太古宙花岗质岩石的成因及大陆地壳演化

花岗质岩石是太古宙地体的主要组成部分,任何大陆地壳的演化模式都必须包括能够形成这些花岗质岩石的恰当的地质环境。本文在归纳总结太古宙地体中花岗质岩石的基本地质地球化学特征的基础上,将太古宙地体中的花岗质岩石划分为TTG岩系、柴苏花岗岩系和花岗岩—混合岩系,并分别探讨了三者的源岩物质和成岩过程,以及它们在太古宙大陆地壳演化过程中的作用,最后,建立了太古宙大陆地壳演化的混合模式。     

太古宙TTG 能否与埃达克岩对比？——全球数据给出的结果

文中收集了全球太古宙TTG 和后太古宙埃达克岩的数据,研究对比表明,太古宙TTG 不同于埃达克岩,早先学术界认为太古宙TTG 相当于现代的埃达克岩,是一个错误的见解,是一个伪命题。TTG 术语最早出现时并没有类似于埃达克岩的见解,后来发现了埃达克岩才引出二者类似的认识。为什么会出现这种见解？推测有两种可能：1）早先的研究均来自抽样的研究,即从典型到一般的推理方法。但是,抽样研究可能没有代表性。2）TTG平均值的误导,TTG 的Sr的平均值的确＞400×10^-6,相当于埃达克岩,但是,通过分析TTG 全球数据表明,TTG 中的Sr含量变化很大,与埃达克岩没有关系。TTG 主要出现在太古宙,后太古宙很少;TTG 是太古宙岩石地壳的主体;而埃达克岩主要出现在后太古宙,是火山岩中很少的类型。这表明,TTG 和埃达克岩分别处于不同的构造体制。太古宙异常的热,可能还没有板块构造。太古宙的岩浆岩（包括TTG）即使与后太古宙某些岩浆岩具有类似的地球化学特征,可能也不能照搬现代板块构造的解释。     

TTG岩套的成因及其形成环境

TTG岩套是一类包含了三种岩性的岩石组合,即英云闪长岩(tonalite)—奥长花岗岩(trondhjemite)—花岗闪长岩(granodiorite)。TTG岩套的规模在太古宙最大,是早期陆壳的主体且在各地质历史时期均有发育。该岩石组合是岩石学定名,多数样品的地球化学特征相似:富Na,高Al2O3(平均15%),低Mg、Ni、Cr,富集LREE、亏损HREE、高Sr、低Y、低Yb且无明显的负Eu异常。其微量元素特征与Adakite(高锶低钇中酸性岩,"埃达克岩")类似。目前多数学者认同其为变玄武质岩石部分熔融后的熔体,主要争论在于其源岩的变质程度。笔者认为TTG岩套的源区不应局限于某个变质相,而是涵盖了较大的P—T范围。对于其形成环境的探讨,笔者认为应该以地球演化不同时期的地球动力学背景为前提,盲目地"将今论古"是不合理的。本文在总结前人研究成果的基础上提出3.8Ga之前的TTG岩套可能是在板块构造未启动的非俯冲条件下形成的;3.8~1.9Ga的TTG岩套产生在发育俯冲式板块构造且板块构造具有间歇式特点的背景下,此时可能既存在非俯冲环境下产出的TTG岩套也存在俯冲环境下产出的TTG岩套,而且其产出应该具有幕式特征;古元古代之后的TTG岩套可能无一例外均是俯冲板片熔融的产物。     

大陆的起源

太阳系固体星球都有类似的核-幔-壳结构,但唯独人类居住的地球具有长英质组成的大陆壳。太古宙大陆克拉通主要由英云闪长岩(Tonalite)-奥长花岗岩(Trondhjemite)-花岗闪长岩(Granodiorite)为主的TTG深成侵入体变质而成的正片麻岩和由基性-超基性酸性火山岩及少量沉积岩变质的表壳岩(绿岩)组成。已有的资料显示这些太古宙大陆岩石组合起源于大洋壳的部分熔融。大洋壳分为大洋盆地、洋中脊、岛弧和洋底高原(大洋岛)。前两者地壳的平均厚度只有5~10km,不可能成为形成太古宙TTG深成侵入体的场所。因此,长英质大陆或起源于板块构造体制下的岛弧,或起源于地幔柱体制下的洋底高原。板块构造体制下的岛弧模式能够很好地解释太古宙克拉通TTG深成岩的成因,即俯冲大洋板片部分熔融所形成的埃达克岩相当于太古宙高压(高Al2O2)型TTG,而俯冲板片脱水导致地幔楔部分熔融形成的玄武质地壳再次熔融所形成的钙碱性花岗质岩石相当于太古宙低压(低Al2O2)型TTG。然而,板块构造体制下的岛弧模式不能令人满意地解释太古宙绿岩带火山岩组合中缺少大量的安山岩、科马提岩~1600℃高温形成环境、克拉通规模近于同时侵位的TTG岩套、大规模卵形构造样式、代表性的逆时针P-T轨迹变质作用演化等诸多特征。相反,地幔柱洋底高原模式能够合理地解释太古宙绿岩双峰式火山岩组合的成因,即基性的拉斑玄武岩和超基性的科马提岩分别来自地幔柱头部部分熔融和尾柱熔浆,而酸性的英安岩、流纹质英安岩和流纹岩是地幔柱热异常导致的洋底高原底部的部分熔融物。按照地幔柱洋底高原模式,太古宙TTG岩浆是由洋底高原底部玄武质地壳的部分熔融而成,这样能够合理地解释为什么太古宙TTG能够在短时间内巨量产出并在形成时间上没有任何系统变化。地幔柱洋底高原模式还能合理地解释太古宙克拉通穹隆构造(dome-and-keel structure)样式、近等压冷却型(IBC)逆时针P-T轨迹,缺少蓝片岩和双变质带的等典型岛弧俯冲带的标志的特征。本文在对大陆起源的岛弧模式和地幔柱洋底高原模式综合评述的基础上,提出一个大陆起源于洋底高原的两阶段模式。     

地质历史中板块构造启动时间

地质历史中板块构造是何时开始启动的长期存在着激烈的争论,最极端的一是认为板块构造在新元古代的800 Ma前开始,二是在冥古宙4.3 Ga就已启动,多数学者认为在太古宙末开始启动。确定板块构造启动时间主要依据以下几方面:(1)地球动力学特点,如地幔的热状态以及粘塑性地幔对流模拟表明,板块构造可能是在地球热和冷停滞状态之间演化的一个相。在太古宙较热的地球中,板片强度低,板片的频繁断离阻止了形成类似现代样式的长期俯冲体系,太古宙的板块构造是短期的、阵发性的;(2)代表俯冲的标志的蛇绿岩、蓝片岩和超高压(UHP)变质地体;(3)具有弧特征的岩石组合,如拉斑玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩及英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩套;(4)增生楔中混杂岩和大洋板块地层、前陆盆地、大陆裂谷、双变质带、造山带;(5)与俯冲带关系密切的造山型Au矿、斑岩Cu矿和浅成热液矿床、火山岩型块状硫化物矿床(VHMS),它们最早出现的年龄一致在3.5~3.1 Ga,指示了板块构造的开始;(6)世界不同地区大陆的Ni/Co、Cr/Zn比值随沉积年龄变年轻而降低,陆壳从3.0 Ga前的镁铁质转变为2.5 Ga时的长英质,表明全球板块构造的启动应在3.0 Ga的古中太古代;(7)冥古宙锆石、太古宙金刚石中矿物包裹体及Hf、O、C、N同位素组成研究表明,冥古宙地球表面存在类似板块汇聚边缘,太古宙含有大陆沉积物的海洋岩石圈俯冲进入地幔。     

华北克拉通太古宙TTG岩石的时空分布、组成特征及形成演化:综述

华北克拉通具有3.8Ga以上的演化历史,TTG是其地质记录的最重要载体。华北克拉通太古宙(特别是中太古代以前)地质演化在很大程度上与TTG岩石密切相关。在华北克拉通,始太古代(3.6~4.0Ga)TTG岩石仅在鞍本地区被发现,但冀东地区已在多种变质碎屑沉积岩中发现大量3.6~3.88Ga碎屑锆石;古太古代(3.2~3.6Ga)TTG岩石在鞍本、冀东、信阳地区被识别出来;中太古代(2.8~3.2Ga)TTG岩石在鞍本、冀东、胶东、鲁山等地存在;可把新太古代(2.5~2.8Ga)进一步划分为早期和晚期两个阶段:新太古代早期(2.6~2.8Ga)TTG岩石已在10余个地区被发现,新太古代晚期(2.5~2.6Ga)TTG岩石几乎在每一个太古宙基底岩石出露区都存在。野外地质、锆石定年、元素地球化学和Nd-Hf同位素组成研究表明,中太古代以前TTG岩石局部存在,主要分布于Wan et al.(2015)所划分的三个古陆块中;新太古代TTG岩石广泛分布,是陆壳增生最重要时期岩浆作用的产物。TTG岩石类型随时代变化,3.1~3.8Ga和2.7~2.9Ga TTG岩石分别主要为奥长花岗岩和英云闪长岩;2.5~2.6Ga期间花岗闪长岩大规模出现,并有壳源花岗岩广泛分布,表明这时陆壳已有相当的成熟度。奥长花岗岩轻重稀土分异程度从弱到强的时间出现在~3.3Ga;2.5~3.3Ga的TTG岩石轻重稀土分异程度变化很大,表明其形成条件存在很大差异。TTG岩石主要为新生地壳,但也有相当部分为壳内再循环产物或形成过程中受到陆壳物质影响。华北克拉通中太古代以前的主要构造机制是板底垫托或地幔翻转作用,新太古代晚期板块构造体制可能已起作用。     

华北克拉通东南部太古宙英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩形成及演化

华北克拉通是世界范围内少数保存有大量太古宙英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩（TTG）及多期次岩浆事件记录的克拉通之一,相关研究对揭示全球太古宙时期壳—幔动力学演化过程具有重要的指示意义。本文在华北克拉通东南部归纳总结了52个太古宙时期TTG岩石样品的有效地球化学资料。根据地区与岩石成因差异,将样品主要分为三类：霍邱、五河地区低铝、低压型TTG岩石,鲁西（C带）、丰县张河地区中铝、中低压型TTG岩石以及登封地区高铝、高压型TTG岩石。华北克拉通东南部的TTG片麻岩经历了两期明显的地壳生长事件：2. 95~2. 70 Ga,2. 58~2. 48 Ga（峰值为约2. 52 Ga）。主、微量数据表明,华北克拉通东南部的TTG片麻岩主体源于低钾镁铁质岩石的部分熔融,并且源区可能受到来自于壳—幔相互作用的影响。其中,霍邱、登封地区的TTG分别受到流体、熔体交代作用;鲁西和张河地区则同时受到熔体和流体交代作用。霍邱地区TTG片麻岩形成于约2. 70 Ga,成因可能受鲁西地区地幔柱垂向构造的影响;太古宙末期,鲁西及张河地区与登封地区TTG片麻岩的形成具有一定联系,主要表现为受洋内岛弧地体侧向的洋内俯冲与弧陆碰撞增生控制,并经历了区域麻粒岩相变质作用。     

华北克拉通东南部太古宙英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩形成及演化

华北克拉通是世界范围内少数保存有大量太古宙英云闪长岩—奥长花岗岩—花岗闪长岩(TTG)及多期次岩浆事件记录的克拉通之一,相关研究对揭示全球太古宙时期壳—幔动力学演化过程具有重要的指示意义。笔者等在华北克拉通东南部归纳总结了52个太古宙时期TTG岩石样品的有效地球化学资料。根据地区与岩石成因差异,将样品主要分为3类：霍邱、五河地区低铝、低压型TTG岩石,鲁西(C带)、丰县张河地区中铝、中低压型TTG岩石以及登封地区高铝、高压型TTG岩石。华北克拉通东南部的TTG片麻岩经历了两期明显的地壳生长事件：2.95～2.70 Ga, 2.58～2.48 Ga(峰值为约2.52 Ga)。主、微量数据表明,华北克拉通东南部的TTG片麻岩主体源于低钾镁铁质岩石的部分熔融,并且源区可能受到来自于壳—幔相互作用的影响。其中,霍邱、登封地区的TTG分别受到流体、熔体交代作用;鲁西和张河地区则同时受到熔体和流体交代作用。霍邱地区TTG片麻岩形成于约2.70 Ga,成因可能受鲁西地区地幔柱垂向构造的影响;太古宙末期,鲁西及张河地区与登封地区TTG片麻岩的形成具有一定联系,主要表现为受洋内岛弧地体侧向的洋内俯冲与弧...     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩(TTG)的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层(“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式)、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程：3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%～70%,厚度约为20～4...     

太古宙板块构造:限制因素以及推论

近来的调查业已表明:太古宙地体和元古宙地体之间有着重大差别;现代大地构造作用开始于约25亿年以前。本文中,我们将考查太古宙板块构造与现代板块构造之间的不同点。鉴于太古宙和全新世的一个主要差异是太古宙可能有较高的地幔温度,因此我们首先评述这个温度数值的证据。     

太古宙大地构造学

前言近几年来,已提出了多种解释太古宙构造型式的设想,这些设想通常是根据模拟当代板块构造过程而得出的。这类模式的着眼点往往偏重干地球化学或岩石成因方面,而比较忽视构造方面的证据。在高级片麻岩地体中,存在着近水平的高应变构造的成因这样一个特殊问题,这个问题同经典的俯冲或碰撞驱动地壳构造的理论很难一致。然而,一些作者认为,直到晚前寒武纪时,作为当代板块构造学说所要求的岩石圈的俯冲才开始出现。如果这一观点是正确的,那么均一的板块构造过程就不适用于太古宙了。因而     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩（TTG）的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层（“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式）、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程： 3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%~70%,厚度约为20~40 km;3.0~2.5 Ga,地壳改造速率明显增加,陆壳生长和破坏速率达到动态平衡,表明全球性现代板块构造体制逐渐成为控制大陆形成、裂解和陆壳演化的主要因素。     

冀东太古宙结晶基底区构造单元划分

本文从地质事件的角度出发,根据岩石成因类型,变质作用强度、期次,变形作用方式、构造样式,区域地球物理场特征及同位素地质年代学和矿化资料,将冀东太古宙结晶基底区划分为高压紫苏花岗片麻岩区、低压紫苏花岗片麻岩区、TTG杂岩区和岩浆构造混杂岩区四个构造单元,并提出高压紫苏花岗片麻岩区和低压紫苏花岗片麻岩区是冀东太古宙地壳同一时期不同深度层次或压力环境下的产物。岩浆构造混杂岩区是叠加于高压紫苏花岗片麻岩区背景之上长期活动的弧形线性巨型构造活动带。而TTG杂岩区是太古宙末期形成于地壳较浅部层次的花岗杂岩穹窿。     

中条山涑水杂岩南段的古元古代钾质花岗岩系列:年代学、地球化学及岩石成因

在中条山涑水杂岩南段存在一套时代为1944~1968Ma的高钾钙碱性花岗岩系列,其岩石组合为二长闪长岩、石英二长岩和正长花岗岩。微量元素特征和Sm-Nd同位素特征表明其为古元古代加厚地壳中TTG类岩石为主的重熔产物。这说明在古元古代晚期华北克拉通中部带处于碰撞造山环境,支持华北克拉通东西部陆块在古元古代对接的认识。中条山涑水杂岩南段的古元古代钾质花岗岩系列:年代学、地球化学及岩石成因@田伟$造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院!100871 @刘树文$造山带与地壳演化教育部重点实验室,北京大学地球与空间科学学院!100871 @张华锋$中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室!北京,100083     

华北新太古代和中生代大陆下地壳中的水:以汉诺坝地区为例

应用显微傅里叶变换红外光谱技术,对华北克拉通北缘汉诺坝地区的太古宙地体麻粒岩和新生代玄武岩中捕虏体麻粒岩(中生代底侵成因)的主要组成矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石和石榴子石)进行了详细分析.结果表明,无论是地体麻粒岩还是捕虏体麻粒岩,岩石中的主要组成矿物均含有结构水,主要以OH形式存在.同种产状麻粒岩的矿物水含量(H2O%)均存在较大的变化,而且都远远超出实验误差,表明下地壳内水的分布可能是不均一的.两种产状麻粒岩的矿物结构水含量有着显著的不同,地体麻粒岩中矿物的水含量是捕虏体麻粒岩的2倍以上.太古宙-古元古代形成的安徽女山新生代玄武岩中的捕虏体麻粒岩具有与汉诺坝太古宙地体麻粒岩相似的水含量范围,但明显高于汉诺坝中生代形成的捕虏体麻粒岩.由此看来,早期(太古宙-古元古代)下地壳的水含量要比中生代形成的下地壳高得多,这可能指示不同时代下地壳在形成机制和性质上的不同.     

华北克拉通太古宙TTG岩石的形成和演化

<正>华北克拉通具有3.8 Ga以上的演化历史,TTG是其地质记录的最重要载体。华北克拉通太古宙(特别是中太古代以前)地质演化在很大程度上与TTG岩石形成演化有关。在华北克拉通,始太古代(3.6~4.1 Ga)TTG岩石仅在鞍本地区被发现,虽     

华北地台太古宙地壳生长机制与构造体制转换

Ｓｍ－Ｎｄ同位素研究结果显示，华北地台太古宙构造体制与地壳生长可分为二个发展阶段：２８００Ｍａ以前，地壳以幔源物质垂向增生为主；进入２８００Ｍａ以后，地壳物质开始进入地幔，并以水平运动为主要构造体制，反映板块构造机制在太古宙晚期地质演化中具有十分重要的作用。     

华北克拉通太古宙典型地区栖霞县幅1∶5万地质图修编——野外地质调查和SHRIMP锆石U-Pb定年

栖霞是胶东早前寒武纪变质基底的典型地区。在原1∶5万地质图中,许多TTG岩石都被作为胶东群表壳岩看待,岩石形成时代也只在少数露头被确定。根据野外地质调查和SHRIMP锆石U-Pb定年,对该区TTG岩石时空分布进行了研究。在新修编的1∶5万地质图中,太古宙变质基底的主要岩石类型为约2.9Ga、约2.7Ga和约2.5Ga的英云闪长质片麻岩,也存在少量同时代的奥长花岗质片麻岩。2.9Ga和2.5Ga左右的表壳岩(黄崖底表壳岩和胶东群)比原认为要少得多。所有岩石大致呈北西西—南东东向分布,它们在空间上共存,可能是新太古代晚期和古元古代晚期强烈构造热事件作用的结果。这是国内首次在复杂的太古宙高级变质岩区,以野外地质调查和SHRIMP锆石U-Pb定年有机结合,确定不同类型、不同时代地质体时空分布的有益尝试,对于今后类似地区开展专题地质填图具有重要的借鉴意义。     

板块构造与早前寒武纪地壳演化

该文概述了国外学者对板块构造与早前寒武纪地壳演化关系的论述。认为,板块构造理论的适用范围正由早元古代向太古宙地质扩大,板块构造不仅在空间上支配着当代地球,而且将在时间上控制地球岩石圈的全部演化过程,从而在前寒武纪地质研究中具有重要作用。     

太古代的花岗质岩石

1 概述太古宙的花岗质岩石主要为TTG质岩石。即Tonalite(英云闪长岩),Trondhjemite(奥长花岗岩),Granodiorite(花岗闪长岩)。这三种岩石统称钠质系列花岗岩。在TTG质岩石之后产出一些肉红色的钾质花岗岩(与显生宙的钾质花岗岩不同,称狭义的钾质花岗岩)。它们一般是太古宙末期的产物。TTG质岩石目前多数学者认为是太古代的古深成侵入体定位后经变形、变质作用后的产物。有些古基性侵入体受变质作用、流体交代作用改造,也可形成TTG质岩石。太古代的中酸性、酸性火山岩的变质