔流动进一步促使克拉通内力学薄弱带发生构造活化, 从而更有利于岩石圈的弱化和破坏(图4). 上述作用必然造成岩石圈底部热-机械-化学侵蚀效率的显著提高, 并进一步加速重力失稳和下地壳与岩石圈地幔拆沉等克拉通不同破坏方式的发生. 以上论证了太平洋板块俯冲导致的地幔非稳态流动是华北克拉通东部破坏的主因, 那么华北克拉通中-西部岩石圈局部改造或减薄的动力又来自何 处? 如前所述, 中-西部地区以>100 km 的小尺度岩石圈厚薄差异和<15 km 的地幔过渡带厚度平缓变化为特征. 如果仅考虑温度因素, 根据矿物物理实验结果, <15 km 的地幔过渡带厚度差异对应于不到100℃的温度异常[70]. 显然, 中-西部强烈的岩石圈厚度变化不可能完全由这一弱温度异常及其所对应的现今深部地幔过程来解释. 该地区岩石圈显著减薄的两个新生代裂陷区都对应于早先存在于克拉通的古元古代构造带[40,71]. 相对于太古代克拉通的核心部分, 这些古老构造带强度相对较弱, 更易于受到后期构造事件的影响. 因此, 华北克拉通中-西部岩石圈局部改造或减薄与其早期本身的不均一性有关. 其中强度较低的活动构造带在后期的热-构造事件过程中, 较易成为受热更强烈和应变更集中的区域[72,73], 从而其岩石圈较易受到改造、弱化和减薄. 这种作用也使活动构造带对邻近的克拉通核心地区起到构造缓冲和保护作用, 并进一步导致中-西部地区长期稳定的鄂尔多斯与环鄂尔多斯活动带之间岩石圈结构存在强烈的差异性[40,71]. 事实上, 与华北中-西部类似的克拉通岩石圈局部改造或减薄, 以及克拉通核心区与周边活动带壳幔结构的强烈差异, 在南非[74]、欧洲[75]、西伯利亚[76]、东非[77]、北美[78,79]等克拉通都被普遍观测到, 而活动构造带对邻近克拉通的缓中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期589图4 华北克拉通破坏与改造的地幔对流机制冲和保护作用也被地幔动力学数值模拟研究所证 实[80], 成为克拉通能够长期稳定的一个重要因素. 基于上述分析可知, 晚古生代古亚洲洋向华北的俯冲、早中生代扬子向华北的俯冲甚至印度板块向欧亚大陆的俯冲等地质事件都会引起华北克拉通中-西部构造薄弱带局部改造或岩石圈减薄, 但不会造成西部克拉通整体稳定属性的改变.5 结语新的研究结果表明, 华北克拉通破坏不是一个特殊的地质现象, 而是特定构造环境下大陆岩石圈演化的产物. 对华北克拉通破坏的研究意义, 不仅在于它的东部破坏程度明显超过世界上其他的克拉 通[19], 成为古老克拉通遭受破坏的最典型地区[81], 还在于它的中-西部岩石圈局部改造或减薄可能还反映了克拉通演化过程中另一个更为普遍的现象和规律. 所以说, 华北克拉通破坏所蕴含的丰富地质内涵使它成为探索大陆动力学的极佳场所. 因此, 继续加强对华北克拉通破坏的研究, 并将其置于全球构造背景下, 从区域差异性和共性角度进一步认识大陆的稳定与破坏以及大陆形成和演化规律, 是中国科学家能够为全球地球科学事业做出突出贡献的重要突破口.致谢两位审稿专家提出了宝贵的修改意见和建议, 谨表谢忱.参考文献1 Rudnick R L, Fountain D M. Nature and composition of the continental crust: A lower crustal perspective. Rev Geophys, 1995, 33: 267-3092 Pearson D G. The age of continental roots. Lithos, 1999, 48: 171–1943 Wilde S A, Valley J W, Peck W H, et al. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4Gyr ago. Nature, 2001, 409: 175–1784 池际尚, 路凤香. 华北地台金伯利岩及古生代岩石圈地幔特征. 北京: 科学出版社, 1996. 2925 Xu Y G. Thermo-tectonic destruction of the Archean lithospheric keel beneath the Sino-Korean Craton in China: Evidence, timing andmechanism. Phys Chem Earth, 2001, 26: 747–7576 Gao S, Rudnick R L, Carlson R W, et al. Re-Os evidence for replacement of ancient mantle lithosphere beneath the North China Craton.Earth Planet Sci Lett, 2002, 198: 307–3227 Yang J H, Wu F Y, Wilde S A. A review of the geodynamic setting of large-scale Late Mesozoic gold mineralization in the North ChinaCraton: An association with lithospheric thinning. Ore Geol Rev, 2003, 23: 125–152。
【听文献】郑永飞等：华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏
【听文献】郑永飞等：华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏克拉通指古老的、自形成以来一直保持稳定的大陆岩石圈构造体系。
它包括古老的大陆地壳及其下伏的岩石圈地幔，其厚度一般可高达200至300公里。
进入显生宙以来，有些克拉通的岩石圈地幔发生了显著减薄，但是其构造格架并未发生根本改变，例如印度克拉通；有些克拉通不仅发生了显著的岩石圈减薄，而且出现了大规模岩浆作用，改变了克拉通的基本构造格局，导致克拉通破坏，例如华北克拉通。
大陆岩石圈减薄在地质历史上是一个常见现象，在汇聚板块边缘尤为突出。
但是，减薄的克拉通岩石圈未必都发生了破坏，例如印度、西伯利亚和巴西克拉通。
华北克拉通是世界上最古老的陆核之一，也是中国最大的克拉通块体。
它在中生代时期经历了重大的构造再活化过程，这个过程伴随着岩石圈厚度的显著变化，表现为华北克拉通东部区域的减薄。
大量研究表明，中生代时期华北大陆岩石圈的厚度已经由大于200公里锐减为克拉通东部的60至80公里，并且古老、较冷和难熔的大陆岩石圈地幔被新生、较热和饱满的岩石圈地幔所替代。
在二十世纪末和二十一世纪初，前人对华北克拉通东部破坏的地球动力学机制提出了两类模型: 第一类，软流圈地幔底垫引起的热或化学侵蚀；第二类，大陆下地壳重力拆沉。
侵蚀模型认为，华北克拉通岩石圈的减薄是受到下伏软流圈衍生熔体的热或化学侵蚀所造成的，减薄是一个自下而上的缓慢过程。
拆沉模型认为，克拉通岩石圈的减薄是由榴辉岩化下地壳连同古老岩石圈地幔一起在重力作用下拆沉进入下伏对流地幔所致，减薄是一个自上而下的快速过程。
然而，越来越多的观察表明，华北克拉通岩石圈东薄西厚现象与古太平洋板片由东向西的俯冲方向吻合。
这个观察表明，俯冲大洋板块对大陆岩石圈地幔的物理和化学侵蚀作用可能是华北克拉通岩石圈减薄的一级构造机制，而侵蚀和拆沉过程可能只是华北克拉通破坏的二级机制。
随着研究的逐渐深入，特别是国家基金委重大研究计划“华北克拉通破坏”项目的实施，发现虽然古太平洋板块的西向俯冲是华北克拉通破坏的一级机制，但是在具体构造机制上有两种模型：一是在古太平洋板块西向俯冲过程中，首先引起华北克拉通岩石圈地幔自东向西侧向减薄，然后才发生克拉通破坏，因此是一个自上而下的缓慢过程；二是停滞在地幔过渡带的西太平洋板片脱水，结果引起上覆软流圈不稳定流动导致华北克拉通破坏，因此是一个自下而上的快速过程。
华北东部早白垩世A型花岗岩与克拉通破坏
1 010 ℃和含水(1 ～ 2)w t %的条件下 , 远比 I 、S 型花 岗质岩浆形成的温度高 .因此 , 通过反演岩浆形成温 度 , 并结合其他地球化学特征 , 可能有效区分 A 型 花岗岩与高分异的 I 型花岗岩 . 1 .2 A 型花岗岩的源区 、成因与壳幔相互作用
A 型花岗岩的成因是目前 A 型花岗岩研究中 争议较大的问题之一 , 这种争议主要集中在物源和 成岩过程上 , 归结起来主要有以下 4 类 :(1)幔源碱 性基性岩 浆分 离结 晶形 成(T urner et al ., 1992 , 1996 ;M ushkin et al ., 2003);(2)长英质岩石在地 壳浅部脱 水部分 熔融 形成(C reaser et al ., 1991 ; Skje rlie and Johnston , 1992 ; Pati no Douce , 1997), 多属铝质 A 型花岗岩 ;(3)花岗质熔体抽离 后的富含 F 和 Cl 的下地壳麻粒岩残留体(residualsource)在高压下的小程度部分熔融作用(Collins et al ., 1982 ;Clemens et al ., 1986);(4)幔源 、壳源不 同来源 岩浆 混合 、分 离结 晶 作用 的产 物(Bedard , 1990 ;Kerr and F ryer , 1993 ;Mi ng ram et al ., 2000 ;Yang et al ., 2006 , 2008b).
Abstract :A-ty pe gr anite is ano ro genic , anhy drous and alkaline g ranite and has unique miner alo gical , pe trological and geochemical char acte ristics , which is co nsidered to be em placed in po st-o ro genic , within-plate o r plume-related e xtensional se tting . A-ty pe gr anites and r elated alkaline rocks imply impo r tant informa tion o f g eodynamics and are the key to unde rstand the g row th of continental crust , the lithospheric evo lutio n and the dev elo pment o f r egio na l tec to te M eso zoic A-ty pe g ranites and related alkaline ro cks ar e widespread in the eastern N o rth China cra to n.P revious studies and o ur recently published data show tha t they for med via a comple x pr ocess invo lving mixing o f mag mas de riv ed from mantle and upper and lo wer crust so urce s, cry stal fractionatio n and infrac rustal melting during Ear ly Cre taceous (130-110 M a).On the basis o f the study of r eg io nal geo lo gy , it is sug gested tha t the A-ty pe g ranites and r elated alkaline rocks w ere formed in an ex tensional se tting and w ere the shallo w respo nses to the litho spheric thinning and decrato nizatio n, which indicate the peak time of litho spheric thinning and destr uction of the N or th China crato n. Key words:A-ty pe g ra nite ;Early Cre taceous ;N o rth China cr aton ;decratonizatio n.
华北克拉通破坏
Chr
Cr#=40
Sp
鲁西橄榄岩类捕虏体的岩相学特征
LW10-1
Ol
LW10-2
Am Ol 300mm 100mm Chr Cpx
纯橄岩中的交代现象与矿物出溶
鲁西橄榄岩捕虏体中橄榄石的CaO含量
Archaean xenolith
A
Cenozoic xenolith
B
Laiwu xenolith
高镁闪长岩Pb同位素的组成及空间变化
认识：
榴辉岩相变质的时间－陆壳加厚的时 间：220Ma左右 榴辉岩类捕虏体的构造归属 华北克拉通基底 扬子克拉通基底 动因：扬子与华北克拉通俯冲碰撞
问题：能否拆沉？
拆沉作用：岩 石物理性质
Density vs Vp
Peridotite Eclogite
Mafic granulite
Opx metasomatic vein
Opx
Cr· 2O3
Chr
6
7
8
9
10
11
Net Opx metasomatism
地幔富硅质交代作用---岩相学、矿物化学证据.
T7-21
Ol Am Chr Am Opx
LW8-44
Cpx
TRD=2.6-2.8Ga
尖晶石方辉橄榄岩中的交代现象
Cr#=58
C
Feixian basalt
CaO<0.10 wt%
D
CaO0.10 wt%
E
84 86 88 90 92 94 96
Fo
橄榄岩类捕虏体的矿物成分－Mg#
橄榄岩类捕 虏体中尖晶 石族矿物成 分－Cr#
方辉橄榄岩 —Cr-Spinel 纯橄岩 —Chromite
华北克拉通北部14亿年前古风化壳的地球化学特征及古气候意义
华北克拉通北部14亿年前古风化壳的地球化学特征及古气候
意义
华北克拉通北部14亿年前的古风化壳，是地球历史上一个重
要的时期。
该地区受到了严重的岩浆侵入和古气候的影响，因此形成了独特的地球化学特征和古气候意义。
本文将详细讨论华北克拉通北部14亿年前古风化壳的地球化学特征及古气候
意义。
首先，华北克拉通北部14亿年前的古风化壳主要由花岗岩、
变质岩以及沉积岩组成。
在地球化学中，这三种岩石具有不同的特征。
花岗岩富含铝、硅等元素。
变质岩则在形成过程中经历了高温、高压，使得其中的矿物发生了改变，形成了富含硅、铁、镁等元素的矿物质。
而沉积岩则主要由石英、长石等矿物组成，富含钾、钠、铝等元素。
这些元素和矿物特征将有助于我们进一步了解该地区的地质演化过程。
其次，华北克拉通北部14亿年前的古风化壳对古气候有着重
要意义。
据研究显示，该地区在古生代时期气候较为湿润，而在距今1.3亿年左右，印度板块和欧亚板块碰撞形成了喜马拉
雅山脉，导致该地区出现了明显的干湿变化。
此外，在该地区的沉积岩中发现了大量的古植被化石，这也表明该地区曾经存在着繁茂的植被。
通过分析这些岩石和化石，我们可以了解到该地区在过去的环境条件、古地理演化和古气候情况。
总之，华北克拉通北部14亿年前的古风化壳具有独特的地球
化学特征和重要的古气候意义。
通过对这些特征和意义的深入
研究，我们可以更好地了解地球的历史演变和环境变化，为地球科学研究做出更大的贡献。
华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的岩石地球化学和同位素年代学研究共3篇
华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的岩石地球化学和同位素年代学研究共3篇华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的岩石地球化学和同位素年代学研究1华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的岩石地球化学和同位素年代学研究华北克拉通位于我国北部，是中国地质历史上非常重要的一个构造单元。
华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的研究一直是地质学家关注的焦点，对于我们深入了解华北克拉通的构造演化和岩石成因具有重要的科学意义。
本文将介绍华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的岩石地球化学和同位素年代学研究进展。
华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底主要由片麻岩、榴辉岩、辉绿岩、变质岩等组成。
这些基底岩石的地球化学特征表明它们具有伸展造山的岩石成因，其岩石成因与华北地区的古大洋俯冲史密切相关。
研究表明，这些岩石的地球化学特征反映了古大洋俯冲作用下的部分熔融再结晶作用，以及基底物质来源于海底地壳和上部地幔的混合。
通过同位素年代学方法，对这些基底岩石的年代进行了精确测定，显示出它们形成于10亿-19亿年前之间，早于奥陶纪地层的沉积。
这表明了华北克拉通构造单元的形成受到了古大洋俯冲的影响。
华北克拉通东南缘深源包体主要由伟晶岩、橄榄岩、红山石、辉石岩等组成，并被认为是地幔物质深部的直接晶体化产物。
这些深源包体的地球化学和同位素特征表明它们是地幔直接参与和混染形成的。
其中，伟晶岩和橄榄岩的地球化学特征显示它们相当于深度超过80km的岩石，具有拆分俯冲的特征；而红山石和辉石岩则显示它们相当于较浅深度的岩石，形成于古生代晚期至中生代早期。
同位素年代学研究表明，这些深源包体形成晚于基底岩石，主要形成于9亿-13亿年前之间。
综上，华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的研究表明，华北地区在古大洋俯冲的影响下，经历了一系列的伸展构造演化过程，并不断混染和形成了各种不同类型的岩石。
这些构造和岩石形成过程对华北克拉通的形成和演化产生了深远的影响，为我们深入了解中国大陆古地理环境和板块构造演化进程提供了重要的科学依据通过对华北克拉通东南缘前寒武纪变质基底及深源包体的研究，我们了解到古大洋俯冲对华北地区的影响以及华北克拉通构造单元的形成和演化过程。
华北克拉通破坏的物理、化学过程：地幔橄榄岩证据
ＺＨＥＮＧ ｉｎ ｐ ｎ Ｊａ — ｉｇ，ＬＵ ｎ — ｉｎ ，ＹＵ ｕ — ｉ Ｆｅ ｇ ｘａ ｇ Ｃｈ ｎ ｍｅ ，ＴＡＮＧ ａｙ ｎ，ＺＨ ＡＮ Ｇ Ｚ ｉｈ ｌ Ｈｕ — ｕ ｈ— ａ，ＣＨ Ｕ ｉ ｇ ｌ Ｌ ｎ —ｉ ｎ
Ｆａ ｕ ｔ ｆ ｒｈ Ｓ ｉｎ ｅ ，Ｓ ａｅＫｅ ａ ｏ ａ ｏｙ ｏ Ｇｅｌ ｇ ｃ ｌＰｒ ｃｓｅ ｎ ｎ ｒ ｌＲｅｏ ｒｅ ， ｃ ｌｙｏ Ｅａ ｔ ｃｅ ｃｓ ｔ ｔ ｙ Ｌ ｂ ｒ ｔｒ ｆ ｏｏ ｉａ ｏ ｅｓｓａ ｄ Ｍｉｅａ ｓｕ ｃｓ Ｃｈ ｎ ｉ ｅｓｔ ｆ Ｇｅ ｓｉｎ ｅ ，Ｗｕ ａ ３ ０ ４ ｈ ｎ ｉａ Ｕｎｖ ｒｉｙ ｏ ｏｃｅ ｃｓ ｈ ｎ ４ ０ ７ ，Ｃ ｉａ Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｓ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｅ ｓ ｂ ｏ ｔ ｅ ｔｌｌ ｈ ｓ ｈ ｒｃ ｍａ ｔｅ （ ＣＬＭ ） ｐ ｏ ｅｔｅ ｅ ｅ ｔｄ ｂ ｅ ｏｉｈ ａ ｄ ｓｒ ｃ ： ｉ ａ ｅ ａ ｏ ａ ｅ ｈ ｕ ｃ ｎｉ ｎ ａ ｉ ｏ ｐ ｅ ｉ ｎ ｔ ｎｌ Ｓ ｒ ｐ ｒｉｓ ｒｆ ｃｅ ｙ ｘ ｎ ｌ ｎ ｌ ｔ
华 北 克 拉 通破 坏 的 物 理 、 学 过 程 ： 化 地 幔橄 榄 岩 证 据
郑建平， 路凤香， 余淳梅 ， 汤华云， 张志海， 储玲林
中国地质大学 地 球科 学学院 地质过程与矿产资源 国家重点实验 室， 武汉 ４ ０ ７ ３０４
摘 要 ： 文对 比 了 华北 东 部 不 同 时代 、 同位 置 捕 虏 体／ 质 体 橄 榄 岩 的地 幔 属 性 ， 论 了华 北 克 拉 通 破 坏 的 物 理 、 学 过 本 不 地 讨 化
文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ７２ ０ （ ０ ７ ０ — ３ ７ ９ １０ —８ ２ ２０ ）４０ ２ － ０
华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论
华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论吴福元１ 徐义刚２ 高山３ 郑建平３ＷＵＦｕＹｕａｎ１，ＸＵＹｉＧａｎｇ２，ＧＡＯＳｈａｎ３ａｎｄＺＨＥＮＧＪｉａｎＰｉｎｇ３１．中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室，北京１０００２９２．中国科学院广州地球化学研究所中国科学院同位素年代学和地球化学重点实验室，广州５１０６４０３．中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室，武汉４３００７４１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｉｔｈｏｓｈｐｅｒｉｃＥｖｏｌｕｔｉｏｎ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｓｏｔｏｐｉｃＧｅｏｃｈｒｏｎｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ３．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄＭｉｎｅｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ２００８ ０１ ２８收稿，２００８ ０５ ３０改回．ＷｕＦＹ，ＸｕＹＧ，ＧａｏＳａｎｄＺｈｅｎｇＪＰ．２００８．ＬｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｒａｔｏｎ．ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ，２４（６）：１１４５－１１７４Ａｂｓｔｒａｃｔ ＬｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｒａｔｏｎａｒｅｉｎｔｅｎｓｉｖｅｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｒｅｃｅｎｔｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｔｉｓｕｎｃｌｅａｒ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｂｏｕｔｉｔｓｔｉｍｅ，ｔｈｉｎｎｉｎｇｄｅｇｒｅｅ，ｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｅｃｔｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｆｏｒｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｐｈｅｎｏｍｅｎａ．Ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｅｖｉｅｗａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｉｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：（１）Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇａｎｄｃｒａｔｏｎｉｃｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；（２）ＬｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｍａｎｔｌｅａｇｅｓｂｅｎｅａｔｈｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｒａｔｏｎｓｉｎｃｅＰａｌｅｏｚｏｉｃａｎｄｃｒｕｓｔ ｍａｎｔｌｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；（３）Ｔｉｍｅｏｆｔｈｅｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；（４）Ｖｅｒｔｉｃａｌｔｈｉｎｉｎｇｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅ；（５）ＳｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓｉｎｗｈｏｌｅｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ；（６）Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；（７）Ｇｅｏｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ；（８）ＵｎｉｑｕｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｒａｔｏｎｏｎｔｈｅＥａｒｔｈ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎｏｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇａｎｄｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｒａｔｏｎｉｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｅａｐｐｅｎｄｉｘ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｉｃｔｈｉｎｎｉｎｇ；Ｃｒａｔｏｎｉｃｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣｒａｔｏｎ摘 要 华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题，但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素，多有争论。
华北克拉通破坏相关问题研究综述
华北克拉通破坏相关问题研究综述华北克拉通是中国地质学界一个重要的研究课题，众多学者通过多年的研究，已经取得了众多有价值的成果。
本文将对华北克拉通破坏相关问题的研究进行综述，主要包括华北克拉通破坏的原因、破坏的过程以及破坏的影响等方面。
作为中国东北地区的一个构造单元，华北克拉通的破坏是由多种因素共同作用而引起的。
第一，地壳形变是华北克拉通破坏的主要原因之一。
华北克拉通位于欧亚板块边缘，与印度板块和太平洋板块有接触，承受着来自两个板块的挤压力。
第二，地壳物质运移是华北克拉通破坏的另一个重要原因。
大量的岩浆从地幔上涌升，经过华北克拉通的上地壳，导致其地壳物质发生运移和变形，从而引起华北克拉通的破坏。
地壳条件发生变化也是华北克拉通破坏的一个重要原因。
地壳中存在的断层活动或地下水流动等地理环境的变化，都会加速华北克拉通的破坏。
华北克拉通的破坏过程是一个漫长而复杂的过程。
研究表明，华北克拉通的破坏主要经历了以下几个阶段。
首先是拉张阶段，这个阶段表现为岩浆从地幔涌升上来，导致地壳发生拉张破裂。
其次是伸展阶段，即岩浆和热液活动的时期。
在这个阶段，岩浆在地壳中充溢和堆积，导致地壳的伸展和薄化。
再次是断裂阶段，这个阶段表现为地壳中出现了大量的断裂带和断裂构造。
最后是塑性变形阶段，这个阶段表现为地壳的物质经过滑动和变形，从而达到塑性变形的状态。
华北克拉通的破坏对中国东北地区产生了重要的影响。
破坏导致了华北克拉通地区地质灾害的增加。
岩浆活动和断裂变形引发的地震、地裂缝等地质灾害频繁发生，对当地的生产和生活带来了巨大的影响。
华北克拉通的破坏还导致了矿产资源的重新分布。
在破坏过程中，大量的岩浆涌现和地壳变形使得原有的矿产资源分布发生了改变，新的矿产资源得到了勘探和开发。
华北克拉通的破坏还导致了地壳形变和地表地理环境的变化，对当地的生态环境构成了威胁。
华北克拉通的破坏是一个复杂而漫长的过程，其成因包括地壳形变、地壳物质运移和地壳条件的变化等多种因素。
华北克拉通破坏相关问题研究综述
华北克拉通破坏相关问题研究综述1. 引言华北克拉通是中国地质学家提出的一个概念，它是指位于华北地区的一块大规模地层构造抬升区，形成于9000万年前至1.4亿年前的地球历史时期。
由于其巨大的规模和特殊的地质背景，华北克拉通的破坏问题备受关注。
本文将综述华北克拉通破坏相关问题的研究进展。
2. 破坏机制华北克拉通破坏的主要机制是大规模抬升引起的应力释放和地壳变形。
华北克拉通的地壳厚度在2千米以上，地壳内部的岩石经历了长期的加压作用，当外界应力突然减小时，地壳内部的岩石就会发生应力释放，导致地震和地表抬升。
华北克拉通地区还存在着一些特殊的地质现象，如喀斯特地貌和地下水资源丰富等，这些现象与华北克拉通的破坏机制密切相关。
3. 研究方法针对华北克拉通破坏问题的研究，研究者采用了多种方法进行分析和探索。
地震波形分析是其中的一种重要方法，通过对地震波形的观测和分析，可以推断断层的性质和空间分布。
还有地质勘探和地球物理勘探等方法，可以获取地下结构的信息，从而研究华北克拉通的破坏机制和演化过程。
4. 研究进展在过去的几十年里，关于华北克拉通破坏的研究取得了一系列重要的进展。
早期的研究主要集中在地震活动的分析和地表抬升的观测，通过这些研究，人们对华北克拉通的破坏机制有了初步的认识。
近年来，随着科学技术的不断进步，研究者开始尝试利用地震波形分析和地球物理勘探等新方法，深入研究华北克拉通的内部结构和演化过程。
这些研究为我们认识华北克拉通的破坏机制和地质演化提供了新的视角和思路。
5. 存在的问题尽管在华北克拉通破坏的研究中取得了一些重要的进展，但仍然存在一些问题亟待解决。
华北克拉通地区的地质构造复杂多样，研究者需要面临着数据获取的困难和分析的复杂性。
目前对华北克拉通破坏的研究主要集中在地震活动和地面抬升等方面，对于华北克拉通内部的演化过程和破坏机制仍然了解有限。
华北克拉通的破坏与环境变化以及人类活动之间的关系也需要进一步探讨。
华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪构造变形与变质作用关系——以北京密云沙厂地区为例
华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪构造变形与变质作用关系——以北京密云沙厂地区为例华北克拉通是中国东北地区重要的克拉通盆地，也是中国大陆的一个重要构造单元。
华北克拉通自太古宙上壳岩时代以来经历了多次构造变形与变质作用，在早前寒武纪特别明显。
以北京密云沙厂地区为例，可以更详细地探讨华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪构造变形与变质作用之间的关系。
首先，华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪构造变形是由于板块活动引起的。
根据地震地层学的研究，华北克拉通内部存在着华北陆西缘断裂带和华北陆东缘断裂带两大重要构造带。
沙厂地区位于华北克拉通华北陆西缘断裂带附近，该断裂带代表了华北克拉通中央升降过程中的一部分。
在早前寒武纪，华北克拉通内部出现了强烈的构造挤压作用，使得岩石发生了变形，形成了弯曲和褶皱结构。
其次，华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪的构造变形导致了岩石的变质作用。
构造变形常常伴随着热液的活动，通过注入热液和流体，可以改变岩石的化学成分和矿物组成。
在沙厂地区，富含硅酸盐的变质岩非常常见，如云母片岩、石英岩和长石岩。
这些岩石通常富含绿泥石、石英、长石、角闪石等矿物，并且呈现出细粒结构和层状结构。
这些特征都表明了变形作用下的变质作用的存在。
进一步研究还发现，华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪的构造变形与变质作用之间存在着相互关系。
构造变形为变质作用提供了必要的热源和流体渗透通道，而变质作用进一步促进了构造变形的发生。
地质学家通过对沙厂地区变质矿物的研究发现，其中含有大量的绿泥石和角闪石。
这些矿物的生成需要特定的温度和压力条件，而这些条件往往在构造变形的过程中得以实现。
因此，可以认为华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪的构造变形和变质作用是相互关联的。
总之，华北克拉通太古宙上壳岩早前寒武纪的构造变形与变质作用在北京密云沙厂地区具有密切的关系。
构造变形是由于板块活动引起的，导致了岩石的变形、弯曲和褶皱结构的形成。
同时，构造变形为变质作用提供了必要的热源和流体渗透通道，而变质作用进一步促进了构造变形的发生。
国家自然科学基金委员会关于发布华北克拉通破坏重大研究计划项目指南的通告
国家自然科学基金委员会关于发布华北克拉通破坏重大研究计划项目指南的通告文章属性•【制定机关】国家自然科学基金委员会•【公布日期】2012.04.12•【文号】•【施行日期】2012.04.12•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】基础研究与科研基地正文国家自然科学基金委员会关于发布华北克拉通破坏重大研究计划项目指南的通告国家自然科学基金重大研究计划遵循“有限目标、稳定支持、集成升华、跨越发展”的总体思路，围绕国民经济、社会发展和科学前沿中的重大战略需求，重点支持我国具有基础和优势的优先发展领域。
重大研究计划以专家顶层设计引导和科技人员自由选题申请相结合的方式，凝聚优势力量，形成具有相对统一目标或方向的项目群，通过相对稳定和较高强度的支持，积极促进学科交叉，培养创新人才，实现若干重点领域或重要方向的跨越发展，提升我国基础研究创新能力，为国民经济和社会发展提供科学支撑。
国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）现公布“华北克拉通破坏”重大研究计划2012年度项目指南（见附件）。
一、申请条件重大研究计划申请人应当具备以下条件：1．具有承担基础研究课题的经历；2．具有高级专业技术职务（职称）。
正在博士后工作站内从事研究、正在攻读研究生学位以及《国家自然科学基金条例》第十条第二款所列的科学技术人员不得申请。
二、限项规定1.具有高级专业技术职务（职称）的人员，申请或参与申请本次发布的重大研究计划项目与正在承担（包括负责人和主要参与者）以下类型项目合计限为3项：面上项目、重点项目、重大项目、重大研究计划项目（不包括集成项目和指导专家组调研项目）、联合基金项目（指同一名称联合基金项目）、青年科学基金项目、地区科学基金项目、优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目（申请时不限项）、国际（地区）合作研究项目、科学仪器基础研究专款项目、优秀国家重点实验室研究专项项目，以及资助期限超过1年的委主任基金项目和科学部主任基金项目等。
华北克拉通破坏的物理_化学过程_地幔橄榄岩证据_郑建平
矿物岩石地球化学通报・专题讨论・Bulletin of Mineralogy ,Petrology and Geochemist ryVol 126No 14,Oct.2007收稿日期:2007Ο05Ο26收到,07Ο11改回基金项目:国家自然科学基金资助项目(40425002,90714002,40673002)第一作者简介:郑建平(1964—),男,教授,博士生导师,主要从事岩石学教学和研究工作.E Οmail :jpzheng @ 1华北克拉通破坏的物理、化学过程:地幔橄榄岩证据郑建平,路凤香,余淳梅,汤华云,张志海,储玲林中国地质大学地球科学学院地质过程与矿产资源国家重点实验室,武汉430074摘 要:本文对比了华北东部不同时代、不同位置捕虏体/地质体橄榄岩的地幔属性,讨论了华北克拉通破坏的物理、化学过程。
结果表明,拆沉作用不能很好地解释古老难熔、过渡型和新生饱满地幔并存的事实;单纯的熔体-橄榄岩相互作用也不易解释中、新生代岩石圈巨大减薄和新生饱满地幔Cpx 中L REE 亏损现象,即具复杂演化历史的克拉通地幔向演化历史简单的“大洋型”岩石圈的转换。
华北东部克拉通破坏作用包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂的物理、化学过程。
岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体减薄过程。
喷发时代为100Ma 的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前有过地幔置换作用。
关 键 词:橄榄岩;地幔属性;克拉通破坏;物理化学过程;华北东部中图分类号:P542+15 文献标识码:A 文章编号:1007Ο2802(2007)04Ο0327Ο09Physical and Chemical Processes of the Destruction of the NorthChina Craton :Evidences from PeridotiteZH EN G Jian Οping ,L U Feng Οxiang ,YU Chun Οmei ,TAN G Hua Οyun ,ZHAN G Zhi Οhai ,CHU Ling ΟlinFacult y of Earth S ciences ,S tate Key L aboratory of Geological Processes and Mineral Resources ,China Universit y of Geosciences ,W uhan 430074,ChinaAbstract :This paper has compared the subcontinental lithospheric mantle (SCLM )properties reflected by xenolith and terrane peridotites occurred in different times and locations in the eastern part of the North China Craton ,and discussed the physical and chemical processes of the destruction of the North China Craton.The the lithospheric delamination is hard to interpret the coexistence of the SCLM with refractory ,transitional and fertile affinity beneath the same area.Pure peri 2dotite Οmelt interaction is also difficult to interpret the thinning of the Mesozoic and Cenozoic lithospheric mantle and the LREE depletion of clinopyroxene in Cenozoic lithospheric mantle ,which means the transitions of the cratonic mantle (with complicated evolution history )to the oceanic lithosphere (with simple evolution history ).The destruction of the eastern North China Craton includes various complicated physical and chemical processes of mantle extension ,melt Οrock interac 2tion ,metasomatism and replacement.The earlier large scale lithosphere thinning and the later small scale lithosphere thickening resulted in the mantle replacement and the total lithosphere thinning of the North China Craton lithosphere.The fertile peridotite xenoliths trapped in the 100Ma Fuxian basalts indicate that the early mantle replacement beneath the eastern North China Craton occurred locally before 100Ma.K ey w ords :peridotite ;mantle property ;destruction of craton ;physical and chemical processes ;the eastern North China 与大洋岩石圈演化历史简单相比较,大陆岩石圈有形成年龄老、演化历史复杂且明显受地幔交代作用影响等特点[1];通常大陆岩石圈上地幔与其上覆地壳形成年龄是耦合一致的[2]。
华北克拉通破坏与岩石圈减薄
华北克拉通破坏与岩石圈减薄嵇少丞;王茜;许志琴【期刊名称】《地质学报》【年(卷),期】2008(082)002【摘要】古太古代(约4.0 Ga)时地球上可能只有一个超级大陆,它的岩石圈厚度高达400 km.在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等(150～350km).从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上.中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180～200 km减少到现今的80～100 km.本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从岩石圈厚度的定义、应变弱化及其机理、岩石圈减薄的时空不均一性、岩石圈减薄的构造模型、郯庐深大断裂的作用以及地幔热转流的效应等6个方面分别阐明一些自己的观点,希望能与华北克拉通研究的同行们讨论.【总页数】20页(P174-193)【作者】嵇少丞;王茜;许志琴【作者单位】加拿大蒙特利尔综合工学院民用,地质与采矿工程系,蒙特利尔,H3C3A7;中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640;加拿大蒙特利尔综合工学院民用、地质与采矿工程系,蒙特利尔,H3C 3A7;中国地质科学院地质研究所国土资源部大陆动力学重点实验室,北京,100037【正文语种】中文【中图分类】P5【相关文献】1.华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论 [J], 吴福元;徐义刚;高山;郑建平2.华北中-新生代大陆岩石圈转型的研究现状与方向——兼评"岩石圈减薄"和"克拉通破坏" [J], 周新华3.中生代华北克拉通岩石圈减薄的证据——以河北武安固镇杂岩体为例 [J], 霍延安;苏尚国;杨誉博;顾大鹏4.早白垩世华北克拉通东部岩石圈减薄过程和机制:来自河北西石门杂岩体的证据[J], 蒋俊毅; 苏尚国; 崔晓亮; 刘璐璐; 孟维一; 王菁姣5.岩石圈伸展的壳/幔拆离模型(Parallel Extension Tectonics):华北克拉通东部早白垩世岩石圈减薄与破坏机理 [J], 刘俊来;倪金龙;陈小宇;Craddock JP;郑媛媛;孙彦琪;季雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
埃达克岩、TTG岩系与赞岐岩的地球化学特征及其构造意义
综述埃达克岩、TTG岩系与赞岐岩的地球化学特征及其构造意义近几十年来，随着对中酸性岩浆岩的深入研究，特别是结合板块构造理论和大陆动力学研究，还有利用更加发达的分析测试技术取得的成果，国内外学术界在中酸性岩领域取得了长足进步。
一些新兴的中酸性岩名词也随即成为了学术界研究的焦点。
其中埃达克岩、赞岐岩与TTG岩系都成为近些年地质学家们津津乐道的研究对象，它们都在现代地质科学研究中表现出各自不可替代的作用与优势。
通过查阅相关文献资料，对它们的定义、特征、研究程度、成因与构造环境指示意义等作了简要的总结。
下面将分别介绍埃达克岩、赞岐岩与TTG岩系的岩石学、岩石地球化学和构造意义等方面的特征。
1 埃达克岩1.1 埃达克岩的发现与定义20世纪70年代，Kay在美国阿留申岛弧火山链西部的Adak岛发现了一些特殊的镁质安山岩，它以很高的Mg含量、明显低的FeO*/MgO比值以及很高的Sr含量和Sr/Y、La/Sr 比值区别于常见的岛弧安山岩。
Defant（1990）将Kay在Adak岛发现的显生宙板片熔融事件相关的岛弧火山岩组合称为埃达克岩（adakite），其主要矿物组合为斜长石和角闪石，可以出现黑云母、辉石和不透明矿物。
该概念提出后引起了国际地质学行业的广泛关注。
埃达克岩没有明显的岩相学标志，根据Castillo（2006）的归纳，它包括一系列火山岩和侵入岩。
从初始熔体形成的富硅贫镁的中酸性岩（Defant and Drummond，1990）到板片熔体与地幔楔平衡形成的富镁安山岩（Kay，1978），再到熔体交代的地幔楔熔融形成的富镁安山岩（Martin et al.，2005）都属于埃达克岩的范畴。
1.2 埃达克岩的地球化学特征埃达克岩最初指的是发育于岛弧地区年轻的（＜25Ma）大洋板片熔融产生的具有特定地球化学特征的一套中酸性侵入岩或火山岩。
因此，埃达克岩一开始命名是与构造环境相联系的。
其地球化学标志是：SiO2≥56%、w(Al2O3)≥15%、w(MgO)＜3%（很少＞6%）；高Sr（＞400μg/g）、低Y和Yb（分别＜18μg/g和1.9μg/g）；LREE富集，Eu无异常；87Sr/86Sr 比值常小于0.704。
华北克拉通的变质沉积岩及其克拉通的构造划分
华北克拉通的变质沉积岩及其克拉通的构造划分
早前寒武纪花岗质岩年龄统计结果显示,华北克拉通经历了3.8,3.3,2.9,2.5和1.8～1.9Ga等多个旋回才从陆核成长为陆台,与之对应沉积岩也由少变多,大约以500Ma为一周期.由于沉积作用出现在成陆间歇期,所以二者在时间上相间互补,其状如同显生宙超大陆裂解和拼合的周期交替.这一现象不但是地壳演化的普遍规律,而且也可反过来用沉积岩反映陆壳的演化.然而,早前寒武纪尤其是太古宙的沉积岩毕竟太少,无法用来恢复当时古陆块的面貌,但古元古代的特别是陆缘沉积的孔兹岩,尽管已进入下地壳并成为克拉通基底的组成,则以保存甚多、分布延续,使其重塑克拉通的拼合成为可能.已有的华北克拉通的构造划分方案多种多样,但以陆缘沉积的古元古代孔兹岩作为地块的边界,理当最能反映当时古陆块的面貌.因此,以孔兹岩为主要依据,并综合考虑岩石组合、构造环境、变质p-T轨迹、同位素年龄、以及不变质的沉积盖层等地质特征,将华北克拉通主体从西往东划分为:鄂尔多斯地块/晋蒙弧形拼合带/冀鲁豫地块/(郯庐断裂)/胶辽地块群等构造单元,所得到的不同于以往的构造轮廓,显示华北陆台并非一统的太古宙克拉通,而是吕梁运动拼合成的古元古代大陆.。
华北克拉通破坏动力学过程研究中的几个构造问题
华北克拉通破坏动力学过程研究中的几个构造问题张长厚【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2009(16)4【摘要】华北克拉通破坏问题,是通过对古生代时期和新生代以来华北东部岩石圈厚度、热状态、岩石圈地幔组成与时代等特征的比较研究中,逐渐认识到的一个重大的大陆构造动力学问题.岩石圈厚度的巨大变薄是克拉通破坏的重要标志之一,已有的构造动力学模型从不同角度着重讨论了克拉通岩石圈是如何减薄的问题,但由于岩石圈减薄远不是克拉通破坏的全部,因此,即使已有动力学模型可以对减薄过程给出比较合理的解释,也还难以成为克拉通破坏的综合动力学模型.文中针对目前流行的华北克拉通岩石圈减薄动力学模型存在的问题.提出了在构建克拉通破坏综合动力学模型时需要关注的一些主要构造问题:(1)从构造变形、沉积作用、火山活动及其事件序列特征角度,甄别和评价主动裂谷作用和被动裂谷作用在克拉通破坏过程中所发挥的作用;热-化学侵蚀岩石圈减薄模型可能需要与上述裂谷作用模型相结合,才可能成为克拉通岩石圈破坏的候选模型.(2)从拆沉相关岩浆侵入和火山活动时空演变规律、地壳表层快速隆起及相关沉积作用和构造变形、地壳热状态异常、拆沉引起的热弱化地壳对区域应力场的响应、拆沉导致的局部应力场模拟等方面展开研究,检验、充实或修正岩石圈拆沉模型.(3)从区域构造变形和相关沉积作用、火山活动相结合的综合研究角度,探索华北克拉通的破坏是在古老克拉通基础上的直接破坏,还是在古老克拉通基础上经历了造山作用过程之后的造山带伸展垮塌,这是涉及华北克拉通破坏动力学模型建立的根本问题之一.【总页数】12页(P203-214)【作者】张长厚【作者单位】中国地质大学,地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京,100083;中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京,100083,中国地震局,地质研究所,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】P54【相关文献】1.华北克拉通破坏前的状态——对讨论华北克拉通破坏问题的一个建议 [J], 翟明国2.华北克拉通中生代伸展构造研究的几个问题及其在岩石圈减薄研究中的意义 [J], 王涛;郑亚东;张进江;王新社;曾令森;童英3.基于断层滑动数据反演的燕山中西段晚中生代古构造应力场:对华北克拉通破坏峰期应力状态的启示 [J], 高健翁; 林逸; 张长厚; 丁照月; 侯丽玉; 黄滢竹4.渤海湾盆地石臼坨东428潜山构造成因解析:华北克拉通破坏的深度揭示 [J], 王宇;陈昭旭;李法坤;周琦杰;袁菁莲;徐春强;郭玲莉;刘永江;王光增;刘博;李三忠;关庆彬;蒋立伟5.华北克拉通东部盆地白垩—古近纪构造沉降的时空变化及其与克拉通破坏的关系[J], 陈印;朱光;胡召齐;张必龙;向必伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期: 654 ~ 667 英文引用格式: Xiong X L, Liu X C, Zhu Z M, et al. Adakitic rocks and destruction of the North China Craton: Evidence from experimental petrology andgeochemistry. Sci China Earth Sci, 2011, 54: 858–870, doi: 10.1007/s11430-010-4167-9《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS论 文华北埃达克质岩与克拉通破坏: 实验岩石学和地球化学依据熊小林*, 刘星成, 朱志敏, 李元, 肖万生, 宋茂双, 张生, 吴金花中国科学院广州地球化学研究所, 广州 510640 * E-mail: xiongxl@收稿日期: 2010-04-28; 接受日期: 2010-09-30国家自然科学基金重大研究计划(批准号: 90714011)和国家自然科学杰出青年基金项目(批准号: 40825010)资助摘要 华北埃达克质花岗岩和火山岩与岩石圈减薄时空一致性使得它们成为窥视克拉通破坏过程和机制的一个重要窗口. 本文通过实验岩石学资料限定华北埃达克质岩石的主要源区岩石为中钾和高钾基性变质岩, 并通过基性变质岩体系相平衡、长英质熔体TiO 2溶解度、埃达克质岩石Nb/La 随La/Yb 变化规律等研究论证大别、胶东和克拉通北缘许多埃达克质岩石的源区存在残留金红石, 岩浆形成深度超过50 km, 从而揭示华北克拉通破坏涉及超过15 km 的地壳厚度减薄或下地壳拆沉.关键词 埃达克质岩 华北克拉通 地壳减薄 金红石 实验岩石学自从华北克拉通破坏和岩石圈减薄提出以来[1~5], 科研工作者开展了大量的岩石学和地球化学研究,探讨了岩石圈破坏和减薄的方式、时间以及动力学控制因素, 提出了拆沉作用[6~19]、热-化学/机械/俯冲侵 蚀[20~33]、橄榄岩-熔体相互作用[34~39]以及岩石圈地幔加水软化[40]等见解. 最近开展的地球物理研究, 综合了岩石地球化学研究的成果, 进一步论证克拉通破坏的主要动力学过程, 提出中生代太平洋板块俯冲使东亚大陆之下地幔流动呈现快速和不稳定特点, 促进了克拉通上地幔熔流体含量的增加和岩石圈软化,导致了不同地区岩石圈分别以拆沉和热侵蚀为主的方式被破坏[41].华北克拉通破坏导致了大约120 km 的岩石圈减薄[2~5], 其中是否涉及拆沉作用和地壳减薄是有争论的, 而且破坏之前地壳有多厚以及地壳被减薄了多少并不清楚. 厚地壳的下部普遍为榴辉岩, 当榴辉岩+岩石圈地幔密度超过软流圈地幔密度时, 就可能引起下地壳+岩石圈地幔拆沉, 因此厚地壳的存在是触发拆沉作用的前提, 论证和限定是否存在厚的古地壳成为拆沉作用研究的关键所在. 确定克拉通破坏之前的古地壳厚度主要有两种方法: 一是麻粒岩地体或火山岩中的麻粒岩捕虏体矿物组合平衡压力估算[42,43], 但华北麻粒岩地体和麻粒岩捕虏体数量和分布有限, 这种方法难以获得中生代地壳厚度的总体概貌; 二是确定下地壳岩浆产生的压力, 华北广泛分布的下地壳起源埃达克质岩石为限定中生代地壳厚度提供了一条重要的途径.埃达克岩具有HREE 亏损(高La/Yb)和负Nb-Ta 异常(低Nb/La)等地球化学特征, 这些独特地球化学特征的岩石成因涵义及其地球动力学意义已成为国内外关注的重要科学问题. 由MORB 熔融产生的埃达克岩HREE 亏损和负Nb-Ta 异常的岩石学意义比中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期655较明确, 分别由残留石榴子石和金红石引起. Xiong 等[44~46]通过实验限定石榴子石和金红石同时稳定的最小压力大约为1.5 GPa, 并由此推断俯冲洋壳熔融产生的TTG/埃达克岩浆形成深度大于50 km, 这一深度已被Nair 和Chacko [47]的实验与模拟计算所证实. 华北埃达克质岩石地球化学特征与俯冲带埃达克岩十分相似, 但由于华北下地壳源区岩石广泛存在负Nb-Ta 异常, 使得这些埃达克质岩石的负Nb-Ta 异常对残留金红石的指示意义变得模糊不清, 为限定其产生条件带来了困难. 本文将通过实验岩石学资料来限定华北埃达克岩的源区岩石组成, 并通过基性变质岩体系相平衡、长英质熔体TiO 2溶解度、埃达克岩Nb/La 随La/Yb 变化等研究来探讨华北埃达克岩浆产生的温压条件、源区残留金红石存在与否以及克拉通破坏是否涉及到地壳减薄.1 华北克拉通中生代埃达克质岩石据Zhai 等[48]总结, 华北克拉通中生代火山-岩浆作用总体可以划分为四期: (1) 210~180 Ma: 小规模火山作用和花岗岩-闪长岩侵入; (2) 160~150 Ma: 碱性火山活动和大规模的地壳熔融; (3) 140~110 Ma: 双峰式火山活动和大规模壳幔特征中酸性岩侵入; (4) 95~75 Ma: 碱性玄武岩浆活动. 第2~3阶段直接与克拉通破坏和岩石圈减薄相关, 而第4阶段标志着岩石圈减薄过程的结束. 华北克拉通破坏研究近年来一个重要发现, 是从中生代的岩浆活动中识别出大量的埃达克质岩石, 它们在空间上主要分布于克拉通东部的北缘、胶东、苏鲁、大别和长江中下游等地(图1), 与华北克拉通岩石圈减薄范围基本一致, 时间上主要形成于第2~3阶段大规模地壳熔融事件过程中, 即岩石圈减薄时间峰值(130~110 Ma)时期和岩石圈减薄过程中[16,50], 因此这些岩石可能是认识克拉通破坏和岩石圈减薄过程和机制的重要窗口.众多的研究者对华北埃达克质岩石进行了岩石成因以及构造背景和成矿意义研究[51~94], 这些岩石具有与俯冲洋壳熔融产生的埃达克岩十分相似的岩石地球化学特征, 也即高Sr 、低Y 和HREE 以及负Nb-Ta 异常等, 但也存在一些小的差别, 如K 2O 含量相对较高, 而且大多数具有弱Eu 负异常, 而典型埃达克岩Eu 为无异常或正异常. 为了叙述的方便和简洁, 以下称华北埃达克质岩石为埃达克岩. 按Mg#高图1 华北克拉通东部中生代埃达克岩分布据张旗等[49]修改低, 华北埃达克岩可分为两类: 高Mg#(>40~45)埃达克岩和低Mg#(<40~45)埃达克岩. 高Mg#埃达克岩含有重要的地幔组分加入, 成因多解, 拆沉下地壳的熔体与地幔反应[11,18,19,54~57]、壳幔岩浆混合[63,64,88,92]、或者俯冲洋壳熔体与地幔反应[93]均可形成高Mg#埃达克岩浆, 鉴定这类埃达克岩确切属于哪种成因, 实验岩石学方法非常困难, 主要依赖构造背景以及详细的岩石学和地球化学的工作[11]. 低Mg#埃达克岩由下地壳熔融产生, 成因相对单一, 可以提供下地壳源区岩石组成、岩浆产生温度和压力等信息.2 华北埃达克岩浆源区岩石组成部分熔融过程中, K 和Si 是不相容元素, 熔体的K 2O 和SiO 2含量主要由源岩组成和部分熔融程度控制. 华北中生代埃达克岩SiO 2范围56%~75%, K 2O 范围 2.0%~5.0%(图2), 绝大部分研究者相信它们是下地壳部分熔融的产物, 可能的源区岩石应当包括下地壳变质中酸性岩或变质基性岩, 但具体的岩石组成并不清楚. 以下我们通过华北埃达克岩的K 2O 和SiO 2含量与部分熔融实验资料的对比来限定它们的熊小林等: 华北埃达克质岩与克拉通破坏656图2 华北埃达克岩与部分熔融实验产生的熔体SiO 2-K 2O 比较(a) 与变质中酸性岩部分熔融实验结果[95~109]比较(华北埃达克岩资料来自文献[54~92, 95~109], 实验的熔体组成资料是电子探针结果, 已标准化到无水的基础); (b) 与低钾变质基性岩部分熔融实验结果[110~119]比较; (c) 与中钾和高钾变质基性岩部分熔融实验结果[44,87,116,120,121]比较; (d) 华北中生代下地壳麻粒岩包体、麻粒岩地体和前寒武基性火山岩SiO 2-K 2O(信阳麻粒岩包体来自文献[122], 内蒙喀喇沁麻粒岩包体来自文献[123]), 麻粒岩地体来自文献[124~127], 前寒武基性火山岩来自文献[128]源区岩石组成.2.1 与变质中酸性岩部分熔融实验结果比较许多实验工作者以天然的英云闪长质片麻 岩[95~100]、黑云母片岩[101~103]以及变质杂砂岩和变质泥质岩[104~109]等中酸性变质岩作为实验初始物, 在涵盖下地壳压力(0.3~3.2 GPa)和温度(700~1150)℃条件下开展相平衡和部分熔融实验, 大部分实验没有加入自由H 2O, 实验初始物中的H 2O 主要为角闪石、黑云母和白云母等含水矿物中的结构水. 实验的结果表明, 熔融由含水相分解脱水引起, 固相线温度主要取决于含水相稳定性, 但也与总体组成有关, 不同实验获得的固相线温度变化于700~900℃之间; 残留相组合与基性岩体系的实验结果相似, 在压力小于1.0~1.5 GPa 时, 残留固相为麻粒岩矿物组合(斜方辉石+单斜辉石+斜长石+石英为主), 在压力大于 2.0 GPa 时, 残留固相为榴辉岩矿物组合(石榴子石+单斜辉石为主); 熔体具有典型的花岗质岩浆组成, SiO 2总体大于70%, K 2O 变化于1.5%~6.0%之间. 图2(a)比较华北埃达克岩与变质中酸性岩部分熔融熔体的SiO 2-K 2O, 该图显示SiO 2大于70%的华北埃达克岩有可能由变质中酸性岩部分熔融产生, 但其主体(SiO 2小于70%的埃达克岩)与实验的资料基本没有重叠, 不可能是变质中酸性岩部分熔融的产物. 2.2 与变质基性岩部分熔融实验结果比较 基性岩或玄武岩体系的相平衡和部分熔融实验较多, 按水含量的多少可分为干体系熔融, 脱水熔融(初始物中的水在含水矿物如角闪石中)和湿体系熔融(初始物中的水除了含水矿物外还加入了自由水).中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期657近年来干体系开展的相平衡和部分熔融实验[129~131]用来论证洋岛玄武岩(OIB)和洋中脊玄武岩(MORB)中含有榴辉岩组分, 在无水条件下干体系的固相线温度很高, 大约2.0 GPa 压力条件下超过1250℃, 产生的熔体具有低SiO 2(52%~60%)和高TiO 2 (2.5%~ 6.0%)的特点, 这种熔体组成与华北埃达克岩相差较大, 因此不能应用到华北克拉通下地壳熔融和埃达克岩成因, 但拆沉的下地壳熔融是否涉及干体系熔融是一个值得关注和讨论的问题[132]. 含有大量或较多自由水(>5%H 2O)湿体系的熔融通常应用于俯冲洋壳熔融, 有兴趣的读者可参阅文献[110,133~141]. 下地壳情况有所不同, 通常没有独立的流体相或者只有非常少量的流体相存在, 因此下地壳熔融总体来说是由于下地壳被增温加热导致含水矿物相脱水引起, 属典型的脱水熔融.基性岩或玄武岩按K 2O 含量可分为低钾、中钾、高钾和钾玄岩系列(图2(d)). 使用玄武质角闪岩(H 2O 含量由角闪石中2%结构水估算)以及干的玄武岩或麻粒岩+少量H 2O 作为实验初始物开展相平衡和部分熔融实验, 低钾(<0.3%K 2O)体系的主要工作包括: Winther 和Newton [111,112](玄武岩 + 0.78%H 2O), Rushmer [113,114](角闪岩, 54%角闪石, 1.08%H 2O), Wolf 和Wyllie [115](角闪岩, 67%角闪石, 1.34%H 2O), Rapp 和Watson [116](角闪岩, 烧失量0.70%~1.65%), Liu 等[110](玄武岩 + 4.0%H 2O), Springer 和Seck [117](基性麻粒岩 + 1.0% H 2O), Lopez 等[118](角闪岩, 49%角闪石, 1.0% H 2O), Skjerlie [119](含黝帘石榴辉岩). 中钾和高钾体系的实验有: Sen 和Dunn [120](角闪岩, 76%角闪石, 1.52% H 2O), Rapp 和Watson [116](角闪岩, 烧失量1.53%), Xiao 和Clemens [84](角闪岩, 烧失量1.18%), 周文戈等[121](角闪岩, 烧失量0.76%), Xiong 等[44]及其未发表资料(玄武岩+2.0%~5.0% H 2O).由玄武质角闪岩以及干的玄武岩或麻粒岩 + 少量H 2O 部分熔融, 残留相在低压下是角闪石麻粒岩, 在高压下是角闪榴辉岩和榴辉岩; 产生的熔体是中酸性的, K 2O 含量主要取决于源岩K 2O 含量. 图2(b)比较了华北埃达克岩与低钾变质玄武岩部分熔融产生的熔体SiO 2-K 2O, 二者基本没有重叠, 表明华北埃达克岩不可能是下地壳低钾拉斑质基性变质岩部分熔融的产物. 图2(c)比较了华北埃达克岩与中钾和高钾变质玄武岩部分熔融产生的熔体SiO 2-K 2O, 二者重叠性非常好, 表明中钾和高钾基性变质岩可能是华北下地壳埃达克岩的主要源区岩石. 华北埃达克质岩Sr 和Nd 同位素综合研究[142]建议下地壳主要为古老基底岩石; 华北出露在地表的下地壳剖面研究[48]表明, 中性的麻粒岩总体位于下地壳较高的位置, 在地壳的最底部是铁镁质的麻粒岩和榴辉 岩; 华北麻粒岩和榴辉岩包体[122~124,143~145]、麻粒岩地 体[124~127]和前寒武基性火山岩[144]研究表明下地壳基性岩以中钾和高钾为主, 低钾和钾玄岩系列岩石较少(图2(d)), 这与由高温高压部分熔融实验资料限定的结果非常一致. 应当指出, 实验岩石学开展的是单一岩石组成的部分熔融实验, 但自然界可能涉及不同岩性混合在一起的熔融, 因此基性下地壳与中酸性下地壳的不同比例混合熔融也能产生一些酸性(SiO 2 > 70%)的埃达克质岩石.3 华北埃达克岩浆产生温度3.1 长英质熔体TiO 2溶解度模型花岗质岩浆的温度通常通过锆石饱和或Ti 在锆石中含量来计算[146~148]; 然而, 大部分花岗岩浆并不是一开始就达到Zr 饱和, 因此这种方法获得的温度并不是花岗岩浆的产生温度, 而是岩浆冷却结晶残余熔体Zr 达饱和时的温度. 事实上, 温度超过800℃的变质玄武岩部分熔融实验几乎都没有观察到残留相中存在锆石, 表明大部分埃达克岩浆最初是Zr 不饱和的. 硅酸盐熔体TiO 2溶解度对温度和熔体组成十分敏感[46,149,150], 而且铁镁质岩石部分熔融时富Ti 副矿物如金红石、钛铁矿等是常见的残留相, 指示大部分长英质岩浆易于达到TiO 2饱和, 因此, 建立长英质熔体组成和温度等参数与TiO 2溶解度关系是限定其岩浆产生温度的一条重要途径.为此, 我们在P =1.5~3.5 GPa, T =750~1250℃和H 2O=5 wt%~30 wt%条件下开展了系统的组成、温度、压力和H 2O 对长英质熔体TiO 2溶解度影响的实验研究[46]. 结果表明, 温度和组成对熔体TiO 2溶解度有显著影响, TiO 2溶解度随温度和熔体基性程度增加而显著增加; 压力和H 2O 的作用相对较小, 熔体TiO 2溶解度随压力增加而减小, 但随H 2O 含量的增加而有所增加. 通过近40个实验, 建立了熔体TiO 2溶解度与温度、压力、组成和H 2O 关系模型:ln(TiO 2)melt =ln(TiO 2)rutile +1.701−9041/T −0.173P +0.348FM +0.016H 2O,熊小林等: 华北埃达克质岩与克拉通破坏658公式中TiO 2和H 2O 含量的单位是wt%, 温度T 的单位是K, 压力P 的单位是GPa, FM (FM =(1/Si)[Na+K+ 2(Ca+Fe+Mg)]/Al)是熔体组成参数[150], 原子符号代表各阳离子在熔体中的摩尔分数; FM 越大, 熔体基性程度越高或熔体聚合程度越低.3.2 对华北埃达克岩浆产生温度的应用为了将上述模型应用于华北埃达克岩, 首先必须判断哪些埃达克岩是TiO 2饱和的. 图3(a)和(b)阴影域代表变质基性岩部分熔融在富Ti 相饱和条件下熔体的SiO 2-TiO 2变化相关性范围, 由Sen 和Dunn [120]、Rapp 和Watson [116]、Ernst 等[135]和Xiong 等[44]及其未发表实验资料获得. 华北高Mg#(>40~45)埃达克岩(如辽西和河北、徐淮和苏鲁、大别和长江中下游)总体落在实验获得的TiO 2饱和域下方(图3(a)), 表明这些埃达克岩是TiO 2不饱和的; 这是由于熔体/地幔反应或者岩浆混合等过程使地幔组分加入导致熔体基性程度增加的结果. 华北低Mg# (<40~45)埃达克岩既有TiO 2饱和的, 也有不饱和的. 总体来说, SiO 2>63%~65%时绝大部分是TiO 2饱和的(但也有些是不饱和的), 而SiO 2<63%~65%时几乎都是不饱和的. 大别地区除殷祖等岩体外, 几乎都是TiO 2饱和的; 胶东的玲珑、上庄和三佛山以及克拉通北缘的红花梁、都山和八达岭等岩体也显示明显的TiO 2饱和. 考虑天然花岗质岩浆通常含3%~6% H 2O [151], 我们使用上述TiO 2溶解度模型计算了1.0, 1.5和2.0 GPa 压力条件下含5%H 2O 的长英质熔体TiO 2溶解度随熔体组成FM 变化的温度曲线(图3(c)). 将TiO 2饱和的低Mg#埃达克岩资料投入该图, 限定这些埃达克浆产生在750~950℃之间.4 华北埃达克岩浆产生压力和深度4.1 基性变质岩部分熔融域相平衡关系基性变质岩或含水玄武岩部分熔融实验的相平衡资料总结在图 4. 除了压力较高(>2.0 GPa)条件下多硅白云母和黝帘石在固相线附近脱水可能引起低程度部分熔融外, 基性变质岩部分熔融主要由角闪石脱水引起. 在部分熔融域, 随着压力的增加, 角闪石和斜长石稳定性减小而逐渐分解, 石榴子石稳定性和含量不断增加, 随着压力不断增加, 角闪石分解图3 华北埃达克岩SiO 2-TiO 2(a) 高Mg#(>40~45)埃达克岩SiO 2-TiO 2(资料来自文献[18, 54~57,60~74]); (b) 低Mg#(<40~45)埃达克岩SiO 2-TiO 2(资料来自文献[58, 59, 76~86]; (c) TiO 2溶解度模型对TiO 2饱和埃达克岩浆产生温度的限定(图例同(b), 资料来源: 大别[59,83,85], 胶东[69,80], 克拉通北 缘[71,62,78]). 阴影为富Ti 相饱和条件下变质基性岩部分熔融熔体域,详见文中描述释放出越来越多的TiO 2, 可能导致金红石和其他富Ti 副矿物(如榍石、钛铁矿和钛磁铁矿)形成, 在此过程中, 金红石含量增加, 其他富Ti 副矿物含量减少; 残留体由斜长角闪岩逐渐转变为含金红石的角闪榴辉岩或石榴子石麻粒岩, 最终为含金红石的榴辉岩. 固相线温度(初熔温度)取决于体系H 2O 含量, 在1.0~2.5 GPa 压力范围, 湿固相线最低达到680, ℃而中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期659图4 下地壳压力条件下含水基性岩部分熔融域相平衡关系资料来源: FH03, Forneris 和Holloway [138]; G82, Green [134]; LC01, Lopez 和Castro [118]; LBE96, Liu 等[110]; LW72, Lambert 和Wyllie [133]; R91, Rushmer [113]; RW95, Rapp 和Watson [116]; SD94, Sen 和Dunn [120]; SS97, Springer 和Seck [117]; WN91; Winther 和Newton [111]; WW94, Wolf 和Wyllie [115]; XAG05, Xiong 等[44]; SP98, Schmidt 和Poli [141]脱水熔融固相线变化于750~900℃之间(取决于H 2O 含量和总体组成); 角闪石分解从脱水固相线开始直至其稳定性边界温压条件结束, 总体不超过 2.2~2.5 GPa 和1050℃; 斜长石稳定性对H 2O 非常敏感, 其稳定压力边界随水含量减小而增加, 在流体存在条件下低于1.0 GPa, 在脱水熔融的条件下可达1.8 GPa 甚至更高; 石榴子石稳定于大约1.0 GPa 以上, 金红石稳定于大约1.5 GPa 以上.4.2 石榴子石和金红石对埃达克岩浆产生压力的限制 Defant 和Drummond [152]曾提出俯冲洋壳熔融产生的埃达克/TTG 岩浆形成深度为70~90 km, 这是根据角闪岩向榴辉岩过渡过程中角闪石脱水熔融的压力上限2.2~2.5 GPa 确定的. 由于角闪石分解并不是突然发生在其稳定性边界, 而是一个从低压到高压逐渐脱水的过程[45], 因此部分熔融可以在低于这一压力深度下发生. 变质玄武岩部分熔融过程中, 熔体的微量元素丰度和特征是部分熔融过程中微量元素在残留矿物与熔体之间分配的结果, 埃达克岩独特的微量元素特征提供了其源区矿物学和形成条件的最好限制. 俯冲洋壳熔融产生的埃达克/TTG 岩石与MORB 相比具有高Sr, 低HREE 以及负Nb-Ta 异常, 普遍公认具有高HREE 分配系数的石榴子石是其岩浆产生时一个必要的残留相, 而具有高Sr 和Eu 分配系数的斜长石在残留体中是微量或不存在的; 俯冲洋壳MORB 没有负Nb-Ta 异常, 实验[44]表明金红石是残留相之一才能解释TTG/埃达克岩的负Nb-Ta 异常. 因此, 基于角闪石分解消失的压力上限(2.5 GPa)以及残留石榴子石和金红石同时稳定的压力下限(1.5 GPa)限定俯冲带埃达克/TTG 岩浆产生压力为1.5~2.5 GPa(50~80 km)[44,45]. 最近Nair 和Chacko [47]的实验和HREE 模拟计算表明, 残留石榴子石含量能指示埃达克/TTG 岩浆产生深度, 熔融深度大于48 km 才能产生足够的残留石榴子石(>20%)导致TTG 岩浆的HREE 亏损程度或高La/Yb 比值, 这一通过石榴子石残留量限定的埃达克/TTG 岩浆产生深度与Xiong 等[44]由金红石稳定的压力限定的最小深度(50 km)基本一致.华北埃达克岩大多数具有弱负Eu 异常, 而典型熊小林等: 华北埃达克质岩与克拉通破坏660俯冲带埃达克岩Eu 表现为无异常或正异常, 指示华北埃达克岩的源区含有残留斜长石, 这与下地壳H 2O 含量低或脱水熔融条件下斜长石可以稳定在较高的压力是一致的. 华北埃达克岩的HREE 亏损和负Nb-Ta 异常特征与俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩十分相似, 普遍认为HREE 亏损指示其源区存在石榴子石. 然而, 仅仅通过负Nb-Ta 异常不能判断它们的源区是否存在金红石, 原因是华北下地壳岩石如麻粒岩包体和麻粒岩地体也普遍具有负Nb-Ta 异常. 如前所述, 不少低Mg#埃达克岩的确是TiO 2不饱和的, 它们的源区不可能存在任何富Ti 副矿物. 然而, 华北也有许多低Mg#埃达克岩是TiO 2饱和的, 如大别大部分埃达克岩、胶东玲珑、上庄和三佛山以及克拉通北缘红花梁、都山和八达岭等岩体, 他们的源区存在富Ti 副矿物, 但是否是金红石仍然需要进一步判断.4.3 TiO 2饱和的低Mg#埃达克岩源区存在残留金红石 富Ti 副矿物包括金红石、榍石、钛铁矿和钛磁铁矿, 其中金红石对Nb, Ta 的接纳能力最大, 榍石次之, 钛铁矿和钛磁铁矿能力有限[44,153,154]. 稀土元素在金红石、钛铁矿和钛磁铁矿中是不相容元素, 而在榍石中是相容元素, 稀土元素与Nb, Ta 在榍石/熔体之间的分配系数大体相等, 界于1.0~10之间[153]. 因此, 富Ti 副矿物中只有残留金红石能够导致熔体显著的Nb/La 比值减小. 石榴子石富HREE 或Yb, 亏损LREE 或La, 它对La/Yb 的分异能力大大超过单斜辉石和角闪石. 因此部分熔融过程中残留石榴子石含量的增加将导致熔体La/Yb 比值增大, 而残留金红石的出现和含量增加将导致熔体Nb/La 比值减小和负Nb-Ta 异常的加著. 基于这一原理, 我们来讨论TiO 2饱和埃达克岩的源区是否存在金红石. 图5比较华北TiO 2饱和埃达克岩与下地壳麻粒岩包体、麻粒岩地体和前寒武基性火山岩的La/Yb-Nb/La, 该图显示: (1) 埃达克岩的Nb/La 比值总体比下地壳岩石低, 下地壳岩石Nb/La 界于0.2~1.0之间, 平均0.60, 而埃达克岩界于0.1~0.5之间, 平均0.20, 表明埃达克岩的负Nb 异常总体比下地壳岩石要显著; (2) 埃达克岩的Nb/La 随La/Yb 的增大而减小, 这种相关性在La/Yb<120表现较明显. 如果La/Yb 增加是由于熔融深度增大, 残留石榴子石含量增加所致, 那么Nb/La 随La/Yb 的增大而减小很可能是由于残留金红石的存在和含量增加的结果. 因此, 我们相信大别地区、胶东的玲珑、上庄和三佛山以及克拉通北缘的红花梁和都山等TiO 2饱和低Mg#埃达克岩的源区存在金红石, 这些地区在中生代地壳厚度应当超过50 km, 特别是大别地区大部分埃达克岩La/Yb>50, Nb/La< 0.2, 指示该区地壳厚度最大, 可能大大超过50 km.图5 华北TiO 2饱和低Mg#埃达克岩与下地壳岩石La/Yb-Nb/La 比较下地壳麻粒岩包体、麻粒岩地体和前寒武基性火山岩资料来源同图2(d); 埃达克岩资料来源同图3(c)中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期661信阳、徐淮和内蒙喀喇沁下地壳麻粒岩和榴辉岩包体含有金红石, 直接指示中生代厚地壳的存在.5 高Mg#埃达克岩的地壳端员起源于厚地壳？高Mg#埃达克岩含有重要的地幔组分加入, 成因多解; 对于华北中生代出现的大量高Mg#埃达克岩, 主流的岩石成因观点包括: (1) 拆沉下地壳熔融以及熔体与地幔反应, (2) 下地壳熔融及其与地幔岩浆的混合. 无论哪种成因解释, 均涉及下地壳和地幔两个物质端员, Mg#的增加指示地幔端员物质的加入. 通常地幔岩浆比地壳长英质岩石的Nb/La 高, 而La/Yb 低, 因此, 混合岩浆的Nb/La 将随地幔岩浆的加入而增加, 而La/Yb 将减少. 图6显示华北高Mg#埃达克岩Nb/La 随Mg#增加而增加(图6(a)), 而La/Yb 随Mg#增加而减少(图6(b)), 与壳幔相互作用规律相符, 同时指示地壳端员相对于地幔端员具有较低的Nb/La, 但较高的La/Yb, 这一结果表明地壳端员岩浆可能起源于高压, 特别是大别赤涂岭[70]、月山-洪泽[54]、苏鲁[68]和胶东[74]等地的高Mg#埃达克岩尽管发生了地幔组分的加入, 他们的Nb/La 仍然小于0.2, 低于华北下地壳岩石(麻粒岩和榴辉岩包体、麻粒岩地体和前寒武基性火山岩)Nb/La 的下限0.2(图6), 指示地壳端员岩浆形成可能发生在残留金红石稳定的条件. 因此, 无论是岩浆混合还是拆沉作用解释, 均指示华北高Mg#埃达克岩的地壳端员岩浆起源于增厚地壳.6 结论(1) 实验岩石学的资料表明中钾和高钾基性变质岩是华北下地壳埃达克岩的主要源区岩石. 利用变质基性岩部分熔融在富Ti 相饱和条件下熔体的SiO 2-TiO 2变化相关性和TiO 2溶解度模型, 判断出许多低Mg#埃达克岩岩浆产生时达到TiO 2饱和、表明它们的源区存在富Ti 副矿物.(2) 根据TiO 2饱和的低Mg#埃达克岩Nb/La 比值总体比下地壳岩石低, 并且Nb/La 随La/Yb 的增大而减小, 解释残留石榴子石和金红石的存在以及含量的增加导致了这些变化, 限定这些埃达克岩浆产生深度超过50 km. 高Mg#埃达克岩形成过程中由于熔体/地幔反应或者地幔岩浆的混合导致了熔体基性程度增加及TiO 2不饱和, 这个过程也导致Nb/La 增加, 但华北一些高Mg#埃达克岩的Nb/La 仍然低于该区下地壳岩石的Nb/La 下限, 表明地壳熔融可能也发生在残留金红石稳定的条件. 因此, 无论是岩浆混合还是拆沉作用成因解释, 均指示具有低Nb/La 特征的高Mg#埃达克岩地壳端员岩浆起源于50 km 以上的厚地壳.图6 华北高Mg#埃达克岩与下地壳岩石La/Yb-Nb/La 比较埃达克岩资料来源同图3(a)。