胶北地体早前寒武纪地层的稀土演化特征

胶北地体早前寒武纪地层分三部分：即太古宙胶北群(Ar，＞2550Ma)，属第一期绿岩；早元古代早期齐山群(Pt1-1，2550-2300Ma)，属第二期绿岩和早元古中期荆山一粉子山岩系(Pt2-2，2300-2050Ma)，相当于孔达岩系。本文研究了它们的稀土特征，讨论了这三群副片岩类和基性一中酸性火山岩类各自的稀土演化特征，为齐山群和荆山-粉子山岩系的建立提供了依据，并利用变拉斑玄武岩的稀土配分特征探讨了两期绿岩的形成环境及整个胶北地体早前寒武纪的演化。     

山东胶北地体的前寒武纪地层问题

认为胶东群应当完全解体，大于２５００Ｍａ的地层为第一期绿岩，２５００－２３００Ｍａ的地层为第二期绿岩，２３００－１８５０Ｍａ的地层主要为孔达岩系；蓬莱群的时代，在否定证据不足的情况下，仍沿用前人确定的震旦纪为宜。胶北地体前寒武纪地质构造基本格架是：以胶北群和齐山群组成的为质核为中心，粉子群围绕其四周分布呈“洋葱状”构造。     

泰山地区早前寒武纪主要地质事件与陆壳演化

通过详细的野外地质调查和岩石学、地球化学、同位素年代学工作,建立了鲁西泰山地区地质演化框架、晚太代早期表壳岩形成（２８４０￣２８２０Ｍａ）,晚太古代早期望府山期英云闪长岩侵位和高角闪岩相变质变形改造（〉２７００Ｍａ）;晚太古代晚期绿岩建造形成和高绿片岩相－低角闪岩相变质变形改造（２７００￣２６００Ｍａ）,晚太古代晚期大众桥期基性－中酸性岩侵位（２５６０￣２５３０Ｍａ）;晚太古代晚期傲徕山期二长花岗     

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。

     

华北克拉通早前寒武纪基性火山作用与地壳增生

大量的年代学资料表明,华北克拉通在早前寒武纪阶段有两个主要的基性火山活动时期,一期发生在2.7Ga左右,另一期发生在2.5Ga左右,代表了两期强烈的地壳增生事件。太古宙末期基性火山岩的分布、地球化学特征、基性火山岩与其他岩石的关系和组合特征表明,华北克拉通在新太古代时期,在陆块之间基性火山岩的喷溢使地壳面积增大并把原本分离的小陆块拼合到一起,造成地壳的增生。在陆块内部,地壳的增生主要通过地幔柱的方式进行,在较均匀的地壳部分主要通过基性岩浆的垫托方式使地壳增厚,部分岩浆侵位到地壳较浅部位,甚至溢出地表。这两种地壳增生方式是相辅相成的,它们的联合作用形成了太古宙末的华北古大陆。     

鲁西地块早前寒武纪构造-岩浆活动区划及演化的新认识

以野外区域地质调查为基础,结合前人的岩石学和年代学成果,根据地壳构造层次划分、构造作用及岩浆活动特征,探讨了鲁西地块的前寒武纪构造演化格局。鲁西地块的构造-岩浆岩区可以划分为：西部的TTG类岩区和东部的片麻状二长花岗岩区。TTG类岩石是鲁西地块新太古代陆壳岩浆活动的产物,片麻状二长花岗岩是TTC类陆壳岩浆活动之后在新太古代晚期发生的大规模陆壳增生活动形成的。贯穿两个构造-岩浆岩区之间的多条北西向韧性剪切带表明鲁西地块在新太古代末发生的地壳加厚是两个岩区通过多条韧性剪切带挤压叠置实现的陆壳加厚作用所致。TTG岩区和片麻状二长花岗岩区内广泛发育的元古代未变形未变质的酸性岩脉和基性岩墙群表明鲁西地块在新太古代末两个岩区已经焊接在一起,进入元古代以后,鲁西地块完全克拉通化,具有刚性板块的特征。     

前寒武纪大陆地壳地质构造演化研究进展与问题

前寒武纪地质构造是地球系统科学研究的一个承前启后的重要组成部分,现存最古老的固体地球物质是38亿年前的大陆长英质岩石。以地质构造热事件为标志确认早中太古代已有30亿年年龄值的大陆克拉通化,而新太古代末大陆地壳已出现普遍的克拉通化。由深变质作用岩石测得的p-t值推断当时地温梯度与现今大陆稳定区相似,大规模的陆壳区断块已具基本刚性特征,使板块构造运动模式基本适用于太古宙地壳演化。古元古代末陆壳普遍隆升和遭剥蚀,陆壳生长作用导致形成大陆区块上的裂谷型坳拉槽系。中元古代起,世界约于18亿年前近乎同时出现不变质的沉积盖层,使前寒武纪明显必需划分为早、晚前寒武纪两大阶段。华北克拉通区是世界大陆克拉通地壳的组成部分,与世界各大陆克拉通演化有很好的可对比性,在前寒武纪超级大陆重建中有一定位置。在现今阶段研究基础上,对华北克拉通区提出了几个前瞻性的基础研究课题,应予深入探索。     

华北克拉通南部早前寒武纪基底形成与演化

简要总结了华北克拉通南部鲁山地区、小秦岭地区、登封及中条山地区的早前寒武纪地质事件序列及其地质意义,并对各地区地质特征和变质演化特点进行对比。结合前人研究工作,初步探讨了华北克拉通南部早前寒武纪基底的演化特点、陆壳形成的主要时期和华北南部基底的构造区划等问题,提出几点认识:1)华北克拉通南部鲁山、中条山、小秦岭等地区均有2.7~2.9Ga岩石记录,以英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质(TTG)岩石为主,它们共同构成华北南缘的古老结晶基底,并经历了新太古代晚期~2.5Ga构造-热事件,标志着华北克拉通南部在新太古代末期可能已经形成统一基底;2)华北克拉通南部主要的陆壳形成时期为中太古代晚期-新太古代,与全球其他主要克拉通一致,而古元古代早-中期则以地壳再循环为主;3)综合地质、地球化学等特点,将华北南部鲁山-小秦岭地区和中条山等地区划归为"南部古陆块",并提出该陆块呈现为一个大型的倾伏向斜构造,可能在新太古代晚期已经形成,其枢纽向南东倾斜。"南部古陆块"在新太古代末期与其它微陆块拼合,并发生了变质作用和陆壳的活化与再循环,共同指示新太古代晚期华北克拉通统一基底的形成。     

胶北太古宙早期锆石U-Pb定年及Hf同位素研究：华北克拉通古老陆壳增生及再循环的证据

古老陆壳物质的发现与鉴别是探索地球早期陆壳形成与演化历史的重要内容之一,锆石U-Pb年龄结合Hf同位素研究是该研究的重要手段。本文通过对胶北地体内一个长英质副片麻岩中的锆石开展系统的原位U-Pb定年和微量、稀土元素分析,获得了多个太古宙早期的锆石。根据这些锆石的阴极发光图像、Th/U比值及稀土元素球粒陨石标准化配分模式,它们具有典型岩浆锆石的特征,其中2个分析点给出了3413Ma和3400Ma(~3.4Ga)的锆石U-Pb年龄,7个分析点给出3547±19Ma(MSWD=1.16)的锆石U-Pb年龄,指示太古宙早期的陆壳岩浆事件;结合华北克拉通其它地区的类似研究结果,暗示华北克拉通可能曾经存在比现今出露面积更大的太古宙早期的古老陆壳。这些古老锆石的Hf同位素分析显示,它们的εHf(t)值在-6.19~0.95之间,平均为-2.54,两阶段Hf模式年龄在3737~4353Ma之间,平均值为~4.1Ga,远大于锆石的U-Pb年龄,指示华北克拉通存在~4.1Ga的地壳增生作用及古老陆壳(3.55Ga)的再循环。     

华北克拉通南部太古宙大陆地壳的生长和演化

太古宙约占地球已有演化历史的三分之一强,这一时期涉及到大陆地壳起源、陆壳的巨量生长和稳定以及板块构造作用的启动、建立等诸多最根本的全球性重大地质事件。太古宙岩石在华北克拉通南部的涑水、登封、太华、霍邱和五河等杂岩中广泛出露,这为解析上述重大科学问题提供难得的素材。近十年来,在华北克拉通南部古生代-中生代火山岩或早前寒武纪变沉积岩中陆续发现冥古宙-古太古代的捕获/碎屑锆石,暗示南部地块依然尚存地球形成最初期的陆壳物质。根据华北克拉通南部太古宙岩石年龄统计结果显示有2850~2700Ma和2580~2480Ma两个突出年龄区间,对应的峰值年龄分别为~2.76Ga和~2.52Ga。其中~2.76Ga的岩石主要出露于南部的鲁山、霍邱、五河和中条山地区。此外,在华北克拉通诸多地区,诸如怀安、阜平、五台、中条等地区的花岗质片麻岩和变质沉积岩中也均发现年龄为~2.76Ga的碎屑锆石或者继承锆石,暗示华北克拉通2.85~2.70Ga岩石的分布似乎比现今出露范围更为广泛。与整个华北克拉通类似,2.58~2.48Ga岩石亦在克拉通南部广泛分布,尤其是嵩箕地区的登封杂岩几乎全部是由新太古代晚期的岩石组成。~2.52Ga是华北克拉通南部,乃至整个克拉通太古宙地壳演化最突出、最重要的岩浆-构造事件,明显有别于全球其它诸多典型克拉通。已有的同位素资料研究表明华北克拉通南部,乃至整个克拉通在太古宙经历了两期明显的地壳生长事件：一期发生在2.85~2.70Ga左右,以形成于此时期的涑水杂岩中花岗质岩石和鲁山太华片麻岩系中深成侵入岩和斜长角闪岩为代表;另一期发生在2.58~2.48Ga,以登封杂岩、涑水杂岩以及小秦岭地区太华杂岩中~2.52Ga各类花岗质岩石和变基性岩为代表。华北克拉通正是经过这两期陆壳巨量生长事件之后完成初始的克拉通化。我们在登封杂岩中识别出形成于俯冲汇聚环境的TTG质片麻岩、类似于赞岐岩的变闪长岩和具有N-MORB地球化学特征的变基性火山岩,提出其构成"新太古代构造混杂岩",标志着新太古代末期具有现代体制的板块构造在华北克拉通南部已经开始启动。最近,在登封杂岩中识别出的新太古代双变质带也支持上述观点。     

Petrogenesis of Two Types of Archean TTGs in the North China Craton: A Case Study of Intercalated TTGs in Lushan and Non-intercalated TTGs in Hengshan

TTG(Tonalite-Trondhjemite-Granodiorite) gneisses,a major component of Precambrian continental crust,play a significant role in understanding the process and mechanism of the crustal evolution in the early periods of the Earth. In terms of field occurrence,there are two kinds of Archean TTGs in the NCC(North China Craton): intercalated and non-intercalated TTGs. In this contribution,we make a comprehensive comparison of these two types of TTGs from the typical areas(Lushan and Hengshan) in the NCC with an aim to constrain their petrogenesis. The results suggest that they have similar mineral assemblages of Pl + Qtz + Bt ± Amp ± Kfs but different field appearances and geochemical compositions,thus probably reflecting different source materials and tectonic settings. Differences in the contents of characteristic elements,such as Sr,REE and HFSE,suggest that the nonintercalated TTGs in Hengshan were generated at deeper levels than those of intercalated TTGs in Lushan. Constraints from element contents and geochemical modeling results are consistent with derivation from dual sources involving both garnet amphibolite and rutile-bearing eclogite residues for the non-intercalated TTGs in Hengshan,whereas the compositions of intercalated TTGs in Lushan indicate that they were formed by partial melting with amphibolite to garnet-amphibolite residues. Moreover,accumulation of plagioclase is also required in the petrogenesis of intercalated TTGs in Lushan,at least for part of them. In addition,the non-intercalated TTGs in Hengshan display distinctly higher Mg O,Mg#,Cr and Ni values and lower SiO_2 average contents compared to the intercalated TTGs in Lushan. These features suggest that the former magma,at least a part,might have interacted with the mantle wedge during ascent. Considering all the above factors and in combination with the whole-rock Nd and zircon Hf isotopic data,it is suggested that the non-intercalated TTGs in Hengshan were produced by partial melting of subducted slab contaminated by the overlying mantle wedge at deeper levels and high pressures,whereas the intercalated TTGs in Lushan were generated by melting of the thickened lower crust at lower pressures and shallower depths. The tectonic settings of the two types of TTGs shed new light on the growth of the NCC.     

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。     

华北克拉通南缘下地壳麻粒岩地体的形成与演化

研究前寒武纪地体的构造-岩浆事件和变质作用过程是揭示早期陆壳的生长与演化等热点问题的重要途径。目前,尽管已经开展了大量的相关研究,但关于华北克拉通南缘前寒武纪变质地体的成因、构造背景仍存在争议,限定了我们对于华北克拉通南缘前寒武纪形成和演化的认识。本文根据前人研究成果,包括华北南缘太华杂岩的岩相学、地球化学、年代学以及变质P-T-t轨迹等,结合对鲁山地区太华杂岩的全岩主微量、长石矿物原位Pb同位素组成特征以及基性麻粒岩的年代学等研究成果,系统梳理并探讨了太华杂岩代表的新太古代-古元古代下地壳物质组成、岩石成因以及多阶段构造-岩浆事件。结果显示华北南缘记录了2.92~2.71Ga和2.53~2.45Ga两期重要的地壳生长事件,2.35~2.30Ga和2.19~2.06Ga的陆壳再造,以及1.96~1.84Ga古元古代的变质事件。再结合华北克拉通中部造山带中、北部的变质程度、变质P-T轨迹和变质年龄,我们认为华北南缘前寒武纪基底与中部造山带的中、北部相似,构造归属于中部造山带,发生了一个较长的俯冲碰撞造山过程(1.96~1.86Ga)。

     

华北克拉通早前寒武纪条带状铁建造形成时代——SHRIMP锆石U Pb定年

华北克拉通是我国早前寒武纪条带状铁建造(BIF)最重要的分布区。近年来大量锆石定年研究表明,华北克拉通BIF形成于始太古代到古元古代早期,但主要为新太古代晚期(2.50～2.55Ga)。最重要的BIF分布于华北克拉通东部的鞍本、冀东和鲁西地区,沉积环境相对稳定是大规模BIF形成的重要条件。华北克拉通新太古代晚期BIF形成的构造环境还不十分清楚,但可能为岛弧构造环境。BIF明显的时代专属性是地质和大气演化的结果。     

华北克拉通晚太古代末-古元古代初的岩浆事件及构造热体制

华北克拉通变质基底中广泛出露岩浆成因的正片麻岩。本文将华北克拉通分为11个变质地区,对其中新太古代末-古元古代初的正片麻岩的产状、岩性、形成时代进行了讨论。通过对这11个变质地区的对比可以看出,华北克拉通新太古代末-古元古代初的正片麻岩具有以下特征:(1)新太古代末-古元古代初的岩浆事件分布广泛,该期岩浆事件所形成的正片麻岩不仅在东部陆块、西部陆块广泛分布,而且在中部造山带也有广泛出露,在各变质地区该期的正片麻岩通常占变质基底总面积的70%以上;(2)该期岩浆事件主要集中在从2540Ma到2490Ma的50Ma期间。目前的年龄数据统计该期间形成的正片麻岩占2600Ma到2450Ma所形成的正片麻岩的75%;(3)该阶段形成的钠质片麻岩和钾质片麻岩在形成时间上几乎一致,在各变质地区不同成分的正片麻岩不具分带性。但钾质花岗岩在辽宁鞍山、辽西绥中、冀东秦皇岛和鲁西傲徕山分布相对集中;(4)该期岩浆事件与变质事件几乎同时发生,变质事件通常较岩浆事件晚10～15Ma,在有些地区几乎同时,表明岩浆事件和变质事件是同一构造热事件的产物;(5)该期岩浆事件所产生片麻岩的εHf(t)值绝大多数为正值,表明它们是有地幔物质加入的新生地壳再造的产物。综合以上特征,我们认为在华北克拉通新太古代末-古元古代初广泛的岩浆事件是地幔柱底侵导致的,该期广泛的岩浆事件造就了华北克拉通的基本形态。     

华北克拉通～2.7Ga的BIF:来自莱州-昌邑地区含铁建造的年代学证据

越来越多的研究资料显示~2.7Ga是华北克拉通陆壳生长的一个重要阶段,但缺少同时期的世界主要克拉通上广泛发育的BIF铁矿。胶北莱州-昌邑地区的BIF铁矿赋存在原划分的粉子山群小宋组含铁建造中,含铁建造的岩石组合主要为黑云斜长变粒岩、斜长角闪岩、含石榴黑云片岩夹角闪磁铁石英岩,磁铁浅粒岩。岩石地球化学分析显示,斜长角闪岩具有岛弧玄武岩的地球化学特点,变质酸性火山岩具有埃达克质岩的地球化学特点,故推测莱州-昌邑地区的含铁建造形成于与岛弧相关的构造环境,而与粉子山群形成的裂谷构造背景无关。锆石同位素年代学研究表明,含铁建造中变质酸性火山岩(埃达克质火山岩)的岩浆结晶年龄为2726±10Ma,在变质泥砂岩中获得了~2.73Ga和~2.9Ga两组碎屑锆石U-Pb年龄,并缺少新太古代晚期(~2.5Ga)的构造岩浆热事件信息;在斜长角闪岩中获得的变质锆石年龄为~1850Ma,并有2.68Ga的继承或捕获锆石年龄信息;因此推断莱州-昌邑地区的BIF铁建造有可能形成于新太古代早期(~2.7Ga),而在新太古代晚期(~2.5Ga)则处于相对稳定的构造背景。含铁建造被~2.17Ga的二长花岗岩侵入,并共同卷入胶北古元古代晚期(~1.85Ga)的变质变形作用改造。莱州-昌邑地区含铁建造的岩石组合和锆石年龄信息与胶北地块栖霞地区比较有所不同,这可能揭示出胶北地块在新太古代早期(~2.7Ga)构造环境差异和古板块构造演化的重要信息。