华北克拉通的变质沉积岩及其克拉通的构造划分

早前寒武纪花岗质岩年龄统计结果显示,华北克拉通经历了3.8,3.3,2.9,2.5和1.8~1.9 Ga等多个旋回才从陆核成长为陆台,与之对应沉积岩也由少变多,大约以500 Ma为一周期。由于沉积作用出现在成陆间歇期,所以二者在时间上相间互补,其状如同显生宙超大陆裂解和拼合的周期交替。这一现象不但是地壳演化的普遍规律,而且也可反过来用沉积岩反映陆壳的演化。然而,早前寒武纪尤其是太古宙的沉积岩毕竟太少,无法用来恢复当时古陆块的面貌,但古元古代的特别是陆缘沉积的孔兹岩,尽管已进入下地壳并成为克拉通基底的组成,则以保存甚多、分布延续,使其重塑克拉通的拼合成为可能。已有的华北克拉通的构造划分方案多种多样,但以陆缘沉积的古元古代孔兹岩作为地块的边界,理当最能反映当时古陆块的面貌。因此,以孔兹岩为主要依据,并综合考虑岩石组合、构造环境、变质p-T轨迹、同位素年龄、以及不变质的沉积盖层等地质特征,将华北克拉通主体从西往东划分为：鄂尔多斯地块 / 晋蒙弧形拼合带 / 冀鲁豫地块 /（郯庐断裂）/ 胶辽地块群等构造单元,所得到的不同于以往的构造轮廓,显示华北陆台并非一统的太古宙克拉通,而是吕梁运动拼合成的古元古代大陆。     

热与克拉通破坏

大陆克拉通是地球表面上相对稳定的构造单元。从地热学的角度考虑,克拉通岩石圈的稳定意味着地表热流等于对流地幔岩石圈底部提供的热流加上岩石圈内部由放射性衰变产生的热量。太古代稳定克拉通一般具有冷的地热特征,且处于热平衡状态。打破克拉通热平衡的因素有多种,如岩石圈地幔的放射性生热、来自深部的地幔柱、板块俯冲等。华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区,其破坏与中生代太平洋板块向东亚的深俯冲密切相关。古太平洋板块快速俯冲并停滞在地幔转换带脱水、形成宽约1 000 km的低粘大地幔楔,导致地幔对流增强。在活跃地幔对流的热侵蚀与橄榄岩-熔体相互作用共同作用下,华北克拉通在中生代期间迅速减薄。经过中生代加热减薄的华北克拉通岩石圈强度显著变弱,在俯冲板块后撤作用下,岩石圈拉张并进一步减薄,地表热流升高。华北克拉通破坏是一个漫长的历程,期间大地热流的演化特征呈现出由中生代以前的低值演化至新生代的高值再过渡到现今的中等状态（接近全球大陆平均值）。     

克拉通盆地的成因

构造沉降曲线表明,伊利诺斯、密执安和威利斯顿(Williston)盆地都由裂谷作用过程中初始断裂控制的机械沉降和随后的热沉降而形成。伊利诺斯盆地的热沉降约开始于525Ma,密执安盆地约520~460Ma,威利斯顿盆地约530~500Ma。在伊利诺斯盆地,与阿勒格尼—海西造山运动对应的前陆挠曲沉降造成了该盆地的第二个沉降幕(中密西西比世至早二叠世)。由于年代明确的二叠纪黄长煌斑岩的侵入,推断伊利诺斯盆地在二叠纪有过再生的裂谷作用,这些侵入岩通常与裂谷作用有关。这些克拉通盆地的形成过程仍有争议。过去的研究者提出,地壳底部的地幔相变、火成侵入后(地壳)均衡的非补偿剩余质量的机械沉降、地幔羽侵入地壳或区域热变质事件是盆地产生的原因。北美、欧洲、非洲和南美的克拉通盆地具有相同的形成时代(约550~500Ma)、沉积物堆积史、沉积充填体积随时间的变化以及区际不整合的时代也是相同的。它们相同的形成时代说明克拉通盆地的产生与晚前寒武纪超级大陆的解体相对应。在与超级大陆解体相应的伸展构造作用期间,该超级大陆象热透镜一样使下地壳和上地幔发生部分熔融并继之以非造山花岗岩的侵位。非造山花岗岩及其它部分熔融侵入岩的侵入使大陆岩石圈变弱。这样就造成了一个局部的区域伸展带,并使这些非造山花岗岩     

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。      

华北克拉通,扬子克拉通与秦岭造山带古地幔组成…

经研究，华北克拉通古地幔以含石榴石的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩及纯橄榄岩为主，地我代作用强烈，岩石富集不相容元素，明显高于南非及西澳克拉通者，扬子克拉通古地幔主元素亏损程度差，并代作用较弱。岩石为榴石／尖晶石二辉橄榄岩，秦岭造山带壳、幔交界带的岩石类型复杂，包括蛇纹石化尖晶石二辉橄榄石（蛇纹岩）、石榴石辉石岩、榴闪岩、变辉长岩及变玄武岩等，蛇纹岩受强的塑性流变，剪切有结构发育，与克拉通相比，地幔交代作     

克拉通演化的超大陆背景与克拉通盆地的成因机制

研究表明克拉通的形成与超大陆的汇聚和裂解有着重要关系。本文对近年来超大陆重建的研究进行了分析对比,对克拉通发展与超大陆事件的关系做出了总结。前人对超大陆的研究表明,其形成与地幔动力有直接联系,地幔柱重组的旋回导致了超大陆的旋回。Phillips and Bunge（2007）在前人三维球体地幔对流模型的基础上加入大陆进行了模拟实验,结果显示周期性的超大陆旋回只发生在理想模型中,而Senshu et al.（2009）对代表陆壳的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗岩（TTG）地壳进行了研究,提出随着俯冲的TTG地壳产热速率的下降,超大陆旋回的周期随之变长;更有许多学者指出,历史上哥伦比亚超大陆存在时间明显较长,因此超大陆的旋回并不具有周期性。对近年来不同学者提出的哥伦比亚、 罗迪尼亚、 冈瓦纳、 潘基亚4个超大陆新的重建证据进行分析,大致确定出上述4个超大陆的形成时间、 格局及演化过程。此外,对华北、 东欧、 西伯利亚、 亚马孙、 刚果、 西非6个克拉通各自的演化进行分析,也显示出克拉通演化与超大陆汇聚及裂解在时间与空间上有对应关系。通过分析得出克拉通演化与超大陆旋回有关,且确定出克拉通演化的4个超大陆旋回。本文最后讨论了克拉通盆地的成因机制以及3种端元类型,并将盆地的发育与超大陆演化的巨旋回相联系。     

中国克拉通盆地油气勘探

克拉通(内)盆地是重要的含油气领域。中国的克拉通破碎性强,经历了多次开合构造旋回并受到晚新生带构造运动的强烈改造。它决定了该类盆地油气藏一般有多期多源生烃、晚期定型或成藏的特点,形成原生、准生和次生的复杂空间组合。其主要成藏控制因素可归纳为:生烃坳陷、古隆起和古斜坡、不整合和岩溶作用、断裂和裂缝系统、后期保存状况等。该类盆地的勘探思路为:确定有效烃源岩、强调古隆起和晚期改造的不同作用、强调对次生储集空间的研究、明确岩性油气气藏和天然气勘探的重要地位、自觉地从次生油气藏向近源层逼近。同时还必须形成与之配…     

津巴布韦克拉通构造变形特征分析

根据津巴布韦克拉通北部地区的构造变质特征及矿物测年数据,表明太古界地壳基底形成和演变分为两个阶段。早期约在26.7亿年,Shamva-Bindura绿岩带内发育平行层理的剪切带,在长英质片麻岩核组成的大型推覆体之间形成洋壳和火山岛弧物质的叠瓦状堆积,结果是炽热长英质和铁镁质岩层的堆积使得地壳的演变暂时达到均衡状态,岩层堆积厚度达35km。后期大约在26.0～26.2亿年炽热岩层的冷却收缩导致应变产生,沿垂直方向形成走向滑动断层带,为达到地热均衡,大面积的岩层发生熔蚀,并伴有花岗岩体底辟作用。岩层熔蚀和底辟作用产生二次临时变质作用和多种应变形态,也最终导致克拉通冷凝固化。     

中国克拉通盆地油气勘探

克拉通(内)盆地是重要的含油气领域。中国克拉通破碎性强,经历了多次开合构造旋回并受到晚新生代构造运动的强烈改造。它决定了该类盆地油气藏一般有多期多源生烃、晚期定型或成藏的特点,形成原生、准同生和次生的复杂空间组合。其主要成藏控制因素可归纳为:生烃坳陷、古隆起和     

早前寒武纪克拉通问题

早前寒武纪克拉通过去认为是地槽演化的结果。其实不然。本文讨论形成它们变质原岩火山－沉积建造的大地构造条件。现成早前寒武纪克拉通火山沉积盖层的成熟沉积岩丰富了孔兹岩原岩。它们面状展布，经常是很长时期形成的，这改进了识别早前寒武纪克拉通地台式变质原岩建造的标志。这类标志遍及七大洲，高级区和绿岩带。有理由认为，早前寒武纪克拉通是在老克拉通盆地里的地台式火山－沉积建造经变质－混合岩化－塑性流变－硬化的产物。     

中国华泰克拉通与Rodinia

十余年来,全球构造的核心课题是各期超级大陆的复原或再造。为了鉴别散布全球各地的克拉通、造山带及裂谷带是否具有亲缘关系,本文应用了地质DNA的概念。一个古老的陆壳块体必然会有许多独特的标志,类似于生物学领域的遗传基因,在母体分裂解体和离散之后被保留在子体之中。根据地质DNA的对比和异同,笔者确定华泰克拉通来源于Rodinia,并给出了其后续演化历程的路线图和时间表。与前人结论不同的是,华北地台、西伯利亚地台和劳伦古陆三者共同构成的古劳亚大陆不是Rodinia的一部分,而是与其并存的另一联合古陆。SWEAT设想的误区在于将落基山带代表整个北美,实际上就劳伦古陆和北美地台而言,落基山带只是一个外来移植地体。后者与华泰克拉通一样,均为Rodinia的组成部分。华泰与华北二克拉通的拼接,以及落基山带与北美地台的拼接,都是全球性的古劳亚与Rodinia构造拼接的组成部分。生物地层学的研究表明,此次拼接发生于536 Ma前后,这是形成真正超级大陆Pannotia的重大地质事件。寒武纪末期（510 Ma）Pannotia解体,原来的古劳亚大陆携带着华泰克拉通和落基山带,与古冈瓦纳大陆分离,并在其间的地域形成了南太平洋。直到奥陶纪晚期（440 Ma前后）,古劳亚大陆分裂,华泰与华北二克拉通作为一个整体漂离加拿大地盾和北美内陆地台,同时形成北太平洋。所以,太平洋的形成不是原设想的720 Ma,而是510～440 Ma之后。     

从华北克拉通中、西部结构的区域差异性探讨克拉通破坏

详细的深部结构信息是深入认识华北克拉通显生宙改造和破坏的重要依据。基于密集流动地震台阵和固定台网记录的远震P波和S波接收函数资料,获得了跨越华北克拉通东、中、西部的3条剖面的岩石圈和上地幔结构图像,揭示了克拉通不同区域深部结构特征的显著差异。与东部普遍减薄的岩石圈(60～100km)相比,中、西部表现出厚、薄岩石圈共存的强烈横向非均匀性,既在稳定的鄂尔多斯盆地之下保留着厚达200km的岩石圈,又在新生代银川—河套和陕西—山西裂陷区存在厚度<100km的薄岩石圈,差异最大的厚、薄岩石圈仅相距约200km。岩石圈厚度在东、中部边界附近的约100km横向范围内显示出20～40km的迅速增加。岩石圈厚度的快速变化与地表地形从东向西的突然改变以及南北重力梯度带的位置大致吻合,并对应于地壳结构、地幔转换带厚度和660km间断面结构的快速变化。这种从地表到上地幔底部深、浅结构的耦合变化特征表明,东西两侧区域在显生宙可能经历了不同的岩石圈构造演化和深部地幔动力学过程。克拉通东部薄的地壳、岩石圈和厚的地幔转换带以及复杂的660km间断面结构可能与中生代以来太平洋板块深俯冲及其相关过程对这一地区岩石圈的改造和破坏有关;而中、西部存在显著减薄的岩石圈这一观测结果,并结合岩石、地球化学资料表明,克拉通岩石圈改造和减薄不仅发生在东部,而且可能影响了包括中、西部在内的更广泛的区域。岩石圈薄于100km的中、西部裂陷区可能与先前存在于岩石圈中的局部构造薄弱带相联系。这些古老岩石圈薄弱带可能经历了后期构造事件的多次改造,并在新生代印度—欧亚陆陆碰撞过程中被进一步弱化、减薄,最终造成地表裂陷。另一方面,中、西部总体较厚的地壳、岩石圈以及正常偏薄的地幔转换带表明,同太平洋深俯冲对东部的作用相比,包括印度—欧亚大陆碰撞在内的多期热-构造事件对该地区的构造演化影响相对较弱,不足以大范围改造和破坏高强度的克拉通岩石圈地幔根,从而造成了该地区现今岩石圈结构的高度横向不均匀。     

地质学家探测加拿大西部克拉通

前寒武纪克拉通保存了南地演化过程的重要线索,然而,目前对显生宙沉积物之下的广大克拉通地区的未进行过科学探测,加拿大岩石圈探测工程艾伯塔底断面项目（ＡＢＴ）的地质学家们正在研究加拿西部富含石油的沉积盆地（ＷＣＳＢ）的演化。他们通过多种技术手段来分析沉积盆地内的特征,并解释下部前寒武纪地壳和上地幔的成因,这项工作提供了北美克拉通重要的未知部分的新看法。地震波反射测量揭示了由古老侵蚀山带组成的年代为１．     

华北克拉通与全球构造

华北克拉通是中国境内独具特色的大地构造单元,它既不同于新建立的华泰克拉通,又明显有别于扬子地台和塔里木地台。为追溯其形成和演化历史,将全球视为一个整体,在世界范围内寻找与其有宗谱关系的地体。经过认真的对比和鉴别,发现西伯利亚地台、加拿大地盾与中国的华北地台具有特殊的渊源关系。三者合计由14个太古宙原生陆壳块体,于古元古代末(1.79~2.2Ga)通过造山运动碰撞聚合在一起,形成了笔者所称的古劳亚大陆。后者最重要的地质标志就是统一的中元古代盖层,此即中国的长城系、蓟县系,俄罗斯西伯利亚的里菲系和北美洲的层群A、层群B。早寒武世,西伯利亚地台脱离了古劳亚大陆。中寒武世之初即536Ma,古劳亚大陆与形成于1000~1300Ma的Rodinia发生构造拼接,缔造了具有全球规模但命运短暂的超级大陆——Pannotia。这次构造拼接的意义不可低估,在时间上它恰好与骨骼化后生动物的快速发展(“生物大爆炸”)相吻合。过去长时间人们无法理解的,为什么远隔重洋的北美洲-澳大利亚-中国,寒武系中—上统的沉积类型和生物群具有高度一致性的问题,也随之迎刃而解。寒武纪末期510Ma,Pannotia解体并一分为二,在古劳亚大陆与古冈瓦纳大陆之间的地域形成了南太平洋。直到奥陶纪晚期即440Ma前后,古劳亚大陆才分裂,形成了北太平洋,中国北方包括华北和华泰2个克拉通在内,与北美洲的劳伦古陆和内陆地台,才各奔西东。回溯华北地台的渊源,作为一个整体它曾与西伯利亚地台共存了1.3Ga,而与北美的加拿大地盾至少共同度过1.4Ga之久。     

华北和扬子克拉通的成矿指纹:与冈瓦纳大陆克拉通的对比

<正>不同的大地构造域在成矿作用方面的差异表现为各大地构造域内部所产出金属矿床种类的不同(de Wit and Thiart,2005)。成矿省反映了地壳的区域地球化学不均一性,其证据表现为各个成矿省所具有的独特"成矿指纹"。根据成矿元素的地球化学亲和性,将其分归类为6组(即:Au、Cr-Ni-PGE-Ti、Cu-Pb-Zn-Ba、Sn-Sb、W、U-Th-REE)进行统计分析。大陆地壳各构造域的"成矿指纹"可以通过上     

华北克拉通东部早白垩世伸展盆地的发育过程及其对克拉通的破坏

在晚侏罗世华北克拉通东部破坏之初出现了区域性隆起,全区缺失上侏罗统沉积。在早白垩世早期,出现了区域性的伸展活动,断陷盆地形成,克拉通南、北缘伸展活动最强,北部燕山构造带以出现变质核杂岩为特征,南部出现宽裂谷型盆地。早白垩世中期华北克拉通东部普遍出现了火山活动与岩浆侵入。早白垩世晚期克拉通上以出现窄裂谷型盆地为特征,沿北北东走向的郯庐断裂带断陷活动最强。这些断陷盆地的演化过程揭示,经历地表抬升后,克拉通破坏之初的岩石圈热而弱,从而形成变质核杂岩或宽裂谷型盆地。这期间的破坏强度在空间上具有不均匀分布的特征,受控于早期岩石圈地幔的结构。经过早白垩世中期的大量岩浆活动之后,早白垩世晚期克拉通岩石圈温度降低、强度变大,从而利用早期大型断裂构造形成窄裂谷型盆地。这现象支持华北克拉通东部晚中生代的岩石圈减薄是以逐渐拆沉机制为主。     

华北克拉通-扬子克拉通与秦岭造山带古地幔组成及状态的对比

经研究，华北克拉通古地幔以含石榴石的二辉橄榄岩、方辉橄榄岩及纯橄榄岩为主．地幔交代作用强烈，岩石富集不相容元素，明显高于南非及西澳克拉通者．扬子克拉通古地幔主元素亏损程度差，交代作用较弱，岩石为石榴石／尖晶石二辉橄榄岩．秦岭造山带壳、幔交界带的岩石类型复杂，包括蛇纹石化尖晶石二辉橄榄岩（蛇纹岩）、石榴石辉石岩、榴闪岩、变辉长岩及变玄武岩等．蛇纹岩遭受强的塑性流变，剪切变形结构发育．与克拉通相比，地幔交代作用很弱．３个地幔域的古地温状态有差异，秦岭造山带最高，扬子克拉通居中，华北克拉通最低．上述结果表明，两克拉通的古地幔特征相差显著，暗示经历了不同的演化过程．交代作用可能发生在１７００Ｍａ以前和１１００～５００Ｍａ，后者强于前者．造山带地幔的剪切变形明显强于克拉通地幔     

华北克拉通破坏与岩石圈减薄

古太古代（约4.0 Ga）时地球上可能只有一个超级大陆, 它的岩石圈厚度高达400 km。在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等（150~350km）。从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上。中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180~200 km 减少到现今的80~100 km。本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从