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华北克拉通内部分布着多期镁铁质岩墙群,尤其以中部早元古代末期N-NW向为主的岩墙群规模最大,而且正好对应华北克拉通最终形成这样一个重要阶段而备受关注。一些学者提出华北克拉通卷入了早元古代Columbia超大陆的活动。但是对于其裂解时限存在争议。大型镁铁质岩墙群的出现具有重要的指示意义。本研究试图通过岩石学、地球化学和年代学研究,讨论岩墙群的成因和构造意义。
该岩墙群延伸达1000km,分布面积~10万km2。单条岩墙长度达40km,宽度达100m,平均宽15m左右。侵位深度达20km。变形恢复后,岩墙群显示放射状(扇形)为主的几何学特征。岩墙为辉长岩-闪长岩,由长石和单斜辉石组成,副矿物包括磁铁矿、钛铁矿、橄榄石或者石英、黑云母、磷灰石、钾长石,属于橄榄-石英拉斑玄武岩系列。
岩墙群可以根据岩浆演化特征分为低分异组和高分异组。低分异组由低Ti(LT组)和高Ti(HT组)N-NW向辉长岩岩墙组成,具有母岩浆特征。LT组以在原始地幔标准化蜘蛛图上明显亏损高场强元素(如Nb、Ta、Zr、Hf)和富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、La、Ce)为特征,类似富集的MORB。∈Ndt值为-4.9--5.5,87Sr/86Srt值~0.7048,206Pb/204Pbt为15.2-16.0。HT组富集或者亏损特征都较弱,类似OIB,∈Ndt、87Sr/86Srt和206Pb/204Pbt值分别为+1.2-+6.2、0.7019-0.7030和~16.2。它们分别具有EMI和PREMA-DM地幔端元特征。模拟计算表明,LT组可以通过周期性补给到岩浆房的原生岩浆与发生了镁铁质矿物(如橄榄石)原地结晶作用的演化岩浆混合得到。原生岩浆具有地幔富集脉体混染的特征。HT组可能是混合了LT组岩浆和地壳熔体的OIB型岩浆。高分异组岩墙多为闪长岩,可以通过LT组单斜辉石和斜长石的分离结晶得到。本组岩墙高Fe-Ti-P特征与演化过程有关。同时期华北南缘熊耳裂谷系火山岩建造以玄武安山岩-安山岩为主,具有类似高分异组岩墙的地球化学特征,可能是岩墙的地表对应物。另外,高分异组N-NW向(NW组)和E-W向(EW组)岩墙分别具有富铁贫硅和富硅贫铁的演化趋势,可能与岩浆氧逸度不同有关。
本研究获得了1778±3Ma(NW组)的SHRIMP锆石U-Pb年龄以及1777±26Ma(NW组)、1754±71Ma(HT组)和1799±34Ma(EW组)的锆石和斜锆石同位素稀释法参考年龄。综合相关资料得到岩墙的活动时限为1800-1750Ma。岩墙群的几何学特征、地球化学特征以及相关岩浆活动表明其可能和地幔柱过程有关,是大陆裂解的产物。