第五春榮

大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質(zhì)學系，西安 710069

大陸地殼是人類賴以生存地球的檔案庫，也是地球有別于其它類地行星的重要標志之一，它記錄了地球演化過程中所經(jīng)歷的諸多里程碑式的地質(zhì)事件。因此，探究大陸地殼的起源、生長和演化是固體地球科學當下最重要和最熱門的科學問題之一。迄今為止，地球上最古老的礦物年齡為在西澳大利亞Yilgarn克拉通北部的Jack Hills地區(qū)淺變質(zhì)的石英礫巖中發(fā)現(xiàn)的碎屑鋯石，采用SHRIMP方法測得其U-Pb年齡為4404Ma(Wildeetal., 2001)。最古老的巖石為出露于加拿大西北Slave克拉通年齡為4.03Ga花崗質(zhì)片麻巖(Bowring and Williams, 1999)。華北克拉通亦是地球上屈指可數(shù)保存大于3.8Ga古老巖石的地區(qū)之一。這些地球古老地殼物質(zhì)給我們提供了許多非常有價值的信息，據(jù)此可以獲知地球形成最初十億年的地表環(huán)境、化學分餾過程、地質(zhì)背景和構(gòu)造環(huán)境等(Cawood and Hawkesworth, 2019; Hawkesworthetal., 2017)。比如對Jack Hills 4.4Ga碎屑鋯石Hf同位素研究表明在地球形成初期就已經(jīng)有地殼物質(zhì)的存在；鋯石O-Li同位素揭示可能在大約4.3Ga前在地球上就已經(jīng)有水圈存在，部分巖漿巖的母巖曾遭受過風化和水化作用的改造 (Ushikuboetal., 2008; Wildeetal., 2001)。

按照最新的國際年代地層表，太古宙是指從距今約4.0Ga到2.5Ga，大約15億年時間。這一時間段又可以劃分為始太古代(4.0～3.6Ga)、古太古代(3.6～3.2Ga)、中太古代(3.2～2.8Ga)和新太古代(2.8～2.5Ga)四個地質(zhì)歷史時期，約占地球已有演化歷史的三分之一強。這一時期涉及到大陸地殼起源、大陸地殼巨量生長與穩(wěn)定以及全球性板塊構(gòu)造作用的啟動和建立等諸多最根本的全球性重大地質(zhì)事件(Cawood and Hawkesworth, 2019; Hawkesworthetal., 2019; Hawkesworth and Brown, 2018)。

華北克拉通南部的早前寒武紀基底巖石主要出露在中條山、嵩箕、小秦嶺-魯山、霍邱和蚌埠等地區(qū)，分別稱之為涑水雜巖、登封雜巖、太華雜巖、霍邱雜巖和五河雜巖(圖1)。較早時期，Zhaoetal. (2001, 2005)和Zhaietal. (2000, 2005)分別將華北南部這些基底雜巖劃歸為“中部碰撞帶的南部”(圖1a)或“許昌地塊”(圖1b)。最近，Wanetal. (2015)根據(jù)華北克拉通太古宙巖石的展布及其同位素特征將南部基底巖石劃歸為“南部古陸核”。Diwuetal. (2016)也提出華北克拉通南部曾經(jīng)為一個統(tǒng)一的基底，稱之為“南部太古宙地塊”(圖1a)。太古宙的巖石廣泛地出露在南部太古宙地塊的涑水、登封、太華、霍邱和五河等雜巖中，這為解析華北克拉通太古宙構(gòu)造-熱事件及其對地殼生長貢獻提供了非常難得的素材。此外，華北克拉通南部與諸如五臺、阜平、呂梁等研究早前寒武紀地質(zhì)的經(jīng)典地區(qū)一樣，是研究、檢驗和修正華北克拉通早前寒武紀基底各種劃分方案、拼合時間和構(gòu)造演化過程等關(guān)鍵問題的重點研究區(qū)域。自20世紀70年代以來，諸多研究者對涑水、登封、太華、霍邱和五河雜巖開展了大量野外地質(zhì)調(diào)查、巖相學、年代學、變質(zhì)作用以及地球化學等諸多方面的研究工作，取得了許多重要研究進展。因此，本文據(jù)此：(1)論述冥古宙地殼物質(zhì)和太古宙巖石在華北克拉通南部的出露情況；(2)全面厘定華北南部太古宙巖漿-變質(zhì)等構(gòu)造-熱事件期次；(3)總結(jié)華北克拉通南部太古宙大陸地殼生長和演化的規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

早期的研究者認為華北克拉通南部的基底巖石受東西向延伸、向南凸出的構(gòu)造控制，自北至南大致可分為三個帶：北帶為中條山-濟源地區(qū)，中帶為嵩箕-許昌地區(qū)，南帶為小秦嶺-魯山-舞陽-霍邱-蚌埠地區(qū)(劉文榮等, 1985)，分別對應的早前寒武紀早期的基底雜巖體大致為涑水雜巖、登封雜巖、太華雜巖、霍邱雜巖和五河雜巖(圖1c)。

圖1 華北克拉通基底構(gòu)造單元劃分圖(a,據(jù)Zhao et al., 2005; b,據(jù)Zhai et al., 2000; c,據(jù)Diwu et al., 2016)AL-阿拉善；CD-承德；DF-登封；EH-冀東；ES-膠東；FP-阜平；GY-固陽；HA-懷安；HL-賀蘭山；HQ-霍丘；HS-恒山；JN-集寧；JP-建平；LL-呂梁；LS(LPS)-隴山(六盤山)；LS-(魯山)；MY-密云；NH-冀北；NL-遼北；QL-千里山；SJ-吉南；SL-遼南；TH-太華; WC-武川; WD-烏拉山-大青山；WL-遼西；WS-魯西；WT-五臺；XH-宣化；XQL-小秦嶺；ZH-贊皇；ZT-中條山Fig.1 Tectonic subdivision of the North China Craton (a, after Zhao et al., 2005; b, after Zhai et al., 2000; c, after Diwu et al., 2016)AL-Alashan; CD-Chengde; DF-Dengfeng; EH-Eastern Hebei; ES-Eastern Shandong; FP-Fuping; GY-Guyang; HA-Huai’an; HL-Helanshan; HQ-Huoqiu; HS-Henghan; JN-Jining; JP-Jianping; LL-Lvliang; LS-Longshan; MY-Miyun; NH Northern Hebei; NL-Northern Shandong; QL-Qianlishan; SJ-Southern Liaoning; SL-Southern Liaoning; TH-Taihua; WD-Wuchuan; WD-Wulashan-Daqingshan; WL-Western Liaoning; WS-Western Shandong; WT-Wutai; XH-Xuanhua; ZH-Zanhuang; ZT-Zhongtiaoshan

1.1 涑水雜巖

涑水雜巖于1959年全國地層會議上據(jù)白瑾提議而正式命名，出露于中條山山脈西側(cè)的聞喜-夏縣一帶涑水河流域；主體呈北東-南西向展布，延伸約100km，寬約10km。巖石變質(zhì)程度主體為角閃巖相，局部可至麻粒巖相(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。其由下而上依次被古元古代-中元古代絳縣群、中條群、擔山石群、西陽河群和汝陽群所覆蓋，這些巖群及其各巖群之間主要呈構(gòu)造接觸關(guān)系(圖2)(白瑾等, 1997)。此外，該變質(zhì)雜巖在山西稷山、曲沃、稷王山以及晉陜交界的韓城和河津地區(qū)亦有少量出露(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989; 陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。雖然早期也有研究者試圖以巖石地層單位來劃分涑水雜巖，但是多以失敗告終，因為涑水雜巖以深成侵入巖為主體、巖性變化較大、且?guī)r石相互接觸關(guān)系或者構(gòu)造關(guān)系不明，同時缺乏可靠的標志層等原因(孫大中和胡維興, 1993)。

圖2 中條山地質(zhì)簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Zhongtiaoshan area

表1 涑水雜巖中太古宙巖石同位素年齡匯總

圖3 君召地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Diwu et al., 2011)Fig.3 Simplified geological map of the Junzhao area (after Diwu et al., 2011)

根據(jù)巖石組合和最新的年代學資料，可將中條山地區(qū)的涑水雜巖大致分為形成于新太古代的深成侵入巖和表殼巖。其中深成侵入巖以TTG質(zhì)片麻巖為主，也是涑水雜巖的最主要巖石組成單元，其按照巖性和出露的地區(qū)又可細分為西姚片麻巖、東溝閃長質(zhì)片麻巖、寨子英云閃長質(zhì)片麻巖以及北峪奧長花崗質(zhì)片麻巖等。西姚片麻巖位于涑水雜巖西南部的解州-夏縣一帶，主要由黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖和黑云角閃二長片麻巖組成，由于這些巖石后期遭受了強烈的深熔作用，各種深熔的脈體、石香腸構(gòu)造、揉流褶皺、腸狀褶皺和塑性變形等比較發(fā)育。最近，在其中識別出年齡為2.72～2.70Ga奧長花崗質(zhì)和閃長質(zhì)片麻巖，是迄今為止在中條山地區(qū)發(fā)現(xiàn)最古老的巖石(Zhuetal., 2013)。寨子片麻巖主要分布在中條山東北側(cè)的冷口-煙莊地區(qū)及曹家溝-王家溝-西坪村一帶，主要為(角閃)黑云斜長片麻巖，巖石遭受強烈的變形和韌性剪切作用的改造，早期剪切帶方向和片麻理方向一致，均呈北東向。后被古元古代早期煙莊二長-正長花崗巖和橫嶺關(guān)二長花崗巖所侵入。北峪花崗質(zhì)片麻巖僅在胡家峪銅礦的北側(cè)有所出露，主要由中-粗粒的奧長花崗質(zhì)片麻巖組成。已有的年代學數(shù)據(jù)表明這些涑水雜巖中的TTG巖石主要形成于新太古代晚期(2.7～2.5Ga)(表1)。

涑水雜巖中的表殼巖主要分布在中條山北部的絳縣冷口地區(qū)和南部的解州柴家窯地區(qū)，分別稱之為冷口表殼巖和柴家窯表殼巖。前者主要為斜長角閃巖、黑云母片巖、角閃黑云片巖、綠泥黑云片巖，其變質(zhì)程度較淺，為高綠片巖相-低角閃巖相，原巖為一套基性-酸性火山巖；后者主要由斜長角閃巖、磁鐵石英巖、黑云變粒巖、大理巖以及鈣質(zhì)片巖組成，呈大小不等的包體分布于西窯片麻巖中，原巖為一套碎屑巖、泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖夾基性火山巖、鐵英巖及酸性火山巖。然而，對這些表殼巖的形成時代目前依然存在很大爭議，有研究者認為其為古元古代的產(chǎn)物(孫大中和胡維興,1993; 趙鳳清, 2006)；有研究者認為其形成于新太古代晚期(張瑞英, 2015)。

1.2 登封雜巖

張伯聲先生于1951年在《地質(zhì)學報》發(fā)表《嵩陽運動和嵩山區(qū)的五臺系(節(jié)要)》一文，報道在登封東北的嵩岳寺南小溝發(fā)現(xiàn)嵩山石英巖與其下的古老變質(zhì)巖系呈角度不整合接觸，認為嵩山石英巖在古元古代的呂梁運動中強烈地被褶皺，將此界面創(chuàng)名為“嵩陽運動”，將后者稱之為“泰山雜巖”(張伯聲, 1951)。馬杏垣先生于1957年將這套古老變質(zhì)巖石改稱為“登封雜巖”(馬杏垣, 1957)。河南省地質(zhì)局科研所于1962年又將“登封雜巖”改稱為“登封群”，并在登封市君召地區(qū)建立登封群標準剖面，由下而上劃分為何家溝組、石牌河組和郭家窯組(圖3)(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。西北大學地質(zhì)學系于1979年將登封君召地區(qū)的擋陽山至鞍坡山登封群自下而上劃分為郭家窯組、金家門組和老羊溝組，并認為其構(gòu)成以青陽溝變閃長巖為核部的倒轉(zhuǎn)復式背斜(西北大學地質(zhì)系前寒武紀地質(zhì)研究室, 1979)。其中，郭家窯組主要由厚層斜長角閃巖、角閃巖、角閃片巖和變粒巖組成；可見變余層理、變余杏仁構(gòu)造，巖石變質(zhì)達鐵鋁榴石角閃巖相。其原巖為基性-酸性火山巖夾少量沉積巖。前人認為該組可能為登封綠巖帶下部的鎂鐵質(zhì)火山巖(張國偉等, 1982; Zhangetal., 1985)。金家門組的巖石主要由石英片巖、絹云石英片巖，綠泥石英片巖等為主，夾斜長角閃片巖或少量的石英片巖和云母片巖及磁鐵石英巖。該組變余層理、韻律層、粒級層發(fā)育，原巖以半粘土質(zhì)雜砂巖為主，局部夾鐵質(zhì)硅質(zhì)巖或基性火山巖或凝灰?guī)r。老羊溝組以出現(xiàn)礫巖與金家門組分界，以厚層含礫絹云母石英片巖、絹云石英片巖和變質(zhì)礫巖為主。老羊溝組的礫石大小懸殊，似具有快速沉積的磨拉石建造特征(張國偉等, 1982; Zhangetal., 1985)。

圖4 安溝地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)楊崇輝等, 2009修改)Fig.4 Simplified geological map of the Angou area (modified after Yang et al., 2009)

1979年，西北大學地質(zhì)學系在箕山臨汝安溝地區(qū)識別出一套淺變質(zhì)巖石，并認為其與登封群不可對比，稱之為“安溝群”，并按巖石組合和原巖屬性將安溝群劃分為下部的寨溝組和上部的石梯溝組(圖4)(西北大學地質(zhì)系前寒武紀地質(zhì)研究室, 1979)。其中寨溝組主要由綠泥變粒巖、絹云變粒巖、綠泥石英片巖組成，中間夾薄層含鐵大理巖和石英巖等，原巖為火山熔巖、火山碎屑巖和陸源碎屑巖。局部變形枕狀構(gòu)造、變余杏仁構(gòu)造、變余粒序?qū)永淼仍鷺?gòu)造依然可見。石梯溝組主要由綠泥石英片巖和絹云母石英片巖組成，夾條帶狀含鐵石英巖，原巖以粘土-半粘土陸源碎屑沉積巖為主夾火山熔巖和火山碎屑巖(西北大學地質(zhì)系前寒武紀地質(zhì)研究室, 1979; 張國偉等, 1982; 劉文榮等, 1985)。安溝群變質(zhì)程度較淺，巖石經(jīng)歷了中壓相系綠片巖相變質(zhì)作用，其變質(zhì)程度明顯低于登封群(郭安林, 1987)。

早期的研究者注意到登封雜巖的巖石組合與世界上典型的太古宙綠巖帶具有相似性，故而將形成于新太古代晚期的登封群和周圍花崗質(zhì)片麻巖確定為太古宙花崗-綠巖帶(Zhangetal., 1985; Kroneretal., 1989; 郭安林, 1987; 郭安林和周鼎武, 1990)。由于缺少可靠的年齡依據(jù)，推測安溝群的形成時代為古元古代，為太古宙基底裂谷產(chǎn)物(西北大學地質(zhì)系前寒武紀地質(zhì)研究室, 1979; 郭安林, 1987; 郭安林和周鼎武, 1990)。然而現(xiàn)在已有的同位素年齡測試表明，安溝群與登封群形成于同一時代，均為新太古代晚期(表2)。

本文沿用之前的劃分方案(Diwuetal., 2011)，仍將登封雜巖分為深成侵入巖和表殼巖兩大巖石單元，前者由TTG片麻巖、青楊溝閃長巖以及劉家溝和許臺鉀長花崗巖組成，后者主要由登封和安溝表殼巖組成。

1.3 太華雜巖

太華雜巖原稱之為“太華群”，最早是由陜西區(qū)調(diào)隊創(chuàng)名(陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。鑒于原太華群是由不同類型變質(zhì)表殼巖和花崗質(zhì)片麻巖或混合片麻巖組成，且?guī)r石形成時間從中太古代至古元古代跨度較大，所以將其稱為太華雜巖更為適宜(第五春榮等, 2010及所引參考文獻)。太華雜巖在華北克拉通南緣廣泛分布，總體呈東西向展布，斷續(xù)延伸上千千米。其西起陜西驪山，經(jīng)華山-靈寶-崤山-熊耳山地區(qū)、東至河南魯山(圖5)。根據(jù)區(qū)域?qū)Ρ妊芯空J為太華雜巖向西可以延伸至甘肅的隴山地區(qū)，在那里稱之為隴山雜巖(何艷紅, 2004)；向東可以延伸至安徽蚌埠和五河地區(qū)，將其分別稱為霍邱雜巖和五河群(劉文榮等, 1985)。

太華雜巖主要出露在河南魯山和小秦嶺地區(qū)，研究程度也較深入(孫勇, 1982a, b, 1983, 1985; 張國偉等, 1982; Zhangetal., 1985; 劉文榮等, 1985; Sunetal., 1994; 第五春榮等, 2010)。魯山地區(qū)的太華雜巖大致呈北西-南東向展布，以背孜、瓦屋、觀音寺和倉房一帶的巖石出露最好。其北部被中元古代汝陽群云夢山組石英巖或寒武系地層所覆蓋，南部被古元古代熊耳群火山巖所覆蓋。較早期，多按照傳統(tǒng)地層學思想將魯山太華雜巖按地層來劃分，通常二分，分別命名為上、下太華群，或上、下太華亞群，而后再細分為多個組(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。其中西北大學地質(zhì)學系將魯山太華雜巖自下而上劃分為耐莊組、蕩澤河組、鐵山嶺組、水底溝組和雪花溝組五個組(孫勇, 1982a, b; 張國偉等, 1982; Zhangetal., 1985; 沈福農(nóng), 1994)。前兩組大致相當于前人所劃分的下太華亞群，后三組大致等同于上太華亞群。同時，對于上、下(亞)群的接觸關(guān)系亦存在很大爭議，一些研究者認為二者可能為斷層接觸，或者為不整合接觸關(guān)系(沈福農(nóng), 1994)；而一些研究者認為上、下(亞)群之間可能存在一個長期風化剝蝕面，并建議將原太華群下部和上部巖石分別命名為“太華群(或太華雜巖)”和“魯山群”(涂紹雄, 1996; 沈其韓和宋會俠, 2014)。

表2 登封雜巖同位素年齡匯總

我們最近根據(jù)原上下太華群巖石組合特征、同位素年齡和構(gòu)造特征等諸多差異，采用“太華雜巖”的稱謂，將魯山地區(qū)的太華雜巖分為下部的片麻巖系和上部的表殼巖系兩大巖石系列，二者大致以北西-南東向的蕩澤河為界(第五春榮等, 2010)(圖6)。其中片麻巖系，位于蕩澤河以北，主要以深成侵入巖，即TTG質(zhì)片麻巖為主，局部夾斜長角閃巖或與斜長角閃巖呈互層狀產(chǎn)出。這些巖石經(jīng)歷強烈混合巖化或多期變質(zhì)作用，多呈穹窿構(gòu)造，發(fā)育無根褶皺和平臥褶皺(張國偉等, 1982; Zhangetal., 1985)。根據(jù)已有可靠的鋯石U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)顯示(表3)：TTG片麻巖原巖的侵位年齡跨度較大，最早可至2902Ma；大多數(shù)與TTG片麻巖呈似層狀或以透鏡體狀產(chǎn)于其中的斜長角閃巖形成年齡為2838～2730Ma，其與變質(zhì)深成侵入巖近乎于同時或者略晚些形成。而富鉀花崗巖侵位年齡明顯略晚一些，約為2758～2729Ma。據(jù)此，我們將魯山地區(qū)太華雜巖中的片麻巖系形成時代限定在中古太古代晚期-新太古代早期(第五春榮等, 2010, 2018)。而表殼巖系位于蕩澤河以南，主要由石榴夕線片麻巖、石墨夕線黑云斜長片麻巖、石墨大理巖、大理巖、石英巖、磁鐵石英巖、斜長角閃巖和變粒巖等組成，原巖主要為陸源碎屑巖-碳酸鹽巖，夾基性-中酸性火山巖。這些巖石成層性較好，變質(zhì)程度較高，普遍經(jīng)歷了高角閃巖相變質(zhì)作用，局部可達麻粒巖相，整體具有典型的孔茲巖系特征(孫勇, 1983)。根據(jù)最新的年代學資料，可將魯山太華雜巖中的表殼巖系形成年齡較精確地限定在2.23～2.13Ga(第五春榮等, 2018)，其所經(jīng)歷的變質(zhì)作用時間為古元古代晚期(1950～1902Ma)(第五春榮等, 2010, 2018)。

小秦嶺地區(qū)在前寒武紀應屬于華北克拉通南部古老結(jié)晶基底的重要組成部分，故而具有與華北其他地方相似或者相同的基底和蓋層特征；但是在顯生宙其參與至秦嶺造山過程之中，強烈遭受了晚古-新生代與秦嶺造山作用相關(guān)的構(gòu)造變形、巖漿活動和成礦作用等，在古生代時期被認為是秦嶺造山帶的北緣(張國偉等, 2001)。小秦嶺地區(qū)的太華雜巖概括起來具有以下特點：1)分布范圍廣，太華雜巖西起臨潼驪山，經(jīng)華山、靈寶、崤山地區(qū)，最東可至洛寧熊耳山地區(qū)，總體呈北西-南東向展布，綿延數(shù)百千米；2)從巖石組合來說，相對于魯山太華雜巖，表殼巖石如石英巖、磁鐵石英巖、大理巖和富鋁片麻巖等更加發(fā)育(劉文榮等, 1985; 沈福農(nóng), 1986)；3)由于受秦嶺造山帶的影響和改造以及大量中生代和部分新生代花崗巖侵入，導致該區(qū)的巖石變質(zhì)變形更加強烈，使得小秦嶺地區(qū)的太華雜巖變質(zhì)變形更加強烈，導致其中的各類巖石的原始結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及相互接觸關(guān)系等更加難以識別；4)已有的研究結(jié)果表明小秦嶺地區(qū)太華雜巖亦可以劃分為以深成侵入巖為主的片麻巖系和以變質(zhì)沉積-火山巖為主的表殼巖系(第五春榮等, 2018)。其中變質(zhì)深成侵入巖的侵位時間跨度較大，最老可至中太古代晚期(2.80Ga)，最年輕可至古元古代早期；而其上覆的變質(zhì)沉積-火山巖傳統(tǒng)上被認為是魯山太華雜巖中表殼巖的西延，其形成時間亦為古元古代晚期(第五春榮等, 2018及所引參考文獻)；5)2.45～2.20Ga被稱為“地殼年齡缺失期”(crustal age Gap)(Condieetal., 2009)或者全球構(gòu)造-巖漿的平靜期(tectono-magmatic lull)(Spenceretal., 2018)。近年來隨著研究工作深入，發(fā)現(xiàn)在華北克拉通南部，尤其是小秦嶺地區(qū)的太華雜巖在全球陸殼“沉寂期”巖漿活動異常發(fā)育(Huangetal., 2012, 2013; Diwuetal., 2014)，從而為研究華北克拉通古元古代早期(2.45～2.2Ga)特有的巖漿事件以及探討全球構(gòu)造寂靜期巖漿活動的特殊構(gòu)造背景提供了重要素材。如有讀者對于太華雜巖地質(zhì)組成和研究進展更感興趣，請參閱我們2018年撰寫的《華北克拉通南緣太華雜巖組成及演化》一文(第五春榮等, 2018)。

圖5 太華雜巖分布圖(據(jù)Diwu et al., 2014修改)Fig.5 Geological distribution of the Taihua Complex (modified after Diwu et al., 2014)

表3 太華雜巖中太古宙巖石同位素年齡匯總

續(xù)表3

圖6 魯山地區(qū)太華雜巖地質(zhì)簡圖(據(jù)Sun et al., 1994修改)Fig.6 Simplified geological map of the Taihua Complex in the Lushan area (modified after Sun et al., 1994)

1.4 五河雜巖

五河雜巖前人稱之為五河群(也有稱之為蚌埠群)，是1978年由安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊命名的，原指在五河-嘉山一帶經(jīng)歷中-高級變質(zhì)作用的一套地層，并將其二分，分為上下亞群(圖7)；下亞群自下而上分為西堌堆組、莊子里組和峰山李組，上亞群包括小張莊組和殷家澗組(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)。其中西堌堆組依據(jù)出露巖性分為兩部分，下部主要由黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、淺粒巖組成，夾蛇紋巖或蛇紋石化大理巖，上部主要由黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、角閃巖夾淺粒巖組成。這些巖石均遭受強烈的混合巖化作用改造。莊子里組也可以分為兩個巖性段，下段主要為淺粒巖、角閃(鉀長)變粒巖夾少量大理巖和石英巖；上段為厚層大理巖，夾變粒巖及斜長角閃巖，其中大理巖可形成優(yōu)質(zhì)的玉石礦床，素有“鳳陽玉”之稱。峰山李組主要巖石為條帶狀角閃鉀長變粒巖夾大理巖、斜長角閃巖或磁鐵角閃巖。巖石普遍遭受混合巖化，局部形成條帶狀混合巖。上亞群的小張莊組巖性比較單一，以發(fā)育電氣石變粒巖為特征， 主要由黑云鉀長(或二長)片麻巖、電氣石變粒巖、淺粒巖相間組成，中下部夾較多的白云石大理巖。殷家澗組下部為白云石英片巖夾變流紋巖，上部為黃綠色綠簾角閃片巖，局部具變余安山結(jié)構(gòu)，氣孔及杏仁構(gòu)造，原巖為以中性巖為主的火山巖(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)。

鑒于原五河群零星出露，難窺全貌，且?guī)r性復雜，形成年齡跨度較大(表4)，故而建議以雜巖稱之較宜。也可分為深成侵入巖和表殼巖兩大巖石單元，前者主要由各類深成侵入巖組成，后者主要由原五河群組成。早期，安徽省區(qū)域地質(zhì)志將原五河群歸為太古宙地層(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)。一些研究者根據(jù)五河雜巖中基性麻粒巖和石榴石斜長角閃巖的鋯石U-Pb測年結(jié)果與全巖Sr-Nd-Pb同位素分析認為它們原巖形成于新太古代(Wangetal., 2014)，后期遭受了1.88～1.83Ga高壓麻粒巖相變質(zhì)作用以及后期的角閃巖相和綠片巖相退變質(zhì)作用(劉貽燦等, 2015a, b)。Liuetal. (2017)根據(jù)五河雜巖中不純大理巖樣品中最年輕巖漿鋯石和上交點年齡，推測其原巖沉積于太古代晚期(2.53～2.48Ga)。劉超輝等(2019)根據(jù)五河群變基性巖和變沉積巖中最年輕巖漿鋯石的年齡和侵入五河群的莊子里和石門山巖體侵位年齡(2.10～2.06Ga)認為五河群沉積年齡在2.15～2.10Ga左右，為古元古代，而非太古宙(劉超輝等, 2019)。而五河雜巖中的深成侵入巖侵位年齡跨度較大，從2929Ma至2058Ma均有發(fā)現(xiàn)(Liuetal., 2019)。鋯石U-Pb測年揭示五河雜巖記錄了2.52～2.48Ga和1.88～1.80Ga兩期變質(zhì)事件(Liuetal., 2019)(表4)。

表4 五河和霍邱雜巖中太古宙巖石同位素年齡匯總

圖7 蚌埠-鳳陽地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)劉貽燦等, 2015a修改)Fig.7 Simplified geological map of the Bengbu-Fengyang area (modified after Liu et al., 2015a)

圖8 霍邱鐵礦區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Wan et al., 2010修改)Fig.8 Simplified geological map of the Huoqiu BIF ore deposit (modified after Wan et al., 2010)

1.5 霍邱雜巖

原霍邱群是1974年由安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查337隊命名的，分布在霍邱縣重新集、吳集和周集一帶，幾乎沒有露頭，全被第四紀沉積物所覆蓋，僅見于鉆孔或者礦坑，自下而上可以分為花園組、吳集組和周集組(圖8)(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987)。其中花園組以黑云角閃斜長片麻巖為主，其次為斜長角閃巖，間夾黑云斜長變粒巖、黑云斜長片麻巖，巖石經(jīng)歷強烈混合巖化作用。吳集組為主要含鐵層位，可分為上、下兩個巖性段，下部是片麻巖和變粒巖組合，主要巖性包括黑云斜長片麻巖、黑云變粒巖、角閃黑云斜長變粒巖，間夾斜長角閃巖、石榴黑云斜長片麻巖、黑云條痕-陰影狀混合巖等；上部為變粒巖和富鋁片巖組合，主要為十字石藍晶石石榴子石黑云斜長片巖及黑云變粒巖夾斜長角閃巖。張莊、吳集鐵礦夾透鏡狀白云石大理巖；周集、張莊鐵礦部分地段有藍晶石富集；李老莊鐵礦夾菱鎂礦層及蛇紋巖礦。周集組總體為白云大理巖組合，也可以分為上下兩個巖性段，下部為透閃透輝大理巖、蛇紋石大理巖、白云石大理巖及二云石英片巖，含藍晶石十字石石榴石黑云斜長片麻巖夾石英磁鐵礦及石英透鏡鐵礦，也是富鐵礦的重要層位，上部以不等量的金云母、透閃石、透輝石、蛇紋石的白云石大理巖為主(劉文榮等, 1985; 安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987; 楊曉勇等, 2012)。傳統(tǒng)上認為霍邱群形成于太古宙(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987; 楊曉勇等, 2012)，在其中也識別出了年齡為2.75Ga的英云閃長巖(Wanetal., 2010)(表4)。

2 太古宙地殼物質(zhì)的分布

2.1 冥古宙-古太古代地殼物質(zhì)(>3.2Ga)

華北克拉通為全球為數(shù)不多出露～3.8Ga巖石的地區(qū)之一，這些古老的巖石有限地出露在鞍山的白家墳、東山、深溝寺和鍋底山地區(qū)，巖石類型包括條帶狀/糜棱巖化奧長花崗巖、奧長花崗片麻巖和變石英閃長巖(Wanetal., 2019及所引參考文獻)。由于這些巖石受后期約3.7～3.6Ga和3.3～3.1Ga巖漿事件的改造和影響，致使鞍山地區(qū)老于3.8Ga巖石出露極為有限。此外，冀東黃柏峪曹莊巖系的鉻云母石英巖、榴云片麻巖和副變質(zhì)的斜長角閃巖等巖石中發(fā)現(xiàn)大量年齡>3.6Ga的碎屑鋯石(Wanetal., 2019及所引參考文獻)。

在華北克拉通南部雖未發(fā)現(xiàn)>3.6Ga的古老巖石，可是陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些冥古宙-古太古代大陸地殼物質(zhì)。比如，在南緣奧陶紀火山巖中獲得兩顆年齡為4079Ma和4007Ma的冥古宙鋯石以及一顆年齡為3908Ma的始太古代捕虜鋯石，為迄今全球首例在顯生宙年輕火山巖中發(fā)現(xiàn)冥古宙地殼物質(zhì)的地區(qū)(第五春榮等, 2010; 王洪亮等, 2007)。同時發(fā)現(xiàn)這些冥古宙鋯石具有核-邊結(jié)構(gòu)，記錄了年齡為3751～3709Ma的變質(zhì)(第五春榮等, 2010)。信陽地區(qū)中生代火山巖中長英質(zhì)麻粒巖捕擄體中的鋯石給出年齡為3655Ma和3670Ma的上交點，暗示華北克拉通南緣存在始太古代下地殼(Zhengetal., 2004)。此外，在華北克拉通南部變質(zhì)沉積巖中也發(fā)現(xiàn)始太古代-古元古代的大陸地殼物質(zhì)。諸如在鐵銅溝組石英巖中發(fā)現(xiàn)年齡為3635Ma、3401Ma和3344Ma的碎屑鋯石(Diwuetal., 2013)。此外，在古元古代嵩山石英巖(Diwuetal., 2008)，河南焦作長英質(zhì)片麻巖(高林志等, 2015)和安徽鳳陽群(Liuetal., 2018)中均識別出年齡大于3.2Ga的碎屑鋯石。這些研究表明在華北克拉通南部可能尚存冥古宙-古太古代大陸地殼物質(zhì)。

2.2 中太古代巖石(3.2～2.8Ga)

早在20世紀，Kroner (1989)和Sun (1994)利用單顆粒鋯石207Pb/206Pb蒸發(fā)法獲得魯山地區(qū)太華雜巖片麻巖系中的英云閃長質(zhì)片麻巖年齡為2841～2806Ma，以此認為太華雜巖的形成時代為中太古代。現(xiàn)根據(jù)已有最新可靠的原位微區(qū)鋯石U-Pb同位素測年數(shù)據(jù)，迄今發(fā)現(xiàn)華北克拉通南部最古老巖石出露在河南魯山地區(qū)，巖石類型為英云閃長-花崗閃長質(zhì)片麻巖以及含榴黑云角閃斜長片麻巖，測得其年齡為2914～2908Ma(第五春榮等, 2018)；魯山太華雜巖的下部片麻巖系形成時間為中太古代晚期至新太古代早期(2894～2723Ma)，其中大量的TTG質(zhì)片麻巖和斜長角閃巖形成于中太古代晚期(第五春榮等, 2018)。此外，Liuetal. (2009a)發(fā)現(xiàn)年齡為2832～2829Ma的英云閃長質(zhì)片麻巖樣品分別記錄了2772Ma和2638Ma兩期變質(zhì)年齡；同時也發(fā)現(xiàn)兩個年齡分別為2838Ma和2845Ma斜長角閃巖樣品，亦記錄了2792～2776Ma和2671～2651Ma兩期變質(zhì)年齡。值得注意的是魯山太華片麻巖系還記錄與華北克拉通最終拼合有關(guān)的古元古代晚期變質(zhì)年齡，為1945～1865Ma(第五春榮等, 2018)。此外，在小秦嶺地區(qū)的少華山地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有少量的年齡為2801Ma花崗閃長片麻巖出露(賈曉亮, 2016; 第五春榮等, 2018)。

2.3 新太古代巖石(2.8～2.5Ga)

新太古代的巖石約占華北克拉通太古宙出露基底面積的70%～80%強，大致可以分為形成年齡為2.8～2.6Ga和2.6～2.5Ga兩個時期的巖石。

其中前一階段的巖石主要出露于南部的魯山、霍邱、五河和中條山地區(qū)(表1-表4)。根據(jù)魯山地區(qū)太華雜巖下部的年齡統(tǒng)計結(jié)果來看，其主要峰值年齡是2760Ma，主要的巖石類型包括TTG質(zhì)片麻巖、鉀質(zhì)花崗巖和斜長角閃巖等(第五春榮等, 2018)。近年來，越來越多的中太古代晚期-新太古代末期的花崗質(zhì)片麻巖在霍邱和五河雜巖中被識別出來(表3)。較早時期，Wanetal. (2010)報道在霍邱吳集識別出年齡為2754Ma片麻狀英云閃長巖和年齡為2564Ma的條帶狀英云閃長巖，結(jié)合已有資料認為太古宙的基底在華北克拉通南部廣泛分布。后來陸續(xù)在霍邱地區(qū)的巖心中也報道了年齡在2.7Ga左右的巖石(表3)(Liuetal., 2015; Wangetal., 2014; 楊曉勇等, 2012)。最近，Zhuetal. (2013)在中條山的常平涑水雜巖中發(fā)現(xiàn)了年齡為2718～2702Ma的奧長花崗質(zhì)片麻巖和年齡為2704Ma的閃長質(zhì)片麻巖。Liuetal. (2019)也在五河雜巖中識別出年齡為2731Ma英云閃長質(zhì)片麻巖，這些巖石均以露頭尺度出現(xiàn)在中生代花崗巖之中。而且其中的鋯石也記錄了新太古代晚期(2524Ma)的變質(zhì)年齡。此外，在中條山的涑水雜巖中還識別出少量年齡為～2.6Ga的巖石，如解州二長花崗巖等(張瑞英, 2015)。

與整個華北克拉通類似，2.6～2.5Ga巖石亦在南部廣泛分布，尤其在河南嵩箕地區(qū)的登封雜巖和山西中條山地區(qū)的涑水雜巖幾乎全部是由新太古代晚期的巖石組成(表1、表2)。最早，李曙光等(1987)測得嵩山地區(qū)斜長角閃巖與少量變粒巖全巖的Sm-Nd等時線年齡為2509±16Ma；之后，Kroner (1989)利用SHRIMP法測得老羊溝組變流紋巖年齡為2512±12Ma，其中包含了一些較老的捕擄鋯石，年齡變化范圍較大，從2575Ma到2945Ma。萬渝生等(2009)利用SHRIMP法測得登封變質(zhì)中酸性火山沉積巖中巖漿鋯石年齡為2531～2508Ma，并以此限定登封表殼巖的形成時間。Diwuetal. (2011)采用LA-ICPMS方法測得郭家窯組中原巖為基性火山巖斜長角閃巖的年齡為2547Ma。最近，雖然也有一些研究者陸續(xù)對登封雜巖開展LA-ICPMS或SIMS鋯石U-Pb測年(Dengetal., 2016; Huangetal., 2020; Zhangetal., 2018)，但是得到的結(jié)果與前人基本一致。

高山等(2005)獲得安溝表殼巖中拉斑玄武巖和英安巖樣品的Sm-Nd等時線年齡為2507±96Ma。楊崇輝等(2009)利用SHRIMP鋯石U-Pb法獲得原安溝石梯溝組和寨溝組中的變質(zhì)酸性火山巖的年齡分別為2521Ma和2517Ma。這些年齡數(shù)據(jù)結(jié)果無疑表明安溝表殼巖與登封表殼巖均形成于同一個時代，為新太古代晚期。此外，如表2所示，嵩山地區(qū)的TTG質(zhì)片麻巖侵位年齡可限定在2547Ma至2510Ma之間。同時獲得嵩山地區(qū)呈近南北向，近侵入東側(cè)登封表殼巖郭家窯組及西側(cè)TTG質(zhì)片麻巖的變閃長巖的侵位年齡為2534～2493Ma。還獲得侵入嵩山TTG片麻巖的劉家溝鉀質(zhì)花崗巖和箕山地區(qū)侵入安溝表殼巖許臺的鉀質(zhì)花崗巖侵位也為新太古代最晚期，分別為2513Ma和2507Ma。綜合各種巖石類型的同位素年代學分析測試數(shù)據(jù)結(jié)果，并將分析誤差考慮在內(nèi)，發(fā)現(xiàn)登封雜巖中各類深成巖與登封表殼巖形成時間近乎于同時，均為新太古代的晚期，且其形成年齡可限定在較短的一段時間，約為2.54～2.51Ga。

中條山也是大量出露2.6～2.5Ga巖石的地區(qū)。已有的研究表明涑水雜巖中的北峪奧長花崗片麻巖、東溝閃長片麻巖、寨子英云閃長片麻巖均形成于新太古代晚期，其侵位年齡可限定在2560～2536Ma(表1)。而對于冷口表殼巖和柴家窯表殼巖的形成年齡卻存在著很大的爭議。比如，較早時期Kroner (1989)采用單顆粒鋯石蒸發(fā)法獲得冷口表殼巖中變質(zhì)英安質(zhì)凝灰?guī)r的Pb-Pb年齡為2521±3Ma，認為其原巖為新太古代的產(chǎn)物。孫大中和胡維興(1993)利用Sm-Nd全巖等時線測年方法獲得冷口變質(zhì)火山巖的年齡為2497±51Ma；后來采用單顆粒鋯石U-Pb法和SHRIMP測年方法獲得冷口變英安質(zhì)凝灰?guī)r的年齡分別為2360Ma和2333Ma，結(jié)果與之前差別較大，認為其為古元古代的產(chǎn)物。而最近利用LA-ICPMS鋯石U-Pb測年方法測得冷口表殼巖中斜長角閃巖年齡為2561Ma(張瑞英, 2015)。故而對于涑水表殼巖的形成時代等問題仍需進一步厘定。本文暫且將其形成時代歸為新太古晚期。

此外，少華山地區(qū)太華雜巖中少量出露的英云閃長片麻巖和奧長花崗片麻巖亦形成于新太古代晚期(2511～2506Ma)(賈曉亮, 2016)。根據(jù)我們未發(fā)表數(shù)據(jù)顯示在崤山地區(qū)太華雜巖中部分TTG片麻巖、石英閃長片麻巖及富鉀花崗片麻巖等亦形成于新太古代期，其主要侵位年齡為2521～2500Ma(第五春榮等, 2018)。最近，Liuetal. (2019)也在五河雜巖中識別出少量的年齡為2526～2524Ma的二長花崗片麻巖和鉀質(zhì)花崗片麻巖，且這些巖石記錄了與侵位年齡近乎同期的新太古代晚期變質(zhì)年齡(2509～2490Ma)。

3 太古宙主要地質(zhì)事件

根據(jù)華北克拉通南部太古宙巖石年齡頻率分布圖顯示(圖9a; 表1-表4)，已報道巖石年齡介于2902Ma至2497Ma之間，有兩個突出年齡區(qū)間，為2850～2700Ma和2580～2480Ma，對應的峰值年齡分別為～2.76Ga和～2.52Ga。

其中2.78～2.63Ga的巖石記錄與具有全球性的新太古代～2.7Ga的地質(zhì)事件吻合。該事件被稱為太古宙超級事件，其重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)加拿大蘇必利爾南緣和赫恩省、津巴布韋和芬蘭等諸多全球著名的克拉通中大規(guī)?；◢?綠巖帶和高級片麻巖地體主要形成于這一時期(Arndt, 2013)；(2)2.8～2.6Ga為地球歷史中大陸地殼增生最快的時期，據(jù)Condie and Aster (2010)估算大約有24%新生地殼形成于此時間間隔，主要生成了大量基性-超基性火山巖和TTG等花崗質(zhì)巖石；(3)由于大量大陸地殼形成于～2.7Ga，因此一些研究者就推測在太古宙末期可能存在一個超級大陸，稱之為“Kernoland”(Bleeker, 2003)。

近年來，隨著研究深入，越來越多的～2.7Ga巖石在華北克拉通早前寒武紀基底巖石中被識別出來，大約共有11處：華北克拉通西部的西烏蘭不浪地區(qū)；東部的遼吉、膠東和魯西地區(qū)；中部的恒山、阜平、贊皇、輝縣以及南部的中條山、魯山和霍邱地區(qū)；巖石類型主要為TTG質(zhì)片麻巖，斜長角閃巖(變玄武巖)和鉀質(zhì)花崗巖，這些巖石普遍遭受了強烈的變質(zhì)變形和深熔作用的改造(Diwuetal., 2020b; Wanetal., 2014及所引參考文獻)。鑒于在華北克拉通諸多地區(qū)，諸如懷安、阜平、五臺、中條等地區(qū)新太古代末期(～2.5Ga)的花崗質(zhì)片麻巖和變質(zhì)沉積巖中均也發(fā)現(xiàn)年齡為～2.7Ga的碎屑鋯石或者繼承鋯石，暗示華北克拉通2.8～2.7Ga的巖石在當時分布范圍應該比現(xiàn)在更為廣泛(Diwuetal., 2020a; Wanetal., 2014)。而現(xiàn)今～2.7Ga巖石記錄在華北克拉通出露較少原因可能是由于后續(xù)～2.5Ga構(gòu)造-熱事件對其強烈的改造、破壞以及再循環(huán)所致。

～2.52Ga構(gòu)造-熱事件是華北克拉通南部(圖9a)，乃至整個克拉通太古宙地殼演化最突出、最重要的巖漿-構(gòu)造事件，這也是華北克拉通顯著不同于全球其它諸多典型克拉通的重要標志之一。年齡為～2.5Ga巖石廣泛出露在整個華北克拉通，主要巖石類型為TTG質(zhì)片麻巖、表殼巖和同時期的二長閃長巖-花崗閃長巖-花崗巖等殼源花崗巖等，顯示地殼成熟度和厚度隨著時間的推移在不斷增加(Zhai and Santosh, 2011; 萬渝生等, 2017, 2020; 翟明國, 2011, 2019)。在華北克拉通南部以登封雜巖和涑水雜巖為代表。

圖9 華北克拉通南部太古宙巖石年齡頻率分布圖Fig.9 Relative probability plots of the ages of Archean rocks in the southern NCC

值得注意的是華北克拉通太古宙巖石記錄了四期變質(zhì)事件，從老至新依次為2820～2740Ma、2700～2620Ma、2540～2460Ma和1950～1890Ma，其對應的峰值年齡為～2.78Ga、～2.66Ga、～2.50Ga和～1.93Ga(圖9b)。前兩期的變質(zhì)年齡主要在魯山太華雜巖中被識別出來(Liuetal., 2009a; 謝士穩(wěn)等, 2016)；其中較早期的變質(zhì)年齡(～2.78Ga)被解釋為稍晚期形成巖石對已有巖石的破壞和改造，可能反映了隨著地質(zhì)歷史演化已有的陸核在逐步增長擴大(第五春榮等, 2018)；而對于后一期變質(zhì)事件(～2.66Ga)地質(zhì)意義尚不清楚。而較突出的～2.50Ga變質(zhì)年齡主要在登封雜巖和五河雜巖中獲得，這些巖石大都經(jīng)歷了高角閃巖相變質(zhì)作用(表2)。翟明國(2011)以及Zhai and Santosh (2011)認為華北克拉通大陸地殼在2.5Ga左右已基本形成，2.5Ga的變質(zhì)作用和殼熔花崗巖為華北克拉通第一期克拉通化標志之一，多個微陸塊沿著兩條新太古代晚期的活動帶拼合形成統(tǒng)一的基底。而且翟明國(2011)指出華北克拉通2.5Ga陸塊的拼合匯聚可能并非孤立的事件，而是與瑞芬(西北歐)、北美、印度以及其它相鄰大陸克拉通相關(guān)聯(lián)形成～2.5Ga超級克拉通的拼合事件。

雖然對于華北克拉通早前寒武紀大陸陸塊的劃分數(shù)目，匯聚方式和拼合的時間存在很大爭議，但是大多數(shù)研究者認為是由多個微陸塊拼接而成 (Zhai and Santosh, 2011; Zhaietal., 2005; Zhangetal., 2016; Zhaoetal., 2005; 魏春景, 2018)。Zhaoetal. (2001, 2005)將華北克拉通基底劃分為四個微陸塊以及連接它們的三條古元古代構(gòu)造帶。其中陰山地塊和鄂爾多斯地塊在～1.95Ga沿孔茲巖帶拼接形成西部陸塊；龍崗和狼林地塊在～1.90Ga沿膠-遼-吉帶拼接形成東部陸塊，最終東部陸塊和西部陸塊于～1.85Ga沿中部造山帶匯聚形成華北克拉通統(tǒng)一的前寒武紀基底(圖1a)。Zhaietal. (2005, 2011)等識別出三條古元古代構(gòu)造帶，認為華北克拉通基底從2.35～1.97Ga經(jīng)歷了從裂谷到俯沖碰撞事件，形成膠遼、晉豫和豐鎮(zhèn)三個活動帶；并隨后在1.95～1.82Ga致使基底巖石整體抬升并遭受了麻粒巖-高角閃巖相變質(zhì)作用，伴隨著強烈的混合巖化作用和殼熔花崗巖的形成，完成了第二期(最終)克拉通化(Zhai, 2014)。魏春景(2018)則認為在恒山-五臺地區(qū)為代表的華北克拉通中部帶主碰撞作用和地殼增厚發(fā)生在～1.95Ga，并發(fā)生了中高壓變質(zhì)作用；而后由于構(gòu)造地質(zhì)作用導致麻粒巖地體抬升，其峰期變質(zhì)-變形時間為～1.85Ga。結(jié)合對于華北克拉通南部早前寒武紀基底雜巖已有巖相學、變質(zhì)作用和同位素年代學等研究表明南部基底巖石普遍經(jīng)歷了麻粒巖相-角閃巖相變質(zhì)作用，陸塊碰撞以及地殼增厚的峰期變質(zhì)時間可能發(fā)生在1.95Ga，而并非之前認為的1.85Ga(第五春榮等, 2018; Diwuetal., 2020a)。南部太古宙巖石記錄的古元古代晚期的1950～1890Ma變質(zhì)事件與華北克拉通最終拼合形成統(tǒng)一基底時間吻合。

4 太古宙兩期地殼生長

大陸地殼生長的速率以及生長量隨時間的演化是固體地球科學，尤其是早前寒武紀地質(zhì)研究的核心問題?？墒牵瑢Υ藛栴}長久以來爭議很大，主要存在漸進式和幕式生長模型兩種觀點。漸進式生長模型大致有兩種：一種是比較極端的演化模型(Fyfe, 1978; Armstrong, 1981)，提出現(xiàn)今大陸地殼在地球最初期就已經(jīng)基本形成，此后雖有大陸地殼從地幔中的抽取，但是大陸地殼的凈生長量相等或略小于被循環(huán)回地幔的消耗量，故而大陸地殼的質(zhì)量隨后基本保持不變，陸殼累積增長曲線呈穩(wěn)態(tài)變化或略呈下降趨勢。第二種模型認為大陸地殼生長量在40億年之前較少，隨后一直處于增長狀態(tài)。只是各個地質(zhì)歷史時期地殼的生長速率不同，有的模型認為在太古宙早期陸殼增長速率較快，以后漸慢；有的模型則認為陸殼增長一直呈穩(wěn)定的速率在進行(Belousovaetal., 2010; Cawood and Hawkesworth, 2019; Dhuimeetal., 2018; Hawkesworthetal., 2010)。幕式生長模型主要是根據(jù)具有地幔同位素組成的巖漿巖的年齡獲得的(Condie, 2005)。近年來也有一些研究者提出大陸地殼的幕式生長可能只是與巖石在特定環(huán)境傾向性的保存有關(guān)，并提出就全球性尺度而言，大陸地殼生長是一個連續(xù)的過程，且在3.0Ga地殼生長的速率明顯降低，而地殼再循環(huán)的速率明顯增強；認為這可能是具有現(xiàn)代體制的板塊構(gòu)造啟動標志 (Cawood and Hawkesworth, 2019; Dhuimeetal., 2018; Hawkesworthetal., 2010, 2019)。

圖10 華北克拉通大陸地殼生長曲線和早前寒武紀大陸地殼生長曲線(據(jù)第五春榮等, 2012)Fig.10 The integrated crustal growth curve of the NCC and the Early Precambrian crust growth curves of the NCC (after Diwu et al., 2012)

雖然全球各個典型的克拉通形成和演化的過程不盡相同，現(xiàn)今地球上保存有年齡大于2.5Ga的巖石不足20%，所經(jīng)歷的巖漿-變質(zhì)-構(gòu)造熱事件也不盡相同，但是已有的研究表明太古宙是全球大陸地殼生長最關(guān)鍵的時期(Belousovaetal., 2010; Cawood and Hawkesworth, 2019; Dhuimeetal., 2018; Hawkesworthetal., 2010)。華北克拉通與全球其他典型的克拉通大陸地殼演化規(guī)律類似，均呈階段性特征，且主體形成于太古宙；但是華北克拉通大陸地殼的增長速率在中太古代中期-新太古代末期(3.0～2.5Ga)陸殼增生速率最大，至少有50%的大陸地殼形成于這一時段，至新太古代末(～2.5Ga)大約有60%～80%的現(xiàn)今大陸地殼已經(jīng)形成，此后呈較緩慢增長速率(第五春榮等, 2012)(圖10)。

根據(jù)花崗巖、沉積巖以及河流砂中鋯石U-Pb年齡的統(tǒng)計，全球性的巖漿作用呈現(xiàn)出幕式特征(Condie and Aster, 2010; Puetzetal., 2017)。Condie and Aster (2010)從全球與造山帶相關(guān)的花崗巖U-Pb鋯石年齡的統(tǒng)計結(jié)果中識別出2.7Ga、1.87Ga、1.1Ga、0.6Ga和0.3Ga這5個突出的年齡峰值，其中以2.7Ga和1.87Ga兩個早前寒武紀年齡峰值最為明顯，他們認為這些花崗質(zhì)巖石階段性的產(chǎn)出可能與超大陸的聚合有關(guān)系，超大陸聚合過程中的碰撞和匯聚造山作用有利于新生地殼的保存。

根據(jù)對于華北克拉通南部太古宙巖石年齡統(tǒng)計結(jié)果可以看出其有兩個突出峰值年齡為～2.76Ga和～2.52Ga(圖9a)。其中涑水雜巖中2.72～2.70Ga的奧長花崗質(zhì)片麻巖和閃長質(zhì)片麻巖具有較正的εHf(t)值，且不少鋯石具有與同時期虧損地幔相近的值，并具有與巖石形成年齡接近(年齡差<200Myr)的模式年齡值。魯山地區(qū)太華雜巖中的片麻巖系形成年齡跨度較大，從2.90Ga至2.70Ga，其中2.75Ga的巖石絕大多數(shù)具有正的εHf(t)和εNd(t)值，且具有與巖石形成年齡接近的Hf同位素或者Nd同位素虧損地幔兩階段模式年齡(年齡差<200～300Myr)，表明2.85～2.7Ga為華北南部太古宙陸塊最重要的形成時期 (Diwuetal., 2016; 第五春榮等, 2018)。此外，一些研究者注意到華北克拉通年齡為2.52Ga的基底巖石的全巖Nd同位素或者其中鋯石的Hf同位素地殼模式年齡為2.8～2.7Ga，因此提出2.8～2.7Ga才是華北克拉通最主要的地殼生長時期(Gengetal., 2012; Wuetal., 2005)，這樣華北克拉通似乎與全球其它許多典型克拉通2.7Ga的地殼增生事件以及造山帶形成在此時間上表現(xiàn)出較強的一致性(Condie and Aster, 2010; Condieetal., 2011)，而且迄今為止已在華北克拉通的膠東、魯西、恒山、阜平、贊皇和中條、魯山、霍邱等十余個地區(qū)都識別出年齡為～2.7Ga巖石(Wanetal., 2014; Diwuetal., 2020b)。這里再次強調(diào)：確定地殼形成時間應該根據(jù)全巖的形成年齡或者鋯石結(jié)晶年齡、εHf(t)或者εNd(t)值以及虧損地幔模式年齡來綜合判斷，而不是簡單地以虧損地幔為參考源區(qū)計算得到的全巖Nd同位素或者鋯石的Hf同位素的模式年齡來獲得地殼的形成時間(第五春榮等, 2012, 2018)，因為所謂的模式年齡是基于大陸地殼從地幔中派生的基本假設和虧損地幔演化為模型假設，計算獲得樣品從地幔源區(qū)分離出來至今的時間，這個年齡可以將其作為一個定性的約束，但絕不可能像U-Pb年齡那樣提出精確的時間信息，因為其通常有200～300Myr的誤差(Hawkesworthetal., 2010, 2013; Kemp and Hawkesworth, 2014; 第五春榮等, 2012)。

圖11 涑水雜巖、登封雜巖、太華雜巖和五河雜巖中鋯石εHf(t)對年齡圖Fig.11 Diagrams of εHf(t) versus ages of all zircons from the Sushui, Dengfeng, Taihua and Wuhe complexes

在華北克拉通南部的涑水雜巖、登封雜巖、太華雜巖以及五河雜巖中大量出露～2.52Ga的巖石，這些巖石具有比較正的全巖εNd(t)值或者鋯石εHf(t)值，大多數(shù)巖石中鋯石具有接近于同時期的虧損地幔Hf同位素組成，且模式年齡與巖石的形成年齡比較接近(年齡差<200Myr)(圖11)。此外，新太古代表殼巖中變基性火山巖占相當比例。比如在登封表殼巖中火山巖與沉積巖的厚度比為3:1，其中基性火山巖約占58%(Zhangetal., 1985; 郭安林和周鼎武, 1990)。同時期的安溝表殼巖中火山巖與沉積巖之比為2:1，其中基性火山巖占30%以上(郭安林, 1987)。鋯石Hf同位素特征還顯示華北克拉通南部太古宙雜巖體中的閃長質(zhì)或者富鉀花崗巖巖漿源區(qū)可能來自于殼幔相互作用的混合源區(qū)，但是虧損地幔的Hf同位素儲庫依然在其巖漿源區(qū)占主導(圖11)。因此，根據(jù)以上證據(jù)揭示2580～2480Ma(峰值為～2.52Ga)為華北克拉通南部，乃至整個華北克拉通另外一期重要的地殼生長時間，而且正是這期～2.52Ga的地殼生長事件使得華北克拉通與全球其它諸多經(jīng)典克拉通太古宙大陸地殼生長時期表現(xiàn)出明顯不同，這或許正是華北克拉通形成和演化的特殊性之一(Diwuetal., 2011; Liuetal., 2009b)。

總之，已有的證據(jù)表明華北克拉通南部，乃至整個克拉通在太古宙經(jīng)歷了兩期明顯的地殼生長時期(Diwuetal., 2016; 第五春榮等, 2012)，一期發(fā)生在2.85～2.70Ga，以涑水雜巖中～2.76Ga花崗質(zhì)巖石和魯山太華雜巖中的片麻巖系為代表；另一期發(fā)生在2.58～2.48Ga，以登封雜巖、涑水雜巖以及小秦嶺地區(qū)太華雜巖中～2.52Ga變基性巖和形成于此時期的各類花崗質(zhì)巖石為代表。華北克拉通正是經(jīng)過這兩次陸殼巨量生長事件之后完成初始的克拉通化(Zhai and Santosh, 2011, 2013)。

5 地殼形成機制

探究太古宙地殼生長方式的實質(zhì)是大陸地殼形成的大地構(gòu)造環(huán)境和構(gòu)造體制問題。大陸地殼呈幕式生長可能與垂向的地幔物質(zhì)添加，即所謂的地幔柱構(gòu)造有關(guān)；而連續(xù)的大陸地殼生長主要受控于水平構(gòu)造，如俯沖-匯聚構(gòu)造體制。實際上就涉及到長期爭議的話題：板塊構(gòu)造是什么時候啟動的。可是，對于這一重大科學問題和研究熱點眾說紛紜，莫衷一是。啟動時間可以至地球形成的最初期冥古宙(4.3Ga)，最新可以至新元古代(800Ma)(翟明國等, 2020)。Kuskyetal. (2018)根據(jù)各種板塊構(gòu)造的標志性指標認為至少從太古宙初期(4.0Ga)在地球上存在現(xiàn)代體制的板塊構(gòu)造。Zheng and Zhao (2020)提出在地質(zhì)演化歷史中存在兩種范式的板塊構(gòu)造，一種是低熱梯度下的低角度冷沖并導致阿爾卑斯式藍片巖-榴輝巖相變質(zhì)作用，而無弧巖漿作用；另一種是高熱梯度下的高角度熱沖產(chǎn)生鎂鐵質(zhì)弧巖漿作用和角閃巖-麻粒巖相巴肯型變質(zhì)作用。二者主要是由地幔溫度的差異決定的。太古宙時期地幔溫度較高，以廣泛出現(xiàn)的熱俯沖和韌性的板塊邊界為標志，在古元古代開始出現(xiàn)局域性冷俯沖；而現(xiàn)代范式的板塊構(gòu)造自新元古代開始運行，以剛性的板塊邊界和冷俯沖為特征(Zheng and Zhao, 2020)。Zhai and Peng (2020)強調(diào)板塊構(gòu)造并非一蹴而就，而是階段性逐步地發(fā)展建立起來的。他們以華北克拉通為例將板塊構(gòu)造演化分為太古宙前板塊-始板塊、古元古代早期板塊和新元古代之后的現(xiàn)代板塊構(gòu)造四個階段。在前板塊構(gòu)造階段(>2.9Ga)若干微陸塊形成。在始板塊構(gòu)造階段(>2.5Ga)由綠巖帶分割和拼合的若干微陸塊經(jīng)歷了強烈的地殼活化和變質(zhì)作用，形成超級克拉通。在古元古代早期板塊階段華北克拉通經(jīng)歷了一系列的活動帶裂谷-俯沖-碰撞事件，形成寬泛的造山帶。而后進入地球的中年期，經(jīng)歷了多階段裂谷作用，巖石圈結(jié)構(gòu)重新調(diào)整，為現(xiàn)代板塊構(gòu)造啟動奠定基礎(chǔ)(Zhai and Peng, 2020; 翟明國等, 2020)。

研究表明，在華北克拉通南部北秦嶺西段的古生代火山巖中冥古宙-始太古代(4.1～3.9Ga)捕擄鋯石具有較負的εHf(t)值(-0.9～-3.8)和較高的δ18O值(可至6.3‰)，其虧損地幔Hf同位素模式年齡揭示這些古老鋯石的源區(qū)年齡可至地球形成的最初期(～4.45Ga)，暗示在華北克拉通南部依然尚存地球形成最初期的地殼物質(zhì)(Diwuetal., 2013; 第五春榮和孫勇, 2018)。且我們注意到這些4.1～3.7Ga捕獲鋯石與大多數(shù)Jack Hills巖漿鋯石和采自月球上的阿波羅14角礫巖中鋯石具有類似的Lu-Hf組成，推測這些古老鋯石的寄主巖石是由在地表巖漿海冷卻固結(jié)而成的鎂鐵質(zhì)原始地殼部分熔融產(chǎn)物(第五春榮和孫勇, 2018)。

大陸地殼作為板塊構(gòu)造的產(chǎn)物，大面積的大陸地殼的出現(xiàn)就應該意味著板塊構(gòu)造的開啟。一般而言，太古宙時期大陸地殼的巖漿作用呈現(xiàn)雙峰式特點，主要是由TTG(英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖組合)為主的花崗質(zhì)巖石和以綠巖為主的表殼巖組成(Windley, 1995)。因此，研究大陸起源和演化的核心就是研究TTG巖石和綠巖成因問題?？墒牵诖箨懙貧さ纳L和演化過程中往往會破壞和改造早期形成巖石，使地球早期巖石存留的越來越少。

新太古代早期(2.85～2.70Ga)被認為是華北克拉通大陸地殼形成最主要的時期，大量的奧長花崗和英云閃長質(zhì)片麻巖形成于這一時期，其構(gòu)成麻粒巖-片麻巖地體(高級區(qū))的主體(Zhai and Santosh, 2011, 2013)。此外，新太古代早期的表殼巖石在華北克拉通一些典型的綠巖帶中也較為發(fā)育。比如最新的同位素年代學資料研究表明魯西花崗-綠巖帶中原泰山巖群中的雁翎關(guān)巖組和柳行巖組下段的大部分及孟家屯巖組形成于2.75～2.70Ga，主要由原巖為中-超基性巖的細粒斜長角閃巖、綠泥陽起片巖和科馬提巖以及成熟度較高的碎屑沉積巖等組成(萬渝生等, 2012; 陸松年和相振群, 2020)。這套科馬提巖-拉斑玄武巖的巖石組成反映魯西火山巖漿作用可能與地幔柱有關(guān)，表明魯西新太古代早期大陸地殼形成具有垂向增生的特點(萬渝生等, 2017; 陸松年和相振群, 2020)。2850～2700Ma的巖石在華北克拉通南部以魯山太華雜巖下部的片麻巖系為代表。其中大量出露的TTG質(zhì)片麻巖具有與典型高鋁太古宙TTG片麻巖類似的地球化學特征，一些研究者認為其主要形成于俯沖的島弧環(huán)境，為大洋地殼在低角度俯沖環(huán)境下部分熔融產(chǎn)物(Huangetal., 2010; Zhouetal., 2014)。根據(jù)我們對于華北克拉通已報道2.76～2.70Ga的TTG巖石地球化學特征研究也傾向性地認為其原巖是由加厚洋殼部分熔融而成(Diwuetal., 2020b)。這些可能反映圍繞初始的陸核發(fā)生洋殼俯沖作用導致陸殼逐日漸增并具有一定規(guī)模(Zhai and Peng, 2020; 翟明國等, 2020)。

新太古代末期(2.6～2.5Ga)的巖漿-構(gòu)造作用在華北克拉通最為發(fā)育，這是華北克拉通太古宙地質(zhì)演化最突出特征之一，亦是與世界上其它諸多典型克拉通的明顯不同。此時期深成侵入巖以奧長花崗巖和英云閃長巖為主，花崗閃長巖也大規(guī)模出現(xiàn)，同時富鉀殼源花崗巖(主要為二長花崗巖和正長花崗巖)也廣泛分布(萬渝生等, 2017)?；鹕綆r從早期以科馬提巖的出現(xiàn)標志著高溫地幔巖漿作用占主導，轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅啃纬捎趰u弧環(huán)境的拉斑玄武質(zhì)-鈣堿性玄武質(zhì)巖、玄武-安山巖以及安山-英安巖等變質(zhì)火山巖記錄，局部出現(xiàn)類玻安巖、贊岐巖、埃達克巖，表明至新太古代末期以地幔柱作用為主導的垂向構(gòu)造逐漸減弱，類似于現(xiàn)代板塊構(gòu)造的俯沖為主的水平構(gòu)造作用逐漸增強(劉樹文等, 2015, 2018; 王偉等, 2015)。

同樣，新太古代末期(2.6～2.5Ga)的地質(zhì)記錄在華北克拉通南部廣泛分布，大量的幔源巖石形成，伴隨著近乎于同時期的區(qū)域性高角閃巖-麻粒巖相變質(zhì)作用和較大規(guī)模的鉀質(zhì)花崗巖的侵入，使得諸多微陸塊通過俯沖碰撞相互匯聚(Diwuetal., 2016)。由于登封雜巖巖石類型多樣、變質(zhì)程度相對較低，且未明顯受古元古代巖漿-構(gòu)造-變質(zhì)作用的疊加和改造，因而是解析華北克拉通新太古代末期構(gòu)造體制的經(jīng)典地區(qū)。已有的研究表明登封雜巖中各類巖石類型形成時間近乎于同時，且其形成年齡可限定在新太古代較短的一段時間內(nèi)，約為2.54～2.51Ga(表2)。地球化學研究表明登封雜巖中的TTG質(zhì)片麻巖具有較低的Mg#、MgO、Cr、Ni含量以及較低的Nb/Ta比值，指示其與典型太古宙TTG巖石和顯生宙典型的高硅埃達克巖具有類似的地球化學特征，其原巖可能是由低角度俯沖的新生玄武質(zhì)洋殼部分熔融而成(Diwuetal., 2011)。而登封閃長巖具有較高的Mg#、MgO、Ni和Cr含量，以及高的Sr和Ba以及 LREE含量，類似于太古代贊岐巖。贊岐巖通常認為是富集輕稀土的地幔楔部分熔融形成的，產(chǎn)于年輕且熱的俯沖帶之上的弧前或弧后盆地環(huán)境。此外, 在該雜巖中又識別出一些具有N-MORB地球化學特征，巖漿起源于洋中脊軟流圈地幔原巖為基性火山巖的斜長角閃巖(Diwuetal., 2011)。由于上述的這三類巖石通常形成于板塊的俯沖-匯聚構(gòu)造環(huán)境，故而我們指出其與伴生的變沉積巖共同構(gòu)成“登封新太古代構(gòu)造混雜巖”(Diwuetal., 2011)。

混雜巖是指由不同成分、不同時代和不同來源的巖塊無序堆積在一起的混雜體，具有巖塊(block)-基質(zhì)(matrix)結(jié)構(gòu)特征，不同尺度的塊體通常夾裹于基質(zhì)當中，其多出現(xiàn)于俯沖匯聚和碰撞造山兩種構(gòu)造背景之下，故而是識別匯聚板塊邊界重要的指示性標志(Hsü, 1974; Kuskyetal., 2020)，所以登封新太古代構(gòu)造混雜巖的出現(xiàn)意味著新太古代末期具有現(xiàn)代體制的板塊構(gòu)造在華北克拉通南部開始啟動(Diwuetal., 2011)。后續(xù)，Kusky及其團隊對登封新太古代構(gòu)造-混雜巖開展一系列精細的年代學、巖石地球化學以及構(gòu)造運動學等研究(Dengetal., 2016, 2019; Huangetal., 2019, 2020)。最近，他們在登封雜巖中識別出一套新太古代雙變質(zhì)帶。由于雙變質(zhì)帶通常是由大洋一側(cè)的高壓/低溫變質(zhì)帶和俯沖上盤大陸一側(cè)的低壓/高溫變質(zhì)帶組成，二者形成年齡相同或相近，是洋殼俯沖至島弧或大陸邊緣之下的結(jié)果，所以可以據(jù)此來判定俯沖板塊邊界和極性(Miyashi, 1973)。登封新太古代雙變質(zhì)帶亦支持太古宙末期板塊構(gòu)造啟動的觀點(Huangetal., 2020)。

6 結(jié)論

(1)太古宙巖石在華北克拉通南部的涑水、登封、太華、霍邱和五河等雜巖中廣泛出露，且現(xiàn)今南部地塊可能依然尚存地球形成最初期的地殼物質(zhì)。

(2)華北克拉通南部，乃至整個克拉通在太古宙經(jīng)歷了兩期明顯的地殼生長，一期發(fā)生在2.85～2.70Ga左右；另一期發(fā)生在2.58～2.48Ga。華北克拉通正是經(jīng)過這兩次陸殼巨量生長事件之后完成初始的克拉通化。

(3)新太古代末期2580～2480Ma(峰值為～2.52Ga)是華北克拉通南部，乃至整個克拉通太古宙地殼演化最突出、最重要的巖漿-構(gòu)造事件，明顯有別于全球其它諸多典型克拉通。

(4)在登封雜巖中識別出形成于俯沖匯聚環(huán)境的TTG質(zhì)片麻巖、類似于贊岐巖的變閃長巖和具有N-MORB地球化學特征的變基性火山巖構(gòu)成“新太古代構(gòu)造混雜巖”，其標志著新太古代末期具有現(xiàn)代體制的板塊構(gòu)造在華北克拉通南部已經(jīng)開始啟動。

致謝衷心感謝孫勇教授、萬渝生教授、杜利林研究員、周艷艷副研究員和俞良軍博士審閱本文并給予寶貴的修改意見；感謝王庭怡協(xié)助整理數(shù)據(jù)并繪制圖件。

謹以此文祝著名前寒武紀地質(zhì)與變質(zhì)地質(zhì)學家沈其韓先生百年華誕。