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點擊上方“覆蓋區(qū)找礦”，關注更精彩！ 華北克拉通構造演化 翟明國 1 中國科學院大學地球與行星學院 2 中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈國家重點實驗室 3 浙江大學地球科學學院 作者介紹：翟明國，研究員，中國科學院院士，主要從事前寒武紀地質學與變質地質學、巖石學和武礦學研究。華北克拉通是我國沉積變質型鐵礦、矽卡巖型富鐵礦、造山型金礦等重要礦產資源的主產區(qū)。這些重要礦產資源的形成均與華北克拉通構造演化密切相關。研究認為：華北克拉通的構造演化經歷八個大的階段，文中對各階段構造演化特征、重大地質事件及其相關成礦作用均有科學論述。華北克拉通是中國大陸的主要構造單元，從早期到中生代以來的地質記錄較完整，受到國際關注，是大陸形成和演化研究的天然實驗室。翟明國院士系統(tǒng)總結了華北克拉通構造演化研究成果和新進展，厘清了華北克拉通的構造演化大致過程，提出了區(qū)華北克拉通構造演化動力學模式，分析了華北克拉通地質事件與成礦作用同步演化關系，研究成果對分析成礦區(qū)域構造環(huán)境條件，指導地質找礦具有重要意義！摘 要：華北克拉通是中國大陸的主要構造單元，從早期到中生代以來的地質記錄較完整，受到國際關注，是大陸形成和演化研究的天然實驗室。華北克拉通的構造演化可以分為八個大的階段：陸核形成階段；陸殼巨量生長階段；微陸塊拼合與克拉通化；古元古代大氧化事件與地球環(huán)境劇變；古元古代活動帶構造與高級麻粒巖相變質作用；中—新元古代多期裂谷與地球中年調整期；古生代邊緣造山；中生代構造轉折與去克拉通化。華北克拉通的大陸演化顯示了地球的進化和不可逆過程，特別是熱體制的演變。早期陸核的成因仍存在爭議，但是陸殼由小到大、多階段生長的過程是明確的。25億年前后的克拉通化是最具顯示度的地質事件，微陸塊的拼合是大陸聚合和形成穩(wěn)定克拉通的主要過程，已經被揭示。但是由綠巖帶-高級區(qū)構成的穹隆-龍骨構造并不遵從板塊構造的基本構造樣式。經歷了太古宙與元古宙分界時期的“靜寂期”之后，華北克拉通記錄了與全球休倫冰期以及大氧化事件相關的地質活動。古元古代活動帶則記錄了裂谷—俯沖—碰撞的過程，具有顯生宙造山帶的某些特征，伴有高級麻粒巖巖相的變質作用，暗示了早期板塊構造的出現(xiàn)。從約18～8億年長達十億年或更長的時限里，華北克拉通一直處于伸展環(huán)境，發(fā)育多期裂谷，有多期陸內巖漿活動，是巖石圈結構和下地殼組成的關鍵調整期。從古生代起，華北的南、北緣都經歷了現(xiàn)代板塊構造意義的造山事件，顯示了華北克拉通古陸通過古蒙古洋和古秦嶺洋與相鄰陸塊之間的構造活動，分別稱為興蒙造山帶和秦嶺-大別造山帶。中生代的華北克拉通出現(xiàn)構造體制的轉折和地殼活化，表現(xiàn)為巖石圈減薄和大量殼熔花崗巖的出現(xiàn)。古太平洋板塊的活動顯然是重要因素之一，但周邊其它陸塊的作用也是重要的，克拉通破壞機制及其內涵的研究還有進一步深化的空間。華北克拉通的構造演化有其特點，也具有全球意義。克拉通是形成于早前寒武紀并保持長期穩(wěn)定的古老陸塊。華北克拉通是中國大陸的主要構造單元，相對于世界上一些克拉通，面積較小，如果不算朝鮮半島，面積大約有1.3×106km2。但是華北克拉通有38億年的古老歷史，從早期到中生代以來的地質記錄完整，受到國際關注，不少重要的科學問題例如早期大陸的形成與生長，元古宙發(fā)生的地球環(huán)境、構造體制等巨大變化，古生代的造山活動和東亞大地格局重建，中生代大陸活化與去克拉通化等都有大量的研究，并提出了新的模式和新的理論。華北克拉通是地質科學和大陸演化的天然實驗室。幾代中國地質學家為華北克拉通的研究做出了巨大貢獻，這里不一一累述，僅提及其中的兩本論著。一本是由中國科學院地質研究所和國家地震局地質研究所編著的《華北斷塊區(qū)的形成與發(fā)展》，另一本是趙宗溥等撰寫的《中朝準地臺前寒武紀地殼演化》，大致反映了20世紀90年代初之前的研究成果。21世紀以來的近20年，華北克拉通的研究積累了大量新數(shù)據，進展飛躍。《地質力學學報》主編約我為紀念李四光先生誕辰130周年撰寫“華北克拉通構造演化”一文，因題目很大，鑒于筆者的知識結構和文章篇幅，在這里僅對該區(qū)構造演化做一個簡單的小結，以前寒武紀的演化為主，對涉及的理論認識，僅介紹不論證；對顯生宙的構造過程，僅提及不展開。借此表達對李四光先生為中國以至世界地質做出的巨大貢獻的敬仰之情。華北克拉通的大地構造位置見圖1。北、南界分別是中亞(興蒙)造山帶和秦嶺-大別造山帶，西部被祁連造山帶切割，與敦煌—塔里木的關系存在爭議，東部邊界是蘇魯造山帶。朝鮮半島北部或全部屬于華北克拉通，稱為中朝克拉通。圖1 華北(中朝)克拉通的大地構造位置 華北克拉通自身的構造演化以及何時和如何與華南和塔里木古陸經主要造山過程組建了中國大陸，都是大家關切的問題。近些年來，一些新的發(fā)現(xiàn)，例如模式年齡44億年的火山巖中的冥古宙鋯石、38億年的TTG片麻巖、25億年的蛇綠巖與造山帶結構的討論、古元古代的高壓和高溫—超高溫麻粒巖、中新元古代多期陸內巖漿事件、前寒武紀成礦的“高富”、“低貧”等，成為研究熱點并引起國際關注，推動了研究的深入。在前寒武紀時期，與其它克拉通的相比，華北克拉通在陸殼生長和一些重大地質事件上，既顯示了共性，又顯示了特性，如在25億年的陸殼生長和穩(wěn)定化、古元古代的活動帶事件、中元古代巖漿事件表現(xiàn)更強，而在新元古代一些構造事件偏弱的特點(圖2)。圖2 華北克拉通前寒武紀重大地質事件示意圖 華北克拉通的構造演化可以分為八個大的階段：①陸核形成階段；②陸殼巨量生長階段；③微陸塊拼合與克拉通化；④古元古代大氧化事件與地球環(huán)境劇變；⑤古元古代活動帶構造與高級麻粒巖相變質作用；⑥中—新元古代多期裂谷與地球中年調整期；⑦古生代邊緣造山；⑧中生代構造轉折與去克拉通化。地球上先有陸還是先有洋一直是爭議的問題。作為與地球有成因聯(lián)系的月球，最古老的巖石是斜長巖，它們形成了月球的大陸(斜長巖高地)，月海則是由隕石砸出的玄武巖坑，推測是隕石撞擊引起的月幔部分熔融的結果。斜長巖陸殼可以由硅酸鹽巖漿洋模式解釋。但地球上最古老的巖石不是斜長巖，而是富鈉的花崗巖類(TTG片麻巖)。Wilde et al報道的西澳Jack Hill沉積巖中的碎屑鋯石年齡是44億年，是地球上迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老物質，氧同位素和微量元素指示它們來自TTG巖石。最古老的巖石是來自加拿大的Acasta TTG片麻巖，面積約20 km2。約38億年的TTG巖石在很多克拉通都有報道，表殼巖(沉積巖及條帶狀鐵建造BIF)發(fā)現(xiàn)于西格陵蘭，其圍巖是TTG片麻巖，說明在38億年沉積巖的形成過程已有宏觀水的參與。至今為止，并沒有發(fā)現(xiàn)古老的洋殼巖石及其殘留。然而實驗巖石學不能得出由巖漿洋分異或分離出TTG的結果。洋殼成分的巖石(MORB)可以在一定的溫壓條件下部分熔融出埃達克質的巖石。埃達克質的巖石雖然在Mg#值以及一些微量元素上與TTG巖石有差別，但總體仍比較類似。因此地球上先存在洋殼，TTG是由洋殼熔出的模式也是目前不少研究者的選擇。早期陸核的成因雖存在爭議，但是陸殼是由小到大、多階段生長的過程是明確的。除了上面所講的國外的例子外，華北南緣的北秦嶺草灘溝奧陶紀火山巖中發(fā)現(xiàn)了被捕獲的冥古宙鋯石。鋯石核部年齡為40.8億年，邊部年齡38～37億年，Hf模式年齡44億年，表明44億年可能已有古老地殼形成，鋯石形成于40.8億年，之后發(fā)生了變質作用。氧同位素和微量元素特征表明，鋯石是來自陸殼(TTG巖石)，而且在40億年左右發(fā)生了水巖相互作用，這些為理解早期陸殼形成提供了重要信息。鞍山地區(qū)發(fā)現(xiàn)有38億年的片麻巖，它們還經歷了后期的活化和改造，33～31億年的改造是值得關注的。研究還表明，華北存在大約6～7個大于33億年的古陸核(圖3)。古老的巖石可能在華北的分布比以前的推測更廣，已經有更多的大于36億年(始太古代)和大于32億年(古太古代)的碎屑鋯石被發(fā)現(xiàn)，這些樣品采自華北的東部、西部、中部以及北部和南部。Zheng et al還在信陽地區(qū)顯生宙巖漿巖中發(fā)現(xiàn)酸性麻粒巖的包體，年齡為約36億年，暗示深部存在始太古代地殼。圖3 華北克拉通前寒武紀巖石出露示意圖 中太古代末至新太古代(29～27億年)，是華北克拉通大陸地殼的生長高峰期。代表大陸生長的典型巖石是TTG片麻巖。實際需要說明的是，古老大陸是由兩個基本的地質單元構成的，分別是麻粒巖-片麻巖地體或者叫高級區(qū)(HGR)和花崗巖-綠巖帶(GSB)。高級區(qū)的主要巖石組合是TTG片麻巖或者花崗質片麻巖、變質的表殼巖組合、輝長巖-斜長巖或者輝長巖-超鎂鐵質層狀巖體，雖然內部有復雜的形變，總體以穹隆狀出露，以高級變質為特征，大多經歷了麻粒巖相、局部高級角閃巖相變質。綠巖帶則是由一套未變質或淺變質的表殼巖組成，主要的綠巖帶下部可有成因不明的(非地幔巖)超鎂鐵質巖，然后是火山沉積巖為主。火山沉積巖也可大致分為三段：即科馬提巖-玄武巖組合；玄武巖-酸性火山巖為主的雙峰式火山巖，帶有少量科馬提巖；鈣堿性火山巖組合。這三段都有沉積巖和BIF互層。最上段是沉積巖組合，可有碳酸鹽沉積層。綠巖帶常呈向斜或向形狀產出，并被鈣堿性花崗巖侵入。綠巖帶圍繞著高級區(qū)分布，即為典型的高級區(qū)—綠巖帶構造樣式，或稱為穹隆-龍骨構造樣式(dome-keel style)，與顯生宙的造山帶樣式有明顯不同。高級區(qū)和綠巖帶的形成機制和相互關系一直沒有定論，主要的看法有高級區(qū)更老，是綠巖帶的基底；或者二者年齡相當，代表不同的構造背景。華北的綠巖帶通常經歷了較強的變質作用，后期的混合巖化也很強，被描述為含有BIF的表殼巖殘片漂浮在花崗巖海上。華北的科馬提巖出露不多，而且被變質之后難以確認。變質的玄武巖的成分總體是拉斑玄武質，部分為鈣堿質，稀土特征可分為輕稀土偏富集和平坦(少量的略虧損)兩類，相當于國外綠巖帶的TH1和TH2型，總體表現(xiàn)為陸內—弧后盆地—島弧的地化性質，很少量類似洋殼。由于變質綠巖帶的巖石年齡不好測定，目前的研究顯示泰山-蒙陰地區(qū)綠巖帶年齡在28～27億年，也有一些年齡在26～25億年。其余的綠巖帶大都獲得26～25億年的同位素年齡，也有少量29～27億年的年齡顯示。TTG片麻巖基本出露于高級區(qū)，它們的鋯石207Pb/206Pb年齡與εHf(t)值的關系見圖4，主要的形成時代在29～27億年之間，其次是26～25億年，后者有一部分可能是來自于29～27億年TTG的重熔。26～25億年的TTG形成的原因，可能與微陸塊拼合有關，而29～27億年的TTG，成因有與俯沖洋殼的部分熔融以及地幔柱有關的不同看法。最近十年，華北克拉通27億年TTG報道的越來越多。Jia et al在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，在華北南緣，陸殼經歷了約29～28億年和27億年兩個階段的生長，然后又經歷了25億年和23.5～22億年兩期巖漿—混合演化事件。Liou et al報道在冀東識別出29億年的巖石，提出華北曾有中太古代的古老陸殼。這些29～27億年的片麻巖分布很廣泛，已經確定在華北的東部、西部和中部以及北部都有出露。中太古代末至新太古代的巨量陸殼生長的直接結果是形成了7個微陸塊，從東到西是膠遼、遷懷、集寧、阿拉善微陸塊，向南是鄂爾多斯、許昌和徐淮微陸塊(圖5a)，大多有26～25億年的陸殼活化和變質作用記錄。 圖4 華北克拉通TTG巖石的εHf(t)值對207Pb/206Pb年齡圖解 華北克拉通的形成已經有不同的構造模式。例如東部陸塊和西部陸塊以遵化-贊皇的混雜巖-造山帶雜巖帶為界在25億年拼合形成華北克拉通，或者華北克拉通由東、西陸塊沿著克拉通中部出露的含有高壓麻粒巖的古元古代造山帶在約18.5億年拼合形成。在此之前的微陸塊拼合還被白瑾等和伍家善等在20世紀90年代討論過。微陸塊中的TTG片麻巖具有3.0～2.5 Ga Sm-Nd模式年齡的陸殼巖石約占78%，其中大于3.0 Ga的約占15%， 2.5 Ga左右的約占7%，大部分陸殼(約55%)的形成應在2.9～2.7 Ga之間，稱為陸殼的巨量生長期。Hf同位素模式年齡最主要的分布區(qū)間在3.0～2.6 Ga，并且有2.82 Ga的峰值，與Nd同位素的地質意義相似。通過長英質片麻巖和火山巖的研究，全球陸殼的巨量增生在2.8 ～2.7 Ga期間，主要的巖石類型是高鈉的長英質片麻巖(TTG)，其次是鎂鐵質-超鎂鐵質火山巖，此次陸殼增生大多被推測與超級地幔柱事件相關。華北陸殼的增生與全球一致。太古宙的陸殼增生一般認為是圍繞著古老陸核形成微陸塊。新太古代晚期(2.6～2.5 Ga)是華北陸塊演化最重要的時期，這個時期有較多的火山作用與沉積作用，形成新太古代綠巖帶；有大量的殼熔的花崗巖和TTG片麻巖形成；有廣泛的麻粒巖相-角閃巖相變質作用；有鎂鐵質巖墻和花崗巖脈群侵入。新太古代綠巖帶大多形成在約2.5 Ga，代表性的有紅透山、東五分子、登封和五臺山綠巖帶，少數(shù)約2.7～2.6 Ga的綠巖帶，如雁翎關綠巖帶(圖5b)。研究發(fā)現(xiàn)雁翎關綠巖帶有明確的約2.5 Ga的變質以及大量約2.5 Ga的花崗巖體和巖席，表明該綠巖帶在約2.5 Ga仍有明確的構造活動。近期的研究提供了更多與克拉通化有關的約2.5 Ga變質作用和殼熔花崗巖事件的證據，主要包括：太古宙的巖石經歷了約2.6 Ga和2.52～2.50 Ga的變質作用；各微陸塊有大量的基底巖石的部分熔融和混合巖化；殼熔的花崗巖包括由中酸性巖石和沉積巖部分熔融形成的鉀長花崗質-花崗質-二長花崗質巖石和基性巖石部分熔融形成的TTG質-二長花崗質巖石，它們作為巖體、巖株和巖席侵入到古老的巖石中并切穿不同微陸塊以及綠巖帶和高級區(qū)地體的界限，2.5 Ga的基性巖墻以及堿性—超鎂鐵質巖墻侵入到古老的巖石以及新太古代末的花崗巖中。圖5 華北微陸塊克拉通化 a—華北克拉通7個晚太古代微陸塊；b—綠巖帶—高級區(qū)構造格局；c—微陸塊拼合過程 微陸殼的拼合暗示在新太古代末已經開始從早期的垂向構造為主向橫向—垂向構造為主的轉化，表現(xiàn)出洋陸相互作用、有限的和小規(guī)模的弧-陸或陸-陸的俯沖與碰撞(圖5c)。從火成巖的組合看，此前的科馬提巖—雙峰式火山巖組合變?yōu)殁}堿性火山巖組合，深成長英質巖石從TTG為主變?yōu)榛◢弾r為主。然而微陸塊拼合構造與板塊構造的機制有根本的差別。微陸塊構造又被描述為高級區(qū)-綠巖帶構造或者穹隆-龍骨構造。綠巖帶與碰撞造山帶有較大差別，不是以縫合帶形式發(fā)布，而是圍繞高級區(qū)；不是高壓—超高壓變質，大多是沒有或很低變質(中國的綠巖帶雖然多數(shù)都有中級變質作用，但與微陸塊或稱為高級區(qū)而言，變質程度低)，沒有公認的增生楔和蛇綠巖組合等。微陸塊間的橫向構造運動是在地殼尺度內，反之，垂向構造的表現(xiàn)也很強，高級區(qū)的表殼巖或輝長巖類記錄了高級變質，溫度很高，有穹隆狀抬升記錄。微陸塊導致的新太古代末克拉通化的標志主要有三條，即大量殼熔花崗巖、巖墻群和蓋層沉積巖。大量的殼熔花崗巖是克拉通化過程中達到上、下地殼穩(wěn)定分層的重要過程。這個過程導致上地殼總體成分更趨于花崗質，而含有熔融殘留物質的下地殼，加之有底侵的輝長巖添入使其更趨于鎂鐵質。上、下地殼的變質程度也有很大的差別。上地殼層為綠片巖相、未變質相。下地殼層的變質相從下而上分別是：下地殼層的麻粒巖相、混合巖化麻粒巖相、混合巖化角閃巖相、角閃巖相。這種物質成分與變質相的分層使得初始陸殼的密度增大和在其它物理-化學條件的變化下變得穩(wěn)定。地幔為地殼的分層提供能量并有適量的物質加入，軟流圈地幔經過巖漿萃取后形成巖石圈地幔，因此穩(wěn)定的陸殼分層也導致殼幔達到耦合。陸殼與陸殼下地幔的耦合應該標志著全球大陸巖石圈的形成，并與大氣圈和水圈達到新的平衡。華北克拉通新太古代末的花崗巖大致有三期，即2.55～2.53 Ga、2.51～2.50 Ga和2.50～2.45 Ga。三期花崗巖都可以大致分為三類，即高鈉質的TTG、二長花崗巖和高鉀質的花崗巖。其源巖可能分別是：鎂鐵質巖石、鎂鐵質巖石與沉積巖/長英質巖石、長英質巖石。根據鎂鐵質巖石代表洋殼、長英質巖石代表陸殼的設想引發(fā)了不同的與板塊構造相似或相左的成因模式。總之，有足夠的熱(地幔活動)就可導致已有的地殼部分熔融形成花崗質巖石，地殼源巖的不同就可以分別形成高鈉或高鉀質的花崗巖。殼幔相互作用的結束以巖墻群的侵入為特征。大約2.5～2.45 Ga的巖墻群以斜長角閃巖/基性麻粒巖為代表，多經歷了強烈的變形與變質。冀東曹莊一帶的橄欖輝長巖-堿性巖共生巖墻，鋯石離子探針U-Pb年齡為2.504 Ga和2.516 Ga。共生的超鎂鐵質與堿性巖墻是罕見的，指示在太古宙末期，華北克拉通的巖石圈已經相當厚并且穩(wěn)定。研究證實在華北核部冀東出露的淺變質火山-沉積巖(青龍群)和在華北北部廣泛分布的淺變質火山—沉積巖(紅旗營子群和單塔子群)形成年齡均為2.51～2.50 Ga，火山巖具有陸內裂谷的雙峰式特征，形成時代應在區(qū)域高級變質作用之后，代表華北新太古代末克拉通化之后的蓋層沉積。華北克拉通最終完成的時代是大約2.45 Ga。新太古代末全球克拉通化之后，地球演化歷史上出現(xiàn)了長達0.15～0.2 Ga的靜寂期，沒有火山活動，沒有構造活動，使得2.5 Ga作為太古宙與元古宙的分界年齡具有劃時代意義。大氧化事件是早前寒武紀構造演化歷史上的一個大事，對此華北克拉通的研究相對薄弱。地球早期的表層系統(tǒng)是貧氧的，大氣圈與固體圈層的耦合推測與超級克拉通的形成同步。從全球構造來看，2.5～2.35 Ga之間是一個靜寂期，即太古宙末超級克拉通形成之后，地球圈層間曾有一個短暫的平衡，沒有明顯的地質記錄。此后，在超級克拉通上發(fā)生有全球規(guī)模的裂谷活動——休倫裂谷。2.2 Ga之前的某個時候，發(fā)生了氧的急劇升高，在2.2～1.9 Ga時達到與現(xiàn)代相近的富氧狀態(tài)。大氣自由氧含量從小于1% PAL增至15% PAL (PAL=Present Atmosphere Level)，可見充氧量之大、速度之快是空前的。因此，Holland使用大氧化事件(Great Oxidation Event，簡為GOE)的概念強調這次事件的重要性，即23億年左右大氣成分由缺氧變?yōu)楦谎酢?/span>水-氣系統(tǒng)充氧事件及相關變化表現(xiàn)出短時性、劇烈性和系統(tǒng)性，各大陸出現(xiàn)紅層、蒸發(fā)巖(石膏、硼酸鹽等)、磷塊巖、冰磧巖，特別是大量發(fā)育蘇必利爾湖型BIF鐵礦，以及含疊層石的厚層碳酸鹽和菱鎂礦，有機碳大量堆埋并形成石墨礦床。沉積物出現(xiàn)Eu虧損，并形成REE-Nb-Fe建造，碳酸鹽碳同位素普遍正向漂移，以及S、N、Mo等同位素顯著分餾。毫無疑問，GOE是地球演化歷史上最重大的地質事件之一，它是地球環(huán)境巨變的里程碑。關于GOE起因，有超級地幔柱活動或超級大陸裂解以及隕石撞擊等認識。大氧化事件在地球上有許多表現(xiàn)。主要有①全球性的水體和大氣的氧逸度增高；②導致水圈中離子的價態(tài)、種類、活度的變化，也勢必引起沉積物類型與性質的變化，如海水中二價鐵離子的價態(tài)改變，形成大量的條帶狀硅鐵建造沉積，以及沉積物中REE形式的改變等；③氧逸度的改變導致溫度的改變；④促進生命的形成演化和生物圈的變化等。此外，還有一些問題需要繼續(xù)研究，如：①同位素示綜方法的研究和解析，特別是C、S、N、Mo、Cr、Fe等；②各種環(huán)境變化指標所揭示的不同現(xiàn)象出現(xiàn)的順序、條件及其內在聯(lián)系或因果關系；③生命爆發(fā)與GOE之間的因果關系；④成礦大爆發(fā)與GOE之間的內在聯(lián)系，特別是元素在GOE期間及其前后的地球化學行為、源運儲條件的變化；⑤后期構造熱事件中GOE現(xiàn)象的變化程度，受控于變質地層的地質地球化學特征對GOE的記憶能力等。這些事件都導致一些重要的成礦作用(圖6)。陳衍景和湯好書總結了華北克拉通約2.3 Ga的環(huán)境突變事件，先后對華北南緣、遼吉、五臺、中條等地區(qū)進行了沉積物稀土地球化學和元素地球化學研究，通過沉積物稀土地球化學氧化-還原模型以及軟硬酸堿理論，提出除原巖的影響外，沉積環(huán)境是影響沉積物稀土特征的重要因素。圖6 全球大氧化期的事件與成礦 2.3 Ga前的沉積物形成于還原環(huán)境，之后的沉積物形成于較氧化環(huán)境，因此地球環(huán)境在2.3 Ga時由還原轉化為氧化。華北地區(qū)在2.3 Ga后出現(xiàn)大量的碳酸鹽類沉積、紅層、磷塊巖、石墨、疊層石等，是大氧化事件的物質表現(xiàn)。很多研究表明，碳酸鹽碳同位素的δ13Ccarb正異常是環(huán)境氧化的重要指標。中國遼東關門山組、五臺滹沱群大石嶺組、膠東含菱鎂礦大石橋組、萊州含菱鎂礦粉子山群張格莊組、南墅石墨礦荊山群、安徽霍邱鐵礦以及河南嵩山群五指嶺組的碳酸鹽中，都得到碳酸鹽碳同位素正異常，與稀土的特征變化一致。粉子山群中的菱鎂礦呈層狀，是一套鎂質碳酸鹽地層(圖7)。年代學研究確定它們形成于2.24～1.9 Ga。它們的C同位素的δ13Ccarb為1.5‰～2.0‰，O同位素的δ18OSMOW變化范圍>10‰，遠高于正常海相碳酸鹽平均值(δ13Ccarb約為0.5‰)，指示了碳同位素正漂移。2.3 Ga之后石墨礦以及磷塊巖在華北的發(fā)育，也需要表生環(huán)境中氧逸度增高。華北蘇必利爾型BIF相對數(shù)量較少。近幾年的研究，除山西中條地區(qū)袁家村BIF鐵礦外，對華北南緣鐵山廟、霍邱鐵礦上部層位也做了研究，提出其屬于蘇必利爾型BIF鐵礦。翟明國在解釋“為什么華北克拉通在古元古代大氧化事件的環(huán)境下，蘇必利爾型的BIF鐵礦相對較少，而菱鎂礦等卻特別富集”時提出，華北在古元古代時期，處于相對較淺的海盆—瀉湖環(huán)境，出現(xiàn)巨大的碳酸鹽沉積(如菱鎂礦)和含有機質的泥質巖(石墨)，但是相對缺少BIFs，因為后者一般需要沉淀在400～600 m的相對較深的洋盆中。趙宗溥等提出滹沱(呂梁)運動的結束拉開了華北克拉通的地臺演化階段的序幕。翟明國以及翟明國和彭澎[強調，對與滹沱運動相關的地質事件群應該進行分析和分解，并歸并成早期的與裂谷-俯沖有關的事件亞群和與碰撞-碰撞后有關的事件亞群，有利于更好地理解滹沱運動的本質。裂谷-俯沖有關的事件亞群代表的過程與Condie和Kr?ner假設的晚太古代末超級克拉通形成之后的第一次全球規(guī)模的裂解事件(休倫裂谷)相對應。在華北表現(xiàn)為形成三個主要的活動帶，地層的分布和出露特點為線性褶皺帶，具有某些現(xiàn)代造山帶的特點，它們是膠遼活動帶、晉豫活動帶和豐鎮(zhèn)活動帶。主要的地層分別是遼河群—粉子山群、滹沱群—呂梁群—中條群、二道洼群—上集寧群。其中在遼河群中發(fā)育厚層的菱鎂礦-大理巖巖層，夾有含硼礦的變粒巖。在上集寧群、粉子山群和呂梁群中發(fā)育石墨片麻巖，它們有大氧化事件的地質記錄(見上文)。上述三個活動帶的表殼巖石都是雙峰式火山—沉積建造，具有裂谷的巖石組合性質，部分巖石顯示了島弧的特點。此后的事件亞群，巖石在1.97～1.85 Ga期間經歷了兩期變質作用(局部麻粒巖相)，有相應時代的花崗巖侵入，反映了由裂谷盆地—俯沖—碰撞的構造演化歷史。圖7 萊州粉子山的地層(上)與同位素(下)特征 值得指出的是，三個活動帶及附近地區(qū)普遍發(fā)現(xiàn)高壓麻粒巖，石榴石在石英玄武質的變質巖石中形成獨立礦物，指示變質壓力大于1.0 GPa，因此俗稱的高壓麻粒巖是含石榴石的基性麻粒巖，它們以透鏡體或強烈變形的巖墻狀出露于片麻巖中，或者與泥質麻粒巖出露在一起。在紫蘇輝石消失全部變?yōu)槭袷?單斜輝石-石英-斜長石的組合時，壓力比二輝石共存的壓力更大。但是如果巖石的成分(或局部)不均勻，即Al或Mg+Fe含量變化，都可能引起斜方輝石并不因壓力升高而分解。它們的原巖被認為是輝長質巖墻，以含石榴子以及普遍具有白眼圈退變質結構為特征，達到石榴麻粒巖相、部分為榴輝巖相變質。在麻粒巖相的泥質巖中，還發(fā)現(xiàn)有超高溫變質礦物，這些發(fā)現(xiàn)引起一些學者將它們作為板塊構造的證據。翟明國等曾提出高壓麻粒巖在河北—晉北—內蒙中部—遼南成帶分布，代表了阜平古陸塊與懷安古陸塊的碰撞，還曾提出它與蘇魯—大別以及喜馬拉雅造山帶并列為中國三個高級變質帶。Zhao等也提出高壓麻粒巖形成一個可與喜馬拉雅造山帶媲美的華北中部造山帶。此外，Kusky and Li和Santosh et al提出了內蒙—河北古元古代造山模式和華北中部造山帶與內蒙高溫麻粒巖(孔茲巖)帶在古元古代相向俯沖碰撞的模式。Liu et al總結了泥質高溫麻粒巖的特征，提出它們代表了活動大陸邊緣，是構造埋藏與加熱的結果，與其上的角閃巖—綠片巖相的表殼巖共同構成造山帶的變質組合。越來越多的資料獲得后，原有的認識又有許多新的突破。主要有以下幾點：①麻粒巖分布面積很廣，并不是線狀分布，似乎是面狀地出現(xiàn)在幾乎所有的早前寒武紀巖石出露區(qū)，即使在被顯生宙沉積巖覆蓋的鄂爾多斯盆地，鉆井樣品中也發(fā)現(xiàn)了高溫泥質麻粒巖；②詳細的野外地質填圖和構造分析，證實在高壓基性麻粒巖與高溫泥質麻粒巖共生的地區(qū)，無一例外，二者共同經歷了峰期變質之后的變質與變形作用，說明它們在經歷高溫高壓麻粒巖巖相變質之前已經共生在一起，個別地區(qū)(如內蒙興和黃土窯)還能觀察到高壓基性麻粒巖墻侵入到高溫麻粒巖中的地質現(xiàn)象；③在兩種麻粒巖共生的地區(qū)，泥質麻粒巖中大都發(fā)現(xiàn)了藍晶石等礦物作為夕線石的交代殘留或在石榴石中作為包裹體礦物，估算的變質壓力與基性高壓麻粒巖相同；④在膠北地區(qū)還發(fā)現(xiàn)有超鎂鐵質巖石與高溫高壓麻粒巖共生，它們的原巖可能是底侵的鎂鐵質-超鎂鐵質巖體，也經歷了高溫高壓麻粒巖相變質；⑤上述所有的麻粒巖都可以識別出三期變質事件，即高壓麻粒巖相、中壓麻粒巖相和角閃巖相，代表了峰期變質以及兩期退變質(圖8)，在泥質麻粒巖中，還識別了進變質的礦物組合，三期變質作用的時代是≥1.97～1.95 Ga、 1.87～1.83 Ga和約1.80 Ga；⑥雖然高壓麻粒巖相的巖石已經屬于下地殼深度的變質壓力，但它們都有高的變質溫度，屬于中壓高溫變質相系(中壓型)，溫壓梯度約16～26 ℃/km，平均21 ℃/km，大大低于大陸碰撞造山帶的溫壓梯度；⑦這些麻粒巖具有極低的抬升速率，低于約0.4 mm/yr，不僅大大低于顯生宙造山帶(0.3～3(5) cm/yr)，而且低于沉積盆地的抬升速率(約0.3～1 mm/yr)，這意味著高壓麻粒巖地體在下沉到下地殼深度之后，長期滯留或很緩慢的抬升，表明高壓麻粒巖地體的密度、浮力和粘滯度等與圍巖的下地殼巖石十分相似。 圖8 高級麻粒巖相變質作用的P-T演化途徑 Bs—藍片巖相；Ec—榴輝巖相；Gs—綠片巖相；Am—角閃巖相；Gr—麻粒巖相；Ky—藍晶石；And—紅柱石；Sil—夕線石；EA—綠簾角閃巖相 不管如何，高溫高壓麻粒巖的出現(xiàn)，已經說明早期大陸發(fā)生了一個根本的構造體制轉變，太古宙的高級區(qū)-綠巖帶體制轉變到活動帶體制。從變質演化上看(圖9)，從太古宙到顯生宙，變質溫壓梯度(地熱梯度)不斷下降。太古宙是高溫—超高溫，顯生宙是高壓—超高壓，早元古宙的溫壓梯度處于高溫高壓階段，暗示高溫高壓麻粒巖曾經緩慢地、帶有一定塑性地俯沖到陸塊的下地殼層次，以此完成兩個陸塊之間的拼接。早元古代活動帶有下面幾個特點：具線性展布特征、有復雜褶皺形態(tài)；活動帶巖石發(fā)生變質；有與其相應的花崗巖侵入，以及類似于裂谷-島弧的成礦作用(Pb-Zn、Cu)。這些特點與現(xiàn)代裂谷-島弧-碰撞帶有相似，而不同于太古宙的綠巖帶—高級區(qū)的構造—變質格局。據此，作者等已經假設了華北克拉通初始的板塊構造。即在太古宙克拉通化之后，又經過約2.5(2.45)～2.35(2.3)Ga的構造靜寂期，華北克拉通發(fā)生了一次基底殘留洋盆與陸內的拉伸-破裂事件，隨后在1.95～1.9 Ga期間，經歷了一次擠壓構造事件，導致了裂陷盆地的閉合，形成晉豫、膠遼和豐鎮(zhèn)三個活動帶，它們在分布狀態(tài)、變形與變質方面，類似于現(xiàn)代陸-陸碰撞型的造山帶，造成克拉通中部遷懷塊體，以及北部的集寧塊體和東部的膠遼塊體等在陸內擠壓碰撞以及碰撞后基底掀翻，使下地殼巖石抬升，高級變質雜巖代表了出露地表的下地殼。古元古代活動帶顯示了板塊構造雛形的特點，雖然有橫向運動，但在機理上和規(guī)模上都不相同，是早前寒武紀垂直為主的構造機制向板塊構造轉變之間的一個重要階段。此后現(xiàn)代板塊構造的啟動還經歷了長達十億年甚至更多時間，這期間發(fā)生的故事就是下一個重要的地質事件“地球中年調整期”。圖9 熱、變質作用與構造體制轉變 中國地層委員會將古元古代與中元古代的界限放在18億年，即造山系與固結系之間，而不是國際地層委員會的16億年的固結系與蓋層系之間，是為了強調華北克拉通在造山系(滹沱運動)之后，自長城系的沉積開始，一直處于地臺演化的階段，進入穩(wěn)定蓋層發(fā)育期。翟明國等根據地質特征分析，提出華北中—新元古代始終處于伸展狀態(tài)下“一拉到底”的大地構造環(huán)境，并命名為“地球中年調整期”。這個階段從約1.8 Ga延續(xù)到約0.75 Ga，約10億年以上。地質表現(xiàn)為多期裂谷發(fā)育，并伴隨有周期性陸內巖漿活動，反映了地幔與下地殼之間的耦合調整，最終形成現(xiàn)代規(guī)模和狀態(tài)的巖石圈。(1)裂谷系可大致分為南、北兩個在地表沒有完全連接的裂陷槽和北緣、東緣各一個裂谷帶(圖10)。在南部的熊耳裂陷槽中，熊耳群雙峰式火山巖最古老的巖漿年齡約為1800～1780 Ma，向上的中新元古代地層有汝陽群、洛峪群等。華北北部的燕遼裂陷槽，主要由長城系、薊縣系、待建系和青白口系組成。薊縣剖面由于長城系下部層位火山巖的缺失，不能構建固結系(約1800～1600 Ma期間)的完整層序，熊耳地區(qū)的地層是必要的補充剖面。如果按照中國地層委員會的劃分標準，從熊耳群到待建系(下馬嶺群)厘定了中元古代層序，之上的青白口系以及未明確劃分的南華系和震旦系屬新元古代。這些沉積巖系大致可劃分為四個復合裂谷系，或稱為四期裂谷事件。圖10 華北中—新元古代的裂谷及巖墻群分布示意圖 (2)發(fā)現(xiàn)和證明中—新元古代四期裂谷事件分別對應的巖漿活動是1.8～1.78 Ga的基性巖墻群—熊耳火成巖、1.7～1.67 Ga的非造山巖漿巖和1.68～1.62 Ga的裂谷火山巖、1.32 Ga的席狀巖墻群、0.92～0.89 Ga的輝綠巖墻(席)和0.86～0.82 Ga的裂谷火山巖。與此相對應的裂谷成礦作用是華北的特色成礦，鉛鋅、鐵、銅、鉬等多種礦產發(fā)育，特別具有中國特色的稀土礦。研究還發(fā)現(xiàn)了中—新元古代巖漿作用在地殼深部的記錄。研究強調1.8～1.78 Ga的基性巖墻群—熊耳火成巖是華北克拉通中元古代演化的起始，最早發(fā)育的熊耳裂陷槽早于燕遼裂谷，并識別出一個同時期的固原裂陷槽。熊耳群火山巖是華北中元代最早的地層巖石，對該期巖漿作用性質的研究，不僅對完善薊縣剖面和長城系之下地層的建立有重要意義，而且對于理解華北結晶基底形成之后的陸殼演化也具有重要意義。新元古代多期裂谷旋回中形成的Pb-Zn-Cu成礦系統(tǒng)主要形成華北克拉通北緣西段狼山—渣爾泰銅礦集區(qū)。礦集區(qū)內產出了東升廟、炭窯口、霍各乞、甲生盤等多個大型—超大型礦床。它們的賦礦圍巖為中元古代狼山群和扎爾泰群中的砂泥質黑色頁巖和碳酸鹽巖等。其中的雙峰式火山巖得到的鋯石年齡是0.82 Ga和0.86 Ga，確定了狼山—渣爾泰裂谷中的新元古代青白口系的地層。(3)1.32 Ga 巖漿事件的厘定與全球規(guī)模的裂谷事件的聯(lián)系引人注目。燕遼地區(qū)侵入到中元古代沉積地層內輝綠巖床群長度大于600 km、出露寬度達200 km的區(qū)域內。斜鋯石U-Pb測年確定巖床形成于13.2億年左右。輝綠巖具有拉斑質及板內玄武巖地球化學特征。輝綠巖侵位的最新地層為下馬嶺組，在長龍山組及景兒峪組等沒有輝綠巖床侵入，表明燕遼地區(qū)13.2億年大規(guī)模輝綠巖床 (燕遼基性大火成巖省) 的侵位發(fā)生在下馬嶺組沉積之后、長龍山組及景兒峪組沉積之前。由于下馬嶺組與上覆長龍山組及景兒峪組之間為平行不整合接觸，判斷巖床群的形成伴隨有前巖漿期區(qū)域性抬升。根據中元古代大火成巖省及沉積地層對比，結合古地磁資料，推測燕遼與北澳大利亞代里姆 (Derim) 基性大火成巖省可能屬于一個統(tǒng)一的大火成巖省，只是由于大陸裂解才分離開。位于華北克拉通北緣渣爾泰-白云鄂博-化德裂陷槽內的白云鄂博Fe-REE-Nb-Th礦床是世界第一大稀土礦床，其成因及構造背景多年來一直有很大爭議。最近研究確定白云鄂博礦區(qū)富REE-Nb-Th白云巖主體為侵入到尖山組 (砂巖及板巖為主，少量為灰?guī)r) 內的火成碳酸巖巖床，少量為侵入到尖山組下部都拉哈拉組及基底變質巖中的火成碳酸巖巖墻。這些火成碳酸巖明顯受地層層位控制，在尖山組頂部不整合面以上的地層層位中未見有火成碳酸巖及REE-Nb-Th礦化。火成碳酸巖的鋯石與斜鋯石的年齡為1.32～1.3 Ga，代表了巖漿的結晶年齡。鋯石中除了含有火成碳酸巖中典型礦物 (方解石、白云石、金云母等) 外，還含有富Nb及REE的礦物包體 (如含鈰燒綠石等)，進一步證實這些鋯石不但是與火成碳酸巖同期結晶的，也是在主成礦期結晶的。因此，白云鄂博火成碳酸巖及稀土礦化形成于13.0億年左右，即白云鄂博超大REE-Nb-Th礦床的形成與火成碳酸巖侵位有關。(4) 華北古陸在18億至8億近10億年的時間，進入了“地球中年調整期”，處于“一拉到底”的構造背景和地質狀態(tài)。多期裂谷表現(xiàn)為中—新元古代的多個地層超群(系)沉積。伴隨裂谷沉積的四期巖漿活動都是陸內巖漿活動，表現(xiàn)出殼幔的相互作用，以及深部地殼與殼慢結構的復雜調整。這個時期全球的狀態(tài)是相似的。Cawood and Hawkesworth 指出，“這10億年期間，全球始終處于伸展構造環(huán)境，沒有全球性造山運動，不發(fā)育被動大陸邊緣，發(fā)育斜長巖等非造山巖漿組合，發(fā)育裂谷型礦產，缺乏造山型金礦和火山塊狀硫化物礦產，發(fā)育獨特的地表環(huán)境和海水環(huán)境特征等，殼?；顒邮沟脷め＝Y構和下地殼組成不斷調整至更加穩(wěn)定”。其構造意義在于：中年調整期形成了全球性的現(xiàn)代巖石圈結構，為現(xiàn)代板塊構造啟動奠定了基礎。如果南華期裂谷相當于超級大陸裂解和威爾遜旋回開始，那么此后的全球構造將是岡瓦納大陸以及潘吉亞大陸的聚合。古生代早期至中生代，華北克拉通南、北緣經歷了多期造山作用，參與古亞洲洋和古秦嶺洋的演變與消亡，與周邊陸塊互相運動，形成中國大陸，構建了東亞大地構造格局。圖11概要地顯示了邊緣造山過程，但是這個圖只是個綜合示意圖，沒有準確刻畫南、北緣的時代和造山過程。簡單地講，南(東)緣造山帶是碰撞型造山帶，大別山—蘇魯?shù)貐^(qū)記錄了大陸深俯沖，引發(fā)了對超高壓變質機制的研究熱潮與爭論。北緣造山帶是增生型造山帶，除了古亞洲(蒙古)洋之外，在中生代的不同時段，還有鄂霍茨克海的演化以及古太平洋的作用，中亞(興蒙)造山帶也被一些學者稱為疊加造山帶。秦嶺造山帶的構造演化有多種認識，最主要的意見是：①秦嶺是印支造山帶；②秦嶺是一個加里東、海西、印支以至燕山的多旋回復合造山帶。最近，Dong and Santosh論述了秦嶺的多期演化過程，提出新元古代格林威爾期(1.0 Ga)的縫合帶在華北與北秦嶺之間的寬坪；古生代的俯沖與增生是通過廣泛發(fā)育的地體與火山巖代表，導致在華南的增生；古生代南秦嶺與北秦嶺之間的造山是沿著商丹縫合線進行的，早泥盆紀期間商丹洋向北俯沖到北秦嶺之下，導致了中泥盆紀—早三疊紀的陸陸俯沖；南秦嶺塊體與華南的碰撞造山發(fā)生在三疊紀，沿著勉略縫合帶；此后秦嶺進入陸內造山。任紀舜等提出爭議，依據是在秦嶺尚未發(fā)現(xiàn)三疊紀或古生代延續(xù)到三疊紀的洋盆存在的痕跡，“勉略縫合帶”是一個揚子陸塊內的區(qū)域斷層，其中的鎂鐵質巖石是元古代產物。秦嶺的印支造山作用并不是洋盆消失后的陸陸碰撞造山作用，而是海盆消失后的中朝與揚子兩個小陸塊間逆沖—疊覆造山作用。興蒙造山帶是中亞造山帶的重要組成部分，其復雜的演化歷史尤其是晚古生代的構造格局和演化，存在著由來已久的爭論。一種觀點認為古生代時期古亞洲洋發(fā)育連續(xù)的南、北向俯沖及長期的溝—弧—盆體系，形成多個加積楔，至三疊紀初俯沖結束形成索倫—西拉木倫縫合帶，導致了克拉通北緣成為活動大陸邊緣，具有“安第斯型造山帶”特征；第二種觀點認為古亞洲洋發(fā)育南、北兩個分支，北支為賀根山蛇綠巖，代表從早古生代到晚石炭世的向北西俯沖，之后閉合成為一條重要的縫合帶；而南支則發(fā)育雙向俯沖，自早古生代持續(xù)到晚古生代末期，最終于晚二疊世到早三疊世閉合；第三種觀點認為古亞洲洋在早古生代早期經歷了南、北雙向俯沖，在晚泥盆世發(fā)生閉合形成興蒙造山帶，之后處于伸展構造環(huán)境，發(fā)育陸內裂谷及小型海盆等構造單元，并在早三疊世受到秦嶺—大別中央造山帶和蒙古—鄂霍次克造山帶的遠距離的影響。簡言之，前兩種觀點主張從大洋俯沖到碰撞造山的單階段發(fā)育模式，大多數(shù)蛇綠巖都被視為由原始洋殼演變的SSZ型；而第三種觀點則持早古生代閉合—晚古生代伸展、再閉合的雙階段發(fā)展模式，晚古生代蛇綠巖并不代表原始大洋而是陸內小洋盆。最近徐備等提出了“興蒙陸內造山帶”的概念，認為以溫都爾廟群為代表的古亞洲洋在泥盆紀中晚期閉合，形成南、北雙沖造山帶。此后早石炭世(360～330 Ma) 在北部造山帶和興安-艾力格廟地塊范圍內，發(fā)育了北北東向延伸的二連-賀根山裂谷帶，演化至三疊紀初形成陸內造山帶。構造變形可分為兩期，第一期為晚古生代地層大范圍褶皺變形，造成盆—嶺構造帶的縮短；第二期為沿盆-嶺構造的邊界強烈剪切變形，產生向東逃逸的擠出構造，其構造背景是北部蒙古-鄂霍茨克造山帶和南部大別-秦嶺中央造山帶的遠距離效應引起的被動閉合作用。圖11 古生代華北克拉通南、北邊緣造山帶示意圖 華北在中生代曾有大規(guī)模的地殼變動，翁文灝最先提出“燕山運動”。綜合后來的研究，中生代構造轉折的地質表現(xiàn)主要有：①中生代構造體制轉折總體上表現(xiàn)為陸內伸展和與地幔隆起相伴的巖石圈大規(guī)模減薄；②由東西向到北北東向的的盆嶺格局重組；③復雜的構造過程在邊緣與內部，北緣與南緣構造過程細節(jié)不同，并有擠壓與伸展的一次或多次交替；④中生代構造體制轉折的伸展作用與印支期末的碰撞后的伸展不屬同一構造動力學過程；⑤深部的殼幔作用和巖石圈減薄與上部地殼的運動有明顯的耦合和成因聯(lián)系；⑥巖石圈減薄不僅是巖石圈地幔減薄，而且下地殼也發(fā)生了一定程度的減薄和置換，下地殼過程主要包括巖漿底侵、置換(換底)和拆沉作用。在大量工作的基礎上，朱日祥等總結出：太行山東西兩側地殼與巖石圈厚度空間變化以及地球化學屬性的異同顯示，華北克拉通破壞主要集中在東部，而西部主要表現(xiàn)為克拉通的改造?？死ɑ蟮某练e建造、巖漿活動和構造變形等特征表明，克拉通破壞發(fā)生在中生代，其峰期為125 Ma左右。張宏福指出，華北東部中生代玄武質巖石中具有環(huán)帶狀結構的橄欖石和輝石捕虜晶，特別是具有環(huán)帶狀結構的地幔橄欖巖捕虜體的發(fā)現(xiàn)， 暗示這種橄欖巖—熔體的相互作用在華北東南部中生代巖石圈地幔中很可能普遍存在，為巖石圈地幔組成轉變和快速富集的重要方式。吳福元等提出，大多數(shù)克拉通的減薄可能主要通過地幔柱或地幔上涌的熱侵蝕而實現(xiàn)，但目前還沒有地幔柱或地幔上涌使克拉通發(fā)生破壞的實例。對已發(fā)生破壞的北美和華北克拉通的研究揭示，板塊俯沖是導致克拉通破壞的重要原因。俯沖大洋板塊的脫水交代上覆地幔楔，不僅可使其發(fā)生部分熔融而產生廣泛的巖漿作用，更重要的是使大陸巖石圈地幔失去原有的剛性特征而易于發(fā)生變形。從這一過程出發(fā)，大規(guī)模地殼來源的花崗巖和殼內韌性變形可視為克拉通破壞的巖石學與構造學標志。由此，Zhu et al提出早白堊世西太平洋板塊俯沖是導致華北克拉通破壞的一級外部因素和驅動力，俯沖板片在地幔過渡帶的滯留脫水使上覆地幔發(fā)生熔融和非穩(wěn)態(tài)流動，俯沖帶后撤導致巖石圈強烈伸展，最終造成克拉通破壞。華北的巖石圈減薄和克拉通破壞已經有很深入的研究，但對于這樣一個前沿問題的理解仍有很大的深入空間。董樹文等提出，晚中生代燕山運動的啟動和發(fā)展與古太平洋、新特提斯和蒙古—鄂霍茨克三大構造域洋殼俯沖消減歷史和板塊匯聚碰撞過程密切相關。晚侏羅世東亞周鄰多板塊匯聚形成了三個巨型陸緣匯聚造山系統(tǒng)(北部蒙古—鄂霍茨克碰撞造山帶、東部陸緣Cordillera型俯沖增生造山系統(tǒng)、西部班公湖—怒江俯沖碰撞造山系統(tǒng))以及向陸內變形擴展系統(tǒng)，包括多方向的陸內造山帶、鄂爾多斯和四川盆地的環(huán)形褶皺山系。陸內變形表現(xiàn)為遠離匯聚板塊邊緣的大規(guī)模逆沖—褶皺構造、古老造山帶的復活和廣泛的巖漿成礦作用。結合古大陸分離—聚合過程的周期演變規(guī)律，晚中生代東亞多板塊匯聚可能是未來亞美超大陸的起始點。Zhai et al根據中國東部、朝鮮半島與日本的中生代花崗巖的分布規(guī)律和地質對比，提出太平洋俯沖是非常重要的控制因素，但是周邊其它板塊的圍限和相互作用的意義不可忽視(圖12)，某種目前板塊構造未能完滿解決的大陸動力學問題很可能孕育其中。圖12 華北東部中生代地幔上隆與地殼伸展模式 成礦演化與構造演化關系密切，討論華北克拉通的構造演化時，成礦演化是不能不提及的。由華北克拉通的研究得出三條重要結論，即：成礦作用是構造演化的物質表現(xiàn)，是由重大地質事件控制的，重大地質事件與成礦事件具有同步演化的規(guī)律性；大陸演化的不可逆性導致成礦作用的時控性和不可重復性；成礦隨地質時代演化的規(guī)律具有全球意義，成礦差異是地質事件強弱以及后期改造疊加造成的。(1)地球(大陸)演化最重要的地質事件有陸殼的巨量增生、前板塊/早期板塊/板塊構造機制的轉折、由缺氧到富氧的地球環(huán)境的劇變。上述三個主導性構造事件導致元素的分離和遷移、成礦環(huán)境和成礦構造背景的變化，這是成礦作用爆發(fā)和演化的基本控制因素。前寒武紀占地質歷史的85%以上，形成了大陸地殼的主體，一些重要礦產，如鐵、金、銅、鉛、鋅、鈾等的資源量遠大于其它地質時代。而顯生宙的成礦作用，明顯受板塊構造和陸內構造控制，在洋陸相互作用和殼幔作用的活動區(qū)帶富集成礦，風化、剝蝕、搬運、分選和沉積過程也是重要的成礦過程。(2)地球像萬物一樣是有生命的，具有有生有死的生命歷程。其核心控制因素就是熱體制。當?shù)厍虻?/span>熱能耗盡，就成為像月球一樣的死亡星球。有科學家計算，地球的內能消耗盡還需40多億年，而水和大氣變得不適合人類生存還需要十多億年。地球演化的不可逆性，在物質上的表現(xiàn)就是成礦具有時控性和不可重復性。隨著地質時代的演化，金屬種類和礦量出現(xiàn)變化，礦種也從簡單變得更加豐富多樣。例如條帶狀硅鐵建造(BIF)，只形成在早前寒武紀，它的形成與海水在貧氧條件下含氧量的快速升高以及細菌活動有關，使得溶解于海水中的Fe2+部分成為三價而形成磁鐵礦，并在海水中沉淀下來。BIF是在中—晚太古代和古元古代是據統(tǒng)治地位的礦種，僅在新元古代的雪球事件中有少量重復，之后就再也沒有出現(xiàn)過。大氣和海水充分氧化之后，三價的鐵更容易在海水中以赤鐵礦結核產出。再如，在前寒武紀不太容易成大礦的銅，在顯生宙的板塊構造下成為標志性的礦種—斑巖銅礦，這是與洋殼向陸殼俯沖的地質過程和構造環(huán)境相關。(3)華北克拉通是全球最古老陸塊之一，前寒武紀各階段全球性重大地質事件幾乎都被記錄下來，并表現(xiàn)出一些特殊性。與全球其它克拉通相比，華北陸殼生長—穩(wěn)定化過程具有多階段特征，太古宙末—古元古代環(huán)境劇變記錄復雜多樣，古元古代與早期板塊體制建立和超大陸演化相關的俯沖碰撞和伸展裂解等地質記錄豐富，中—新元古代經歷持續(xù)伸展并接受巨量裂谷沉積，古生代的造山作用和中生代的基底活化，針對這些重要構造演化階段，華北有六個重要的成礦系統(tǒng)，它們是：太古代BIF成礦系統(tǒng)；古元古代活動帶型 Cu-Pb-Zn成礦系統(tǒng)；古元古代大氧化條件下Mg-B成礦系統(tǒng)；中元古代REE-Fe和SEDEX型Pb-Zn系統(tǒng)；古生代造山帶型Cu-Mo成礦系統(tǒng)；中生代陸內Au和Ag-Pb-Zn以及Mo成礦系統(tǒng)。圖13揭示出重大地質事件與成礦事件同步演化的規(guī)律性。從圖中可以看到重大地質事件反映了動力、構造、環(huán)境和結構諸因素。成礦系統(tǒng)包括金屬種類、礦床類型和成礦強度，是隨時代變化而變化的。換言之，礦產資源是大陸演化不同階段的物質表現(xiàn)。圖13 華北克拉通地質事件與成礦作用同步演化關系圖 (4)華北克拉通形成了豐富的礦產資源和獨特的優(yōu)勢礦種，即“高富”礦產，例如菱鎂礦，大石橋單個礦體占世界儲量的三分之一；白云鄂博稀土礦的輕稀土儲量占世界70%。華北也存在一些“低貧”的礦產，即在許多克拉通發(fā)育而在華北不發(fā)育的礦產，如鉑族和鉻鐵礦，它們在南非形成超大型礦床，產于布什維爾德巨型層狀巖體中，是與古元古代休倫裂谷期的地幔柱構造有關，華北這個時期的地?；顒硬粡娏?/span>。華北克拉通成礦的“高富”和“低貧”是與相對應的地質事件的強弱相關的，也與后期強烈的構造活動對早期地質狀態(tài)的改造有關。例如，綠巖帶型金礦和元古代的礫巖型鈾金礦等是北美和南非的優(yōu)勢礦種，而在華北卻是貧乏的。研究認為綠巖帶型金礦是在華北的古元古代的強烈陸殼再造事件以及華北中生代的巖石圈減薄事件中被改造的，因為鈾、金等成礦溫度都較低并且成礦元素易于遷移，被活化和遷移的金重新在中生代富集成礦，成為特殊的陸內金礦類型。在大氧化事件期間，很多古陸形成巨大的蘇必利爾型BIF鐵礦，華北相對較少，推測華北在古元古代時期，整體處于淺海相—瀉湖相，導致異常的產出巨量的菱鎂礦和石墨礦等，蘇必利爾型BIF不發(fā)育，后者易于沉淀在半深水的海盆中。(5)從華北克拉通研究得出的重大地質事件與成礦事件同步演化的規(guī)律性，具有全球意義。全球各個克拉通都可以畫出相似的成礦圖譜，并且也都會因為各自地質事件的強弱表現(xiàn)出成礦作用的強弱。例如前面已經提到的斑巖礦床、塊狀硫化物礦床集中成礦在5～6億年之后，BIF鐵礦和綠巖帶型金礦等集中成礦在18億年之前。在地球的18～8(7)億年的中年調整期，也有令人眼花繚亂的特殊成礦，這與該期裂谷活動和殼幔調整有關。這個時期與非造山巖漿組合有關的稀土、稀散和稀有元素成礦十分豐富，它們在品種上、方式上和與顯生宙造山帶或者風化沉積有關的同類礦產都有很大差別。三稀元素加上鉑族和鈷等貴金屬元素，是中國繼續(xù)發(fā)展需要的關鍵礦產。因此不同地質時代關鍵礦產的成礦背景和成礦機制研究將成為新的研究方向。今年是李四光先生誕辰130周年。李先生是中國地質科學的開拓者之一，也是建國后中國地質事業(yè)的主要領導者。在李先生擔任地質部長期間，地質與礦產受到國家高度重視，是地質界與國家領導人和中央政府溝通最為通暢的時期。地質工作者在地質普查、礦產、石油、地震、鈾礦(國防)等諸方面都有重大進展，為國家的經濟和國防做出了實質性貢獻。李四光先生提出的“地質力學”，把力學理論引入到地質學的研究中，用力學觀點來研究地殼構造及其變形規(guī)律。它強調地球的運動，提出重視地球自轉的變化以及地球作為行星受到其它行星的影響等，至今仍有前瞻性和指導意義。我年輕時耳邊時常聽到的大科學家的名字就是李四光、竺可楨、錢學森等。當我也走上地質道路之后，聽到了李四光先生更多的傳奇故事。我受到《地質力學學報》主編約稿時，即決定寫一篇文章，表達我對李先生的崇敬之情。這篇文章是對華北克拉通構造演化研究的一個提綱式小結，掛一漏十難免，言不達意甚多。大陸形成和演化是地質學中的主題學科之一，任重道遠，許多問題還會在今后進一步深化、修正和完善。在此我要感謝我的研究團隊、研究所內外的同行們以及國外合作者，也要感謝學生們，特別要感謝胡健民研究員在成文與定稿過程中的大力幫助。原文來源：翟明國. 華北克拉通構造演化[J].地質力學學報，2019，25(5):722-745 DOI:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.063 導讀評論和排版整理：《覆蓋區(qū)找礦》公眾號.
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