华北克拉通破坏前后的下地壳组成及改造过程

This project will focus on the comparative studies of the lower crust underneath the North China craton, which was decratonized during the Phanerzoic. Compresensive mineralogical, petrological as well as geochemical investigations will be carried out on the outcropped granulite facies terrains and granulite xenoliths entrained in the Paleozoic kimberlites, both are representatives of the lower crust prior to the decratonization, and granulite and pyroxenite xenoliths enclosed in the Meso-and Cenozoic igneous rocks, representing the lower crust during the decratonization process. The results will help to reveal the modification of the the age, thickness and composition of the lower crust during the lithospheric destruction, the mechanisim induced the modificaion, the way, the episodes, and the spatial diversity of the modification will also be discussed. Overall, the studies will provide more petrologcial and geochmical constrains on understanding the lithospheric destruction of the North China craton, particularly from a lower crust perspective. In additon, application of non-traditional stable isotopes such as Li, Fe Mg in the lower crust rocks will also be tried, with aims to reveal the compositional characteristics of these isotopes in the lower crust.

项目将对华北克拉通岩石圈显生宙破坏前后的下地壳开展对比研究。将华北克拉通出露的前寒武纪地体麻粒岩以及华北不同地区古生代金伯利岩中的下地壳麻粒岩捕虏体和源自下地壳的捕虏晶做为克拉通破坏前的下地壳代表，将中、新生代火山岩和侵入岩中的下地壳麻粒岩捕虏体和捕虏晶视为克拉通破坏不同阶段的华北下地壳代表，利用矿物学、岩石学、元素地球化学和多元同位素地球化学等综合研究手段，包括锆石原位U-Pb年代学、Hf-O同位素等，揭示华北克拉通破坏过程中，下地壳在年龄，厚度、物质组成等方面的变化，探讨下地壳改造的方式、期次、程度以及在区域上的差异和影响因素等。结合华北克拉通岩石圈地幔的研究成果，从下地壳的视角为更深刻全面的理解华北岩石圈的破坏提供更多的岩石学和地球化学制约。此外，项目尝试将非传统稳定同位素如Li、Fe、Mg等应用到下地壳岩石的研究中，揭示这些同位素在下地壳岩石的组成特征，填补我国在这方面研究的空白。

本项目的研究主题是了解华北克拉通克拉通破坏前后的下地壳物质组成和演化，进而揭示下地壳改造的期次、方式和范围以及导致下地壳改造破坏的地球动力学背景。通过对克拉通中西部金伯利岩中麻粒岩捕虏体和锆石捕掳晶的年代学和Hf同位素开展研究，并与克拉通东部地壳演化对比研究后发现，两者既有共性，又有差异，如2.5-2.7 Ga是东、西部陆壳最主要的形成时期，而西部块体在2.2 Ga还有一期重要的陆壳形成时期。与之对应的2.7-2.8 Ga是东、西部块体最主要的陆壳生长时期，而西部块体还有一期约2.35 Ga的陆壳生长事件。对华北克拉通南缘古元古代变质石英岩中碎屑锆石的研究则揭示出克拉通南部地壳在冥古宙-新太古宙的幕式生长-改造过程，即多期次的陆壳生长、改造作用强烈破坏了太古代陆核，从而导致冥古宙和始太古代物质的极少保存。对克拉通西部北缘晚中生代玄武岩中麻粒岩捕虏体的研究则发现，该地区在保留有太古代下地壳的同时，下地壳也遭受多期次的以岩浆底侵作用为主要方式的改造作用，而且这一改造作用在时间上与古亚洲洋和华北板块相互作用的历史密切相关。阳原麻粒岩包体的Pb同位素原位分析也进一步确认了幔源岩浆底侵作用在华北下地壳的改造作用中起了至关重要的作用。对苏鲁造山带下的源于下地壳的辉石岩捕虏体的研究则发现，在扬子板块和华北板块拼贴碰撞后，俯冲至华北板块之下的古特提斯洋壳和扬子板块陆壳物质均对华北岩石圈地幔起了改造作用。我们还初步获得的华北克拉通下地壳两类代表性样品，即地体麻粒岩和麻粒岩包体的Fe、Mg同位素数据，发现地体麻粒岩和麻粒岩包体具有与地幔值相同的Mg同位素组成，表明这些麻粒岩形成过程中没有俯冲上地壳物质的参与。而Fe同位素结果发现，与底侵作用密切相关的汉诺坝麻粒岩相较代表着太古代下地壳的莒南麻粒岩具有更低的Fe同位素组成，这与地幔部分熔融过程中熔体相对富集重的Fe同位素是一致的。