大陸克拉通早期構(gòu)造演化歷史探討_以華北為例

1、第 31卷 第 3期 地球科學(xué) 中國地質(zhì)大學(xué) 學(xué)報 Vol. 31No. 3 2006年 5月 Earth Science Jour nal of China Universit y of Geosciences May 2006大陸克拉通早期構(gòu)造演化歷史探討 :以華北為例李江海 , 牛向龍 , 程素華 , 錢祥麟教育部造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 、 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院 , 北京 100871摘要 :大陸早期構(gòu)造演化的研究一直是大陸 地質(zhì)學(xué)研究的焦點(diǎn)問題 . 在華北克拉通基底構(gòu)造 1B 200萬編圖研究基礎(chǔ)上 , 本 文開展基底斷裂邊界、 構(gòu)造樣式及后期疊加關(guān) 系的研究 , 借鑒比較大

2、地構(gòu)造理論 , 對華北克拉通 基底重新進(jìn) 行了構(gòu)造區(qū) 劃 . 結(jié)合標(biāo)志性構(gòu)造單元及其時代、 同位素年齡數(shù) 據(jù)庫的綜合研究 , 提 出華北 早期構(gòu) 造格局 演化及 其重大構(gòu) 造熱事 件 . 華北克 拉通基底主要由大面積的新太古代 TT G 雜巖及表殼巖系 組成 , 新太古代涉及活動陸緣環(huán)境的大規(guī)模陸 殼增生及 不同微陸 塊的碰撞聚合過程 , 造成新太古代末期陸殼迅 速增生和克拉通化 . 古元古 代初期 開始伸 展裂解 和早期蓋 層發(fā)育 階段 , 古元 古代晚期發(fā)生微陸塊碰撞縫合 , 形成超級克拉 通 , 并在克拉通西 北邊緣發(fā)生 強(qiáng)烈改造 作用 . 1. 84Ga 前后 , 華 北克拉 通經(jīng)歷

3、最強(qiáng)烈的一次伸展裂解過程 , 從超級克拉 通裂解 , 開始 了獨(dú)立 的構(gòu) 造演化 , 在 伸展 構(gòu)造背 景下 , 克拉 通基 底被 強(qiáng)烈隆 升冷 卻 , 經(jīng)歷風(fēng)化剝蝕 , 發(fā)育沉積蓋層 . 以上構(gòu)造格局及其構(gòu) 造熱事件提供了早期超級大陸再造研究的構(gòu)造制約條件 .關(guān)鍵詞 :板塊構(gòu)造 ; 構(gòu)造區(qū)劃 ; 構(gòu)造熱事件 ; 活動陸緣 ; 伸展作用 ; 超級大陸 .中圖分類號 :P 542文章編號 :1000-2383(2006 03-0285-09收稿日期 :2005-06-15The Early Precambrian Tectonic Evolution of ContinentalCraton:A

4、 Case Study from North ChinaLI Jiang 2hai, NIU Xiang 2long, CH ENG Su 2hua, QIAN Xiang 2linKey Laboratory of Orogenic Belt and Crus tal Evolution, School of Earth and Space Sciences , Peking University , Beijing 100871, C hinaAbstr act:The early tectonic evolution of crat on has been the target t op

5、ic for continent al geology. Based on a pr eliminar y analysis on the tectonic map (1B 2000000 of North China craton (NCC basement, we try to investigate its tectonic bounda 2 ries, structur al pattern, and late stage rewor king. Guided by the framework of modern plate tectonics, the NCC basement is

6、 divided into different tectonic units. It is suggested here that some key geological units (KGU , with distinct tectonic setting and geological origin, may well pr eserve information of its early tectonic history. With the high 2precision isotopic age dating of KGU, a new time 2 table of geological

7、 and geochrological events has been defined for the Ear ly Precambrian geology of NCC. In addition, several major tectonothermal episodes can be r evealed by the synthesis of available age data with TTG 2gr anite gneiss and mafic volcanics. There 2 fore, the Ear ly Precambrian tectonic evolution of

8、NCC is documented by a consideration of both regional geological research and age dating. As indicated by widespread geological resear ch and high 2precision geochronology, NCC p s basement was mainly consisted of Neoar chean TTG complex and supracrustal sequences, associated with rapid crustal accr

9、etion within the setting of active continental margins and collisions between differ ent blocks. As a result, it became stabilized at the end of the Archean. In the Early Paleoproterozoic, the NCC began to be dominated by an extensional tectonic regime, characterized by the development of ear ly cov

10、er. In the Late Paleoproterozoic, the NCC collided with another block in the north, with formation of a supercraton, which caused a strong tectonother mal reworking to its passive mar gin in the northwestern part of NCC. At about 1. 84Ga, the NCC underwent extension, recorded its dispersal fr om a s

11、upercraton. After that, it began its tectonic evolution independently, its basement was in 2 tensely uplifted and eroded, with development of sedimentary cover. The Ear ly Pr ecambr ian tectonic framewor k and geological events documented will provide an important constraint for reconstruction of th

12、e NCC within the ear ly supercontinents.Key words:plate tectonics; tectonic division; tectonothermal episodes; active continental margin; extension; supercontinent.基金項(xiàng)目 :國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (No. 40472097作者簡介 :李江海 (1965- , 男 , 教授 , 主要從事前寒武紀(jì)地質(zhì)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究教學(xué)工作 . E 2mail:jh . cn0 引言大陸克拉通化過程涉及漫長的地質(zhì)歷史 , 由于 地

13、層記錄不完整以及多期構(gòu)造 -巖漿 -變質(zhì)活動疊 加改造 , 對大陸早期構(gòu)造演化的研究主要圍繞重大 構(gòu)造熱事件開展 , 而構(gòu)造演化過程的研究尚非常有 限 . 華北為我國最古老和最大面積的克拉通陸塊 , 由 于基底出露不完整 , 后期再造強(qiáng)烈 , 華北克拉通基底 構(gòu)造格局重大事件及構(gòu)造演化過程等方面的研究非 常薄弱. 圖 1 華北克拉通基底構(gòu)造區(qū)劃圖F ig. 1Sket ch map showing tectonic division and major units of Nor th China craton (NCC basement近十年來 , 隨著華北不同變質(zhì)巖區(qū)地質(zhì)研究及 同位素地質(zhì)年

14、齡數(shù)據(jù)迅速積累 , 早期區(qū)域構(gòu)造演化研 究已成為亟待深入探討的重要問題 . 為此 , 作者開展 了華北克拉通基底 1B 200萬構(gòu)造圖的編制 , 并進(jìn)行 華北克拉通基底構(gòu)造區(qū)劃 . 結(jié)合不同地質(zhì)單元同位素 地質(zhì)年代數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 , 本文探討了華北克拉通基底 構(gòu)造格局、 區(qū)域構(gòu)造演化過程及其重大構(gòu)造熱事件 .1 華北大陸基底構(gòu)造區(qū)劃華北克拉通南北緣被顯生宙造山帶環(huán)繞 , 以大 斷裂與周圍造山帶分界 . 克拉通西南邊緣和北緣還保留中元古代初伸展裂解邊界及其坳拉谷 (李江海等 , 2000 . 變質(zhì)基底以中小規(guī)模斷塊或復(fù)背形方式 出露地表 . 由于各變質(zhì)巖區(qū)橫向上連續(xù)性較差 , 并且 變質(zhì)程度有差異

15、 , 帶來基底構(gòu)造地質(zhì)對比的難度 . 較 大面積變質(zhì)巖區(qū)分布于華北克拉通北部、 東部及中 部地區(qū) (沈保豐等 , 1994 .前人廣泛開展了克拉通基底不同變質(zhì)巖區(qū)地質(zhì) 組成、 變質(zhì)作用、 巖漿活動等方 面的研究 (田永清 , 1991; 沈其韓等 , 1992; 趙宗溥 , 1993; 白瑾等 , 1996; 伍家善等 , 1998; 錢祥麟和李江海 , 1999; 張家聲等 , 1999; 李江海等 , 2001, 2004a; 耿元生 等 , 2004 . 在 此基礎(chǔ)上 , 本文重點(diǎn)開展了不同變質(zhì)巖區(qū)構(gòu)造關(guān)系、 構(gòu)造樣式的分析 . 依據(jù)豐富的區(qū)域構(gòu)造填圖積累 , 將 基底構(gòu)造樣式劃分為以下

16、類型 :片麻巖 -麻粒巖穹 隆、 強(qiáng)應(yīng)變構(gòu)造帶、 表殼巖系復(fù)向形、 走滑改造表殼 巖 -花崗巖區(qū)及表殼巖系疊加褶皺區(qū)等 . 結(jié)合相關(guān) 同位素地質(zhì)年齡制約 , 可以分析不同地質(zhì)單元構(gòu)造 關(guān)系及其垂向地殼層次變化等問題 , 并成為區(qū)域構(gòu) 造編圖和區(qū)域構(gòu)造單元劃分的重要基礎(chǔ) , 所提出的 華北基底構(gòu)造單元見圖 1.依據(jù)地表地質(zhì)填圖及其地球物理 (航磁、 重力 地質(zhì)解釋 , 華北克拉通基底識別出多條大規(guī)模的區(qū) 域斷裂系 (馬杏垣等 , 1979; 袁學(xué)誠 , 1995; 王惠初等 ,1999; 朱英 , 2004 :它們包括郯廬斷裂、 大同 吳旗 斷裂、 固陽斷裂、 赤峰 張北斷裂等 , 構(gòu)成克拉通基

17、 底重要構(gòu)造邊界 . 大同 吳旗斷裂使克拉通西北部 與東南部在構(gòu)造樣式和組成上顯示明顯差別 , 東南 部保留大量新太古代片麻巖穹隆 , 而西北部以北東 東向古元古代剪切帶 (孔茲巖系為主 為特征 , 構(gòu)造 軸跡近平行克拉通北界 . 克拉通腹地 (五臺、 魯西、 嵩 山 主要為低級變質(zhì)區(qū) , 相對完整地保留新太古代地 質(zhì)單元 , 特別是近南北 -北北東向展布的新太古代 造山帶各構(gòu)造單元 (造山雜巖、 前陸沖斷帶、 被動邊 緣等 , 并顯示清楚的區(qū)域構(gòu)造分帶 , 涉及新太古代 板塊俯沖 -碰撞過程 (伍家善等 , 1998; 李江海等 , 2004a. 另外 , 郯廬斷裂元古代以來構(gòu)造活動強(qiáng)烈改

18、造克拉通東緣構(gòu)造樣式 .華北變質(zhì)基底被 18億年以后沉積蓋層不整合 覆蓋 (中元古界以上地層 , <1. 85Ga , 變質(zhì)基底被 基性巖墻群和非造山花崗巖廣泛侵位 (環(huán)斑花崗巖 (1817億年 (侯貴廷等 , 2003; 李江海等 , 2000. 為此 , 克拉通垂向上可以劃分為沉積蓋層及基底雜 巖 2部分 . 克拉通基底還殘留一套以變質(zhì)沉積為主 的古元古代變質(zhì)的表殼巖系 (2. 402. 00Ga , 它們 以復(fù)向斜保留 , 代表已改造的早期沉積蓋層 , 分別以 五臺山區(qū) 淺 變質(zhì) 東 冶群 (次 綠片 巖 相 -未 變質(zhì) , 2. 452. 00Ga 和內(nèi)蒙古 南部高級變 質(zhì)的豐鎮(zhèn)

19、 群 (麻 粒 巖 相 -高 角 閃 巖 相 的 孔 茲 巖 系 , 2. 50 1. 90Ga 為代表 . 它們的原巖以裂谷 -淺海相沉積 為主 , 不整合覆蓋于基底雜巖上 (西部陸塊和中部造 山帶 (田永清 , 1991; 劉喜 山 , 1994; Zhang et al . , 1994; 白瑾等 , 1996; 錢祥麟和李江海 , 1999. 從區(qū)域 對比看 , 它們曾大面積出現(xiàn)于克拉通中西部地區(qū) (太 行山以西 , 來源于大陸地殼物源 , 主體沉積于克拉 通上或被動陸緣沉積盆地 . 而東部的魯西、 膠東等地 因后期強(qiáng)烈改造剝蝕 , 未見相關(guān)地層保留或未曾發(fā) 育 . 華北克拉通基底在橫

20、向的構(gòu)造、 地質(zhì)組成明顯不 均一 , 東西部顯示有差異的構(gòu)造樣式、 巖石單元組成 及演化歷史 . 大量研究揭示 (伍家善等 , 1998; 李江海 等 , 2002, 2004b; Kusky and Li, 2003; Zhao et al . , 2005 :克拉通中部發(fā)育一條巨大規(guī)模 的碰撞 造山帶 , 分隔東西部克拉通陸塊 . 在克拉通北緣分布 古元古代造山帶 , 并出露較深地殼層次 .在前期工作積累基礎(chǔ)上 (李江海等 , 2002 , 本文 將克拉通基底重新劃分以下構(gòu)造單元 (圖 1 :由北 西向東南依次為 :(1 內(nèi)蒙古 冀北古元古代造山帶 (2. 201. 90Ga ; (2 集

21、寧 呂梁孔茲 巖系 S 型 花崗巖區(qū) (鄂爾多斯陸塊 ; (3 中部造山帶 (2. 70 2. 60Ga ; (4 東部陸塊 (遼魯 T T G 雜巖帶 (2. 80 2. 60Ga ; (5 遼 吉 古 元 古 代 造 山 帶 (2. 20 1. 90Ga ; (6 北朝鮮狼林陸塊等 . 以上構(gòu)造單元伴 隨差異性的后 期巖 漿侵位 噴發(fā)活 動 (2418億年 前 , 并且早期蓋層的保存狀態(tài)也有明顯差異 . 中太古 代以前的古陸塊殘留于東部陸塊的膠遼、 冀東等地 , 西部陸塊北緣和東緣也有古老陸殼保存 , 它們被新太 古代 TTG 雜巖所侵入和包圍 .鄂爾多斯陸塊 (西部陸塊 , >2.

22、 50Ga 主體呈隱 伏狀態(tài) . 在古元古代以后的構(gòu)造演化中長期保持構(gòu) 造穩(wěn)定 , 具有古老克拉通的典型特征 . 陸塊核部及周 緣出露的表殼巖系以孔茲巖系 (2. 502. 00Ga 為 特征 , 表明孔茲巖系分布具有面狀展布的沉積蓋層 特征 (錢祥麟和李江海 , 1999 , 原巖以高鋁質(zhì)巖石為 主陸源沉積巖系 . 局部地區(qū) (呂梁、 中條、 大同、 懷安 還出露基底雜巖 (2. 502. 80Ga. 陸塊北緣以構(gòu)造 帶與內(nèi)蒙古 冀北造山帶分隔 , 并發(fā)生大面積掀斜 作用 , 出露麻粒巖相下地殼 . 東緣以活動陸緣與中部 造山帶漸變過渡 .中部造山帶 (2. 502. 60Ga 近南北縱貫克

23、拉 通中部 , 整體上呈向西突出寬緩弧形 . 中部造山帶以 大規(guī)模韌性剪切帶、 中深層次褶皺推覆構(gòu)造、 高壓麻 粒巖帶、 蛇 綠 巖 混 雜 帶、 前 陸 沖 斷 帶、 前 陸 盆 地 (2. 50Ga 為特征 , 主體由大規(guī)模的 T TG-花崗 巖 -表殼巖帶 (島弧雜巖 (2. 502. 60Ga 及重熔 花崗巖 (2. 50Ga 組成 (李江海等 , 2002 . 五臺山 太行山區(qū)保留了完整的新太古代造山碰撞帶及其前 陸盆地構(gòu)造剖面 , 遵化蛇綠巖混雜帶保留豐富的新 太古代豆莢狀鉻鐵礦及大洋地幔構(gòu)造巖 . 東緣的南 北太行山還殘留了被動大陸邊 緣沉積 (李江海等 , 2004b , 發(fā)育

24、不同層 次的前陸沖斷褶 皺帶 . 大 量同 位素年齡及構(gòu)造研究表明 , 中部造山碰撞高峰期出 現(xiàn)于 2. 502. 52Ga 前后 (李江海等 , 2004b , 而不 是 1. 80Ga 前后 (Kr Êner et a l . , 2005.東部陸塊總體較好出露 , 缺乏大面積中元古代 沉積蓋層 , 斷裂邊界發(fā)育 , 明顯受到郯廬斷裂多期活 動的疊加改造 . 陸塊內(nèi)部殘留許多古中太古代記錄 (3. 802. 90Ga , 主體由大規(guī)模的新太古代花崗片 麻巖 -綠巖帶 (2. 802. 60Ga 組成 , 它們出現(xiàn)于東 部陸塊 西緣 , 呈 向西 突出 弧形 構(gòu)造 , 寬 度為 5

25、0 150km, 長度上千 km, 可能為早期活動陸緣島弧的殘留形態(tài) . 東部陸塊西緣在新太古代發(fā)生大規(guī)模的 增生拼合過程 .華北新太古代陸塊被外圍古元古代造 山帶環(huán) 繞 , 克拉通北緣及東緣分別出現(xiàn)內(nèi)蒙古 冀北造山 帶和膠遼造山帶 (2. 201. 90Ga , 造成華北克拉通 主體與鄰近小陸塊在古元古代拼合 , 并對前陸區(qū) (或 后陸 產(chǎn)生強(qiáng)烈改造作用 .從區(qū)域構(gòu)造樣式判斷 (圖 1 , 華北西北 部受內(nèi) 蒙古 -冀北古元古代造山活動影響 , 經(jīng)歷強(qiáng)烈再造 活動 (2. 101. 90Ga , 早期沉積蓋層發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造 變形和高級變質(zhì)重熔 , 形成大面積的孔茲巖系及其 近東西 北東東向構(gòu)造

26、 , 構(gòu)造樣式強(qiáng)烈剪切平行化 (劉喜山 , 1994; 張家聲等 , 1999 , 廣泛出現(xiàn)陡立的左 旋走滑剪切構(gòu)造及重熔花崗巖 , 僅局部弱應(yīng)變基底 雜巖保留新太古代復(fù)雜構(gòu)造樣式、 變質(zhì)組合及綠巖 帶 . 郯廬斷裂以東因后期左旋走滑剪切變形造成基 底構(gòu)造線向斷裂帶方向偏 轉(zhuǎn) . 古元古 代晚期 , 內(nèi)蒙 古 冀北造山帶與膠遼造山帶交匯于遼南 瓶頸部 位 , 造成新太古代以來的近南北向構(gòu)造格局在北緣 構(gòu)造偏轉(zhuǎn)為近東西 北東向 , 基底構(gòu)造樣式向北東 強(qiáng)烈收 斂 . 在古元 古代弱 應(yīng)變的 冀東、 魯西、 五 臺 山 太行山等地 , 保留新太古代原始的構(gòu)造格局及 其構(gòu)造樣式 (張家聲等 , 19

27、99 , 如冀 東、 恒山、 太行 山、 冀東等地保留片麻巖穹隆構(gòu)造 , 五臺山、 冀東、 魯 西等地保留綠巖帶復(fù)向形等 , 它們成為探討新太古 代地質(zhì)演化的重要記錄 .2早期演化的重大構(gòu)造熱事件及其同 位素年齡制約克拉通基底構(gòu)造歷史恢復(fù)主要涉及早期重大構(gòu) 造熱事件、 區(qū)域構(gòu)造背景及其運(yùn)動學(xué)方式 (造山、 伸 展、 走滑 的認(rèn)識 . 由于太古宙地層記錄的復(fù)雜性和 局限性 , 難以開展有效的區(qū)域?qū)Ρ群蜆?gòu)造環(huán)境分析 . 事實(shí)上 , 構(gòu)造 -巖漿 -變質(zhì)活動不僅是早期地球演 化的主線 , 也是早期地質(zhì)歷史過程最直接的地質(zhì)記 錄 , 它們分布面積巨大、 構(gòu)造關(guān)系清楚、 可以準(zhǔn)確定 年 , 構(gòu)造環(huán)境和背

28、景清楚 . 特別是重點(diǎn)圍繞標(biāo)志性構(gòu) 造單元及其時代的深入研究 , 可能帶來華北早期區(qū) 域構(gòu)造演化的重要進(jìn)展 .本文提出標(biāo)志性構(gòu)造單元的定義為可以明確指 示構(gòu)造背景、 成因環(huán)境及地質(zhì)過程的地質(zhì)單元 . 由于 對早前寒武紀(jì)地質(zhì)缺乏系統(tǒng)的大地構(gòu)造、 板塊構(gòu)造 理論的系統(tǒng)概述 , 更多簡單地依據(jù)同位素地質(zhì)年代 學(xué)討論前寒 武紀(jì) 地質(zhì) 事件 (Kr Êner et al . , 2005; Wilde et al . , 2005 , 由此建立的構(gòu)造演化模式缺乏 清楚的構(gòu)造地質(zhì)基礎(chǔ)和系統(tǒng)的大地構(gòu)造理論解釋 . 從華北基底構(gòu)造研究積累和進(jìn)展分析 , 重要的 標(biāo)志性構(gòu)造單元包括 :最早古老的陸殼記

29、錄 (沈其韓 和錢祥麟 , 1995 、 綠巖帶底部火山巖系 (科馬提巖、 枕狀熔巖 (沈保豐等 , 1994 、 蛇綠巖混雜帶 (地幔構(gòu) 造巖、 豆莢狀鉻鐵礦、 純橄巖等 (王凱怡等 , 1997; 李 江海 等 , 2002; Li et al . , 2002; Kusky and Li, 2003 、 大規(guī) 模 T T G 雜 巖帶 -表 殼 巖系 (活 動 陸 緣 -島弧 -弧后 雜巖帶 (伍家 善等 , 1998; Wang et a l . , 2004 、 高壓 麻粒 巖 帶 (Guo et al . , 2005; O p Brien et al . , 2005 、 同構(gòu)造

30、花崗巖 (Wang et al . , 1996 、 前 陸 沖斷 構(gòu) 造帶 與 前 陸盆 地 (李 江 海等 , 2004b 、 線 性 構(gòu) 造 帶 及 構(gòu) 造 邊 界 (李 江 海 等 , 2004b 、 巨型麻粒巖 相帶 (深 層次構(gòu)造與下 地殼 、 磨拉石沉積建造 (李江海等 , 2004a 、 孔茲巖系 (變質(zhì) 沉積蓋層 與 S 型花崗巖 (錢祥麟和李江海 , 1999 、 大規(guī)模基性巖墻群 -溢流玄武巖 (侯貴廷等 , 2003 、 伸展不整合界面、 非造山侵入體 (環(huán)斑花崗巖、 斜長 巖、 堿性花崗巖 (解廣轟 , 2005 、 濱淺海相沉積蓋層 等 . 由于標(biāo)志性單元具有較清楚

31、的成因及構(gòu)造背景 , 可以提出較明確的構(gòu)造熱事件解釋 , 有利于篩選和 提出對區(qū)域格局形成有重要影響的構(gòu)造熱事件 . 依 據(jù)上述標(biāo)志性構(gòu)造單元構(gòu)造關(guān)系、 同位素年齡分析 (圖 2, 3 , 初步可以提出華北克拉通基底構(gòu)造格局 及其構(gòu)造演化事件序列 .除標(biāo)志性構(gòu)造單元外 , 對同位素年齡的統(tǒng)計分 析 , 也可以揭示巖石單元的形成時限 , 并反映構(gòu)造熱 事件的區(qū)域影響 . 對華北基底近 500件高精度的鋯石 U 2Pb 同位素年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明 (圖 3 , 變質(zhì)基底經(jīng)歷 多期次構(gòu)造熱事件 . 其中 , 最主要的鋯石 U 2Pb 年齡 峰值為 2680、 2600、 2520、 2400、 2240

32、和 1840Ma, 代 表主要的花崗巖侵位 -中酸性火山巖噴發(fā)事件時代 . 基性巖系的 Sm 2Nd 全巖 年齡峰值有 (圖 2 :2850、 2700、 2600、 2250、 1950Ma, 主要為表殼巖系 , 特別是 綠巖帶成巖時間 . 因此 , 華北大陸生長演化過程中的 重大熱事件幕包括 27002600、 2520、 2400、 2250 2400、 1950、 1840Ma 等 . 其中 , 2520、 1840Ma 分別對 應(yīng)于華北太古宙 /元古宙和古元古代 /中元古代年代 地層界線 , 是最為顯著的構(gòu)造熱事件 . 圖 2 華北克拉通基底 Sm 2Nd 同位素年齡統(tǒng)計直方圖 Fi

33、g. 2H istogr am wit h statist ics of Sm 2Nd age of mafic rock, NCC總計 106個 Sm 2Nd 年齡值 , 圖中分割區(qū)間為 50Ma 圖 3 華北克拉通基底鋯石 U 2Pb 年齡統(tǒng)計直方圖F ig. 3Hist ogram with st atistics of U 2P b zir con age of granit ic rocks, NCC總計 476個年齡值 , 圖中分割區(qū)間為 20M a其他學(xué)者對華北早前寒武紀(jì)基性火山 巖 Sm 2Nd 同位素年代學(xué)及地球化學(xué)研究表明 (耿元生等 , 2002; Wu et al .

34、, 2005 , 新太古代華北主要有 2次 基性 火 山 巖 系 生 成 時 期 (2. 652. 80Ga 和 2. 50Ga , 記錄了這一時期地殼的強(qiáng)烈增生 . 從區(qū)域 構(gòu)造格局分析 , 早期基性巖漿活動主要與東部陸塊 主體的遼魯?shù)貐^(qū)綠巖帶形成相關(guān) , 可能形成于活動 陸緣環(huán)境 . 晚期事件對應(yīng)于中部造山帶綠巖帶形成 , 主要與島弧 -弧后盆地相關(guān) .較高精 度的 鋯石 U 2Pb 年 齡 統(tǒng)計 (誤 差 小 于 20Ma 的數(shù)據(jù) 資料表明 , 華北 早期 T T G 巖 類及花 崗巖侵位時代集中于 2. 682. 50Ga, 并在 2. 52Ga 達(dá)到最高峰值 (圖 3 , 表明這一時

35、期為華北克拉通最重要的陸殼 (活動陸緣、 島弧 增 生、 克拉通 化峰 期 . 在區(qū)域構(gòu)造上 , 上述花崗片麻巖侵位分別與早期 的遼魯 T TG 雜巖及華北中部造山帶 TT G-花崗巖 形成相關(guān) , 記錄了東西部陸塊之間匯聚增生 (2. 682. 60Ga 并 最終 碰撞 的過 程 (2. 52Ga (白 瑾等 , 1996; 伍家善等 , 1998; 李江海等 , 2000, 2001; 耿元 生等 , 2002; Kusky and Li, 2003 . 此外 , 變質(zhì)基底 1. 951. 84Ga 期間還經(jīng)歷了花崗巖侵位及其熱事 件改造 , 對應(yīng)于陸塊邊 緣造山帶活動 事件 . 1. 8

36、41. 70Ga 整個克拉通基底經(jīng)歷大規(guī)模伸展冷卻抬升 . 綜合分析可以初步提出華北早期構(gòu)造演化的重 要構(gòu)造熱事件 (圖 4 :(1 28002600Ma, 形成魯 西 遼吉綠巖 -T TG 帶 , 造成東部陸塊西緣大面積290 地球科學(xué) 中國地質(zhì)大學(xué) 學(xué)報 第 31 卷 圖 4 華 北克拉通早期構(gòu)造演化重大構(gòu)造熱事件 F ig. 4 Major t ectonothermal episode and evolution history of NCC 增生 , 可 能 與 活 動 陸 緣 俯 沖 相 關(guān) . ( 2 2 600 2 520 Ma, 西北陸塊西側(cè)出現(xiàn)活動陸緣島弧 , 發(fā)育遼 西-

37、 遵化 - 五臺 - 嵩山綠巖- TT G 帶 , 隨后洋盆關(guān) 閉, 與東部陸塊最終碰 撞, 形成 蛇綠混雜巖縫 合帶 ( Li et a l . , 2002 , 五臺 山 區(qū) 出 現(xiàn)同 碰 撞 花 崗 巖 ( 2 520 Ma , 在東側(cè)出現(xiàn)前陸盆地及磨拉石建造 ( 李 江海等 , 2004a . 新太古代也是華北克拉通最快速生 長時期, 形成典型碰撞造山帶 , 標(biāo)志著典型板塊構(gòu)造 體制的出現(xiàn). ( 3 2 500 2 300 Ma, 華北中部出現(xiàn)若 干 NNE 向地塹, 包括呂梁、 中條及甘陶河等裂谷 , 發(fā)生溢流玄武巖噴發(fā)及基性 - 超基性巖體群 侵位 ( 2. 50 2. 30 Ga

38、 , 局部伴隨非造山花崗巖侵位 , 如 冀東等地大面積鉀質(zhì)花崗巖侵位 , 標(biāo)志著克拉通成 熟與穩(wěn)定 ( 趙宗溥, 1993 . 伸展活動可能與碰撞后的 區(qū)域構(gòu)造松弛相關(guān) . 上述地塹系很快演變?yōu)榭死?盆地演化 , 沉積早期蓋層 ( 以豐鎮(zhèn)群孔茲巖系和東冶 群為代表 ( 2. 45 2. 00 Ga . ( 4 在古元古代 末期 ( 2. 0 1. 9 Ga , 華北克拉通西北部和東北部被動大 陸邊緣, 開始俯沖于鄰近陸塊下 ( 北部陸塊、 狼林陸 塊 , 最終增生碰撞, 被動陸緣沉積巖系發(fā)生變形、 高 級變質(zhì) ( 孔茲巖 系 重 熔 ( S 型 花崗 巖 ( 劉 喜山 , 1994 , 陸塊

39、面積顯著增大, 由于參與碰撞的幾個陸 第3期 李江海等 : 大陸克拉通早期構(gòu)造演化歷史探討 : 以 華北為例 291 塊規(guī)模尚不夠大 , 發(fā)生板塊內(nèi)部構(gòu)造活動 , 在五臺、 die、 J. Myers 等教授 的建議和評論 , 對本文成 稿也 呂梁、 內(nèi)蒙、 冀北等形成盆山地貌 , 出現(xiàn)多個山間盆 很有幫助 . 參加部分野外工作的還有黃雄南 、 馮軍 、 地, 并沉積陸相磨拉石建造( 如郭家寨群、 黑茶山群、 陳征 、 張志強(qiáng)、 劉志強(qiáng) 、 彭澎等 . 另外限于篇幅未對年 化德群、 二道洼群等 ( 2. 00 1. 90 Ga . ( 5 中元古 代初期( 1. 84 1. 60 Ga , 華

40、北克拉通開始伸展 , 變 質(zhì)基底大幅度隆升 冷卻 , 伴隨非造山巖漿活及大面 積基性巖墻群侵位( 1. 77 Ga . 坳拉谷 - 地塹( 1. 84 1. 60 Ga 呈網(wǎng)格狀遍布整個陸塊, 并從邊部向克拉通 內(nèi)發(fā)展( 由寬變窄 , 這一時期可能伴隨地幔柱活動 ( 翟明國, 2004 , 造成克拉通地殼的大面積裂解和從 超級大陸的分裂, 并在西南部伸展形成被動大陸邊緣 和洋盆 . 上述 地塹 系發(fā)展 最終 演化 成克 拉通 盆地 ( 1. 60 1. 40 Ga , 沉積大規(guī)模淺海碳酸鹽蓋層 . 齡資料文獻(xiàn)全部列出 , 敬請原諒. Refer ences Bai, J. , H uang,

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45、tract . KrÊ ner, A. , Wilde, S. , Li, J. , et a l. , 2005. Age and evolution of a Late Archean to Early P aleopr oter ozoic upper to lower cr ustal section in the Wutaishan/ Hengshan/ F u ping t errain of norther n China. J our nal of Asian Ear th S ciences, 24: 577- 595. Kusky, T. , Li, J. , 2

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48、hinese with English ab2 3 討論和結(jié)論 大陸克拉通的形成演化普遍涉及漫長而復(fù)雜的 構(gòu)造歷史 , 由于傳統(tǒng)地層對比的制約, 更多依據(jù)不整 合面相關(guān)的造山活動揭示陸殼隨時間演化, 而缺乏 清晰的構(gòu)造格局、 時代準(zhǔn)確的重大構(gòu)造事件及其構(gòu) 造背景的制約. 開展華北克拉通基底構(gòu)造編圖、 標(biāo)志 性構(gòu)造單元及其時代、 同位素年齡數(shù)據(jù)庫及其解釋 等 3 方面的綜合研究 , 可以從區(qū)域構(gòu)造格局框架、 重 大區(qū)域構(gòu)造事件方面揭示克拉通構(gòu)造演化歷史 , 并 以板塊構(gòu)造框架探討新太古代以來區(qū)域地質(zhì)演化及 其可能的超大陸拼合裂解再造等過程, 為闡述克拉 通親緣關(guān)系提出新線索. 華北克拉通基底主要

49、形成于活動陸緣環(huán)境, 通 過南北向展布的東西兩列島弧或活動陸緣, 在新太 古代發(fā)生大規(guī)模俯沖、 增生及陸塊碰撞拼合過程, 造 成陸殼迅速增生并保存至今. 古元代初期華北克拉 通基底開始伸展裂解和早期蓋層發(fā)育. 古元古代末 期, 華北與其他陸塊碰撞縫合形成更大尺度克拉通 陸塊 , 規(guī)模超過現(xiàn)今克拉通面積, 并使克拉通西北部 強(qiáng)烈改造 . 1. 84 Ga 前后華北經(jīng)歷最強(qiáng)烈的一次伸 展裂解過程, 從超級克拉通裂解開始了獨(dú)立構(gòu)造演 化, 在伸展背景下強(qiáng)烈隆升冷卻, 經(jīng)歷風(fēng)化剝蝕 , 開 始克拉通沉積蓋層發(fā)育. 致謝 : 研究過程得到錢祥麟教授、 沈其韓院士 、 翟明國、 王凱怡 、 耿元生、 張家

50、聲、 郭敬輝研究員、 劉 樹文教授、 侯貴廷副教授等的幫助和指教. Penrose 會議 ( 2002, 北 京 、 華北大陸構(gòu) 造中美雙邊研 討會 ( 2004, 北京 期間 , B. Windley、 A. Kr Ê ner 、 K. Con2 292 stract . 地球科學(xué) 中國地質(zhì)大學(xué) 學(xué)報 第 31 卷 H engshan greenst one belt . Shanxi Science and T echnol2 ogy P ress, Taiyuan, 14- 215 ( in Chinese with English abstract . Wang, H. C.

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