华北克拉通南缘古—中元古代碱性岩岩石地球化学与年代学研究及其地质意义

本文首次系统研究华北克拉通南缘古一中元古代代表性碱性岩体的的岩石化学、稀土和微量元素地球化学及同位素地球化学特征,并采用高精度的SHRIMP锆石U-Pb测年法测定其形成年龄,探讨这些碱性岩体的时空分布特征、岩浆源区性质及构造环境,为系统研究华北克拉通南缘碱性岩浆活动特征提供依据。对进一步探讨华北克拉通元古代的地质构造演化以及哥伦比亚超大陆的裂解和再造等问题都有重要的理论意义。 华北克拉通南缘古-中元古代碱性岩浆活动空间上分布在北纬33.5°～34.5°之间,大地构造位置上处于熊耳-中条三叉拗拉谷内。经高精度的SHRIMP锆石U-Pb法测定,研究区古-中元古代碱性岩浆活动时间介于1840-1598Ma之间,代表性岩体有驾鹿霓辉正长斑岩体、朱阳岔角闪石英二长岩体、眼窑寨碱性火山岩体、龙王幢碱性花岗岩体和麻坪碱性正长岩体。 华北克拉通南缘古-中元古代碱性岩代表性岩体岩石基本上属于铝过饱和的中酸性,个别呈现基性,以富碱(w (Na2O+K2O)平均值为8.61)高钾,贫钙、铁、镁为特征。这些碱性岩的稀土元素总量∑REE变化范围为85.646～2943.20μg/g,平均485.97μg/g。轻、重稀土分馏比较明显,其LREE/HREE比值平均值为15.16,以微弱的负铕异常为主。微量元素组成表现为大离子亲石元素富集而高场强元素亏损的特征,总体上表现出强烈的sr、Ti负异常和Gd正异常。 华北克拉通南缘古-中元古代代表性碱性岩的176Hf／177Hf比值的变化范围为0.281415～0.281646,εHf(t)的变化范围为-11.264～3.102,平均值为-6.587；143Nd/144Nd初始值为0.509531-0.510104,平均值为0.509895；8Nd(t)值介于-15.7～3.7之间,平均值为-8.11。 根据主量元素、稀土元素、微量元素及同位素特征判断,华北克拉通南缘古中元古代碱性岩形成于以后碰撞环境为主的拉张性构造环境,其岩浆来源可能与富集地幔有关,但也遭受了一定程度的壳源物质混染。 华北克拉通南缘的1.84～1.60Ma期间的碱性岩浆活动均发育于熊耳-中条三叉拗拉谷内,说明该拗拉谷可能从1.84Ga就开始伸展裂解了。结合华北克拉通北缘1.85-1.70Ga期间的碱性岩浆活动可进一步推断,华北克拉通在1.85Ga年时已经处于拉张环境,进而推测,吕梁运动(或中条运动)的时间上限和赵国春等提出的华北克拉通东西部陆块碰撞拼合的时间上限以及哥伦比亚超大陆的聚合时间都应该在1.85Ga之前。该区古-中元古代碱性岩体的空间分布特点进一步说明,古-中元古代碱性岩浆活动与熊耳-中条三叉拗拉谷具有相同的深部地球动力学背景,其形成均可能与地幔热柱的活动有关。