华北克拉通东部胶北地体早前寒武纪表壳岩系:研究进展与综述

胶北地体是华北克拉通早前寒武纪基底岩系的代表性出露区,变质表壳岩系在该地体的分布较为普遍。由于这些表壳岩系对探究华北克拉通早前寒武纪地质演化历史、资源和表生环境演化等的重要作用,国内外学者从岩石单元划分、时代框架、变质演化、含矿性及对表生环境演化的启示等多个方面开展了研究工作,并取得很多重要的研究进展。但是由于研究者对这些表壳岩系的岩石单元划分提出了多个不同方案,造成了岩石单元定义不清、使用混乱的情况。对表壳岩的岩石类型、空间分布和时间格架的研究,也存在多种不同意见,其中对古元古代变质沉积岩形成时代的争议最大。本文对不同的岩石单元划分方案进行梳理,总结研究进展,并对研究中存在的问题和争议进行讨论,明确未来研究方向。传统观点认为,胶北地体早前寒武纪表壳岩系包括中太古界唐家庄岩群、新太古界胶东岩群以及古元古界荆山群和粉子山群。本文在综述相关研究进展的基础上,结合地质年代学研究结果和野外地质关系发现:(1)唐家庄岩群和胶东岩群的一部分岩石记录太古宙晚期和古元古代两期变质作用,表明这部分岩石的形成时代应该在新太古代之前,但是目前对两个岩石单元的原岩形成时代尚无明确约束;(2)唐家庄岩群变质级别普遍为麻粒岩相,而胶东岩群岩石大多显示角闪岩相矿物组合;(3)分布于昌邑-莱州一带的含铁岩系原来被划归古元古界粉子山群小宋组,一些学者依据新的定年结果提出小宋组的形成时代应该为新太古代(约2.7~2.5Ga),属于新太古界胶东岩群;(4)古元古代(约2.2~2.1Ga)的花岗岩和辉长岩在胶北地体较为常见,呈现双峰式岩浆特征,在一些地区识别出古元古代岩浆岩与小宋组含铁岩系、荆山群野头组变质沉积岩呈侵入接触关系,暗示两个岩石单元的形成时代应该早于~2.1Ga;(5)从野外产状特征来看,胶北地体唐家庄岩群和胶东岩群的很多变质基性-超基性岩的原岩可能并不是火山岩,而是侵入岩。基于胶北地体古元古代岩浆活动、表壳岩系与其底部岩系的接触关系,并综合考虑其沉积、变质和岩浆活动的时代框架,本文认为胶北地体古元古代表壳岩系形成的构造背景为克拉通伸展盆地,代表华北古元古代活动带在胶北地体的早期响应。虽然关于胶北地体早前寒武纪表壳岩系的研究取得很多进展,但由于多期变质变形的叠加改造,表壳岩原始结构和构造已经被后期变形样式置换,对其岩石单元划分、每个岩石单元的岩石组成、区域对比关系、年代学框架和构造含义等多个方面,仍然存在很多问题和争议有待于深入研究。

皖中浮槎山地区变质表壳岩系的岩层序列

在对皖中浮槎山地区中深变质岩系解体的基础上,据岩性特征、岩石组合、空间分布、相互叠置关系及原岩建造等特征,对变质表壳岩系进行岩层层序划分,分为新太古代—古元古代阚集(岩)群和古元古代肥东(岩)群,并进一步划分了(岩)组、(岩)段。

鄂东北大别杂岩中表壳岩系的多期褶皱

鄂东北大别杂岩中的表壳岩系属于晚太古代层状变质岩系。经详细的褶皱构造解析,识别出四期褶皱变形,主体构造是一大型的RamsayⅡ型叠加褶皱。此外,还识别出二套大型的韧性剪切带,它们在该区构造格架形成过程中起着重要的作用。该研究成果提供了研究大别杂岩构造学和岩石学的一个窗口。

北京密云番字牌一带原“M”地块的主要特征、原岩恢复及时代归属问题初探

介绍了北京密云番字牌一带原“Ｍ”地块的主要特征及其原岩恢复情况，认为该地质体部分属于太古代表壳岩系，部分属于太古代ＴＴＧ岩套，还有部分属于中元古代变质长城系。

鄂北大崎山地区灰色片麻岩的初步研究

大崎山地区灰色片麻岩分布广泛,其中有各式各样的基性包体。片麻岩主要由石英二长质—花岗质,奥长花岗质—花岗质,英云闪长质—花岗质三个系列组成。主要岩性为:黑云二长片麻岩、(黑云)角闪斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩、黑云角闪奥长片麻岩和混合片麻岩等,构成大崎山灰色片麻岩杂岩体。根据大崎山杂岩体的接触关系和地质地球化学特征,笔者认为它们是一套古老的侵入体,侵于2313±137百万年的表壳岩系中,它们是上地幔下地壳物质部分熔融形成的花岗质岩浆上侵地壳的产物。La/Sm—La图解表明,灰色片麻岩既有部分熔融的特征,又有分离结晶的特征,同时在化学上构成完整的钙碱系列。侵入体形成之后,经历了多次的变质、变形以及混合岩化作用,“双峰式”的岩石特征,就是再造作用的产物。

前寒武纪地球动力学(Ⅷ):华北克拉通太古宙末期地壳生长方式

地球早期大陆地壳的生长方式和壳幔动力学机制一直是国际前寒武纪研究的热点问题。尽管太古宙是大陆地壳生长的主要时期已基本获得共识,但是对于太古宙时期地壳生长的具体方式和壳幔动力学过程仍然存在很大的争议。部分学者提出地幔柱或者与拆沉相关的垂向构造体制,而其他学者主张与俯冲相关的侧向增生模式或者地幔柱-岛弧的联合作用体制。研究表明,太古宙末期科马提岩明显减少、富钾花岗质岩石普遍发育、地壳再循环速度显著增强,反映地壳演化的壳幔动力学机制发生了明显的转变。华北克拉通以发育大规模2.5-2.6Ga构造岩浆活动为特征,是探讨太古宙末期地壳生长方式和壳幔动力学机制转变的关键地区。本文系统总结了近些年来华北克拉通东部陆块西北缘早前寒武纪研究的最新进展,特别是对辽西、冀东、辽北和五台地区的新太古代晚期（约2.5-2.6Ga）表壳岩变质火山岩系进行了系统的岩石成因和壳幔作用探讨。研究表明,上述地区的变质铁镁质岩石可以划分为3个岩石成因系列：MORB型、IAT（岛弧拉斑玄武岩）型和CAB（岛弧钙碱性玄武岩）型,它们的原岩分别起源于洋中脊软流圈地幔以及受到不同程度俯冲流体交代的地幔楔的部分熔融。变质安山质-英安质火山岩分别具有类似高镁安山岩和埃达克岩的地球化学特征,它们的原岩形成过程可能与俯冲板片的部分熔融以及板片熔体与地幔楔的相互作用有关。结合整个东部陆块早前寒武纪的研究进展,我们提出华北克拉通在太古宙末期（约2.5和约2.7Ga）经历了强烈的地壳生长过程,其中新太古代早期（约2.7Ga）地壳生长以地幔柱-岛弧联合作用体制为主,而新太古代末期（约2.5-2.6Ga）以洋内俯冲和弧陆增生作用体制占主导地位。新太古代末期与俯冲增生相关的构造岩浆活动在Tarim克拉通、印度南部、南极洲Vestfold Hills地体以及南澳Gawler克拉通被广泛报道,这可能与类似显生宙板块构造体制的启动以及太古宙末期Kenorland超大陆的汇聚过程有关。

华北陆块基底构造格局及早期大陆克拉通化过程

依据区域构造分析及同位素年代学数据库 ,华北克拉通变质基底主要可以区划为以下构造单元 :1)鄂尔多斯陆块新太古代被动边缘沉积 ;2 )恒山 -承德太古代末期构造带 ;3)太古代末期五台 -登封岛弧带杂岩及构造缝合带 ;4)鲁西 -冀东 -辽吉新太古代活动大陆边缘岩浆杂岩带 ;5 )胶辽陆块 ;6 )冀北 -固阳古元古代初造山带及内蒙 -冀东再造麻粒岩相带 ;7)吕梁 -中条古元古代裂谷带 ;8)辽南古元古代裂谷带。华北克拉通早期构造演化历史主要涉及东部陆块西缘的岛弧增生及其与西部陆块的碰撞拼合 ,太古代末期克拉通北缘开始形成增生型陆缘活动带 ,并造成克拉通中部的裂谷作用。东部古郯庐断裂带的活动造成辽南 -鲁北古元古代裂谷带的形成。最后 ,以古元古代末期的拗拉谷系、基性岩墙群为标志的伸展构造体制 。

河南焦作云台山早前寒武纪变质基底锆石SHRIMP U-Pb年龄

应用离子探针技术,对华北太行山南缘钾长石化长英质副片麻岩和钾长石化片麻状奥长花岗岩进行了锆石年龄测定。钾长石化长英质副片麻岩的变质原岩为泥砂质碎屑沉积岩,其形成时代很可能为新太古代。碎屑锆石普遍存在强烈铅丢失,靠近上交点的5个数据点207Pb/206Pb加权平均年龄为3399Ma±8Ma,代表了物源区组成的时代。钾长石化片麻状奥长花岗岩2组锆石207Pb/206Pb加权平均年龄分别为2511Ma±13Ma(岩体形成时代)和2735Ma±16Ma(残余锆石年龄),分别代表该岩体形成时代和残余锆石年龄。新的资料支持了华北克拉通中部造山带太古宙地质体与其东部陆块存在亲缘关系的认识。

辽北抚顺—清原地区太古宙基底地球化学组成特征及其地质意义

最近的研究表明 ,辽北抚顺、清原地区太古宙基底主体形成于新太古代 ,不存在广泛分布的中太古代地质体。表壳岩系以不同规模分布于 TTG花岗质岩石中 ,主要由斜长角闪岩、角闪变粒岩、黑云变粒岩及少量片麻岩组成。本文对该区新太古代表壳岩系和 TTG花岗质岩石进行了地球化学研究。小莱河斜长角闪岩具近于平坦型的稀土模式 [(L a/ Yb) n=1 .0 ],大离子亲石元素富集。存在 3种类型角闪变粒岩。类型 1角闪变粒岩具平坦型稀土模式 [(L a/ Yb) n=1 .1～ 2 .9],大离子亲石元素富集 ,其特征与共生的斜长角闪岩十分相似。类型 2角闪变粒岩常量元素组成与类型 1角闪变粒岩类似 ,但轻稀土富集 [(L a/ Yb) n=1 1 .4～ 2 0 .2 ],与之存在较明显区别。类型 3角闪变粒岩轻重稀土强烈分离 [(L a/ Yb) n=4 1 .8]。黑云变粒岩稀土模式和微量元素组成与类型 2角闪变粒岩相似 ,但显示出更为富集的组成特征。 TTG花岗质岩石构成辽北太古宙基底的主体。它们轻重稀土强烈分离 [(L a/ Yb) n=2 5 .8～1 94 .4 ],无明显负铕异常 (Eu/ Eu* =0 .75～ 1 .35 )。研究表明 ,辽北地区太古宙基底表壳岩系变质原岩主体为拉斑玄武岩、安山岩、英安岩及相应火山碎屑沉积岩 ,表壳岩系和 TTG花岗质岩石形成于板块汇聚的岛弧环境。

华北克拉通中部造山带早元古代盆地演化

华北克拉通中部造山带被认为是由东、西部陆块碰撞而产生的陆陆碰撞带。然而,关于两个陆块碰撞的时间以及方式还存在着争议。其中一个模式认为俯冲方向是向西的,两个陆块最终碰撞的时间是在2.5Ga左右,而另一个模式则认为俯冲方向是向东的,并且存在着2.1Ga和1.85Ga两期碰撞事件,第三个模式则认为俯冲方向是向东的,而最终的碰撞拼合发生在1.85Ga左右。近几年来,对于中部造山带中浅变质表壳岩系的研究取得了很大进展,为解决以上争议提供了进一步的资料。根据岩石组合和表壳岩中的不整合接触关系,位于中部造山带中段五台杂岩中的滹沱群和吕梁杂岩中的野鸡山群被分成了上下两个部分。其中,两个群的下部以及位于中部造山带南段中条杂岩中的绛县群和下中条群主要由类似于弧后盆地沉积的变质碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩组成,而滹沱群和野鸡山群的上部以及上中条群和担山石群的岩石组合则是类似于山前磨拉石建造的变质砾岩和砂岩。来自于这些浅变质碎屑岩中碎屑锆石的年龄为我们提供了源区以及最大沉积年龄的信息。滹沱群和野鸡山群中的碎屑锆石具有两个峰值年龄,2.5Ga和2.15Ga,它们分别对应于中部造山带中段两期重要的岩浆事件。中条杂岩中的碎屑锆石年龄图谱则较为复杂,除了具有2.5Ga和2.15Ga这两个峰值,还具有2.7Ga这个较低和较老的峰值,这些较老的锆石可能来自中部造山带最南端太华杂岩中的古老岩石。弧后盆地沉积中最年轻的碎屑锆石年龄在2.1Ga左右,而山前磨拉石中最年轻的碎屑锆石在1.85Ga左右。结合前人的研究成果,我们给出了一个华北克拉通中部造山带早元古代沉积盆地的演化模式。从2.1Ga左右开始,一系列弧后盆地在"安第斯型"大陆边缘弧之后产生,在之后的东西陆块碰撞过程中他们成为了中部造山带的一部分。从1.85Ga左右开始,东西陆块沿着中部造山带碰撞,导致了陆壳加厚以及随后的快速抬升和剥蚀,从而形成了周缘前陆盆地中的山前磨拉石建造。发生在早元古代晚期的由弧后盆地向周缘前陆盆地的转化支持了华北的最终克拉通化发生在1.85Ga的构造演化模式。