今天为大家分享地质力学研究所最新研究成果，以下3项科研成果分别为《大火成岩省和黑色页岩对比揭示华北与北澳克拉通18至13亿年期间长期相邻（或相连）》《辽北凡河盆地元古宙地层时代的新厘定及其对大氧化事件的意义》《基于老红砂光释光测年的福建海岸沙丘发育过程新认识》。

1、大火成岩省和黑色页岩对比揭示华北与北澳克拉通18至13亿年期间长期相邻（或相连）

作者：张拴宏

地质历史上两个或多个大陆的连接（或相邻）关系及连接（或相邻）持续时间，对于超大陆古地理重建、全球成矿带对比及古环境研究均有重要意义。与显生宙不同，前寒武纪大陆由于缺少古生物等重建标志，且后期改造强烈，大火成岩省（地质历史上相对较短时期内形成的、规模宏大且具有板内地球化学特征的基性岩浆活动）在其重建中具有举足轻重的作用。用大火成岩省开展古大陆重建的基本原理是大火成岩省的形成一般受地球深部动力学过程（如地幔柱等）的控制，其地质记录及环境响应可以跨区域分布在不同的大陆上。通过不同大陆基性岩浆事件序列对比，结合岩墙群几何学产状、裂谷盆地内特殊沉积标志层（如大规模黑色页岩沉积、火山灰夹层等）及其它地质事件综合分析，可以开展两个或多个前寒武纪陆块在古大陆中相对位置的重建。

张拴宏研究员团队与加拿大卡尔顿大学Richard E. Ernst教授和澳大利亚北领地地质调查局Tim J. Munson高级地质师合作合作，在系统总结华北与北澳大利亚克拉通18至8亿年大火成岩省（或大规模基性岩浆活动）及大规模黑色页岩时空分布的基础上，特别是通过对北澳大利亚麦克阿瑟盆地钻孔资料的综合分析，结合新的年代学及地球化学数据，发现华北与北澳大利亚克拉通18至13亿年期间大火成岩省及大规模黑色页岩沉积有明显的一致性，但在13亿年之后出现了明显的差别（附图）。其中17.9-17.7亿年、17.3亿年、16.8-16.7亿年和13.2亿年大火成岩省（或大规模基性岩浆活动）在两个克拉通可以精确匹配。在黑色页岩沉积时代方面，华北克拉通的崔庄组、串岭沟组与北澳大利亚Barney Creek组相近；华北克拉通的下马岭组与北澳大利亚克拉通的Velkerri和Kyalla组相似（附图）。古地磁重建结果显示，华北与北澳大利亚克拉通在17.8至13.2亿年期间具有相似的视极移曲线（附图），在13亿年之后出现明显差别，表明这两个克拉通在17.8至13.2亿年期间长期相连（或相邻），在13亿年之后发生裂解分离。

华北与北澳克拉通大火成岩省和黑色页岩对比（左侧）及古地磁重建图（右侧）

　　华北与北澳大利亚克拉通大火成岩省和大规模黑色页岩对比结合古地磁重建结果表明，现今距离遥远的华北与北澳大利亚克拉通在18-13亿年长达5亿年期间长期相连（或相邻）。这一研究成果不仅对认识华北及北澳大利亚克拉通在哥伦比亚（奴那）超大陆中的位置及演化具有重要科学意义，也提供了一个通过多学科方法确定前寒武纪克拉通亲缘性及连接关系的范例。论文发表在国家自然科学基金委员会主办的新英文刊物Fundamental Research上 (Shuan-Hong Zhang, Richard E. Ernst, Tim J. Munson, Junling Pei, Guohui Hu, Jian-Min Liu, Qi-Qi Zhang, Yu-Hang Cai, Yue Zhao. 2022. Comparisons of the Paleo-Mesoproterozoic large igneous provinces and black shales in the North China and North Australian cratons. Fundamental Research. 2(1): 84–100. DOI: 10.1016/j.fmre.2021.10.009)。

　　本项目研究工作受国家自然科学基金委员会杰出青年基金项目（41725011）和国际(地区)合作与交流项目（41920104004）资助。

2、辽北凡河盆地元古宙地层时代的新厘定及其对大氧化事件的意义

作者：蔡瑜杭 张拴宏

古元古代时期的大氧化事件（Great Oxidation Event, GOE，开始于24.3亿年或23.3~23.2亿年，结束于20.6亿年）和洛马贡迪—贾图利碳同位素正漂移事件（Lomagundi-Jatuli Event, LJE，开始于22.2亿年，结束于20.6亿年）是地球演化历史上表生环境发生显著变化的重要事件。这两次事件在全球主要古老克拉通（如南非、西澳、北美、南美及波罗地等）上均有对应地质及海洋碳酸盐岩碳同位素强烈正漂移的记录。由于华北克拉通古元古代地层在20~18亿年普遍遭受了变质作用的改造，目前在华北克拉通上已确定的GOE和LJE记录非常稀少，极大地制约了GOE和LJE事件的全球对比。

　　在华北克拉通东北部的辽北凡河盆地发育有一套弱变质的元古宙地层，前人将其称之为凡河群，并认为这套地层沉积于中-新元古代。凡河群主要由碎屑岩、碳酸盐岩和少量基性火山岩组成，呈角度不整合覆盖于华北克拉通东北部龙岗地块太古宙结晶基底之上，总厚度约8000米。前人的研究发现凡河群下部的关门山组白云岩或白云质大理岩中记录有约5 ‰的碳同位素(δ13Ccarb)正异常现象，提出这些碳同位素正漂移可能是LJE在华北克拉通的地质记录，但这一推测与前人认为凡河群属于中-新元古代地层的认识相矛盾，导致了关门山组碳酸盐岩中碳同位素(δ13Ccarb)正异常的成因及意义长期存疑。

　　中国地质科学院地质力学研究所博士生蔡瑜杭和导师张拴宏研究员等通过锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，获得了侵入到关门山组白云岩中辉绿岩床的侵位年龄为20.6亿年左右（2065±20 Ma和2062±22 Ma）；获得了凡河群底部大迫山组最年轻碎屑锆石207Pb/206Pb加权平均年龄为2199±19 Ma。考虑到凡河群下部大迫山组、康庄子组、关门山组和佟家街组各组之间均是整合接触，将这四个组的沉积时代限定在2200 Ma至2060 Ma之间，即古元古代层侵纪（附图1），而非前人所认为的中元古代。这些新的年龄约束确定了凡河群下部地层是GOE和LJE在华北克拉通可靠的沉积记录。由于凡河群位于太古宙龙岗地块而非古元古代造山带上，变质程度较低，沉积厚度较大，因此是华北克拉通开展GOE和LJE研究的最理想地层层位。新的研究成果对开展华北克拉通不同地区及其与全球其它克拉通古元古代地层对比也有重要科学意义。研究成果发表在国际SCI刊物《前寒武纪研究》上（Yu-Hang Cai, Shuan-Hong Zhang*, Yue Zhao, Guo-Hui Hu, Qi-Qi Zhang, Jun-Ling Pei. 2022. Ages of the Proterozoic strata in Fanhe Basin revisited: Implications for geological records of the Great Oxidation Event in the North China Craton. Precambrian Research. 368: 106466）。

　　本研究成果受国家自然科学基金委员会杰出青年基金项目（41725011）和国际(地区)合作与交流项目（41920104004）资助。

辽北凡河盆地元古宙地层柱及沉积时代新厘定

3、基于老红砂光释光测年的福建海岸沙丘发育过程新认识

作者：吕同艳

老红砂是一种红色、棕红色、淡红棕色和暗黄橙色为主的半胶结中细砂产物，多发育在热带、亚热带地区，被认为是高温潮湿环境中的特殊产物，被认为是一种良好的记录海岸变迁和海平面波动的第四纪沉积物。我国的老红砂主要分布在闽东南和粤东等沿海地区，其成因、形成年代、发育过程等一直是第四纪研究的热点问题。尽管不少学者在这些方面已取得了一定的研究进展，但是关于老红砂的发育过程与海平面波动的关系始终存有争议。

　　地质力学研究所吕同艳团队联合中国科学院地质与地球物理研究所孙继敏研究员，聚焦我国东南部老红砂的年代和发育过程，主要开展了福建海坛岛青峰剖面、君山剖面的老红砂中石英和钾长石的OSL测年（图1）。研究结果表明，老红砂主要发育三个期次，分别是9-6 ka（主要对应MIS 1）、50-26 ka（MIS 3）、110-74 ka（MIS 5）（图2）。通过对比区域上沙丘的记录和全球海平面波动情况，以及22个OSL测年结果，他们认为老红砂通常发育在间冰期或者间冰阶对应的高海平面阶段，而不是之前学者们普遍认为的低海平面期（图3）。他们提出的概念模型认为在低海平面（与现今海平面对比）时期，累积的海岸沙丘因高度较低，容易被后期的海侵所破坏，不易保留；相反，高海平面时期，风成砂可以搬运至更高的高度，从而保留下来（图4）。福建老红砂的发育过程主要与高海平面时期的风砂沉积有关。

图1 福建青峰剖面（a-c）和君山剖面(d-f)采样位置

图2 青峰剖面和君山剖面老红砂的OSL年龄

图3 OSL年龄、全球海平面变化曲线及深海氧同位素阶段的对比图

图4 福建老红砂发育的概念模型

该项研究成果对福建老红砂的发育年代和发育过程的提供了新的数据支撑和新认识，具有突破性意义。该成果发表于国际知名刊物Paleogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology上。该项研究得到了国家自然科学基金（项目编号41877443和41888101）、中国科学院战略优先研究计划（XDA20070202）、中国地质调查项目（项目编号DD20190306和DD20221644）的资助。

信息来源于中国地质科学院地质力学研究所网站

http://www.igm.cgs.gov.cn/cgkx_2906/202207/t20220726_708660.html