自然资源部

1）中元古代~13.8亿年大火成岩省及黑色页岩沉积成因联系研究取得重要进展

大火成岩省（large igneous provinces，LIPs）代表了相对较短时期内形成的规模宏大（巨量）的幔源岩浆活动。因为是地质历史上发生的极端地质事件，大火成岩省对全球性大气-海洋环境的巨变及生物灭绝有非常重要的影响。前人研究结果表明，显生宙（即寒武纪以来）大火成岩省与全球大洋缺氧与生物灭绝有明显的对应关系，显生宙国际地质年代表中多个金钉子均与以大火成岩省、黑色页岩及生物灭绝为代表的全球性地质事件相对应，如法门阶底界、二叠-三叠纪界限、托阿尔阶底界及土伦阶底界等。但由于对前寒武纪，特别是“地球中年期”(18~8亿年，“枯燥的10亿年”)大气氧浓度、海洋的氧化-还原状态及生物门类及演化认识的局限，关于前寒武纪大火成岩省与环境的影响及其与黑色页岩沉积的成因联系一直很不清楚。

张拴宏研究员研究团队通过对全球哥伦比亚（奴那）超大陆中~13.8亿年全球性大火成岩省及黑色页岩沉积时空分布的研究，发现这些大火成岩省及黑色页岩的分布有明显的规律（图1）。~13.8亿年大火成岩省广泛分布在北美、格陵兰、西伯利亚、波罗地、非洲、南极等大陆上；而同期的黑色页岩在华北及北澳大利亚克拉通广泛分布，在西伯利亚、巴西及印度等克拉通也有分布（图1、图2）。提出了哥伦比亚（奴那）超大陆中这些广泛分布的~13.8亿年黑色页岩可能沉积于连通的大型海相盆地，而不是前人所认为的局部封闭的小盆地。通过~13.8亿年大火成岩省与黑色页岩内火山灰年龄的对比（图3、图4），进一步提出～13.8亿年存在一次与全球性大火成岩省有关的大洋缺氧事件，以此期大火成岩省与黑色页岩为代表的全球性地质事件为中元古代盖层系与延展系提供了精确的界限年龄为1383 Ma。上述研究结果为认识“地球中年期”(“枯燥的10亿年”)大气圈、水圈、生物圈、岩石圈及其协同演化及晚前寒武纪地层断代提供了重要依据及新思路，也挑战了目前国际上流行的Canfield中-新元古代“长期硫化缺氧”的海洋模型及“地球中年期”大气圈、水圈、生物圈、岩石圈静滞演化的概念。另外，由于华北克拉通下马岭组及北澳大利亚Velkerri组黑色页岩均富含页岩气等资源，研究结果对于认识中元古代黑色页岩内油气资源潜力及其成因也有重要意义。研究成果在2018年11月以“A temporal and causal link between ca. 1380 Ma large igneous provinces and black shales: Implications for the Mesoproterozoic time-scale and paleoenvironment”为题发表在国际知名刊物Geology上。

图1 哥伦比亚（奴那）超大陆重建图中13.8亿年大火成岩省及黑色页岩的分布

图2 华北克拉通下马岭组及北澳大利亚克拉通Velkerri组地层柱及对比

图3 下马岭组黑色页岩内火山灰（斑脱岩）夹层

图4   13.8亿年大火成岩省与下马岭组黑色页岩内火山灰年龄对比图

2) 华北克拉通北部燕辽基性大火成岩省研究取得重要进展

    张拴宏研究员研究团队通过对华北克拉通北部燕辽地区40多条剖面，限定了辉绿岩床的累计厚度为50~1800米。对新获得及前人发表的18个侵入到下马岭组、雾迷山组、高于庄组及铁岭组内辉绿岩样品的斜锆石207Pb/206Pb年龄统计结果表明，这些岩床的侵位年龄变化于13.3至13.0亿年，其峰期年龄为13.2亿年，表明燕辽地区大规模辉绿岩床的侵位发生在13.2亿年左右。地球化学分析结果显示，燕辽辉绿岩具有板内拉斑质地球化学特征。因此，燕辽地区侵位到中元古代沉积地层内的辉绿岩床构成了一个基性大火成岩省，被命名为燕辽大火成岩省（Yanliao large igneous province）。由于下马岭组与长龙山组为平行不整合接触并广泛发育底砾岩，燕辽基性大火成岩省的形成伴随有前岩浆期区域性抬升，抬升起始的时限为13.5~13.4亿年（即下马岭组顶界年龄）。燕辽基性大火成岩省及相伴的区域性抬升的确定为认识华北克拉通在哥伦比亚（奴那）超大陆中的位置及其演化提供了重要依据。

在全球已经报道的大火成岩省中，燕辽基性大火成岩省在形成时代、产状、岩性组成及地球化学特征方面均可以与北澳大利亚McArthur盆地内13.2亿年代Derim Derim-Galiwinku基性大火成岩省相对比，并且这两个地区中元古代沉积地层也非常相似，特别是岩床侵入的最顶部层位均为一套以黑色页岩为主的沉积组合（燕辽的下马岭组及北澳大利亚的Roper群）。这种相似性特征说明，在哥伦比亚（奴那）超大陆重建中，华北克拉通北东部与北澳大利亚克拉通北部是相邻的，而燕辽及Derim Derim-Galiwinku大火成岩省可能属于一个被大陆裂解所分开的统一的大火成岩省。这一重建方案也得到了前人古地磁结果的支持。以13.2亿年基性大火成岩省为标志，华北克拉通从哥伦比亚超大陆发生了裂解，燕辽基性大火成岩省与Derim Derim-Galiwinku基性大火成岩省相分离。

上述研究成果发表在国际著名刊物地球与行星科学通讯上（Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Xian-Hua Li, R.E. Ernst, Zhen-Yu Yang, 2017. The 1.33–1.30 Ga Yanliao large igneous province in the North China Craton: Implications for reconstruction of the Nuna (Columbia) supercontinent, and specifically with the North Australian Craton. Earth and Planetary Science Letters. 465: 112–125）。

3) 白云鄂博火成碳酸岩及稀土矿化时代与成因研究取得重要进展

张拴宏研究员研究团队经过多年尝试，并通过改进传统的选样方法，成功地从白云鄂博富稀土-Nb火成碳酸岩中分选出了大量的同岩浆期结晶的锆石，获得了均一的208Pb/232Th年龄为1301±12 Ma。在这些锆石中除包含有火成碳酸岩典型矿物(如碱性角闪石、白云石、方解石、金云母等)外，还有富稀土-Nb的矿物包体(富铈烧绿石)。白云鄂博火成碳酸岩及稀土矿化的形成时代与华北北缘13.3~13.0亿年燕辽大火成岩省相接近，其形成可能与华北克拉通北缘从哥伦比亚超大陆的裂解有关。这一新的研究成果为认识白云鄂博超大型稀土矿床的成因、时代及构造背景提供了重要依据，对矿区深部及外围矿产资源勘查也有重要的参考价值。

该研究成果发表在国际著名刊物前寒武纪研究上（Shuan-Hong Zhang, Yue Zhao, Yongsheng Liu, 2017. A precise zircon Th-Pb age of carbonatite sills from the world’s largest Bayan Obo deposit: implications for timing and genesis of REE-Nb mineralization. Precambrian Research. 291: 202–219）。

4) 白云鄂博火成碳酸岩中发现接触交代成因的斜锆石

张拴宏研究员研究团队在开展白云鄂博矿区富稀土-Nb火成碳酸岩年代学研究过程中，经过对传统选样方法的改进，成功地从白云鄂博矿区东侧靠近晚古生代花岗岩接触带附近3个富稀土-Nb火成碳酸岩样品中分选出了斜锆石。对这些斜锆石离子探针（SIMS）及激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）U-Pb测年结果获得的结晶年龄为310~270 Ma，这一结晶年龄与白云鄂博火成碳酸岩侵位年龄（~1300 Ma）完全不同，而与附近花岗岩体的结晶年龄相接近。电子探针分析结果表明，在这些锆石中除包含有金云母、磷灰石、磁铁矿及铈褐钇钶矿外，还见有大量硅镁石的矿物包体。背散射及电子探针分析结果显示在部分斜锆石颗粒中还存在有与其共生的锆石。由于硅镁石是典型的接触交代矿物，这些斜锆石的测年结果及包体组成表明它们不是从火成碳酸岩岩浆中结晶出来的，而是接触交代成因的，代表了火成碳酸岩中发现的一种新的斜锆石类型。通过对富稀土-Nb火成碳酸岩中矿物组合及前人发表资料的综合分析，提出了这些斜锆石形成于晚古生代花岗岩侵位过程中已有锆石与白云石的交代反应，或者是矽卡岩化中某些阶段贫硅流体结晶的产物。这是世界上首例在火成碳酸岩中发现的交代成因的斜锆石，对于认识受到接触交代影响的火成碳酸岩中斜锆石的成因机制及白云鄂博矿床的后期改造作用具有重要科学意义。

发表相关的SCI科学论文9篇（其中7篇为国际SCI论文）。

1)  Zhang SH, Ernst RE, Pei JL, Zhao Y, Zhou MF, Hu GH. A temporal and causal link between ca. 1380 Ma large igneous provinces and black shales: Implications for the Mesoproterozoic time scale and paleoenvironment. Geology, 2018, 46(11), 963-966.

2)  张拴宏,赵越. 2018. 华北克拉通北部13.3-13.0亿年基性大火成岩省与稀土-铌成矿事件. 地学前缘. 25(5): 34–50.

3)  Zhang S H, Zhao Y, Li X H, et al. The 1.33–1.30 Ga Yanliao large igneous province in the North China Craton: Implications for reconstruction of the Nuna (Columbia) supercontinent, and specifically with the North Australian Craton[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2017, 465:112-125.

4)  Zhang S H, Zhao Y, Liu Y. A precise zircon Th-Pb age of carbonatite sills from the world's largest Bayan Obo deposit: Implications for timing and genesis of REE-Nb mineralization[J]. Precambrian Research, 2017, 291:202-219.

5)  Zhang Shuan-Hong, Zhao Yue, Li Qiu-Li, Hu Zhao-Chu, Chen Zhen-Yu, 2017. First identification of baddeleyite related/linked to contact metamorphism from carbonatites in the world’s largest REE deposit, Bayan Obo in North China Craton. Lithos. 284–285: 654–665.

6)  Zhang Shuan-Hong, Zhao Yue, 2016. Magmatic records of the late Paleoproterozoic to Neoproterozoic extension and rifting events in the North China Craton: A preliminary review. In: Zhai, M., Zhao, Y., Zhao, T. (Eds.), Main Tectonic Events and Metallogeny of the North China Craton. Springer Geology, p. 359–391. DOI: 10.1007/978-981-10-1064-4_14.

7)  Zhang Shuan-Hong, Zhao Yue, Ye Hao, Hu Guo-Hui, 2016. Early Neoproterozoic emplacement of the diabase sill swarms in the Liaodong Peninsula and pre-magmatic uplift of the southeastern North China Craton. Precambrian Research. 272: 203–225.

8)  Zhang, S., Zhao, Y., Ye, H., Liu, J., Hu, Z. Origin and evolution of the Bainaimiao arc belt, implications for crustal growth in the southern Central Asian orogenic belt. Geological Society of America Bulletin, 2014, 126(9–10), 1275-1300.

9)  张拴宏，赵越，叶浩，胡健民，吴飞. 燕辽地区长城系串岭沟组及团山子组沉积时代的新制约. 岩石学报，2013，29(7): 2481-2490.