虎峪沟长城系底部富硅火山岩、火山碎屑岩及其中富铁钛熔体包裹体的发现OA北大核心CSTPCD

元古宙是地球演化的关键时期,对该时期岩石记录的研究为理解前寒武纪地球演化提供了重要依据。对岩石成因的正确解读是岩石大地构造研究的基础,也是基于岩石记录揭示地球环境变化的前提。华北克拉通长城系底部普遍发育一套富硅的层状岩石,被认为是一套由裂谷沉积形成的海相石英砂岩和硅质岩浅变质而成。本文以北京昌平虎峪沟出露的长城系底部常州沟组富硅层状岩石为研究对象,通过详细的野外地质观察,典型样品的岩矿相、SEM/EDS(扫描电镜/X射线能谱)分析、CL(显微阴极发光)成像分析、石英原位LA-ICP-MS(电感耦合等离子质谱)分析以及石英中熔体包裹体的岩相学、显微测温、马弗炉加温-淬火实验和包裹体成分的SEM/EDS、EPMA(电子探针)、LRM(显微激光拉曼光谱)分析等,提出了长城系底部富硅层状岩石的火山成因新认识。研究结果表明,长城系底部富硅层状岩石包括碎屑结构(前人定义的石英砂岩)和镶嵌结构(前人定义的石英岩)两类,其矿物组成主要为石英和钾长石,另外还含有少量锆石、金红石等。碎屑结构岩石中石英、钾长石碎屑可见棱角-次棱角状,且钾长石未见黏土化的边缘。两类岩石中石英的CL多显示蓝紫色的发光特征。另外,据石英钛饱和温度计估算的形成温度集中在550~650℃之间,也显示了高温石英的特征。两类岩石中的石英和钾长石中均发育有富铁钛的两相熔体包裹体。熔体包裹体显微测温结果表明,熔体包裹体在加温过程中至1000℃后,不混溶两相的成分持续变化,并在1050℃发生颜色深浅的反转,在约1350℃左右临界均一。马弗炉加温淬火实验也证实,在加温至1350℃淬火后的样品中的两相熔体包裹体发生了均一。SEM/EDS和EPMA结果表明,熔体包裹体的主要成分为铁、钛的氧化物,暗色部分相对富铁,而浅色部分相对富钛,熔体包裹体两相的Fe/Ti值变化较大。LRM分析结果表明,熔体包裹体的两相均为非晶质。综合岩石的结构特征、石英的CL发光特征、石英的形成温度估算和石英中熔体包裹体的显微测温结果等,笔者认为,长城系底部的富硅层状岩石应为富硅的火山岩和火山碎屑岩,表明古元古代华北克拉通曾存在与哥伦比亚超大陆裂解有关的大规模富硅火山活动。这一发现为华北克拉通元古宙地质演化提供了新证据。石英中富铁钛熔体包裹体的发现也为解释前寒武纪岩浆成因铁矿床、铁钛矿床的形成,特别是岩浆过程中铁、钛的富集机理提供了新的思路。