论文摘要
克拉通作为一个稳定的地质构造单元,具有厚的岩石圈地幔、低密度和热流值、及高刚性等特征,包含古老的大陆地壳和岩石圈地幔,厚度一般为200～300 km,主要形成于前寒武纪,是研究大陆形成和演化的主要对象。通常来说,克拉通厚而干的岩石圈地幔,使其能够在很大程度上抵御后期地质作用的改造而免于破坏,通常可稳定存在数十亿年。因此,传统理论认为克拉通是稳定的。然而,近年来的研究表明,稳定的克拉通也可以变得不再稳定,即发生了“克拉通破坏”。全球大多数克拉通在其形成之后都遭到了不同程度的破坏,从而导致其体积遭到大量的消失,具体表现为岩石圈的显著减薄,克拉通基本构造格局的改变,大规模岩浆作用的发生。华北克拉通是中国最大、最古老的克拉通陆块,也是全球最古老的陆核之一。它不仅保留了前寒武纪克拉通演化的重要记录,也经历了中生代至早新生代克拉通的重大破坏,具体表现为岩石圈从西往东的显著减薄,这使其成为了研究克拉通演化和破坏的典型实例。大量研究表明,华北克拉通大陆岩石圈的厚度从大于200 km减薄至小于100 km,在克拉通东部地区甚至减薄至60～80km,并经历了古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生大陆岩石圈地幔所替代。此外,华北克拉通在破坏过程中也形成了大量的中生代岩浆岩,并广泛地暴露在华北克拉通的北部,南部和东部边缘以及中部等地区。然而,这些中生代的岩浆作用通常被认为是华北克拉通破坏和岩石圈减薄的重要标志,能为克拉通破坏和岩石圈减薄的时间和位置以及破坏的动态机制提供重要的科学信息。虽然许多科学家对华北克拉通破坏这一全球性的热点问题已经进行了大量的研究,但是对于华北克拉通破坏时空范围、岩石圈的减薄时间及动态机制仍存在许多争议。具体争议方面为:1)岩石圈减薄开始及终止的时间;2)克拉通破坏的地球动力学机制;及3)克拉通破坏的构造机制。目前普遍认可的观点是:华北克拉通的破坏首先在中至晚三叠世从克拉通的东部边缘开始,然后在晚中生代,主要在早白垩世破坏至克拉通的内部。研究者们目前大多接受克拉通破坏和岩石圈减薄的峰期时间位于130～120 Ma之间,并与古太平洋板块俯冲事件有密切关系。针对以上争议问题,本文以出露在华北克拉通减薄最为典型的区域,克拉通东部沂水、莒县和莒南地区的中生代岩浆岩,北部赤城地区的中生代流纹质火山岩,以及中部北太行地区支家庄矽卡岩铁矿床内的中生代埃达克质花岗类岩石为主要研究对象,在详细的野外地质调查的基础上,对上述研究对象进行了系统的岩石学、锆石U-Pb年代学、锆石Lu-Hf同位素、及全岩地球化学研究。此外,也结合磷灰石U-Pb年代学、磷灰石裂变径迹及热演化模型等分析方法,对位于克拉通东部郯庐断裂带内及其东西两侧的古元古代和中生代花岗岩进行了低温热年代学研究。这对进一步厘定华北克拉通晚中生代岩浆岩的形成年代,了解其岩浆成因、演化及物源特征,确定构造背景,揭示中生代至新生代的克拉通破坏历史,岩浆历史以及热演化历史均具有重要意义。并在结合前人相关研究的基础上,建立了相关构造演化模型,为华北克拉通的破坏和岩石圈的减薄机制提供更有力的新证据。基于以上分析方法,本文获得了如下分析结果,并进行了相关解释:1.华北克拉通东部、北部和中部等地区岩浆岩年代学与地球化学特征1.1华北克拉通东部地区晚中生代岩浆岩（沂水、莒县及莒南）1.1.1野外地质特征和岩相学沂水地区的样品包含2个闪长岩和1个玄武岩。闪长岩样品矿物组合为斜长石（60～70%）、角闪石（30～35%）、少量石英（1～5%）和黑云母（1～2%）。玄武岩样品见致密块状构造,主要由斜长石（60～80%）和辉石（20～30%）矿物及火山玻璃质（5～10%）组成。莒县地区的样品为8个喷出岩样品,主要包含火山凝灰岩、集块岩、硅质凝灰岩、粗面岩和安山岩。火山凝灰岩样品具有凝灰结构,矿物组成主要为蚀变的斜长石和黑云母晶屑,及岩屑碎屑和火山灰。集块岩具有典型的斑状结构,斑晶为粒径达到5厘米的长石斑晶及次圆形的微细粒包体,基质为一套细至中等粒度的长英质矿物及少量的火山玻璃质。硅质凝灰岩样品具有凝灰结构,由中等粒度的斜长石晶屑（粒径0.1-0.5毫米）,岩屑和火山灰组成。粗面岩样品见斑状结构,斑晶为中等粒度的斜长石、钾长石和角闪石,基质具有玻晶交织结构,为细粒的斜长石和火山玻璃质。安山岩样品见斑状结构,斑晶矿物组成为斜长石（粒径0.05-0.9毫米）和角闪石（粒径0.01-0.2毫米）,基质由定向排列的微斜长石和少量的角闪石组成。莒南地区的样品为8个岩浆岩样品,包括喷出的玄武岩和侵入的正长岩、二长岩、花岗闪长岩和花岗岩。玄武岩样品具斑状结构,由橄榄石斑晶及细粒的角闪石和火山玻璃质的基质组成。正长岩样品矿物组成为钾长石（60～70%）、斜长石（5～10%）、石英（1～5%）、角闪石（1～5%）及黑云母（1～2%）。二长岩样品具花岗结构,矿物组成主要为钾长石和斜长石矿物。花岗闪长岩样品矿物组成主要为钾长石、斜长石、角闪石。花岗岩样品见致密块状构造,主要包含钾长石（30～40%）、石英（15～25%）、斜长石（10～15%）和黑云母（1～5%）等矿物。1.1.2锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素根据激光剥蚀等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）锆石U-Pb定年,2个玄武岩和1个正长岩获得大量的古元古代至侏罗纪的继承锆石年龄,其它5个喷出岩样品和4个侵入岩样品均获得了早白垩世的形成年龄,并分布于～132～121 Ma范围内,但未获得继承锆石年龄。通过进一步划分,所获得的锆石U-Pb年龄被分为古元古代（～2457～1939 Ma）、新元古代（～896～542 Ma）、古生代（～524～286 Ma）、晚三叠至侏罗世（～204～145 Ma）以及主要的早白垩世（～136～116 Ma）,具有～770和～125 Ma两个年龄峰值,分别代表了主要的继承锆石年龄和岩浆结晶年龄。根据锆石Lu-Hf同位素分析,新元古代的继承性锆石（～842～547 Ma）获得的ε Hf（t）值和二阶段亏损地幔模式年龄分别为-28.4～-8.4和～3104～2193 Ma,古生代的锆石（～524～506 Ma）获得-36.8～-18.0的负ε Hf（t）值及～3776～2607 Ma的二阶段亏损地幔模式年龄,晚侏罗世至早白垩世的锆石（～165～116Ma）获得ε Hf（t）和二阶段亏损地幔模式年龄分别为-31.9～-7.9和～3193～1690 Ma。1.1.3全岩地球化学侵入岩岩石样品中主量元素总硅含量为59.66～78.70 wt.%,CaO含量为0.33～4.78 wt.%,具有高 Al2O3（10.90～17.50 wt.%）、富碱性（K2O+Na2O=6.84～11.34wt.%）。稀土元素表现为轻稀土和大离子亲石元素富集（如K,Rb,Ba和Pb等）,重稀土和高场强元素亏损（如Nb,Ta和Ti等）,具有较弱的负Eu异常等地球化学特征。喷出岩岩石样品的SiO2含量为47.11～74.09wt.%,MgO含量为0.30～5.90wt.%,CaO含量为0.11～6.00wt.%,具高铝（A12O3为13.19～16.54 wt.%）,轻稀土富集,重稀土亏损,有弱的负Eu异常,富集K、Rb、Ba和Pb,亏损Ta、Nb和Ti微量元素等特征。此外,侵入岩及喷出岩都具有高的Th/Ta和La/Nb 比值,负的Nb、Ta和Ti异常,及高的Th、U和轻稀土含量,属于高钾、钙碱性岩石系列。1.2华北克拉通北部地区晚中生代流纹质火山岩（冀北赤城盆地）1.2.1野外地质特征和岩相学赤城地区的12个流纹质火山岩样品具有斑状结构,部分样品野外见条纹状无斑隐晶质流纹岩与细粒薄层火山灰互层,部分样品包含花岗岩岩屑和凝灰岩的捕虏体。根据野外地质特征可划分出两期流纹岩,流纹构造明显,与火山灰互层,并被古土壤切断,标志两期流纹质岩浆不连续的喷发。古土壤与流纹岩两者呈烘烤边接触,见火山弹存在流纹岩岩层中,并压缩流纹岩岩层,表明古火山口可能存在于附近。赤城流纹质火山岩样品具有斑状结构,其斑晶矿物主要为黑云母（0.05-0.25毫米）、石英（0.01-1.50毫米）和钾长石（0.05-0.80毫米）,基质主要包含长英质矿物及火山玻璃质。1.2.2锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素根据LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得赤城流纹质火山岩的喷发年龄分布于～144～114Ma之间,并被划分为～141,～137及～130Ma三组平均年龄。根据锆石Lu-Hf同位素分析,赤城流纹质火山岩样品的ε Hf（t）值和二阶段亏损地幔模式年龄分别为-23.0～-11.8和～2650～1944 Ma。1.2.3岩石地球化学赤城流纹质火山岩样品具有高的SiO2（71.32～76.02 wt.%）、富碱性（K2O+Na2O=7.18～9.01wt.%）和 A12O3（10.81～14.06wt.%）等地球化学特征,属于高钾、高铝质、碱钙性至碱性的火山岩系列。此外,岩石样品也富轻稀土,贫重稀土,具有明显的负Eu异常,富集大离子亲石元素（如K,Rb,Ba和Pb等）,及亏损高场强元素（如Nb,Ta和Ti等）等特征。1.3华北克拉通中部地区晚中生代埃达克质岩浆岩（北太行支家庄）1.3.1野外地质特征和岩相学支家庄矽卡岩型铁矿床内的岩浆岩样品主要包含2个辉石二长岩、2个黑云母花岗岩以及2个闪长斑岩。辉石二长岩样品见中至粗粒度,斑状结构,块状构造,斑晶矿物为斜长石（粒径0.20～2.00毫米）和石英（粒径0.20～3.00毫米）,基质矿物主要为钾长石（粒径0.10～1.00毫米）、黑云母（粒径0.10～0.50毫米）、角闪石（粒径0.05～0.50毫米）及辉石（粒径0.05～0.50毫米）。黑云母花岗岩样品具有花岗结构,包含细至中粒的钾长石,石英,斜长石,黑云母以及少量的锆石等副矿物。闪长玢岩样品具有斑状结构,野外见暗色包体（MME）,其斑晶矿物由蚀变的黑云母（粒径0.10～0.80毫米）、角闪石（0.10～0.50毫米）、斜长石（0.10～1.00毫米）及少量的石英（粒径0.10～0.50毫米）组成,基质矿物见显微晶质结构,主要包含长英质矿物及少量的黑云母。1.3.2锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素根据锆石LA-ICP-MS U-Pb定年,获得两组黑云母花岗岩平均年龄为134.18±0.26Ma 和 129.85±0.55Ma,三组闪长玢岩平均年龄为 128.99±0.55Ma、125.46±0.19Ma和121.09±0.56Ma,以及两组辉石二长岩平均年龄为129.46土0.39 Ma和124.03±0.28 Ma。根据锆石Lu-Hf同位素分析,获得支家庄岩浆岩样品的ε Hf（t）值和二阶段亏损地幔模式年龄分别为-21.7～-7.8和～2560～1680 Ma。1.3.3岩石地球化学支家庄岩浆岩岩石样品具有较高的硅（SiO2=68.86～68.97 wt.%）、富铝（A12O3=14.69～15.29wt.%）和钙碱性（K2O=3.13～4.95wt.%,Na2O=3.87～4.30wt.%,CaO=2.15～2.64wt.%）、及贫镁（0.94～0.97wt.%）等地球化学特征,属于高钾至橄榄玄粗岩,偏铝质,碱钙性至碱性岩系。此外,支家庄岩浆岩岩石样品也富轻稀土,贫重稀土,见弱的负Eu异常,富集K、La、Sr和Pb,及亏损Ta、Nb、Pr、Ti和P等微量元素。1.4华北克拉通东部地区古元古代及晚中生代岩浆岩（郯庐断裂带）1.4.1野外地质特征和岩相学郯庐断裂带内及其东西两侧的样品主要包含6个鲁西地体的古元古代花岗岩及5个胶东地体的中生代岩浆岩。6个鲁西地体的花岗岩样品属于前寒武纪的二长岩和花岗岩类岩性,5个胶东地体的样品主要包括中生代喷出的玄武岩和流纹岩及侵入的花岗闪长岩、二长岩和花岗岩。前寒武纪的6个花岗岩样品具有细至中等粒度,花岗结构,致密块状构造,矿物组成为斜长石、钾长石、黑云母和石英。中生代的2个玄武岩和流纹岩具有典型的斑状结构,玄武岩斑晶包含蚀变的钾长石、半自形的辉石及溶蚀的橄榄石矿物,流纹岩的斑晶组合为钾长石、黑云母和石英。玄武岩和流纹岩的基质都由长英质的矿物和火山玻璃质组成。苏鲁造山带南部大店地区的3个中生代花岗岩样品属于碱性侵入岩,矿物组成为钾长石、斜长石、黑云母、石英及角闪石。1.4.2磷灰石U-Pb年代学磷灰石U-Pb年龄记录了矿物在350-550℃温度范围内所经历的热演化事件,其年龄数据可对建立的热演化模型进行相应的约束。根据LA-ICP-MS磷灰石U-Pb定年,郯庐断裂带内及其西侧的6个古元古代花岗岩样品获得三组年龄为:～2.3 Ga,～2.0 Ga和～1.8 Ga,年龄峰值主要集中在～2.3 Ga和～1.8 Ga。郯庐断裂带东侧的5个中生代岩浆岩样品获得～162-112 Ma的结晶年龄。1.4.3磷灰石裂变径迹根据磷灰石裂变径迹分析,6个鲁西地体的古元古代花岗岩获得～98-58 Ma的冷却年龄,并测得裂变径迹长度为12.1-13.0μm。其中,郯庐断裂带内的花岗岩获得最老的裂变径迹年龄（～98 Ma）,代表早期晚白垩世的抬升事件。而远离郯庐断裂带的花岗岩获得最年轻的裂变径迹年龄（～58 Ma）,受后期古近纪抬升事件的影响。5个胶东地体的中生代岩浆岩获得～122-66Ma的冷却年龄,并测得12.3-13.5 μm的裂变径迹长度。其中,五莲-烟台断裂西南端附近（苏鲁造山带北部）的两个样品获得～122 Ma和～113 Ma的最老冷却年龄,而苏鲁造山带南部大店碱性侵入岩体中的花岗岩获得了较年轻的冷却年龄,为～76-66 Ma。1.4.4低温热演化模型通过整合已获得的磷灰石U-Pb年龄、磷灰石裂变径迹年龄、磷灰石裂变径迹长度及其它地质相关因素,在QTQt（5.6.0）软件中对郯庐断裂带内及其东西两侧的11个样品建立相关的热演化模型。根据所建立的低温热演化模型,鲁西地体的6个样品揭示了晚白垩世至古近纪（～70-55 Ma）的快速冷却,主要集中在晚白垩世。胶东地体的5个样品揭示的两个快速冷却阶段为:早至中白垩世（～130-105 Ma）以及晚白垩世（～85-70 Ma）。2.华北克拉通东部、北部和中部等地区中新生代岩浆成因及热演化史2.1华北克拉通晚中生代岩浆作用2.1.1锆石U-Pb年代学克拉通东部沂水、莒县及莒南地区的古元古代（～2457～1939 Ma）的锆石年龄被解释为继承于华北克拉通基底岩石的捕获锆石,并与克拉通基底岩石的早古元古代的岩浆作用和晚古元古代的变质作用有关。新元古代的锆石年龄（～896～542 Ma）则可能继承于那些通过华北克拉通和扬子克拉通在三叠纪碰撞而携带至华北克拉通南部边缘再循环的扬子克拉通基底岩石,或者源于先前俯冲至华北克拉通底部的扬子克拉通的壳源物质成份。新元古代和古生代（～524～286 Ma）的锆石颗粒常被认为源于扬子克拉通的基底岩石,或者与古生代古亚洲洋板块向南俯冲的构造体系有关。晚三叠世至侏罗纪（～204～145 Ma）的锆石年龄可能与扬子克拉通陆壳在深俯冲期间经历了加厚陆壳的拆沉作用相关,并受三叠纪华北克拉通与扬子克拉通的陆陆碰撞的影响。而侵入岩的侵位年龄或喷出岩的喷发年龄主要为早白垩世（～135～116Ma）,受古太平洋板块西向俯冲事件的影响,并与整个山东半岛东部地区的中生代岩浆岩年龄峰值基本吻合,说明早白垩世为克拉通东部地区中生代岩浆活动的主要时期之一。克拉通北部赤城地区的火山作用被认为持续了将近30Ma,在早白垩世经历多阶段持续性地喷发。结合前人在华北克拉通北缘冀北地区发表的中生代火山岩锆石U-Pb年龄,整个冀北地区中生代火山作用持续了将近90 Ma,从～195至～106Ma,表明冀北地区中生代火山活动呈周期性喷发。而整个华北克拉通中生代岩浆作用主要集中在早至中三叠世、侏罗纪及早白垩世,并被细划分为～254～247,～231～221,～190～174,～165～157及～136～116 Ma 五个主要阶段。赤城流纹质火山岩及整个冀北地区火山岩年龄对应的是整个华北克拉通早白垩世岩浆阶段（～136～116Ma）。此外,也在冀北地区的中生代火山岩中发现了少量的古元古代和古生代的继承性锆石年龄。其中,认为古生代的继承锆石源于于北部南向的古亚洲洋俯冲体系,而古元古代的继承性锆石颗粒则认为是源于华北克拉通基底岩石中的捕获锆石。克拉通中部地区支家庄岩浆岩的锆石U-Pb年龄与前人在北太行地区发表的中生代岩浆岩年龄数据基本吻合,具有多个年龄峰值,说明整个北太行地区在中生代经历了多期次的岩浆作用。此外,北太行地区也包含了大量的斑岩型Cu-Mo,矽卡岩型Fe-Cu及热液脉型Pb-Zn等多金属矿床。通过对这些多金属矿床成矿年龄数据进行统计,北太行地区斑岩-矽卡岩型矿床的成矿年龄为～144～136 Ma,热脉型矿床的成矿年龄为～132～119Ma,表明北太行地区热液脉型矿床要明显晚于斑岩-矽卡岩型矿床的形成。通过与本文获得的支家庄矽卡岩型铁矿床的岩浆岩锆石年龄进行对比,约束了支家庄矽卡岩型铁矿床的成矿年龄分布于～144～136Ma之间,这与南太行地区同类型成因的矽卡岩型铁矿床的成矿年龄基本一致。总的来说,支家庄埃达克质岩浆岩的成岩年龄、整个北太行地区中生代岩浆岩的成岩年龄、以及北太行区域内多金属矿床的成矿年龄,基本上与华北克拉通破坏和岩石圈减薄的峰期时间一致,表明华北克拉通破坏和岩石圈减薄的峰期时间为支家庄矽卡岩型铁矿床、克拉通中部地区的中生代岩浆活动及多金属矿床形成的主要时代。2.1.2锆石Lu-Hf同位素基于以上获得的锆石Lu-Hf同位素数据,本文所有岩浆岩样品的原始岩浆主要来自于再循环的古元古代地壳物质以及含有少量的新太古代壳源成份,经历了部分熔融和不同程度的富集,并有部分古老克拉通基底岩石的重熔。其中,克拉通东部和中部地区的岩浆岩可能有少量的地幔物源成份加入。克拉通东部地区的岩浆岩具有更不均一的物源特征,包含从新太古代至新元古代的再循环的地壳物质成份。2.1.3全岩地球化学结合相关岩性判别图,克拉通北部赤城流纹质火山岩的母岩浆经历了钾长石、斜长石和黑云母的分离结晶演化,以及含有古太平洋俯冲板片和铁镁质岩浆的部分熔融成份。克拉通中部支家庄埃达克质岩浆岩的母岩浆经过了古元古代地壳物质的部分熔融,并在岩浆的上升过程中经历了角闪石、钾长石、斜长石和黑云母的同化和分离结晶演化。结合相关构造判别图,本文所有岩浆岩样品位于与俯冲和伸展相关的构造环境中。其中,克拉通东部地区岩浆岩处于活动大陆边缘,并具有大洋板块向大陆板块过渡,以及部分与碰撞相关的构造环境特征。2.1.4克拉通破坏及岩石圈减薄意义在古生代至中生代期间,华北克拉通经历了周围多期次不同方向的多板块构造事件,如北边古生代的古亚洲洋板块南向俯冲,南边三叠纪的扬子克拉通北向俯冲和碰撞,以及东边晚三叠至早白垩世的古太平洋板块西向俯冲事件。结合以上古生代至早白垩世锆石年龄数据的解释、再循环的古老地壳物质来源、以及与碰撞、俯冲和伸展相关的构造环境特征,并在前人相关研究的基础上,认为华北克拉通破坏和岩石圈减薄由克拉通周围不同方向的多板块俯冲事件导致,并主要与晚三叠至早白垩世的古太平洋板块俯冲事件有关。通过古太平洋俯冲板片的回卷引起岩石圈的伸展、弧后扩张及软流圈的上涌,最终导致华北克拉通岩石圈减薄、部分岩石圈拆沉、岩石圈地幔熔融及铁镁质岩浆底侵。此外,克拉通北部及中部地区的克拉通破坏及岩石圈减薄可能由古太平洋板块西向俯冲的远程效应导致。2.2华北克拉通中新生代热演化史2.2.1磷灰石U-Pb年代学本文获得鲁西地体的～2.5-2.3 Ga的磷灰石U-Pb年龄与相同位置所取样品或附近位置所取样品的锆石U-Pb年龄基本一致。而获得的～1.8 Ga的这个峰值的年龄明显比对应样品的锆石U-Pb年龄年轻,表明～1.8 Ga年龄的岩石样品源于含更多铁镁质的原始岩浆（锆石矿物缺乏）,或者在磷灰石U-Pb封闭温度（～350-550℃）之上就已经受到了热重置。通过与华北克拉通古元古代（～2.35-1.82 Ga）的地壳增长事件关联,认为古元古代的磷灰石U-Pb年龄为代表磷灰石的再结晶或者热重置,并记录了华北克拉通古元古代的地壳增生事件。本文获得的胶东地体的磷灰石U-Pb年龄为～162-112 Ma,与整个胶东地区的中生代岩浆岩的锆石U-Pb年龄（～161-115 Ma）基本一致,表明晚侏罗至早白垩世的岩浆岩样品经历了岩浆侵入后的快速冷却,冷却至～450℃以下。结合邻区晚中生代岩浆岩地球化学、地质年代学及同位素等方面的研究,认为中生代的磷灰石年龄记录了浅表地壳花岗类岩石的侵位,以及岩浆岩的岩浆后冷却事件。2.2.2磷灰石裂变径迹本文获得的磷灰石裂变径迹年龄可以分为:早白垩世（～122-113 Ma）以及晚白垩世至古近纪（～98-58Ma）。结合持续的华北克拉通破坏和岩石圈减薄的构造事件,认为早白垩世的冷却年龄记录了克拉通破坏的峰期时间,晚白垩世至古近纪的年龄可能代表持续性的克拉通破坏事件或者克拉通破坏的停止时间。2.2.3低温热演化模型本文建立的热演化模型揭示了早白垩世（～130-105 Ma）和晚白垩世至古近纪（～85-55 Ma）两个快速冷却阶段,及中白垩世（～105-85 Ma）缓慢冷却阶段,这与所投的Boolmerang图所识别的热演化过程基本一致,说明揭示的热演化冷却阶段是可靠的。一般来说,地壳的快速抬升和区域伸展构造是岩石圈减薄的浅部响应。本文在结合前人在山东半岛胶北地体提出的古近纪（～50-30 Ma）快速抬升以及在鲁西地体提出的两期古近纪（～62-53及～44-37 Ma）快速抬升阶段的基础上,理解华北克拉通东部山东半岛白垩纪至古近纪的热演化历史为:早白垩世的快速抬升为周围盆地的沉积物提供了物质来源,受古太平洋俯冲板片回卷影响,并与弧后伸展环境相关的克拉通破坏峰期时间有关;晚白垩世快速抬升对应的是克拉通持续性的破坏,受北北西向太平洋板块俯冲事件的影响,并与郯庐断裂带左行运动有关;古近纪的多次间歇性快速抬升,可能代表华北克拉通破坏和岩石圈减薄事件的终止时间,与郯庐断裂的右行运动有关,并受古太平洋板块俯冲方向的改变（由北北西向改至北西西向）及（或）印度板块与欧亚板块碰撞的远程效应的影响。3.华北克拉通东部、北部和中部等地区晚中生代岩浆岩关联与对比本文对新获得的克拉通不同地区的锆石U-Pb年龄,锆石Lu-Hf同位素及全岩地球化学数据进行类比。并在本文新获得的数据的基础上,与前人发表在华北克拉通内及其周围地区（中亚造山带、华东、朝鲜）的古生代至中生代的岩浆岩锆石U-Pb年龄数据进行了关联与对比,并获得了如下的认识:1)本文获得的岩浆岩锆石U-Pb年龄数据主要集中在早白垩世,响应华北克拉通早白垩世多期次的岩浆活动,具有多个年龄峰值,分布于141到118 Ma之间。仅华北克拉通东部地区的岩浆岩保留了从古元古代至侏罗纪的继承锆石,继承锆石年龄为古元古代（～2457-1939Ma）、新元古代（～762 Ma）及侏罗纪（～179 Ma）。通过与来自于中亚造山带、华东、朝鲜以及整个华北克拉通的古生代至中生代的岩浆锆石U-Pb年龄进行对比,本文获得的年龄数据与华北克拉通内及其周围地区的侏罗纪至早白垩世的岩浆岩锆石年龄峰值基本一致,说明侏罗纪至早白垩世是整个东亚地区中生代岩浆活动的主要时代;2)本文获得的锆石Lu-Hf同位素数据整体显示了-35～-5的负εεHf（t）值,～3.7-1.5 Ga的二阶段亏损地幔模式年龄,数值变化较大。通过对本文克拉通不同地区的锆石Lu-Hf同位素数据进行类比,华北克拉通北部赤城流纹质火山岩以及中部北太行地区支家庄埃达克质岩浆岩中的早白垩世锆石年龄组获得类似的～2.5-2.0Ga的二阶段亏损地幔模式年龄,说明克拉通北部及中部地区的岩浆主要源于再循环的古元古代的地壳物质。而克拉通东部沂水、莒县和莒南地区岩浆岩中的早白垩世锆石年龄组与同地区岩石中的古元古代至侏罗纪的继承锆石年龄组均获得了较广范围的二阶段亏损地幔模式年龄（～3.0-2.0Ga）。与克拉通北部和中部地区的岩浆岩对比,克拉通东部地区的岩浆岩具有更不均一的岩浆来源,并含少量的中至新太古代的古老地壳成份加入;3)对本文获得的全岩地球化学数据进行分析,并结合相关的岩性判别图,华北克拉通北部的赤城流纹质火山岩属于A型花岗岩,中部的支家庄岩浆岩为埃达克质Ⅰ型花岗岩,而东部的沂水、莒县和莒南地区岩浆岩为Ⅰ和A的混合型花岗岩。所有岩石样品都具有高含量的轻稀土元素,低的重稀土元素,富大离子元素（K,Rb,Sr,Ba,Pb等）和贫高场强元素（Nb,Y,Hf,Ta,Ti等）,并具有K,La和Pb的正异常,及U,Ta,Nb,P,Ti和Eu的负异常,指示了与俯冲相关的构造背景。北部赤城流纹质火山岩属于后碰撞环境中的板内及火山弧型混合花岗岩,中部支家庄埃达克质岩浆岩属于火山弧型花岗岩,而东部的岩浆岩属于后碰撞的火山弧型花岗岩,并具有火山弧型花岗岩向板内花岗岩过渡的趋势。此外,北部和中部的岩浆岩仅属于与俯冲相关的构造环境,而东部的岩浆岩却显示为从碰撞至俯冲的过渡型构造环境。最后,基于以上相关研究,与前人发表的相关数据进行关联和对比,并在总结前人在华北克拉通中新生代岩浆作用及热演化史等方面研究成果的基础上,本文对获得的研究成果和创新认识归纳如下:1)华北克拉通周围不同方向的多板块俯冲事件共同导致了华北克拉通岩石圈减薄和克拉通破坏。其中,古太平洋板块的西向俯冲是导致华北克拉通东部地区中生代岩浆活动、岩石圈减薄及克拉通破坏的主要地球动力学机制;2)古太平洋板块西向俯冲的远程效应导致了华北克拉通北部及中部地区的克拉通破坏及岩石圈减薄;3)华北克拉通破坏及岩石圈减薄的峰期早白垩世是克拉通中部地区中生代岩浆活动及多金属矿床形成的主要时代;4)华北克拉通东部地区经历了早白垩世（～130-105 Ma）及晚白垩世至古近纪（～85-55 Ma）的两期快速冷却;5)华北克拉通破坏和岩石圈减薄的停止时间应持续至早新生代（古近纪）,并非前人所提出的晚白垩世。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 杨帆
导师: M.Santosh
关键词: 全岩地球化学,锆石同位素,中新生代,岩浆作用,热演化史,华北克拉通破坏
来源: 中国地质大学(北京)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学
单位: 中国地质大学(北京)
基金: the Talent Award to M. Santosh under the 1000 Talents Plan of the Chinese Government,the Basic Research Project (GP2017-021,Development of integrated geological information based on digital mapping) of the Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources,the Ministry of Science,ICT,and Future Planning,Korea to Sung Won Kim,the Australian Research Council Discovery Grant (DP150101730) to Stijn Glorie,the China Scholarship Council (File No. 201706400016),the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Grant No. 2652016066),the International Research Cooperation Fund from Graduate School of China University of Geosciences Beijing to Fan Yang
分类号: P542
DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000194
总页数: 334
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