新太古—古元古代华北陆块构造演化的研究进展

在过去的二十年里，华北克位通早期陆块形成和演化的研究会是展是中国固体地球科学研究领域最为显著的成果之一，第一个十年代表性的工作包括深变质变形的层状岩系与块状岩系的误与成因研究，高级区与绿岩带的划分，构造样式与变形序列研究，变质历史与变质动力学，年代学与地质事件的研究等，第二个十年的研究重点是如何认识和理解早期在陆地壳的性质和它们的形成与演化过程，代表性的进展包括均匀域与地质体的划分，古老微陆块的识别，残留洋壳与早期陆壳形成，下地壳组成和性质，大陆拼贴机制，古地幔柱构造与前Rodinia超大陆旋回等，其中高压麻粒岩地体和退变质榴辉岩的发现，是华北早前寒武纪研究中最重要的进展，它为早期大陆的拼合机制，地壳的深部结构和古老下地壳与现代的对比等多个领域打开了新的研究思,对新太古-古元古代的重大地质事件的厘定已表明，华北主要的地壳生长期是在29－27亿年，但25和18亿两期事件是重大的事件，虽然对其性质尚存争议,但越来越多的证据把它们与超大陆和地幔柱构造相联系。     

华北陆块早元古代基性岩墙群及其构造意义

华北陆块中部带的晋冀蒙地区早元古代未变形变质基性岩脉形成于1781~1765 Ma。东部陆块鲁西地区早元古代类似的基性岩脉形成时间约为1841 Ma。中部带基性岩脉依据其FeOt含量、(Nb/La)N和(Th/Nb)N值的差异能划分为组1、组2和组3三类。它们的元素-同位素组成变化表明,组1样品起源于再循环大陆玄武质组分参与的交代岩石圈地幔,组2样品源于交代富铁岩石圈地幔与MORB组分的混杂源区,组3样品则是受辉长质组分混染的、经俯冲改造而成的岩石圈地幔产物。相反,鲁西地区基性岩脉亏损HFSE,具MORB型钕同位素组成。上述地球化学特征支持华北陆块中部带约1780 Ma的基性岩脉与早期俯冲碰撞作用的关系密切,而东部陆块约1840 Ma基性岩脉类似于弧后盆地构造背景产物。     

华北陆块新元古代-中生代沉积盆地划分及其构造演化

在华北陆块区进行构造-地层区划的基础上,对华北陆块中元古代-新元古代、早古生代、晚古生代、三叠纪-早侏罗世、中侏罗世-白垩纪5个大地构造阶段不同构造-地层区内的沉积盆地类型、充填序列和时空演化过程进行了分析、讨论.中-新元古代是华北周缘裂谷发育期.寒武纪-早、中奥陶世,华北广泛发生沉降并接受海侵,形成几乎广布全华北的碳酸盐岩台地.晚奥陶世-泥盆纪,华北整体抬升,遭受剥蚀,沉积缺失.石炭纪-二叠纪,华北陆块再次发生沉降并接受海侵,形成广阔的陆表海海陆交互相沉积,至晚二叠世华北陆块进入陆相盆地发展阶段.中生代,华北陆块陆内构造运动活跃,普遍形成与火山活动相伴的断陷盆地、坳陷盆地和拉分盆地.      

华北地块北缘太古-早元古代构造变形特征及其成矿作用

(1)太古-早元古代变质岩系 太古-早元古代变质岩系本区出露有中国最古老的结晶基底,主要由三大套变质岩系组成。      

华北克拉通古元古代构造事件

本文讨论了华北克拉通的古元古代表壳岩系、高压麻粒岩和孔兹岩系的若干问题,提出了(1)华北克拉通在约2500Ma太古宙结束时已基本形成.在2300Ma之前处于相对稳定的构造环境;(2)2300～1950Ma期间,华北克拉通经历了一次基底陆块的拉伸-破裂事件,在克拉通内部发育了晋豫、胶辽裂陷盆地和丰镇陆内凹陷盆地;(3)约1900Ma期间,有地幔上涌并伴随辉长岩浆的底侵作用,引起大青山-丰镇地区的超高温变质作用.底侵的辉长岩浆作为岩体和岩墙在下地壳就位,并发生高压麻粒岩相变质作用;(4)约1850Ma期间,华北克拉通经历了一次挤压构造事件,导致了裂陷盆地的闭合和焊接,形成晋豫和胶辽两个类似于现代陆.陆碰撞型的造山带;(5)在华北克拉通的北缘,华北克拉通可能与其北部的另一古老陆块或岛弧拼合,其拼合带应位于白云鄂博以北.现在已残缺不全.孔兹岩系可能代表了平行于北缘造山带的一条构造带.与北部造山带的俯冲碰撞相关的陆内深部逆掩造成了麻粒岩相岩石的形成和抬升;(6)白云鄂博群、化德群和渣尔泰(-狼山)群是与长城系相同时期发育的被动大陆边缘裂谷盆地;(7)1850～1700Ma期间,华北克拉通进入伸展构造体制,导致基底抬升,产生裂陷槽、基性岩墙群和非造山岩浆活动.     

扬子陆块古-中元古代地质演化与Columbia超大陆重建

扬子陆块在古-中元古代时期经历了较为强烈的岩浆-变质-沉积-成矿等地质事件,这些事件是理解该陆块陆壳演化和成矿效应内在联系及动力学的关键,也是探讨该陆块在Columbia超大陆中古地理重建的前提。本文以古-中元古代地质单元出露较为完整的扬子西南缘为重点研究对象,在总结已有资料的基础上,对扬子陆块古-中元古代时期地质事件进行剖析和讨论,明确了扬子陆块西南缘在古-中元古代时期经历了由Columbia超大陆初始裂解引起的陆内裂谷相关的沉积作用,岩浆侵位及矿产富集等地质过程。通过与全球陆块进行对比,发现相似的裂谷的相关沉积-岩浆-成矿事件在劳伦大陆西北部、澳大利亚北部及Siberian克拉通都有体现。本文认为扬子陆块在2. 4～2. 3 Ga通过增生拼贴到劳伦大陆Rae克拉通。在共同经历过Columbia超大陆聚合的峰期变质作用(2. 03～1. 81 Ga)之后,超大陆开始逐步裂解并形成大陆内部裂谷,最终在古元古代后期(～1. 66～1. 60 Ga)扬子陆块和Columbia超大陆主体分离。     

华北陆块、秦岭地块和扬子陆块构造演化的古地磁证据

通过对河北井陉和湖北宜昌、兴山的39个采样点、392个样品进行的古地磁测试,以及7个采样点、71个样品中的原生剩磁以及笔者前期研究结果,系统分析了三大块体的古地磁极位置、古地磁偏角以及古纬度自寒武纪以来的变化特征,并进行了古地理复原。研究表明,三块体为不同地质构造单元,寒武纪时,华北陆块、秦岭地块以及扬子陆块自北到南顺序排列于北纬2.9°、南纬5.5°以及南纬17.0°。秦岭地块北侧和南侧分别存在一古洋盆,此时华北陆块和扬子陆块相距约1400Km左右;三块体向北漂移的过程中伴随着旋转运动;三块体开始拼合的时间为晚二叠纪至早三叠纪之间,华北陆块和秦岭地块完全拼合的时间为早三叠纪至中三叠纪之间,三块体完全拼合的时间为中三叠纪至晚白垩纪之间;晚白垩纪以后,一体化的三块体继续向北漂移,并于第四纪到达现今地理位置。     

华北板块早古生代构造-沉积演化

 任一特定时期的地质演化都必定源自前期背景,并影响后继地质作用。元古宙的构造特征及晚古生代的地质记录可帮助我们更好地认识早古生代华北板块的构造-沉积演化,这一演化包括4 个阶段。第1 阶段(∈₁-∈₃)以被动陆缘的发育和全球海平面上升为特点,二者叠加形成强烈的相对海平面上升,并在南、北边缘形成早期沉积。第2 阶段(O_1y-O₁l)表现为因洋壳俯冲导致的西南部构造抬升及全球海平面下降,二者结合形成的相对海平面下降在华北中部及西南部形成分布广泛的不整合面及白云岩。第3 阶段(O_1m-O₂)期间,来自南、北的挤压导致以边缘上凸为特点的板块变形,在伴以全球海平面上升的情况下导致轻度的相对海平面上升并形成板块中部局限陆表海的膏岩沉积。第4 阶段(O₃-C₁)则是强烈的南北挤压和全球海平面下降导致华北大陆板块整体鞍状抬升和长期不整合的发育,该不整合在北部及南部的侵蚀作用明显强于中部。     

华北陆块的构造格局及其演化

华北陆块是由陆核→地块(体)→联合地块逐渐生长、增大、拼合形成的。根据大量的地质构造、地层岩石、同位素年代学、含矿特征、地球化学、地球物理等多方面的信息,华北陆块可划分为辽吉、燕辽、阴山、晋冀、豫皖、阿拉善前寒武纪地块和鲁西、胶北前寒武纪地体,鄂尔多斯、华北中新生代盆地,共10个构造单元。华北陆块是多地块拼(缝)合形成。据现有的岩石记录,始太古代-中太古代主要是陆核生成阶段,不排除在早期有绿岩带形成;新太古代主要是花岗岩-绿岩带的生成阶段,花岗岩-绿岩带环绕地核周边形成地块,是华北陆块结晶基底的主要生长时期;古元古代是联合地块的形成阶段,多个地块(体)拼合形成联合地块;中元古代是稳定环境下的拉伸阶段,沿陆块南北两缘形成三大裂谷系(燕辽、狼山—渣尔泰、熊耳山—西阳河);新元古代-古生代陆块形成稳定环境的沉积盖层,除南北两缘外,内部很少有岩浆活动;中-新生代陆块大部分地区为活动大陆边缘的环境,出现大规模的构造-岩浆活动。     

华北板块早古生代构造-沉积演化

任一特定时期的地质演化都必定源自前期背景,并影响后继地质作用。元古宙的构造特征及晚古生代的地质记录可帮助我们更好地认识早古生代华北板块的构造-沉积演化,这一演化包括4 个阶段。第1 阶段(∈₁-∈₃)以被动陆缘的发育和全球海平面上升为特点,二者叠加形成强烈的相对海平面上升,并在南、北边缘形成早期沉积。第2 阶段(O_1y-O₁l)表现为因洋壳俯冲导致的西南部构造抬升及全球海平面下降,二者结合形成的相对海平面下降在华北中部及西南部形成分布广泛的不整合面及白云岩。第3 阶段(O_1m-O₂)期间,来自南、北的挤压导致以边缘上凸为特点的板块变形,在伴以全球海平面上升的情况下导致轻度的相对海平面上升并形成板块中部局限陆表海的膏岩沉积。第4 阶段(O₃-C₁)则是强烈的南北挤压和全球海平面下降导致华北大陆板块整体鞍状抬升和长期不整合的发育,该不整合在北部及南部的侵蚀作用明显强于中部。     

Tectonic Evolution of an Early Precambrian High-Pressure Granulite Belt in the North China Craton

A large-scale high-pressure granulite belt (HPGB), more than 700 km long, is recognized within the metamorphic basement of the North China craton. In the regional tectonic framework, the Hengshan-Chengde HPGB is located in the central collision belt between the western block and eastern block, and represents the deep crustal structural level. The typical high-pressure granulite (HPG) outcrops are distributed in the Hengshan and Chengde areas. HPGs commonly occur as mafic xenoliths within ductile shear zones, and underwent multipile deformations. To the south, the Hengshan-Chengde HPGB is juxtaposed with the Wutai greenstone belt by several strike-slip shear zones. Preliminary isotopic age dating indicates that HPGs from North China were mainly generated at the end of the Neoarchaean, assocaited with tectonic assembly of the western and eastern blocks.     

华北陆块南部元古宙熊耳群火山岩的成因与构造环境：事实与争议

位于华北陆块南部的熊耳群形成于古元古代1.80~1.75 Ga,以火山熔岩占绝对优势,沉积岩和火山碎屑岩仅占地层总厚度的4.3%。熊耳群火山岩是华北陆块结晶基底形成后规模最大、涉及范围最广的火山活动产物,基岩出露面积约7 000 km2,地层厚度3 000~7 000 m,以玄武安山岩、安山岩为主,次为英安-流纹岩,SiO2=60%±的岩石较少,显示双峰特点。中基性熔岩的主要造岩矿物是斜长石和辉石,几乎没有角闪石和黑云母。其岩石化学成分的突出特点是高Fe,K,而低Al,Ca和Mg,火山岩显示富集大离子亲石元素和轻稀土元素、相对亏损高场强元素的岛弧型地球化学特征。Nd同位素和微量元素特征表明,这种地球化学特征是地幔源区遭受地壳组分改造及少量岩浆上升过程中的地壳混染造成的。熊耳群中的沉积岩主要分布在大古石组及马家河组。沉积岩的岩石学和地球化学特征表明熊耳群形成于被动大陆边缘的构造环境,结合火山岩的结构、构造特征,表明火山喷发的主体环境是海相,经历了陆相到海相再到陆相的演变过程,即：伴随着裂谷的发育、地面沉降和海水的侵入,以及随着火山喷发的进行最后又高出海面暴露于地表的全过程。熊耳群形成后,海侵范围更广、海水逐渐加深,表明地壳逐步向更大的凹陷发展。熊耳群形成于夭折的三叉裂谷环境,其火山岩所具有的岛弧型火山岩的地球化学特征是继承于受俯冲组分改造的陆下岩石圈富集地幔源区。熊耳期岩浆活动在华北陆块广泛分布,除了陕西宝鸡附近及山西吕梁地区的火山岩,还广泛分布1.75 Ga前后的基性岩墙群、A-型花岗岩以及比熊耳群稍晚的斜长岩、奥长环斑花岗岩等（1.75-1.70 Ga）和碱性花岗岩类（~1.65 Ga）。这些岩浆岩和熊耳群火山岩在源区性质、岩石 成因及其形成的构造背景等方面,可能存在必然的联系。上述岩浆岩的发育,说明华北陆块在1.80 Ga后处于地壳拉伸、减薄,很可能沿早先拼合的薄弱部位最先发生破裂,是华北陆块裂解的产物。     

华北地块北缘中新元古界沉积构造演化

根据文献资料及对研究区8 条实测剖面资料的综合分析结果表明,Columbia 超级大陆的裂解导致华北陆块北缘大陆裂 谷盆地的形成。随着大陆进一步伸展和洋壳的形成,华北地块北缘逐渐发展为被动大陆边缘。在1400 Ma 左右,即铁岭组 沉积后,华北地块北缘转变为活动大陆边缘。早期洋壳向华北地块低角度的俯冲造成弧后地区发生挤压（芹峪上升）,导致 铁岭组抬升和剥蚀,而后期洋壳高角度的俯冲又造成弧后区域发生强烈的伸展和断陷,沉积了下马岭组,并伴随辉绿岩的 侵入。华北地块与相邻地体之间的碰撞导致下马岭组的抬升（或蔚县抬升）以及碰撞花岗岩的形成,挤压构造发生的时间 对应于Rodinia 超级大陆的形成期。新元古代沉积是Rodinia 超级大陆裂解的结果。龙山组石英砂岩和海绿石砂岩是Rodinia 超级大陆裂解后的最早期沉积,记录了海侵初期的超覆过程。     

华北克拉通古元古代地质记录及其构造意义

华北克拉通上存在广泛的古元古代地质记录,尤其是构造岩石组合和同位素年龄资料,显示克拉通上可能存在多条古元古代的汇聚拼合带:如鄂尔多斯地块与华北东部-阴山地块之间的拼合造山带、华北东部地块与狼林地块之间的胶辽造山带以及华北克拉通北缘的安第斯型汇聚边界等.华北克拉通中部地区的古元古代锆石年龄数据统计,显示出2.3~2.4 Ga、2.0~2.2 Ga和1.8~1.95 Ga三组年龄值,暗示华北克拉通古元古代可能存在两个演化阶段:其中古元古代末期(1.8~1.95 Ga)的造山事件已得到了广泛认可,并认为与全球Columbia超大陆汇聚事件相关;而2.3~2.4 Ga、2.00~2.2 Ga所代表的构造热事件的性质和意义尚不明确.我国古元古代末期有关陆块汇聚的构造热事件以及其后的裂解事件群和地层学记录,与新的国际前寒武纪地质年代表建议的古-中元古代界线一致,这将促进我国特别是古中元古代的前寒武纪研究.     

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。     

华北地块北缘铅锌矿床类型、地质特征及构造演化

本文重点对华北地块北缘铅锌矿类型、特征、时空分布等进行了初步总结, 并探讨了铅锌成矿作用与区域构造演化的关系。通过初步总结认为, 该地区铅锌矿床的主要成因类型有SEDEX型、矽卡岩型、岩浆热液型、沉积改造型、MVT型及复合型等。从形成时间来看, 矿床主要形成于中元古代、晚古生代和中生代三个时期, 并在中元古代和中生代达到高峰。中元古代以形成SEDEX型、沉积改造型和MVT型矿床为主, 该时期处于被动陆缘基础上发育的裂谷环境; 晚古生代产出少量岩浆热液型铅锌矿床, 其形成可能为华北地块与西伯利亚南缘蒙古增生褶皱带拼合后的伸展及岩石圈拆沉作用有关; 中生代为岩浆热液型、矽卡岩型铅锌矿床的重要成矿期, 该时期主要发育陆内构造运动, 可能为欧亚构造动力学体系与西太平洋动力学体系复合、叠加作用的结果。     

华北克拉通的形成演化与成矿作用

华北克拉通具有38亿年的漫长历史,特别是与其他克拉通相比,它有更为复杂的多阶段的构造演化史,记录了几乎所有的地壳早期发展与中生代以来的重大构造事件。在太古宙,华北克拉通经历了>3.0Ga的陆核与微陆块的形成;2.7～2.9Ga的陆壳增生;2.5Ga的岩浆、变质作用与克拉通化;2.3～1.9Ga的古元古代活动(造山)带;1.8Ga的基底隆升与裂谷-非造山岩浆事件。在新元古代—古生代,华北克拉通处于相对稳定的地台状态,其南、北缘受到秦岭造山带和中亚造山带的影响;在中生代,华北克拉通则经历了强烈的中生代构造格局的转变和克拉通的破坏与重建;在新生代,华北克拉通的东缘属于环太平洋构造带的一部分。与上述重大构造事件相对应,华北克拉通出现大规模的成矿作用,形成了丰富多样的固体矿产资源。华北克拉通的形成与演化及其不同类型的成矿系统,为深刻理解大地构造背景对成矿作用的制约提供了范例。     

Tectonic Setting and Metallogenic System of North China Block Margins

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｐａｌｅｏｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌｍａｒｇｉｎｓ,ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙａｃｔｉｖｅｉｎ－ｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅａｒｔｈｃｒｕｓｔａｎｄｍａｎｔｌｅ,ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｔｅｃｔｏｎ－ｉｃｍｏｖｅｍｅ...     

Petrogenesis of the Chaihulanzi Gneiss and its Tectonic Implications for the North China Craton

The Chaihulanzi area in eastern Inner Mongolia is tectonically situated on the northern margin of the North China Craton (NCC). The main Precambrian lithologies of the area have been referred to the Archean Jianping Group meta-supracrustal sequences. Based on field observations, petrographic, whole-rock geochemical, and zircon U-Pb geochronological results, a magmatic origin for the units is proposed. Our results show that the Chaihulanzi gneisses are mainly of granitic, dioritic and granodioritic compositions, and show typical magmatic rock textures and mineral assemblages. The dioritic and granodioritic gneisses show Na-rich tonalite–trondhjemite–granodiorite (TTG)-like affinity with zircon U-Pb dates of ca. 2.57–2.59 Ga, representing a juvenile continental growth for the northeastern NCC. The granitic gneiss is indeed potassic granite and yielded a zircon U-Pb date of ~2.50 Ga, which is contemporaneous with the Jining–Jiaoliao microblock collision (2.53–2.49 Ga), implying another crustal growth event. The well-developed gneissosity in 2.57–2.59 Ga dioritic and granodioritic gneisses together with the 2.5 Ga potassic granite, which crosscuts the gneissosity implies a 2.57–2.50 Ga (mainly 2.53–2.51 Ga) collisional orogeny, probably related to the Jining–Jiaoliao microblock collision. Our new geology and chronological results provide new evidence for the early Precambrian tectonic evolution of the NCC.