华北南缘伏牛山-外方山地区晚中生代基性岩浆作用及其对深部动力学过程的制约

Mesozoic magmatism are widespread in the southern margin of the North China Craton (NCC). Previous studies mainly focused on petrogenesis of the widespread Mesozoic granites, but there are few systematic studies on mafic rocks. It is still unclear as to their ages, and mantle sources and the possible crust-mantle interactions during their formation, and thus limits our understanding on the geodynamic process of the southern margin of the NCC in Mesozoic. Preliminary research on the mafic dykes in the Funiushan and Waifangshan area indicates that the dykes (U-Pb age: 115Ma) show geochemical affinity to OIB (ocean island basalts), distinct from the geochemical characteristics of other Mesozoic mafic rocks in the southern margin of the NCC in literature, indicating that the mantle sources beneath this region may vary considerably over time and space. Consequently, this proposal plans to do more detailed and systematic studies on the late Mesozoic mafic dykes using zircon and baddeleyite U-Pb dating and whole rock or biotite Ar-Ar dating, in-situ major and trace elemental data of silicate minerals, and in-situ trace elemental and isotopic compositions of zircon (Hf-O isotopes), baddeleyite (Hf isotopes) and olivine (O isotopes). Combined with the whole-rock major and trace elemental and Sr-Nd-Pb isotopic data of the mafic dykes, this study will investigate the mantle sources, magma evolution and crust-mantle interactions and explore the geodynamic process beneath the southern margin of the NCC in Mesozoic.

华北克拉通南缘中生代发生大规模岩浆作用，对其中的花岗岩的时空分布及成因已有很多研究，但对基性岩浆岩仍缺少系统深入的研究。中生代基性岩浆岩的形成时代、地幔源区性质及壳-幔作用等资料的缺乏，直接限制了对华北南缘中生代构造-岩浆作用深部动力学过程的解析。申请者在华北南缘伏牛山-外方山早白垩世花岗岩中发现一些基性岩墙，初步工作获得115Ma的锆石U-Pb年龄和OIB的地球化学特征，与华北南缘同期基性岩浆岩已有的地球化学特征研究资料有差异，表明华北南缘地幔源区性质复杂，不同地区或时代可能有规律性变化。申请者拟对华北南缘中生代基性岩墙进行锆石/斜锆石U-Pb和全岩/黑云母Ar-Ar定年、全岩主微量元素和Sr-Nd-Pb同位素测定，并侧重主要造岩矿物的主微量元素、锆石和斜锆石原位Hf同位素以及锆石和橄榄石O同位素研究，系统研究其地幔源区性质、演化过程和壳-幔作用规律，探讨中生代岩浆作用的深部动力学过程。

华北克拉通南缘中生代发生大规模岩浆作用，对其中的花岗岩的时空分布及成因已有很多研究，但对基性岩浆岩仍缺少系统深入的研究，其形成时代、地幔源区性质及壳-幔作用等资料的缺乏，直接限制了对华北南缘中生代构造-岩浆作用深部动力学过程的解析。本项目对华北克拉通南缘晚中生代的基性岩墙/岩脉、中基性闪长岩和火山岩开展了详细的岩相学、地球化学、年代学研究，并结合研究区已发表相关数据，系统研究了区域晚中生代岩浆作用演化历史和构造背景。.研究发现华北克拉通南缘123-113 Ma发育的一套镁铁质岩墙、闪长岩和火山岩，分别形成于软流圈地幔、华北古老岩石圈地幔及被陆壳组分交代的古老富集岩石圈地幔，指示古太平洋板块脱水作用释放的含水熔体诱发古老岩石圈下部部分熔融，形成闪长岩。同时，脱水作用产生的含水熔体上升, 有效地弱化了古老岩石圈底部使其转化成新的软流圈，来自这种软流圈地幔的熔体形成了具有OIB特征的基性岩墙。这两种不同性质的熔体在短时间内同时存在于华北克拉通南缘深部。此外，在东秦岭的北淮阳地区形成于128–123 Ma的金刚台中基性火山岩形成于富集地幔的部分熔融，是俯冲扬子克拉通陆壳物质再循环和壳幔相互作用的产物，为大陆俯冲带壳幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录。最后，通过系统总结前人研究资料，从岩浆岩的时空演变、岩石组合和地球化学特征等角度研究发现华北克拉通南缘岩浆作用持续近50Ma，期间华北克拉通南缘晚中生代构造体制由加厚的岩石圈向强烈伸展减薄的构造环境转变，127Ma前后是华北南缘晚中生代构造体制转变的关键时期。华北克拉通南缘晚中生代强烈的岩浆-成矿-构造热事件并不是扬子与华北克拉通碰撞后的产物，而是与古太平洋板块在亚洲大陆东部之下俯冲方向和速率的改变引发的整个中国东部构造转折、强烈壳幔作用、岩石圈伸展减薄有关。