从变质作用观看板块构造何时在华北克拉通开始

了解板块构造在地球上何时和怎样开始的是地球科学领域还没有解决的重要问题之一。作为板块运动的最终结果,大陆碰撞造山带是识别地球历史演化中板块构造机制起主导作用的重要标志。大陆碰撞带变质作用一般以顺时针p-T轨迹演化为特征,尤其伴有峰期变质之后的等温减压过程。这样,具有峰后等温减压过程的顺时针p-T轨迹是识别地球早期的板块构造作用的重要标志之一。作为世界上最古老的克拉通陆块之一,华北克拉通基底岩石变质作用p-T演化在过去几年已得到广泛深入的研究,使得该克拉通可能成为应用大规模变质作用p-T轨迹途径来探讨构造环境和构造演化过程的最佳场所。构造上,华北克拉通可划分为三个小的陆块(东部陆块、阴山陆块和鄂尔多斯陆块)和三个古元古代活动带(华北中部碰撞带、孔兹岩带和胶—辽—吉带)。东部陆块和阴山陆块新太古代基底岩石变质作用具有等压冷却型逆时针p-T演化轨迹特征,反映变质作用热源与大量地幔岩浆底板垫托或侵位有关。尽管理论上这样大规模的地幔岩浆可形成在大陆岩浆弧、地幔柱或大陆裂谷环境,只有地幔柱模式才能合理地解释东部陆块和阴山陆块新太古代基底岩石时空分布、岩石组合和构造特征。这样,地幔柱可能是主导东部陆块和阴山陆块新太古代地壳形成和演化的主要构造机制,而板块构造在晚太古宙并不是其主要的构造机制。古元古代孔兹岩带和华北中部碰撞带基底岩石变质作用均具有等温减压型顺时针p-T演化特征,反映两造山带都经历地壳加厚和随后的隆升剥蚀构造过程。这样的构造过程是板块构造体制下的碰撞造山带的典型标志。古元古代胶—辽—吉带可进一步划分为南部带和北部带,其中南部带基底岩石具有逆时针p-T演化特征,而北部带基地岩石具有顺时针p-T演化特征,也反映板块构造机制下的产物。现代规模的板块构造在华北克拉通上的启动时间可以由三个活动带中最老的与板块俯冲有关的新生地壳形成时间来大致标定。目前,华北克拉通内部三个活动带中可识别出来的最老的与板块俯冲有关的新生地壳是华北中部碰撞带2·56Ga五台花岗岩,它们的形成可能大致标志着现代样式的板块构造在华北克拉通大规模作用的开始。     

华北克拉通的组成及其变质演化

华北克拉通早前寒武纪变质基底主要由五套不同类型的变质岩系组成。克拉通在形成过程中经历了多期构造活动、多期岩浆侵位、多期变质作用以及不同程度的混合岩化和深熔作用,岩石已遭受多次不同地质作用的叠加改造,因此华北克拉通具有复杂的演化历史。从太古宙到古元古代末的克拉通形成,华北克拉通主要经历了五期区域变质作用。鞍山地区的古—中太古代经历了角闪岩相变质作用改造,尚未获得变质年龄数据。但在TTG岩系中已获得3 560 Ma和3 000~3 300 Ma早期的变质年龄。河南鲁山太华杂岩的中太古代斜长角闪岩中获得2 776~2 792 Ma和2 671~2 651 Ma两期变质作用年龄信息,代表了新太古代早期的变质作用。新太古代麻粒岩-TTG岩系和新太古代花岗-绿岩系都经历了新太古代晚期—古元古代初的变质作用改造。在古元古代阶段,在华北克拉通北缘在1 965~1 900 Ma期间发生了中低压/高压麻粒岩相变质,局部发生超高温变质,这期变质作用与陆块间的俯冲碰撞及其后的地幔上涌有关。在古元古代晚期(1 890~1 800 Ma)在华北克拉通的中部及东部的胶—辽—吉带发生了高压麻粒岩相-角闪岩相的区域变质,代表了陆块间的碰撞拼合过程。不同变质岩系类型经历的变质作用反映了不同的构造背景。太古宙晚期大量的TTG岩系及呈面状分布的中/低压麻粒岩主要出露在华北克拉通的中北部,普遍具有逆时针的p-T轨迹,反映了地幔柱底板垫托的构造环境。新太古代的花岗-绿岩系在新太古代晚期—古元古代早期经历的变质作用多为顺时针的p-T演化轨迹,反映其发生可能与弧后+地幔柱联合作用的构造背景。古元古代晚期的两期变质作用多表现为高压麻粒岩相的顺时针p-T演化轨迹,反映了不同陆块(地块)之间碰撞拼合的过程,意味着类似显生宙的板块构造体制已经出现。     

从全球对比探讨华北克拉通早期地质演化与板块构造过程

板块构造理论为 2 0世纪取得的重大科学成就。如何在新世纪发展板块构造、推动大陆动力学研究成为新的挑战。世界古大陆前寒武纪地质研究在花岗岩绿岩带、高级变质区 ,新太古代造山作用 ,早期大洋地质记录与古板块构造 ,以及超级大陆等方面取得新进展。在此全球构造背景下 ,华北早期地质演化的相关重大问题包括 :新太古代典型造山带地质演化、碰撞过程及其盆山耦合作用。围绕新太古代蛇绿岩的研究 ,特别是豆荚状铬铁矿及地幔岩 ,将提供早期大洋岩石圈性质、扩张运移过程的重要线索 ,并提出早期板块边界划分标志及其洋陆作用过程。华北中部造山带及蛇绿岩混杂带的洲际对比 ,对认识华北与最古老超级大陆聚合过程具有重要意义     

中国太古宙地质体组成、阶段划分和演化

我国太古宇陆壳主要见于华北克拉通区内，由高级变质的麻粒岩相带、角闪宕相区和低、中级变质的绿岩－花岗岩区组成。按地质时序可划分为始、古、中、新太古４个阶段。麻粒岩相带的组成主要由英云闪长质片麻岩为主和少量表壳岩或主要由表壳岩含一些花岗质岩石。绿岩－花岗岩区时代主要属新太古代，绿岩属基性火山－沉积建造，基性岩的原岩物质来自相对亏损的上地幔，形成于大陆边缘的裂谷环境。太古宙末，板块体制已经形成，麻粒岩相带是板块体制的俯冲碰撞机制的产物。对克拉通古陆块能长期成为大陆的解释，应认为是下地壳的挤压环境，促使陆壳以板底垫托叠置、垂直增生所致。     

丹东地区古元古代晚期花岗岩对胶-辽-吉带造山作用的制约

华北克拉通古元古代胶-辽-吉带造山过程保存了丰富的变质-变形、岩浆-构造热事件与成矿作用记录,带内广泛存在的高压麻粒岩变质作用演化p-T-t轨迹呈顺时针,指示胶-辽-吉带经历了俯冲-碰撞-后碰撞折返伸展造山过程,但这时期的俯冲碰撞或陆-陆碰撞与之后伸展造山作用的时代目前仍有争议.本文对丹东地区大楼房古元古代花岗岩进行了...     

华北地台绿岩带地质特征类型和演化

中国绿岩带主要分布在华北地台。绿岩带产在古陆核之间或边缘，可能形成在古裂谷或古岛弧的构造环境。按原岩建造、地球化学特征和成矿作用，绿岩带可分夹皮沟型、清原型和小秦岭型。按后期的活化改造作用强度，可分基本稳定型、活化改造型和强烈活化改造型绿岩带。根据变质程度的不同，可分高级变质和中级变质为主的绿岩带。华北地台绿岩带的形成可分四个时期：中太古代、新太古代早期、新太古代晚期和早元古代。华北地台绿岩带同其他国家绿岩带相比较，其岩石类型、不一的变质程度、相似的花岗质岩石、形成在早前寒武纪和赋存丰富矿产资源等基本地质特征相似。但也具有独自的特色：１．分布面积小；２．科马提岩不甚发育；３．同构造晚期的浅成花岗岩侵入体尚未发现；４．变质程度较高；５．赋存的矿产类别有差异；６．受后期的活化改造作用强烈。     

华北克拉通中北部麻粒岩带基础地质调查进展及相关问题讨论

华北克拉通中北部麻粒岩带被认为是古元古代造山带,晋冀蒙相邻地区的高压麻粒岩和超高温变质岩吸引了国内外早前寒武纪地质学家的目光.本文以区域地质调查资料为基础,重新厘定了华北克拉通中北部的构造单元,自北向南依次划分为阴山新太古代岩浆弧(阴山地块)、乌拉山-大青山古元古代再造杂岩带(Pt1)、凉城深熔花岗岩带(Pt1)、天镇...     

华北克拉通北缘崇礼—赤城地区的红旗营子(岩)群:一套晚古生代的变质杂岩

分布在华北克拉通北缘中段崇礼—赤城地区的红旗营子(岩)群主要由变质表壳岩、晚古生代的闪长质—石英闪长质片麻岩和古元古代—新太古代的变质岩残片或残块组成。利用SHRIMP和LA-ICPMS法对红旗营子(岩)群变质表壳岩的锆石同位素年代学研究表明,变质表壳岩样品中除大量古元古代—新太古代的锆石年龄信息外,还有许多中元古代—晚古生代的锆石,且均有晚古生代甚至早中生代的多阶段变质作用的记录。这些证据表明红旗营子(岩)群并非早前寒武纪岩石建造,而是一套晚古生代的变质杂岩。红旗营子(岩)群周围侵入体的锆石U-Pb测年表明岩浆作用与变质作用具有较好的相关性,它们与中亚造山带多阶段的俯冲、碰撞造山和后造山伸展事件相关。由于红旗营子杂岩中含有晚古生代退变榴辉岩和变质方辉橄榄岩,这可能意味着华北克拉通北缘的冀北地块在晚古生代早期曾经从华北克拉通上裂开,在中亚造山带古亚洲洋板块俯冲作用的影响下又重新拼合,红旗营子杂岩代表华北克拉通北缘的冀北地块与华北克拉通在晚古生代重新拼合的俯冲碰撞拼贴带。     

变质作用、板块构造及超级大陆旋回

麻粒岩相超高温变质作用（GUHTM）主要发育于新太古代至寒武纪岩石中;推测在深部较年轻的,特别是新生代造山带岩石中也会有GUHTM存在。岩石中最初出现GUHTM记录意味着产生瞬时极高热流处的地球动力学发生了改变。许多GUHTM带可能发育于类似现代大陆弧后的构造背景中。在较热的地球上,超大陆及其裂解形成的循环组合,尤其是经岩石圈减薄的洋盆卷入到其外翻过程中可能产生比现代太平洋边缘更热的大陆弧后。中温榴辉岩 高压麻粒岩相变质作用（EHPGM）也是最先发现于新太古代岩石记录中,并发育于从元古宙至古生代岩石中。EHPGM带是对GUHTM带的补充,并经常认为是记录了从俯冲至碰撞造山作用的过程。在元古宙岩石记录中的蓝片岩明显记录了与现代俯冲作用相关的低热流梯度。以发育柯石英(±硬柱石)或金刚石为特征的硬柱石蓝片岩和榴辉岩（高压变质作用,HPM）及超高压变质岩（UHPM）主要是在显生宙形成。HPMUHPM记录了显生宙俯冲碰撞造山带早期碰撞过程中的低热流梯度及陆壳的深俯冲作用。尽管与直觉不同,在超级大陆聚敛期（Wilson旋回洋盆打开和关闭）的大陆地块增生过程,许多HPMUHPM带看来确实是通过小洋盆关闭而发育起来的,反映双重热体制的双重变质带仅发育于新太古代以来的岩石记录中。双重热体制是现代板块构造的特点,而双重变质作用则是板块构造在岩石记录中的特征性标志。尽管构造样式很可能不同,新太古代以来GUHTM和EHPGM带的发育证明“元古宙板块构造体制”的开始。以冷俯冲和大陆地壳深俯冲至地幔,以及其中的部分又从深达300 km处发生折返为标志,“元古宙板块构造体制”在新元古代进化为“现代板块构造体制”,这个转变可由岩石中的HPMUHPM证明。记录这种极端条件的变质带年龄是不一致的,而变质作用发生时间与各大陆岩石圈聚合到超级克拉通（如Superia/Sclavia）或超级大陆（如Nuna (Columbia), Rodinia, Gondwana, 和Pangea）的时间却是一致的。     

华北克拉通构造演化

华北克拉通是中国大陆的主要构造单元,从早期到中生代以来的地质记录较完整,受到国际关注,是大陆形成和演化研究的天然实验室。华北克拉通的构造演化可以分为八个大的阶段:陆核形成阶段;陆壳巨量生长阶段;微陆块拼合与克拉通化;古元古代大氧化事件与地球环境剧变;古元古代活动带构造与高级麻粒岩相变质作用;中-新元古代多期裂谷与地球中年调整期;古生代边缘造山;中生代构造转折与去克拉通化。华北克拉通的大陆演化显示了地球的进化和不可逆过程,特别是热体制的演变。早期陆核的成因仍存在争议,但是陆壳由小到大、多阶段生长的过程是明确的。25亿年前后的克拉通化是最具显示度的地质事件,微陆块的拼合是大陆聚合和形成稳定克拉通的主要过程,已经被揭示。但是由绿岩带-高级区构成的穹隆-龙骨构造并不遵从板块构造的基本构造样式。经历了太古宙与元古宙分界时期的"静寂期"之后,华北克拉通记录了与全球休伦冰期以及大氧化事件相关的地质活动。古元古代活动带则记录了裂谷-俯冲-碰撞的过程,具有显生宙造山带的某些特征,伴有高级麻粒岩岩相的变质作用,暗示了早期板块构造的出现。从约18~8亿年长达十亿年或更长的时限里,华北克拉通一直处于伸展环境,发育多期裂谷,有多期陆内岩浆活动,是岩石圈结构和下地壳组成的关键调整期。从古生代起,华北的南、北缘都经历了现代板块构造意义的造山事件,显示了华北克拉通古陆通过古蒙古洋和古秦岭洋与相邻陆块之间的构造活动,分别称为兴蒙造山带和秦岭-大别造山带。中生代的华北克拉通出现构造体制的转折和地壳活化,表现为岩石圈减薄和大量壳熔花岗岩的出现。古太平洋板块的活动显然是重要因素之一,但周边其它陆块的作用也是重要的,克拉通破坏机制及其内涵的研究还有进一步深化的空间。华北克拉通的构造演化有其特点,也具有全球意义。      

早前寒武纪洋壳的地质记录及其板块构造意义

元古宙蛇绿岩的不断发现表明威尔逊旋回至少在早元古代已经明显起作用，部分太古宙绿岩带由不同的构造单元拼合而成，并发育不同于显生宙蛇绿岩的大洋壳岩石组合，地幔柱在早太古代构造演化过程中起重要作用，是板块构造的重要补充机制，地球早期热产量较高，可能是造成板块规模较小，洋壳较厚，板块运动速度较快的原因，并以缓倾角俯冲为特征。     

早期碰撞造山过程与板块构造：前寒武纪地质研究的机遇和挑战

普遍认为修正后的板块构造模式仍适用于新太古代地质研究，但是早期板块构造过程与后期有明显差异，包括陆块规模、造山带类型、碰撞造山过程等。典型碰撞造山带在地史上的初次形成具有划时代的构造演化意义，涉及典型板块构造初始发生过程、最早超级大陆拼合、威尔逊旋回及板块碰撞造山过程等方面。华北中部保留一条近南北向的碰撞造山带（2 600~2 500 Ma BP），保留特征的巨型复式褶皱、不同层次推覆构造、蛇绿岩混杂带等。围绕华北中部造山带及其25亿年重大构造热事件的研究，对认识华北早期构造演化及其超大陆再造具有重要意义，也是早期板块构造研究的关键突破口之一，开展其不同地壳层次构造变形及其前陆盆地的研究，将深化早期板块边界及其造山过程的科学认识。     

前寒武纪重大地质事件

本文概括性地阐述我国前寒武纪冥古宙、太古宙、元古宙三大地史阶段的重大地质事件,粗略勾绘前寒武纪地球演化的轨迹,期望了解我国与全球变化的异同,进一步突出我国前寒武纪三大地史阶段中新太古代超级地质事件及元古宙时期中国大陆块体对哥伦比亚及罗迪尼亚两个超大陆形成与破裂的地质响应。冥古宙是地球最早期的地史阶段,从太阳系形成的4 567 Ma至地球上最老的4 030 Ma的Acasta片麻杂岩。碎屑锆石保存最好的地点是西澳的Mt. Narryer和Jack Hills。目前在中国大陆至少有7个地点发现具有罕见的约4.0 Ga的碎屑锆石,这些地点并不位于克拉通区,而是赋存于造山系新元古代至古生代以碎屑岩为主的地层中。太古宙(4 030~2 420 Ma)定义为从最古老的岩石出现(4 030 Ma Acasta片麻岩)至冰碛层首次广泛分布的寒冷期之间的一段地史。最古老的岩石为英云闪长片麻岩,构成加拿大西北斯拉夫克拉通4.03~3.94 Ga Acasta片麻岩的一部分。西南格陵兰Isua带保存全球有最老的表壳岩,形成于3 810 Ma。太古宙最重大的地质事件莫过于2 780~2 420 Ma时期的新太古代超级事件。值得指出的是华北克拉通最古老、也是中国最古老的岩石出露在中国辽宁鞍山地区,约3.80 Ga英云闪长岩奧长花岗质片麻岩和3.30 Ga的表壳岩已被识别。华北克拉通太古宙有与世界各地太古宙相似的演化历史和特点,包括花岗岩绿岩带及高级变质片麻岩带、广泛的英云闪长岩奧长花岗岩花岗闪长岩(TTG)片麻岩、古陆壳的出露(略老于3.8 Ga)、广泛分布的BIF等。我国太古宙花岗岩绿岩带虽然在华北克拉通分布较广,但与南非、格陵兰、加拿大、西澳等地经典的花岗岩绿岩带相比,时代偏新,仅以新太古代为主,规模偏小,缺少大面积分布的科马提岩,且变质程度偏高,主要为角闪岩相麻粒岩相变质。演化到元古宙(2 420~541 Ma),则进入成熟的、较冷的、刚性程度较高的地球,以现代样式板块构造、超大陆旋回和更复杂的疑源类(eukaryotic)生命的发育为特征。这种变化大致出现在2 420 Ma左右,与哈默斯利型BIF的消失及地史中首次广泛出现的冰川沉积物年代相近。古元古代早期十分重要的“休伦冰川事件”、指示大氧化事件的古老红层在我国尚未被发现,与Lomagundi Jatuli (LJE) δ13C的同位素漂移有关的关门山组古元古代沉积地层的同位素年代学依据不足;古元古代磷矿和具有巨大石油潜力的2.01 Ga Shunga事件也未能鉴别。但中国最大特色是发育了与哥伦比亚和罗迪尼亚超大陆汇聚与裂解有关的良好地质记录,特别是华北克拉通保存了古元古代与哥伦比亚超大陆汇聚有关的超高温、高压麻粒岩等变质及岩浆事件,1 780 Ma以后的中元古代又保存了与哥伦比亚超大陆裂解有关的裂谷沉积及岩浆活动;而在扬子和塔里木陆块区则保存了与新元古代早期与罗迪尼亚超大陆汇聚有关的蛇绿岩、混杂岩、洋内弧、俯冲增生杂岩及大陆边缘弧,在约800 Ma以后则发育了与罗迪尼亚超大陆裂解有关的沉积及岩浆活动的地质记录,为中国和全球地质学者研究这一时期地球系统变化和成矿作用提供了客观的野外实验室和良好的范例。     

华北克拉通南缘太华杂岩组成及演化

太华杂岩位于华北克拉通南部,其组成复杂,记录了几乎所有早前寒武纪各阶段重要的地质事件;此外,由于其所处特殊地理位置,研究太华杂岩对于华北克拉通早前寒武纪地壳形成和演化、构造单元划分和基底拼合等都具有举足轻重的科学价值。本文综合已有的岩石学、变质作用、地球化学以及同位素年代学等诸多研究工作,得到以下阶段性结论和认识:1)将鲁山地区太华划分为以深成侵入岩为主的片麻岩系和以变质沉积-火山岩为主的表壳岩系;前者形成于中太古代晚期-新太古代早期,后者形成于古元古代晚期。而小秦岭地区太华杂岩中变质深成侵入岩形成时间跨度较大,为中太古代晚期-古元古代早期;而其上覆的火山-沉积岩可与鲁山太华杂岩的表壳岩类比,形成时间亦为古元古代晚期。2)中太古代-新太古代(2.91～2.50Ga)为华北克拉通南部大陆最主要的地壳形成时期。提出太华杂岩在太古宙经历了两期明显的地壳生长时间,一期发生在2.85～2.70Ga,以鲁山太华片麻岩系中的深成侵入岩和斜长角闪岩为代表;另一期发生在～2.50Ga,以小秦岭华山和崤山地区太华杂岩中各类花岗质岩石为代表。3)太华杂岩在所谓的全球陆壳生长"沉寂期(2.45～2.20Ga)"岩浆活动异常发育,推测这一时期的岩石形成于古元古代俯冲-汇聚环境,可能是与华北克拉通南部太古宙陆块和其他陆块汇聚-碰撞相关。4)太华杂岩在古元古代晚期普遍遭受了强烈的变质和变形,其变质程度主体为高角闪岩相,局部可达麻粒岩相,且记录了包含近等温降压退变质片段的顺时针变质作用P-T轨迹,经历了一个漫长的变质演化过程(1.97～1.80Ga),变质作用的时限跨度可达150Myr。5)提出华北克拉通南部曾经为一个统一基底,称之为"南部太古宙地块",此地块形成时间为新太古代末期(～2.5Ga)。该古老陆块经历了如下5个构造-演化阶段:(1)冥古宙-始太古代初始陆核形成;(2)中太古代-新太古代陆壳快速生长;(3)古元古代早期(～2.3Ga)岩浆活动异常活跃;(4)古元古代(2.30～1.97Ga)陆内拉伸-破裂;和(5)古元古代末期(1.97～1.80Ga)陆块最终拼合。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987114000206

The North China Craton（NCC） has a complicated evolutionary history with multi-stage crustal growth,recording nearly all important geological events in the early geotectonic history of the Earth.Our studies propose that the NCC can be divided into six micro-blocks with ＆gt;～3.0-3.8 Ga old continental nuclei that are surrounded by Neoarchean greenstone belts（CRB）.The micro-blocks are also termed as highgrade regions（HGR） and are mainly composed of orthogneisses with minor gabbros and BIF-bearing supracrustal beds or lenses,all of which underwent strong deformation and metamorphism of granulite- to high-grade amphibolite-facies.The micro-blocks are,in turn,from east to west,the Jiaoliao（JL）,Qianhuai（QH）,Ordos（ODS）,Ji’ning（JN） and Alashan（ALS） blocks,and Xuchang（XCH） in the south.Recent studies led to a consensus that the basement of the NCC was composed of different blocks/terranes that were finally amalgamated to form a coherent craton at the end of Neoarchean.Zircon U-Pb data show that TTG gneisses in the HGRs have two prominent age peaks at ca.2.9-2.7 and2.6-2.5 Ga which may correspond to the earliest events of major crustal growth in the NCC.Hafnium isotopic model ages range from ca.3.8 to 2.5 Ga and mostly are in the range of 3.0-2.6 Ga with a peak at2.82 Ga.Recent studies revealed a much larger volume of TTG gneisses in the NCC than previously considered,with a dominant ca.2.7 Ga magmatic zircon ages.Most of the ca.2.7 Ga TTG gneisses underwent metamorphism in 2.6-2.5 Ga as indicated by ubiquitous metamorphic rims around the cores of magmatic zircon in these rocks.Abundant ca.2.6-2.5 Ga orthogneisses have Hf-in-zircon and Nd wholerock model ages mostly around 2.9-2.7 Ga and some around 2.6-2.5 Ga,indicating the timing of protolith formation or extraction of the protolith magma was from the mantle.Therefore,it is suggested that the 2.6-2.5 Ga TTGs probably represent a coherent event of continental accretion and major reworking（crustal melting）.As a distinct characte     

Archean Regional Metamorphism of the Isua Supracrustal Belt,Southern West Greenland: Implications for a Driving Force for Archean Plate Tectonics

The Isua supracrustal belt (～3.8 Ga) constitutes the oldest accretionary complex in the world. Petrochemical and geothermobarometric studies of more than 1500 rock samples of the Isua belt have enabled us to estimate the extent of regional metamorphism, the petrotectonic environment, and the subduction-zone geothermal gradient in the Archean. The following line of evidence indicates progressive, prograde metamorphism from greenschist (Zone A) through albite-epidote-amphibolite (Zone B) to amphibolite facies (Zones C and D) in the northeastern part of the Isua supracrustal belt: (1) the systematic change of mineral paragenesis in metabasites and metapelites; (2) progressive change of the composition of major metamorphic minerals, including plagioclase, amphibole, chlorite, epidote, and garnet; (3) normal zoning of amphibole and garnet; and (4) the absence of relict minerals of high-grade amphibolitic metamorphism even in the lowest metamorphic zone. Metabasites of the Isua belt vary extremely in Mg#, causing a complex mineral paragenesis throughout the area. For example, a high FeO content of metabasites expands the stability field of hornblende to both lower and higher grades. The compositional and mineralogical characteristics above also indicate that the Isua supracrustal belt underwent a single regional metamorphic event, involving minor contact metamorphism and mylonitization; however, weak ocean-floor metamorphism and low-grade regional metamorphism during accretion cannot be ruled out.

Metamorphic pressures and temperatures are estimated to be 5–7 kbar from garnet-hornblende-plagioclase-quartz geobarometry and 380–550°C from garnet-biotite geothermometry in Zones B to D. These P-T estimates indicate an intermediate P/T ratio metamorphic facies series. Geological investigations and chronological constraints of the Isua metamorphic belt indicate that the regional metamorphism was related to the subduction of Archean lithosphere, and records a geothermal gradient for the Archean subduction zone that is much higher than geotherms for Phanerozoic subduction zones. The high geothermal gradient may have resulted from the young age of subducted lithosphere and high potential temperature of the mantle. The Archean high geothermal gradient led to melting of thick oceanic crust in a thin, descending oceanic plate, creating many huge granitic (tonalite-trondhjemite-granodiorite [TTG]) batholiths. Slab melting changed the oceanic crust (density = 3.07) to denser garnet-bearing assemblages (density = 3.55), implying that TTG melt extraction provided a potential driving force for Archean plate tectonics.     

胶北地体多期变质事件的P-T-t轨迹及其对胶-辽-吉带形成与演化的制约

胶北地体位于华北克拉通东部陆块胶-辽-吉带南端,主要由闪长质-TTG-花岗质片麻岩、变质表壳岩系和变质镁铁-超镁铁质岩所组成。本文通过对胶北早前寒武纪变质岩系的岩石学、矿物化学、变质反应结构和序列、变质温度和压力估算与同位素年代学资料的综合研究和总结,得出以下重要结论:(1)与华北克拉通东部陆块其它地区太古宙变质基底类似,本区也存在~2500Ma区域性新太古代变质事件,且与本区2550~2500Ma岩浆作用在时间上非常接近,其变质作用发生的时间比岩浆作用要晚10~50Myr,指示本区~2500Ma区域性变质事件可能与大规模的幔源岩浆底侵作用存在密切的成因关系。(2)胶北还存在1950~1850Ma区域性古元古代变质事件,并导致了大量高压基性和泥质麻粒岩的形成,高压基性麻粒岩主要以不规则透镜体、变形岩墙群或岩脉群的形式赋存于闪长质-TTG-花岗质片麻岩之中,并集中分布在安丘-平度-莱西-莱阳-栖霞一带,大致沿北东-南西向断续带状分布,构成了一条长约300km的古元古代高压麻粒岩相变质带。(3)本区古元古代高压麻粒岩以记录近等温减压(ITD)及随后近等压降温(IBC)的顺时针P-T-t轨迹为特征,指示本区变质杂岩在古元古代晚期曾强烈地卷入了与俯冲-拼贴-碰撞造山有关的构造过程,并可能经历了如下复杂的构造演化:(I)在古元古代晚期2000~1950Ma,随着有限大洋地壳的持续俯冲作用,本区各类变质岩的原岩开始经历一次构造增厚事件,并导致了它们的原岩经历了早期绿片岩相-角闪岩相进变质作用;(II)1950~1870Ma,大洋地壳俯冲作用结束,本区开始发生弧-陆拼贴和陆-陆碰撞作用,大陆地壳持续缩短和加厚,在加厚下地壳或岛弧根部带约50km的深度,发生了区域性高压麻粒岩相变质作用,并导致了本区变基性岩和变泥质岩分别形成了石榴石+单斜辉石+斜长石±角闪石±石英±铁-钛氧化物和石榴石+蓝晶石+钾长石+斜长石+黑云母+石英+铁-钛氧化物+熔体的高压麻粒岩相矿物组合。(III)1870~1800Ma,在同碰撞峰期变质结束之后,本区造山作用进入了后碰撞构造折返-伸展演化阶段,先后经历了早期快速构造折返和晚期缓慢冷却降温两个构造热演化阶段。其中,在早期快速构造折返阶段,高压麻粒岩经历了峰后近等温或略微增温减压退变质作用的叠加,高压基性麻粒岩表现为沿石榴石边部形成了含斜方辉石的后成合晶。与此同时,早期快速构造折返阶段还伴随着热松弛和伸展作用,出现一系列的幔源基性岩浆活动,不仅导致了本区大量未经历高压麻粒岩相变质的变基性岩群的形成,同时也诱发了区内大规模的地壳深熔作用的发生。自温度高峰期之后,本区地壳岩石还经历了一个近等压冷却降温过程,并发生了区域性角闪岩相退变质作用,高压基性麻粒岩表现为石榴石和斜方辉石边部常出现含角闪石的退变边或后成合晶。最终,在1800Ma左右,本区含电气石花岗伟晶质岩脉的大量出现,则标志着胶北地体古元古代晚期(2000~1800Ma)俯冲-拼贴-碰撞造山作用的最终结束。