华北克拉通碳酸岩杂岩体成因对比研究及其成岩动力学背景

华北克拉通破坏（或岩石圈减薄）是我国又一在国际地球动力学界引起广泛关注的重大科学问题。碳酸岩是揭示地幔地球化学动力学的"探针岩石"，而华北是我国碳酸岩出露最多的区域，在其中部的内蒙古浑源窑，河北右所堡、矾山，山西窑子头、紫金山和东部的山东莱芜-淄博一带发育了典型的碳酸岩杂岩体。在这些区域，与碳酸岩共生的杂岩体复杂多样，甚至同时代的岩石类型也相差较大，碳酸岩的矿化特征也不尽相同，且碳酸岩杂岩体产出的时间和空间位置均与华北克拉通破坏争论的焦点存在密切联系。本项目拟通过对上述六处碳酸岩杂岩体系统的地质、地球化学对比研究，探讨在碳酸岩岩浆演化过程中不相容元素的迁移和富集过程；查明华北克拉通不同区域和时代碳酸岩的起源条件、源区性质、构造环境、成因关系；完善碳酸岩的成因理论；深入理解华北克拉通深部物质组成、演化和动力学机制，为今后深入认识华北克拉通岩石圈破坏的构造控制因素提供新的科学依据。

碳酸岩是地表出露相对较少的幔源岩石之一，即可形成于裂谷环境，也可以产生于碰撞造山过程中派生的拉张岩石圈断裂带，是研究大陆岩石圈构造背景和地幔交代作用的‘探针岩石’。在我国华北克拉通分布了大量的碳酸岩，从中生代到元古代均有产出，它们是研究华北克拉通演化的重要‘探针岩石’。 华北板块是世界上克拉通破坏程度最大，最典型的地区，以我国为主的科学家在近十年来做了大量的研究工作，积累了丰富的资料，但有关克拉通破坏发生的时限、空间范围、机制和动力学背景等彼此相关联的科学问题还存在激烈的争论，本次工作确定了我国最老的早中元古代碳酸岩（磷灰石U-Pb年龄1681Ma和1765Ma），并在该岩体内首次发现了五相橄榄岩（橄榄石-透辉石-顽火辉石-尖晶石-石榴石）包体和榴辉岩包体，其中榴辉岩包体内的石榴石里有蓝晶石、绿辉石、磷灰石、石英、金红石等子晶，指示了俯冲洋壳的来源，并限定了碳酸岩围岩的时代和岩石类型：从2197Ma的岛弧花岗岩、2002Ma的S型石榴石花岗岩、1967Ma的变质麻粒岩到1826Ma的辉石正长岩，证实了华北中央造山带从太古代-早元古代洋壳俯冲到18亿年后进入后造山环境；五相橄榄岩包体里的橄榄石显示Mg#低于92，显示华北中部岩石圈地幔从早元古代就被置换，与碳酸岩熔体交代有关；首次在榴辉岩包体内发现了超硅石榴石 (分子式Si~3.18)，限定了目前已知来源最深（地幔过渡带）的俯冲洋壳残余，提出了碳可以碳酸根的形式俯冲至地幔过渡带；对比典型的攀西地区碳酸岩型稀土矿床和白云鄂博矿床内萤石的地球化学组成，两者均显示高Sr和REE组成特征，白云鄂博萤石具有更低且变化的Sr同位素，落在外围碳酸岩墙与赋矿白云岩之间，确定了白云鄂博稀土成矿与碳酸岩密切相关；华北南缘碳酸岩富含辉钼矿、石英和长石，明显区别于全球典型的碳酸岩，该岩石的石英和长石的微量组成明显不同于围岩花岩斑岩内的相同矿物，且石英的氧同位素组成与碳酸岩内的方解石组成相近，因此它们并不来源于围岩，而是碳酸岩岩浆交代下地壳物质，堆积结晶的产物。