超大陆的形成、演化与裂解一直是国际地学界的研究热点之一。这是因为超大陆的研究不仅可以了解地球板块的构造演化历史,而且可为地球古环境、古气候、古生物,甚至地球内部动力学过程的演变提供丰富的指导意义。纵观目前的研究进展,晚古生代-早中生代的Pangea超大陆研究是比较成熟和深入的;相比之下,对于古元古-中元古代Columbia超大陆的相关研究,目前却处于比较初步的阶段。具体来说,地学界对组成它的各克拉通的古地理位置及其演化尚未达成统一意见,尤其是华北克拉通的位置争议更大。基于目前的研究现状,本研究一方面开展了古地磁研究,即在前人对华北克拉通的元古代古地磁研究基础上,进一步获取新的古地磁极,以便对它的古地理位置提供新的约束。另一方面,考虑到岩墙群的广泛侵位是Columbia超大陆演化时期各克拉通共同具有的地质现象,也为华北克拉通所具有。因此了解岩墙群侵位的构造环境可以为华北克拉通如何参与Columbia超大陆的重建提供更加丰富的信息。本研究拟借助磁组构分析这一手段来提供新的证据。因此本研究工作分为两大项即古地磁极的获取与磁组构的系统分析。
首先,本项研究获得了两个古地磁结果。一个是从1.77Ga的基性岩墙群中获得:研究在丰镇地区分布13个采点,阜平地区分布2个。这15个采点的古地磁方向与Halls et al.(2000)的结果一致,结合该文的古地磁结果共同讨论后得到最终的统计结果为D=37.1°,I=-3.7°,α95=2.6°,对应的古地磁极为λ=36.0°N,ψ=245.2°E,A95=2.0°。另外一个是从经过精确定年的中元古代基性岩床中获得。野外观测与磁组构证据表明该岩床分别顺层侵位至华北北部河北与辽宁的下马岭组与雾迷山组地层中。Zhang et al.(2009)对该岩床进行了精确的锆石和斜锆石207Pb/206Pb年代学研究,结果分别为1345±12Ma,1352±14Ma。经过系统的热退磁方法,本研究成功从18个采点中获得了特征剩磁方向。地层校正后平均方向为D=294.4°,I=-31.7°,α95=4.3°。岩石磁学结果,光学显微镜和扫描电镜的观察结果共同表明岩床中的主要磁性矿物为中等颗粒大小的贫钛磁铁矿。Day图投影揭示磁性颗粒粒径为PSD(假单畴)区间。岩床的古地磁方向在86.2%±4.2%的置信水平上通过了Watson and Enking(1993)的褶皱检验。正的褶皱检验和新鲜的岩石矿物组构表明该古地磁数据为原生古地磁结果。进一步地,本研究根据新建立的华北克拉通1.8-1.35Ga视极移曲线与劳伦、波罗的、西伯利亚、印度的视极移曲线对比,表明华北克拉通在该时期一直是Columbia超大陆的一个部分,华北克拉通与其他克拉通的分离可能发生在1.35Ga之后。同时在Columbia超大陆期间,华北很可能与印度和西伯利亚相连,但还需要进一步的工作来证实。
另一项研究区域主要集中在内蒙丰镇、山西吕梁与河北阜平地区。磁化率随温度变化曲线表明这三个地区岩墙的磁性矿物皆为磁铁矿。磁滞回线、等温剩磁获得曲线,Day图结果表明丰镇地区磁铁矿颗粒最粗,河北阜平地区的磁铁矿颗粒次之,吕梁地区的颗粒最细。磁组构的实验发现丰镇地区和阜平地区岩墙的磁组构椭球以压扁状为主,山西吕梁岩墙磁组构椭球则以拉长状为主。丰镇和吕梁地区的岩墙磁组构各向异性度主要集中在1-1.08之间,阜平地区的岩墙磁组构各向异性度则分布在1-1.12之间。岩墙两侧最大磁化率主轴方向与岩墙走向的叠瓦状夹角表明阜平地区岩墙为自南向北流动;吕梁地区为自东向西流动。从磁化率最大主轴随区域的变化趋势来看,阜平地区的最大磁化率主轴总体上为近垂直状态,丰镇地区最大磁化率主轴总体上为近水平走向,吕梁地区的最大磁化率主轴则介于水平与垂直状态之间。综上本研究推断阜平岩墙离岩浆源位置最近,丰镇离岩浆源位置最远。据此推断这期古元古代岩墙群在华北克拉通的侵位很有可能与中央造山带后期伸展作用有关——后期造山带的垮塌导致岩浆在以阜平地区为代表的中央造山带内部垂直上涌,并在吕梁地区和丰镇地区分别转为低角度流动和水平流动。华北克拉通中部在1.78Ga时处于Columbia超大陆汇聚之后的应力伸展环境。