Phanerozoic multiple underplatings beneath the north margin of the North China Craton and the implications for tectono-magmatism and deep dynamics

doi:10.13745/j.esf.sf.2020.6.41

Abstract

Abstract:

Based on the study of underplating activities beneath the north margin of the North China Craton (NCC) in the Early Permian (P₁), Late Triassic (T₃), Early Jurassic (J₁) and Early Cretaceous (K₁), we demonstrated here that the reactivation of the NCC is caused by diapiric upwelling of deep lithospheric mantle. As revealed by comparative research, underplating in each stage shows difference and variation in its magma source depth, relationship to the tectonic framework, contribution to the vertical crustal accretion, and impulse upwelling of mantle magma, indicating a series of step by step continuous deep-seated thermal evolutionary processes and its dynamic mechanism is the deep high heat flux and upward migration of mantle materials. Mantle material upwelling must accompanied by a lithospheric structural change in mantle diapir uplift. Through discussion on the formation mechanism of the Mesozoic North China basin-range system, we suggest that the current upwelling characteristics of mantle diapirs, revealed by high resolution surface wave tomography in this area, could reflect the deep settings of the Mesozoic lithospheric intrusion.

Key words: north margin of the North China Craton, Phanerozoic, underplating, diapiric upwelling of mantle

CLC Number:

SHAO Ji'an, ZHOU Xinhua, ZHANG Lüqiao. Phanerozoic multiple underplatings beneath the north margin of the North China Craton and the implications for tectono-magmatism and deep dynamics[J]. Earth Science Frontiers, 2020, 27(4): 124-134.

Figures/Tables 6

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时间	底侵作用年代/Ma	资料来源	相关的岩浆活动年代^*/Ma
第四期底侵晚中生代,峰期120 Ma K₁	(1)汉诺坝富含石榴石麻粒岩捕虏体(134~86) (2)汉诺坝镁铁质麻粒岩和堆晶岩捕虏体(129~90) (3)汉诺坝新生代玄武岩中麻粒岩捕虏体(140~120) (4)阜新碱锅K₁末玄武岩中麻粒岩捕虏体(120~90) (5)四子王旗K₁末钾玄岩中麻粒岩捕虏体(138~116)	[16] [17] [18] [19] [20]	京北双峰式岩墙群124~120;喀喇沁橄榄云煌岩124;阜新玻基方辉安山岩116;四子王旗钾玄岩系128~108;阜新碱锅碱性玄武岩106;喀喇沁—张宣热隆130~110
第三期底侵晚中生代,峰期180 Ma J₁	(1)张北集砂坝新生代玄武岩中辉石岩捕虏体(178,175) (2)汉诺坝玄武岩中镁铁质和长英质麻粒岩捕虏体(198,192) (3)大麻坪辉石岩包体(180),长英质麻粒岩包体(180~177)	[21] [21] [22]	宣化—京西—承德—平泉—北票早侏罗世大陆板内玄武岩及粗安岩188
第二期底侵早中生代,峰期230 Ma T₃	(1)林东骆驼场橄辉岩-辉长岩堆晶岩(224) (2)内蒙古宁城—喀喇沁堆晶岩捕虏体(237~224) (3)喀喇沁田家营子橄榄石辉石岩堆晶岩捕虏体(229) (4)河北矾山辉石岩-辉石正长岩(248~218) (5)宁城河南营子辉石麻粒岩捕虏体(251~230) (6)汉诺坝麻粒岩和辉石堆晶岩捕虏体(220~210)	[23] [14] [14] [24] [25] [17]	林西八楞山辉长岩228;大同碳酸岩、煌斑岩229~224^[26];包头—吉东NEE走向碱性岩带^[27];赤峰柴胡栏子基性岩墙群225^[13];凌源辉石安山岩230 Ma^[28];锡林浩特玄武安山岩251~214^[29]
第一期底侵晚古生代,峰期280 Ma P₁	(1)承德—丰宁含黄长石的堆晶杂岩带(300~280) (2)赤峰柴胡栏子二辉麻粒岩捕虏体(262) (3)乌拉特中旗克布闪长岩(291) (4)乌拉特中旗北七哥陶堆晶橄榄辉长岩(269) (5)乌拉特中旗克布堆晶斜长方辉橄榄岩(258) (6)武川县辉长苏长岩-角闪岩-闪长岩-二长花岗岩(282) (7)白云鄂博巴音珠日和角闪辉长岩(267) (8)白云鄂博呼和恩格尔堆晶成因角闪辉长岩(287) (9)固阳堆晶成因的辉长-闪长岩(282~278) (10)乌拉特后旗额布图含镍矿的橄辉岩-辉石岩(294) (11)宽城孤山子结晶分异的含矿辉石岩,角闪石岩(274) (12)汉诺坝新生代玄武岩中麻粒岩捕虏体(294)	[30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [21]	华北克拉通北缘含矿基性-超基性岩带的闪长质岩石279~88^[41] 底侵作用形成的碱性岩及成矿:角闪正长岩271与256^[42];辉长-闪长-花岗质岩石^[43,44];北部造山带的大陆裂谷双峰式火山岩286~277;基性岩墙276;成矿年龄294

时间	底侵作用年代/Ma	资料来源	相关的岩浆活动年代^*/Ma
第四期底侵晚中生代,峰期120 Ma K₁	(1)汉诺坝富含石榴石麻粒岩捕虏体(134~86) (2)汉诺坝镁铁质麻粒岩和堆晶岩捕虏体(129~90) (3)汉诺坝新生代玄武岩中麻粒岩捕虏体(140~120) (4)阜新碱锅K₁末玄武岩中麻粒岩捕虏体(120~90) (5)四子王旗K₁末钾玄岩中麻粒岩捕虏体(138~116)	[16] [17] [18] [19] [20]	京北双峰式岩墙群124~120;喀喇沁橄榄云煌岩124;阜新玻基方辉安山岩116;四子王旗钾玄岩系128~108;阜新碱锅碱性玄武岩106;喀喇沁—张宣热隆130~110
第三期底侵晚中生代,峰期180 Ma J₁	(1)张北集砂坝新生代玄武岩中辉石岩捕虏体(178,175) (2)汉诺坝玄武岩中镁铁质和长英质麻粒岩捕虏体(198,192) (3)大麻坪辉石岩包体(180),长英质麻粒岩包体(180~177)	[21] [21] [22]	宣化—京西—承德—平泉—北票早侏罗世大陆板内玄武岩及粗安岩188
第二期底侵早中生代,峰期230 Ma T₃	(1)林东骆驼场橄辉岩-辉长岩堆晶岩(224) (2)内蒙古宁城—喀喇沁堆晶岩捕虏体(237~224) (3)喀喇沁田家营子橄榄石辉石岩堆晶岩捕虏体(229) (4)河北矾山辉石岩-辉石正长岩(248~218) (5)宁城河南营子辉石麻粒岩捕虏体(251~230) (6)汉诺坝麻粒岩和辉石堆晶岩捕虏体(220~210)	[23] [14] [14] [24] [25] [17]	林西八楞山辉长岩228;大同碳酸岩、煌斑岩229~224^[26];包头—吉东NEE走向碱性岩带^[27];赤峰柴胡栏子基性岩墙群225^[13];凌源辉石安山岩230 Ma^[28];锡林浩特玄武安山岩251~214^[29]
第一期底侵晚古生代,峰期280 Ma P₁	(1)承德—丰宁含黄长石的堆晶杂岩带(300~280) (2)赤峰柴胡栏子二辉麻粒岩捕虏体(262) (3)乌拉特中旗克布闪长岩(291) (4)乌拉特中旗北七哥陶堆晶橄榄辉长岩(269) (5)乌拉特中旗克布堆晶斜长方辉橄榄岩(258) (6)武川县辉长苏长岩-角闪岩-闪长岩-二长花岗岩(282) (7)白云鄂博巴音珠日和角闪辉长岩(267) (8)白云鄂博呼和恩格尔堆晶成因角闪辉长岩(287) (9)固阳堆晶成因的辉长-闪长岩(282~278) (10)乌拉特后旗额布图含镍矿的橄辉岩-辉石岩(294) (11)宽城孤山子结晶分异的含矿辉石岩,角闪石岩(274) (12)汉诺坝新生代玄武岩中麻粒岩捕虏体(294)	[30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [21]	华北克拉通北缘含矿基性-超基性岩带的闪长质岩石279~88^[41] 底侵作用形成的碱性岩及成矿:角闪正长岩271与256^[42];辉长-闪长-花岗质岩石^[43,44];北部造山带的大陆裂谷双峰式火山岩286~277;基性岩墙276;成矿年龄294

地区	同位素年龄	产状特征	岩石组成	主要矿物类型
内蒙古宁城— 喀喇沁	田家营子辉石岩Rb-Sr年龄229 Ma 大营子斜长岩Ar-Ar年龄228 Ma 黑里河苏长岩Ar-Ar年龄232 Ma 打鹿沟辉长岩锆石U-Pb 227 Ma	具韵律结构的层状堆晶岩块被闪长岩(221~218 Ma)捕虏	橄榄辉石岩、二辉石岩、透辉石岩、橄长岩、苏长岩、辉长岩、角闪岩、斜长岩	橄榄石、单斜辉石、斜方辉石,角闪石、普通韭闪石、金云母、中长石、拉长石、金红石、钛铁矿、尖晶石
河北矾山	矾山杂岩Sm-Nd年龄243~239 Ma 矾山杂岩K-Ar年龄248~203 Ma 矾山杂岩Sm-Nd年龄243~239 Ma	环状侵入体,第一期为具韵律结构的层状岩系,第二期与岩浆流动分异作用有关的层状岩系	钾质偏碱性杂岩:辉石岩、黑云母辉石岩、辉石正长岩、钛榴石辉石正长岩、正长岩、火成碳酸岩	富钙单斜辉石、钾长石、富镁黑云母、磷灰石、磁铁矿、黑榴石、钛榴石(TiO₂含量6%~15%,CaO含量>30%)、钡冰长石和锶钡冰长石(BaO含量4.8%~8.1%)
地区	岩石化学特点	稀土元素特征	微量元素特征	同位素组成
内蒙古宁城— 喀喇沁	碱性高钛堆晶岩:高钛、富铁、富碱、贫硅;亚碱性低钛堆晶岩:相对低铁、低碱、高硅	LREE略富集,(La/Yb)_N=2.2~47,且具有明显分馏作用	明显亏损Nb、Ta和Hf,大多数具有Th、Ti、Y和Yb弱负异常。富集大离子亲石元素,低Nb/U比(2~23.5)	I_Sr=0.705 6~0.707 0, ε_Nd(t)=-5.9
河北矾山	贫硅、富铁、富钾(K₂O含量5.46%)、富磷(P₂O₅含量1.31%)	具大斜率线性REE分布模式,ΣREE含量210~3 117 μg·g^-1, (La/Yb)_N=21~123,无Eu异常	富含酸性岩浆特征的Rb、Sr、Ba、P和F,同时又有较高的Cr、Ni、Co和V,类似超钾质熔岩和金伯利岩	I_Sr=0.705 5,ε_Nd(t)=-5.3, δ¹⁸O=6.6‰~7.0‰

地区	同位素年龄	产状特征	岩石组成	主要矿物类型
内蒙古宁城— 喀喇沁	田家营子辉石岩Rb-Sr年龄229 Ma 大营子斜长岩Ar-Ar年龄228 Ma 黑里河苏长岩Ar-Ar年龄232 Ma 打鹿沟辉长岩锆石U-Pb 227 Ma	具韵律结构的层状堆晶岩块被闪长岩(221~218 Ma)捕虏	橄榄辉石岩、二辉石岩、透辉石岩、橄长岩、苏长岩、辉长岩、角闪岩、斜长岩	橄榄石、单斜辉石、斜方辉石,角闪石、普通韭闪石、金云母、中长石、拉长石、金红石、钛铁矿、尖晶石
河北矾山	矾山杂岩Sm-Nd年龄243~239 Ma 矾山杂岩K-Ar年龄248~203 Ma 矾山杂岩Sm-Nd年龄243~239 Ma	环状侵入体,第一期为具韵律结构的层状岩系,第二期与岩浆流动分异作用有关的层状岩系	钾质偏碱性杂岩:辉石岩、黑云母辉石岩、辉石正长岩、钛榴石辉石正长岩、正长岩、火成碳酸岩	富钙单斜辉石、钾长石、富镁黑云母、磷灰石、磁铁矿、黑榴石、钛榴石(TiO₂含量6%~15%,CaO含量>30%)、钡冰长石和锶钡冰长石(BaO含量4.8%~8.1%)
地区	岩石化学特点	稀土元素特征	微量元素特征	同位素组成
内蒙古宁城— 喀喇沁	碱性高钛堆晶岩:高钛、富铁、富碱、贫硅;亚碱性低钛堆晶岩:相对低铁、低碱、高硅	LREE略富集,(La/Yb)_N=2.2~47,且具有明显分馏作用	明显亏损Nb、Ta和Hf,大多数具有Th、Ti、Y和Yb弱负异常。富集大离子亲石元素,低Nb/U比(2~23.5)	I_Sr=0.705 6~0.707 0, ε_Nd(t)=-5.9
河北矾山	贫硅、富铁、富钾(K₂O含量5.46%)、富磷(P₂O₅含量1.31%)	具大斜率线性REE分布模式,ΣREE含量210~3 117 μg·g^-1, (La/Yb)_N=21~123,无Eu异常	富含酸性岩浆特征的Rb、Sr、Ba、P和F,同时又有较高的Cr、Ni、Co和V,类似超钾质熔岩和金伯利岩	I_Sr=0.705 5,ε_Nd(t)=-5.3, δ¹⁸O=6.6‰~7.0‰