Research Article| June 01, 2006 Widespread Archean basement beneath the Yangtze craton Jianping Zheng; Jianping Zheng 1State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China, and GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Search for other works by this author on: GSW Google Scholar W.L. Griffin; W.L. Griffin 2GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia, and CSIRO Exploration and Mining, North Ryde, NSW 2113, Australia Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Suzanne Y. O'Reilly; Suzanne Y. O'Reilly 3GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Ming Zhang; Ming Zhang 3GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Norman Pearson; Norman Pearson 3GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Yuanming Pan Yuanming Pan 4Department of Geological Sciences, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5E2, Canada Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Jianping Zheng 1State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China, and GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia W.L. Griffin 2GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia, and CSIRO Exploration and Mining, North Ryde, NSW 2113, Australia Suzanne Y. O'Reilly 3GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Ming Zhang 3GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Norman Pearson 3GEMOC ARC National Key Centre, Department of Earth and Planetary Sciences, Macquarie University, NSW 2109, Australia Yuanming Pan 4Department of Geological Sciences, University of Saskatchewan, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5E2, Canada Publisher: Geological Society of America Received: 07 Oct 2005 Revision Received: 23 Dec 2005 Accepted: 28 Dec 2005 First Online: 09 Mar 2017 Online ISSN: 1943-2682 Print ISSN: 0091-7613 The Geological Society of America, Inc. Geology (2006) 34 (6): 417–420. https://doi.org/10.1130/G22282.1 Article history Received: 07 Oct 2005 Revision Received: 23 Dec 2005 Accepted: 28 Dec 2005 First Online: 09 Mar 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn Email Permissions Search Site Citation Jianping Zheng, W.L. Griffin, Suzanne Y. O'Reilly, Ming Zhang, Norman Pearson, Yuanming Pan; Widespread Archean basement beneath the Yangtze craton. Geology 2006;; 34 (6): 417–420. doi: https://doi.org/10.1130/G22282.1 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGeology Search Advanced Search Abstract The age distribution of the crust is a fundamental parameter in modeling continental evolution and the rate of crustal accretion through Earth's history, but this is usually estimated from surface exposures. The exposed Yangtze craton in eastern China consists mainly of Proterozoic rocks with rare Archean outcrops. However, the U-Pb ages and Hf isotope systematics of xenocrystic zircons brought to the surface in lamproite diatremes from three Proterozoic outcrop areas of the craton suggest the widespread presence of unexposed Archean basement, with zircon age populations of 2900–2800 Ma and 2600– 2500 Ma and Hf model ages of 2.6 to ca. 3.5 Ga or older. The zircons also record thermal events reworked on the craton ca. 2020 Ma (remelting of older crust) and 1000–850 Ma (addition of juvenile mantle material). The observation of deep crust significantly older than the upper crust will require revision of models for the rates of crustal generation through time. You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.

Lithospheric thinning beneath the eastern North China Craton is widely recognized, but the mechanism and timing of the thinning are contentious. New data on peridotitic xenoliths from the Cretaceous (∼100 Ma) Fuxin basalts at the northern edge of the craton have been integrated with data from other localities across the craton, to provide an overview of the processes involved. The Fuxin peridotite xenoliths can be subdivided into three types, which can also be recognized in other xenolith suites across the craton. The dominant Type 1, lherzolites with olivine Mg# ∼90, represents fertile mantle (5–12% partial-melt extraction) that makes up much of the Late Mesozoic–Cenozoic lithosphere beneath the craton. Type 2 consists of magnesian (olivine Mg# >92) harzburgites, interpreted as shallow relics of the Archean cratonic mantle. Type 3, minor lherzolite xenoliths with olivine Mg# ∼86 reflect the interaction of the lithosphere with magmas similar to the host basalts. In-situ Re–Os data on sulfides in xenoliths from Hebi (4 Ma, interior of the craton) and Hannuoba (22 Ma, northern edge of the Trans-North China Orogen within the craton) basalts give model ages of 3.1–3.0, 2.5, 2.2–2.1, 1.4 and 0.8 Ga, These correspond to the U–Pb ages of zircons from early Mesozoic (178 Ma) peridotitic xenoliths at the southern margin of the craton, and record events during which the Archean lithospheric mantle was modified. The dominance of fertile peridotite xenoliths in the 100 Ma Fuxin basalts indicates that the mantle replacement beneath the eastern North China Craton at least partly took place before that time. The regional synthesis suggests that Mesozoic–Cenozoic lithospheric thinning and mantle replacement was heterogeneously distributed across the North China Craton in space and time. Lateral spreading of the lithosphere, accompanied by asthenospheric upwelling and melt–peridotite interaction, is the most probable mechanism for the lithospheric thinning beneath the eastern part of the craton. Subsequent cooling of the upwelled asthenosphere caused some re-thickening of the lithosphere; this overall more fertile and hence denser lithosphere resulted in widespread basin formation.

Whether plate subduction or mantle plume activity dominated the formation of the Archean crust is hotly debated. Neoarchean crust-mantle interaction and crustal evolution are instructive for researching continental crustal growth and reworking, and cratonic evolution processes. The Jiaoliao microblock contains abundant Archean rocks and is the largest and oldest microblock in the eastern part of the North China Craton. We present new data of the petrology, geochemistry, and geochronology of amphibolite enclaves in Neoarchean granitoids and amphibolite lenticles in Neoarchean supracrustal rocks from the western Jiaoliao microblock in eastern Hebei. Bulk rock composition indicates low to moderate SiO2 (45.2–56.6 wt%) and high MgO (Mg# = 0.44–0.75) contents, depletion in high field strength elements (Nb, Ta, Zr, Hf) and enrichment in light rare earth elements (Rb, Ba). The protoliths were calc-alkaline gabbros and gabbroic diorites with LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of 2554–2482 Ma, positive zircon εHf(t) values of +1.64 to +5.45, and TDM1 model ages peaking at ca. 2.7 Ga. They were derived from partial melting of lithospheric mantles that were subsequently enriched by different degrees of slab-derived fluids and sedimentary melts. Subsequent amphibolite-facies metamorphism affected these intrusive rocks, suggested by mineral assemblages of magnesio-hornblende, plagioclase (An = 1–30), magnesian biotite with minor edenite, and phlogopite. We conduct a comparative analysis of the four main crystalline basements in eastern Hebei, northern Liaoning, eastern Shandong, and western Shandong within and around the Jiaoliao microblock. The main body of the Jiaoliao microblock is suggested to be located in eastern Hebei - northern Liaoning - eastern Shandong and the formation of the microblock from the Mesoarchean to early Paleoproterozoic can be divided into three stages, including the crustal growth and reworking at 3.17–2.85 Ga, the mantle plume activity restricted in Shandong at 2.77–2.60 Ga, and the subduction and accretion at 2.78–2.45 Ga. The late Neoarchean arc-related magmatism in northern Liaoning, eastern Hebei, eastern Shandong, and western Shandong indicates the subduction of oceanic crust beneath the western margin of the Jiaoliao microblock, which is like the modern plate tectonics regime.

The juvenile and moderate refractory mantle beneath the circum-cratonic orogenic belt is traditionally believed to be hotter and thinner than the ancient refractory cratonic mantle; it is thus more unstable and subject to modification by melts/fluids. Understanding these modification processes would help to elucidate the evolution of Earth’s continents. Peridotite xenoliths carried by the Tuoyun Cenozoic lamprophyre from the southwestern Tianshan belt show evidence of widespread multistage melt/fluid modification of the unstable circum-cratonic orogenic belt mantle. Tuoyun peridotites mainly consist of moderately refractory to fertile lherzolites (Mg# in Ol: 85.5−90.7; Cr# in Sp: 12.7−26.5) and show strong mechanical modification. They can be divided into four groups (A, B, C1, and C2) based on petrography and mineral chemistry. Group A lherzolites show relatively high basaltic components (Al2O3, CaO, TiO2, and FeO) and are enriched in large ion lithophile elements (LILEs) and rare earth elements (REEs), which indicates melt-peridotite reaction processes at high melt/rock ratios. The high modal pyroxene content in Group A suggests that the addition of high-Si melts caused the transition from olivine to pyroxene. Group B lherzolites show high modal pyroxene but relatively depleted incompatible elements, which should be superimposed by later melt extraction. Comparatively, Group C lherzolites exhibit higher modal olivine but lower basaltic components. The clinopyroxene cores of Group C1 are characterized by high (La/Yb)N and low Ti/Eu content, negative high field strength element (HFSE) anomalies, and relatively high 87Sr/86Sr ratios (cores: 0.70331−0.70457), which suggest metasomatism by carbonatite melts originating from recycled sedimentary carbonate. The Group C1 clinopyroxene (spongy rims) and Group C2 clinopyroxene (cores and spongy rims) have positive Sr anomalies, depleted HFSEs, and spoon-shaped REE patterns, which suggest modification by evolved small-volume and volatile-rich silicate melts. In addition, the melt pockets around spinels and the reactive zones of pyroxenes near the lamprophyre reveal the recent incongruent dissolution induced by the host rock. Based on our research and previously reported geological data, we propose that the high-Si melts and carbonatite melts are the products of dehydration and partial melting of the Paleo-Asian oceanic crust, and lithospheric delamination and fracturing (e.g., the Talas-Fergana strike-slip fault) provided the opportunity for small-volume and volatile-rich silicate melts and basaltic melts to modify the peridotites. Multistage melts/fluids and the deformation process are the protagonists in the evolutionary process of the circum-cratonic lithospheric mantle, with important implications for mantle destabilization and multilayered interaction.