华北地台前寒武纪花岗岩类发育完整，可以较好地重建陆壳形成和演化过程，是讨论大陆根形成的一个典型地区。
(一)前寒武花岗岩类与陆壳演化
1.前寒武花岗岩类
前寒武花岗岩类主要包括:英云闪长岩(以下简称T1)、奥长花岗岩(T2)、花岗闪长岩(G1)和花岗岩(G2)。一般认为太古宙花岗岩类主要由T1T2G1构成，代表初始陆壳组成，古元古代开始才有大量的钾质花岗岩类(G1和G2)形成，代表成熟陆壳组成(例如，Baker，1979;Condie，1982;Taylor et al.，1985;Martin，1987)。邓晋福等(1999)在研究太行-五台山区前寒武花岗岩类的基础上，对比世界上典型的太古宙T1T2G1之后，提出太古宙早期的组合为初始的不成熟陆壳组成，太古宙晚期的T1T2G1或T1T2G1G2组合为半成熟陆壳组成，早元古代的G1G2组合为成熟陆壳组成。例如西格陵兰的阿米佐克灰色片麻岩(3.75～3.7Ga)和北芬兰的灰色片麻岩(3.1Ga)为T1T2组合，辽宁白家坟花岗质片麻岩(3.8Ga)为T2;东芬兰灰色片麻岩(2.86～2.65Ga)为T1T2G1G2;刚果Ntem深成岩体(2.6Ga)为T1T2G1G2;冀东地区灰色片麻岩(2.7～2.5Ga)为T1T2G1(罗淑兰等，1997)。
太行-五台地区新太古代花岗岩类为T1T2G1G2组合，可识别出3个亚类型(表2-7)。本区新太古代花岗岩类的TTGG组合，既有奥长花岗岩演化趋势，又叠加了钙碱性趋势，总体上反映了过渡性陆壳组成的特征。古元古代吕梁期的花岗岩体-莲花山和凤凰山岩体，为钾质花岗岩和石英二长岩，具典型的钙碱性趋势，为成熟陆壳组成(图2-60，图2-61，图2-62)。
表2-7 太行-五台山区前寒花岗岩类K2O与K2O/Na2O值
(据罗淑兰等，1997)
伍家善等(1998)在鞍山地区出色的工作成果(表2-8)表明，白家坟花岗质片麻岩(3.8Ga)为T2型;陈台沟花岗岩体(3.3Ga)、立山花岗岩体(3.14Ga)、东鞍山花岗岩体(3.0Ga)为T2G2型;铁架山岩体(2.96Ga)、齐大山岩体(2.47Ga)为G2型。按太古宙的4分方案(ShenandQian，1996)与太行-五台地区相比，鞍山地区记录了一个更完整的陆壳演化过程，从始太古代的不成熟陆壳(T2)→古太古代到中太古代早期的半成熟陆壳(T2G2)→中太古代晚期和新太古代的成熟陆壳(G2);同时陆壳成熟早于五台-太行地区;上述两个特征表明鞍山地区可能是华北地台最早形成的陆核之一。
图2-60 太行-五台山区不同时代花岗岩类An-Ab-Or图(据罗淑兰等，1997)
图2-61 太行-五台地区花岗岩类K-Na-Ca图解(据罗淑兰等，1997)
表2-8 鞍山地区太古宙花岗岩类K2O与K2O/Na2O值
*据伍家善等(1998)的原始资料计算而得。(据邓晋福等，1999)
2.花岗岩类K2O含量与陆壳成熟度
Brown(1982)从弧成熟度系统地讨论了岩浆弧花岗岩类随时间的组成演化趋势。就现代弧的演化而言，他指出:①不成熟岛弧无前寒武纪基底，发育贫钾的钙性闪长岩-二长岩组合;②成熟的“大陆化”(continentalized)的弧由①演化而来，当它堆积在洋壳上的火山喷发堆积加厚到一定程度时，就可以产生深成作用，逐渐演变为成熟的“大陆化”的弧，发育钙碱性的辉长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩侵入体;③成熟的大陆边缘弧，有或没有前寒武纪基底，发育钙碱到碱钙性岩套;④陆-陆碰撞带或陆内“弧”，是岩浆形成的最成熟的汇聚边界带，发育酸性、钙碱性的二云母花岗岩。随时间和远离俯冲边缘，②和③均显示硅和钾的浓度增加。他还指出，在一个给定的地带，随时间、地壳的成熟度和厚度增加，在100～1000Ma的时期内，岩浆类型可以产生从①到④的一个完整的范围，逐渐加厚的陆壳对侵入岩的组成可以施加主要的约束。Brown(1982)指出，随弧成熟度增加，相对于火山岩来说，侵入岩体有所增加，随地球历史的演化，CA岩套越来越钾质，这是因为岩浆弧内随时间卷入的俯冲洋壳数量的减小。我们可以看到，Brown弧成熟度与弧火成岩中K60(标准化到SiO2为60%时的K2O含量)的时空演化是一致的。与现代岩浆弧的成熟度类似，前寒武纪花岗岩类的K2O、K2O/Na2O比值也是陆壳成熟度的一种重要指标(表2-7和表2-8)。
图2-62 太行-五台地区花岗岩类Q-Ab-Or图解(据罗淑兰等，1997)
随陆壳成熟度的升高，与K2O和K2O/Na2O比值的升高相适应，不相容元素(铷、锶、钡、铀、钍、稀土元素)升高，而相容元素(铬、镍、钴)减少，具体数据请参见罗淑兰等(1997)以及伍家善等(1998)资料。
3.花岗岩类岩浆的源岩
关于T1T2岩浆的源岩主要有两种不同观点:①由地壳的玄武质源岩经局部熔融产生，这种源岩或是角闪岩，或是榴辉岩;②由地幔橄榄岩局部熔融产生，主要依据是同位素锶和钕的初始比值类似地幔岩石。对于钾质花岗岩(G2)源自陆壳硅铝质岩石的局部熔融，这一点已达共识。
高温高压实验表明:①地幔橄榄岩的局部熔融不能产生花岗类岩浆(Wyllie，1984);②玄武质源岩的局部熔融实验(正向途径)表明，较低的压力(p≤1.0×109Pa)下形成T1T2岩浆，留下麻粒岩相残余矿物组合(例如Holloway et al.，1972;Helz，1976;Rapp et al.，1991;Winther et al.，1991;Wolf et al.，1994)，较高的压力(p≥1.5×109Pa)形成TT岩浆，留下榴辉岩相残余矿物组合(例如Rapp et al.，1991;Winther et al.，1991);T1T2岩浆的液相线多元矿物饱和实验(反向途径)，在压力为1.5×109Pa条件下，T1T2岩浆与榴辉岩相矿物组合平衡，支持它们的源岩是玄武质的，而不是地幔橄榄岩(Johnston等，1988;Carroll et al.，1990)。
JohanesandHoltz(1996)在对大量高温高压实验成果的评述后认为，陆壳的形成有3个阶段:①由地幔橄榄岩局部熔融形成玄武质壳;②玄武质壳的局部熔融产生早期陆壳的T1T2G1组合;③T1T2的局部熔融产生钾质花岗岩(G2)的上地壳。
痕量元素示踪认为T1T2G1岩浆源于玄武质源岩，而不是地幔橄榄岩，钾质花岗岩则是硅铝质陆壳局部熔融产物(例如，Barker et al.，1976;Jahn et al.，1984;Martin，1987;Wedephl，1991)。江博明等(Jahn et al.，1984)指出，TT具有类似地幔的锶(和钕)初始值，可用这样的模型来解释，即它们的玄武质源岩从地幔中分出时间不长，就被局部熔融产生TT岩浆，因而玄武质源岩仍具有类似地幔的Sr和Nd初始值。
4.陆壳演化的阶段
由上面的叙述我们可以引出陆壳演化的4个阶段:①地球形成最初期的玄武质壳→②始太古代—古太古代的T1T2型幼年期陆壳(不成熟陆壳阶段)→③古太古代—中太古代或新太古代的T1T2G1G2型青年期陆壳(半成熟阶段)→④新太古代或古元古代的G1G2型成年期陆壳(成熟陆壳阶段)和克拉通化的完成。
(二)大陆根的形成与性质
大陆壳的形成是壳幔物质分异的过程，直至产生花岗质(G1G2)陆壳端元的过程可称为“花岗岩化过程”。伴随玄武质岩浆从地幔中分离出来，以及陆壳从不成熟转变为成熟过程，地幔内不断亏损易熔组分，留下难熔的强亏损的地幔物质，后者构成了大陆岩石圈根。大陆根的形成与主要特征可归纳为:①玄武质岩浆从地幔中不断分出，使地幔橄榄岩亏损挥发分碱质(钾、钠)、钙、铁、铝;②铝的减少使亏损地幔中高密度矿物———石榴子石的含量减少;③相对低的铁含量使亏损地幔密度减小;④挥发分和碱质的丢失，使亏损的地幔呈现“干”的状态，大大增加了岩石的强度与刚性;⑤陆壳的不断“花岗岩化”，导致陆壳密度的不断减小，总的结果是，壳-幔系统中低熔岩浆的大量和不断分出，导致地球从内部放热和不断冷却，最终导致巨厚的、密度小、强度大和冷的大陆根的形成，使它长期地稳定漂浮在软流圈上，大陆根的特殊的物质组成和性质是地台长期稳定的根本原因(邓晋福等，1999)。
对于冷的大陆根来说，特殊的地幔岩石学组成应是其密度小的根本原因，贫挥发分则是岩石圈强度大的主要原因，因此，大陆根物理学上的特殊性与它的化学上的特殊性密切相关，化学上的特殊性可总体概括为大陆根地幔强烈亏损了易熔组分(即分离走的陆壳组分)的地幔(Polet et al.，1995;NRC，1993;Carlson et al.，1994;邓晋福，1996，1998)。
金伯利岩中地幔橄榄岩捕虏体提供了大陆的直接样品，与南非Kaapvaal(橄榄石Mg值，即Fo为91.5～93.5，Boyd，1989)和西伯利亚主要由亏损的方辉橄榄岩构成的地幔捕虏体(例如Carlson et al.，1994)一样，华北地台金伯利岩中的捕虏体的研究表明，大陆根主要由强亏损的方辉橄榄岩构成，橄榄石的镁值范围为91.5～94.5，峰值在92.5附近(张安棣等，1991;池际尚，路凤香等，1996;Wang et al.，1995)。
(三)华北地台陆壳演化阶段与克拉通形成
1.概述
王鸿祯(1995)基于地球演化阶段论提出华北地台形成的三阶段模型:始太古代(Ar1)-古太古代(Ar2)-中太古代(Ar3)为大陆核形成阶段，新太古代(Ar4)-古元古代(Pt1)为原始地台形成阶段，中元古代(Pt2)开始为地台形成阶段;并划分出两种类型，共5个陆核，即古太古代原核，包括曹庄和鞍山，中太古代陆核包括鄂尔多斯、吉辽、河淮、太华和阿拉善。伍家善等(1998)在详细的地质学、岩石学和年代学研究基础上把华北地台划分为胶辽、迁怀、晋冀、蒙陕和豫皖5个陆块，并提出了地台东部胶辽、迁怀陆块的形成和拼接过程的构造模型。ShenandQian(1995)系统地总结了华北地台的地质学、岩石学和年代学研究成果，特别强调了克拉通化主要形成于新太古代。钱祥麟和王仁民等(1994)和翟明国等(Zhai et al.，1996)通过华北北部麻粒岩带的详细研究，特别强调了鄂尔多斯与华北东部陆块的碰撞造山的拼合过程。基于上述研究成果和其他的有关最新成果，我们主要侧重于从T1T2G1G2花岗岩类指示的陆壳演化阶段这一思路，参与华北地台克拉通化过程的讨论。
2.中太古代初始陆核与太古宙陆核的识别
伍家善等(1998)指出，胶辽陆块发育环形地质结构式样，中部是由T1T2G1为主构成的中太古代铁架山穹隆和龙岗穹隆，西半部边缘由新太古代岛弧系岩带所围绕。当我们把中太古代岩石的分布图与新太古代岩石的分布图(Shen and Qian，1996)叠放在一起时，发现几个中太古代岩石分布区均作为核心，周围被新太古代岩石环绕。这样，基于这种陆壳水平生长的模式，并考虑到古元古代岩系常常分布在太古宙陆核的边缘这一特征，我们识别出华北陆台内可能有10个这样的太古宙陆核(图2-63)(邓晋福等，1999)。
有始太古代和古太古代年龄记录(鞍山地区和冀东的迁西、曹庄)的两个中太古代初始陆核分布在吉辽太古宙陆核和燕辽太古宙陆核之内(图2-63)。
胶辽、鲁西、怀(安)宜(化)三个太古宙陆核属同一类型，与吉辽和燕辽太古陆核不同的是，还没有发现始太古代和古太古代的年龄记录、胶辽太古宙陆核内胶东栖霞附近的中太古花岗岩类属T1T2型，表明中太古代是不成熟陆壳。鲁西太古宙陆核内沂水地区有中太古代年龄记录的是角闪岩类(2970Ma)(伍家善等，1998)和鲁西的青山角闪岩类(2840Ma)(庄育勋等，1997)，鲁西新太古代的花岗岩类总体为T1T2G1G2型(伍家善等，1998)，庄育勋等(1997)的研究表明，新太古代早期的望俯山片麻岩(2700Ma和2593Ma)为T1T2型，新太古代晚期花岗岩类(2560～2500Ma)为T1G2型。
怀宣太古陆核内太古宙花岗岩类总体为T1T2G1G2型，这一类型的太古宙陆核中不成熟陆壳的生成时期显然晚于吉辽陆核。
阿拉善和太华两个太古宙陆核属第三种类型，它们主要由新太古代岩石构成，中太古代岩石只有个别记录，阿拉善已发现有大于2900Ma的变质基性火山岩，太华陆核内的鲁山地区英云闪长质片麻岩(T1)已经发现有2841Ma和登封群内2945Ma变英安岩的最老年龄(伍家善等，1998)。最老的年龄属于T1型也表明，不成熟陆壳生成的时期明显晚于吉辽陆核。太华陆核内太古宙花岗岩类总体为T1T2G1G2型。
鄂尔多斯和沁水太古宙陆核属于第四种类型，它们是华北地台中构造上最稳定的两个盆地，在中生代中国东部构造活化时，这两个盆地内没有火山岩喷发，只有在其盆缘有花岗岩侵入体的少量分布，基于盆地周边分布的新太古代岩石和古元古代岩石，结合太古宙-古元古代华北克拉通形成以来构造上一直保持稳定性来看，盆地下面可能存在中太古代初始陆核。
五(河)淮(南)太古宙陆核(图2-63)纯属推测，只分布有新太古代岩石。
图2-63 华北地台太古宙陆核(区域尺度)示意图
3.新太古代末期两大微大陆型陆核的识别
1)早元古代两类岩石-构造组合。华北地台东部的古元古界大多沿太古宙陆核的边缘呈线性分布(图2-61)，包括五台山区的滹沱群、冀东的朱杖子群、鲁东的粉子山群和荆山群(程裕淇等，1990)和太行的甘陶河群和东焦群(河北省地质矿产局，1989)。它们普遍以区域不整合覆盖于太古宇之上，一般为厚度大的浅变质岩系(主要为低绿片岩相)，底部是底砾岩层，整个岩系显示大型沉积韵律组合的陆源碎屑沉积，由下到上，一般为石英岩、板岩、千枚岩(白云岩)，白云岩内出现叠层石，火山活动弱或无(程裕淇等，1990;河北省地质矿产局，1989)。它们属于原坳拉槽(如滹沱系)和半稳定的海盆型(如嵩山群)(Wang et al.，1996)，按Condie(1982)分类它们为克拉通组合，与冒地槽组合类似，属于全球元古代岩石组合之一，即石英岩、碳酸盐岩、页岩组合。古元古末期，吕梁运动使它们发生强烈的褶皱变形，类似于显生宙的前陆褶皱。
另一类古元古界分布于鄂尔多斯的东缘和北缘，即广布的孔兹岩系，岩石变质作用可达角闪岩相和麻粒岩相，广泛的岩浆活动和内生成矿作用，广布的韧性变形带等指明它们的造山带属性。
在中条山地区对于涑水杂岩和绛县群的时代归属，由于出现两组(新太古代和古元古代)同位素年龄值，存在很大分歧(孙大中等，1993;白瑾等，1997)。但是，下述三个方面是没有分歧或有清楚的一组年龄数据:①中条群均被认为属古元古界，它的中下部是蓖子沟组变质火山岩，以基性岩为主，已变质为角闪岩相的斜长角闪岩和十字石榴片岩等(孙大中等，1993;山西省地质矿产局，1989)，上部泥质岩石的变质作用具碰撞造山带型的顺时针p-T-t轨迹(孙大中等，1993);②有古元古代T1T2G1G2类发育，早期的寨子英云闪长岩质片麻岩(T1，2321Ma)、中期的北峪奥长花岗岩和虎坪花岗质片麻岩(T2G2，2100Ma)和横岭关花岗岩(T2，2231Ma)和末期的南部永济“涑水杂岩”中的红色花岗岩(G2，1888Ma和1695Ma)(孙大中等，1993)，表明早期有新生的不成熟陆壳;③著名的中条山铜矿，包括斑岩铜矿在内均形成于古元古代，来自铜矿峪铜矿五号矿体中的石英斑岩和石英二长岩中的锆石分别为2195Ma和2188Ma，蓖子沟矿坑晚期矿脉中晶质铀矿和钛铀矿为1833Ma(孙大中等，1993)。上述三个事实表明，中条山的古元古界岩石-构造组合类似早期活动大陆边缘，后期则属于碰撞造山带属性。如果说它是一个碰撞造山带，那么可以推测，“涑水杂岩”和“绛县群”的两组年龄数据可解释为，它们不是真正的地层单元，而是构造混合的岩石组合，而这一特征正是碰撞造山带所特有的。
吕梁山地区原归属于新太古界吕梁群中的近周峪组双峰式变质火山岩中，锆石年龄为2.1 Ga(于津海等，1997)，这表明，吕梁群应归属于古元古代。吕梁群为巨厚的陆源沉积加火山岩，早中期为浅海相，晚期为深海相浊积岩，下部变质达角闪岩相，平卧褶曲发育(山西省地质矿产局，1989)，这些特征以及双峰式火山岩表明，它们早期类似大陆边缘裂谷带(于津海，1997)，后期则转变为碰撞造山带。
根据鄂尔多斯北缘和东缘北端广布的孔兹岩系达麻粒岩相，以及广泛的深熔作用、钾质花岗岩、变质作用具顺时针p-T-t轨迹以及大量发育韧性变形带，一致认为鄂尔多斯陆块与其外侧陆块的碰撞造山带，主要的分歧在于时代归属为古元古代或为新太古代(钱样麟等，1994;Zhai et al.，1996;卢良兆等，1996;吴昌华等，1997;金巍等，1994)。这一情况类似于我们前面讨论的中条山地区。金巍和李树勋(1994)对大青山的详细工作指出，太古宙T1T2G1系中年龄数据大于2500～2450Ma，古元古代孔兹岩系和钾长花岗岩年龄一般为2200～1800Ma，再造岩系(即我们上面所说的构造混杂岩石组合)中同位素年龄数据多在2400～1800Ma之间，属于混合年龄，是多次地质事件叠加的结果。邓晋福等(1999)认为，孔兹岩系属古元古代，其岩石-构造组合具碰撞造山带属性。另外金巍和李树勋(1994)指出太古宙T1T2G1岩系无铕异常和具逆时针p-T-t轨迹，而古元古代孔兹岩系为负铕异常和顺时针p-T-t轨迹。由负铕异常可以推测古元古代孔兹岩的源区不是在它邻近的太古宙T1T2岩系，而是华北地台东部已大部被剥蚀的成熟的G1G2陆壳组成或是被显生宙沉积覆盖的鄂尔多斯成熟的G1G2陆壳，它进一步支持孔兹岩系为古元古代的推论。
2)钾质花岗岩类的时空分布。华北地台东部重要的钾质花岗岩带有:鞍本地区的齐大山、弓长岭岩带，冀东辽西的秦皇岛、绥中、锦西岩带，鲁西的泰山、鲁山、孟良崮岩带，它们形成于2.55～2.40Ga(伍家善等，1998)。
鄂尔多斯太古宙陆核与怀宣、沁水和太华三个太古宙陆核的交界部位则发育古元古代的钾质花岗岩带，如天镇、宣化岩带(2.2～2.1Ga)(伍家善等)、关帝山岩带(2.05～2.01Ga)(山西省地质矿产局，1989)、吕梁山永济地区(1.89～1.7Ga)(孙大中等，1993)和内蒙古大青山地区(2.2～1.8Ga)(金巍等，1994)。它与该带古元古界为碰撞造山带和高级变质作用相适应。
3)变质基性岩的εNd(t)或TDM。由表2-9可以看出，太古宙玄武岩岩浆源于亏损地幔，而鄂尔多斯与东部几个太古宙陆核交界处的元古宙玄武岩浆源于弱亏损地幔，或者说，新太古代的岩浆源于在中太古代或古太古代时已分离出初始玄武质地壳的地幔，早元古代的岩浆则源于在新太古代时分离出初始玄武质地壳的地幔。华北地台198套Sm-Nd模式年龄(TDM)中82.3%在3.0～2.5Ga范围内，其中两个峰值为2.9Ga和2.7Ga(Shen et al.，1996)进一步表明，华北地台从地幔中分离出玄武质初始地壳的时期是中太古代和新太古代，这与我们上面从T1T2G1G2花岗岩类的演化、陆壳演化阶段和图2-9展示的10个太古陆核的环状结构样式是一致的。
表2-9 一些地区角闪岩的εNd(t)或TDM
(据邓晋福等，1999)
4.华北克拉通形成的其他标志
1)中元古界(Pt2)的长城系和蓟县系的准地台盖层，直至三叠纪才和覆盖于上面的显生宙地台沉积盖层一起发生褶皱。
2)中元古代晋冀豫广布基性岩墙群，大红峪组富钾质火山岩喷发，冀东发育典型的斜长岩-奥长环斑花岗岩组合。
3)从中元古代开始华北地台南、北缘才形成真正的大陆边缘沉积。
4)古生代发育含金刚石的金伯利岩岩浆活动。
这些标志亦是全球太古宙-古元古代克拉通所共有的，它们表明华北地台在新太古代末期-古元古代时期已形成了大陆根。
(四)几点认识
由上述三个方面的讨论，对华北陆壳和大陆根的形成可以获得几个重要认识:
1)中太古代是小区域尺度的初始陆核形成的主要时期，主要为T1T2组成的不成熟陆壳。
2)新太古代是区域尺度的太古宙陆核形成的主要时期，主要为T1T2G1G2组成的半成熟陆壳。
3)新太古代末期是微大陆块体尺度的两个陆核形成的主要时期，即东部的8个太古宙陆核的联合陆核和西部鄂尔多斯-阿拉善联合陆核，陆壳已发展达G1G2组成的成熟陆壳。
4)古元古代是两个微大陆尺度的成熟陆核的构造拼合形成华北克拉通的时期，而不是陆壳物质的主要增生期，或者说不是主要的造壳时期。Condie(1998)等指出，2.4～2.0Ga时期地球上很少发现有岩浆活动的记录和全球缺乏这一时期的造壳事件(转引自孙大中等，1993)。华北克拉通形成的过程与全球主要克拉通形成的过程是一致的。
5)华北地台大陆根(地幔岩石圈)是分离出陆壳之后的难熔地幔，主要由亏损的方辉橄榄岩构成，橄榄石的Fo峰值约92.5。
6)华北地台太古宙形成的陆壳主要由T1T2G1G2构成，其平均组成可能相当于G1(γδ)。
内容全部来源于网络收集，如有侵权，请联系网站删除：QQ：24596024