2019, Vol. 35
2. 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室, 北京 100081;
3. 内华达大学地球科学部, 拉斯维加斯 8915;
4. 长安大学地球科学与资源学院, 西安 710064
2. Key Laboratory of Paleomagnetism and Tectonic Reconstruction, Ministry of Natural Resources, Beijing 100081, China;
3. Department of Geoscience, University of Nevada, Las Vegas 8915;
4. School of Earth Science and Resources, Chang'an University, Xi'an 710064, China
华北克拉通是世界上最古老的大陆之一，经历了复杂的构造演化过程，记录了前寒武纪演化的几乎所有重大地质事件。古元古代是华北克拉通由前寒武纪垂向增生向现代板块体制转换的重要时期，这一时期形成的孔兹岩带、晋豫活动带和辽-吉活动带具有与现代陆-陆碰撞带相似的构造过程，已经具有早期板块构造的特征，但其在规模上与现代板块构造明显不同(Zhai and Santosh, 2011; Zhao and Zhai, 2013)。古元古代活动带内存在一系列火山-沉积序列和岩浆活动，经历多期变质和变形作用，但其可能具有陆-陆碰撞造山带的特征(翟明国等, 2001; 翟明国, 2004, 2013; 翟明国和彭澎, 2007)。
李继亮等(1990)提出恒山-五台山-阜平一带存在多个蛇绿混杂岩带及弧岩浆岩带，五台山地区是一条古元古代碰撞造山带，碰撞时代大体为2050Ma。之后，赵国春等根据华北中部出露的一系列前寒武纪杂岩所表现出的顺时针变质P-T-t演化轨迹，结合岩石学、地球化学和年代学等方面特征与东部陆块和西部陆块内变质杂岩的差异，提出华北克拉通中部存在一个NNE向延伸的古元古代碰撞造山带(Zhao et al., 2001a, 2002a, 2005; 赵国春等, 2002; 赵国春, 2009)，并指出华北中部带的发育与全球范围内哥伦比亚超大陆的聚合事件密切相关(Zhao et al., 2002a, 2005; 赵国春等, 2002; 赵国春, 2009)。这种观点得到了一些研究者的认同(Kusky and Li, 2003; Faure et al., 2007)。
然而，结合前人研究，笔者发现中部构造带内存在多条近东西向的韧性剪切带，这与NNE向延伸的碰撞造山带存在矛盾，例如朱家坊韧性剪切带为近东西向延伸，其剪切带几何学和运动学特征指示以左行走滑剪切性质为主(Trap et al., 2007, 2012; Wang, 2009; 魏春景, 2018; 赵远方等, 2019)。华北克拉通中部构造带目前已经鉴别出来的古元古代挤压及走滑构造变形、伸展构造变形事件，清楚地限定了华北中部带中段恒山-五台-阜平地区一系列前寒武纪地块之间的相互作用关系(Liu et al., 2002; Trap et al., 2009, 2012; Gong et al., 2014; Zhao et al., 2019; 赵远方等, 2019)。本文结合前人岩石学、年代学以及变质作用等资料，研究华北中部带内发育的一系列古元古代韧性剪切带的属性，对比剪切带所围限的前寒武纪地块主要特征，并解析这些刚性地块经历的构造事件性质，可以更准确的认识华北克拉通前寒武纪构造变形特征，从而探索华北克拉通以及全球超大陆在古元古代所经历的构造过程。
1 区域地质背景华北克拉通中部构造带前寒武纪变质杂岩中发育多条大型韧性剪切带，例如怀安杂岩大同-黄土窑韧性剪切带、恒山杂岩朱家坊韧性剪切带、五台杂岩王家会韧性剪切带及阜平杂岩龙泉关韧性剪切带、吕梁杂岩雪岭韧性剪切带等，这些剪切带的几何学、运动学特征能够反映其周缘变质杂岩的变形特征和相对运动方向。Trap et al. (2012)研究了恒山杂岩朱家坊韧性剪切带和五台杂岩上五台韧性剪切带，同时对其进行了年龄限定，认为二者均形成于~1.80Ga；赵兰等(2006)对阜平地块和五台地块之间的龙泉关韧性剪切带中同变形变质花岗岩进行独居石定年，获得了~1.85Ga的主峰值年龄年龄，认为其代表龙泉关韧性剪切带的逆冲变形时代；Gong et al. (2014)从吕梁地块雪岭韧性剪切带中获得了白云母的40Ar/39Ar年龄为1817±13Ma，认为其代表了剪切带活动时代。上述这些剪切带变形岩石中的含钾矿物所获得的40Ar/39Ar年龄结果集中在1.85~1.80Ga，剪切带及相关变质杂岩冷却抬升曲线显示，这一时期华北克拉通前寒武纪基底曾经发生过快速抬升，表明这些剪切带的变形时代集中于1.85~1.80Ga，并且很可能形成于统一的构造动力学背景下(Trap et al., 2007, 2012; Gong et al., 2014)。
研究表明，恒山-五台-阜平地区发育3条重要的韧性剪切带，自北而南分别为近东西向延伸的朱家坊韧性剪切带、王家会韧性剪切带和北东向延伸的龙泉关韧性剪切带。它们将中部带进一步分割成几个相对独立的前寒武纪地块，包括恒山地块、繁峙地块、五台地块及阜平地块等。其中繁峙地块由恒山中部近东西向朱家坊韧性剪切带和五台山北部的近东西向-北东东向王家会韧性剪切带限定(Zhao et al., 2019)，而龙泉关韧性剪切带则构成阜平地块和五台地块之间的构造界线(图 1)。其中，朱家坊韧性剪切带西起应县下马峪乡，经双钱树、白马石、朱家坊向东稳定延伸至王庄堡一带，剪切带延伸方向为近EW向，长度达70km，宽度约0.5~1km，发育的S-C组构、石榴石旋斑和不对称剪切褶皱等运动学标志指示了以左行走滑为主的剪切性质(Liu et al., 2004; Trap et al., 2007, 2012; Wang, 2009; 魏春景, 2018; 赵远方等, 2019)，但部分学者认为其主要表现为由北向南逆冲兼具右行走滑剪切性质，指示了恒山北部地区(即本文恒山地块)的抬升作用(Zhang et al., 2007, 2012)。王家会韧性剪切带在早期研究中已经被识别出来(杨主恩等, 1995; Trap et al., 2007, 2012)，位于五台山北缘，它西起代县中解沟，经代县王家会南侧、繁峙县官地村、光裕堡村向东至灵丘平型关-白崖台南部区域，在繁峙小柏峪至横涧被晚期走滑断裂错断，剪切带延伸总长度约80km，出露宽度约0.4~1km，总体呈NEE向，局部近EW向。剪切带糜棱面理普遍向北陡倾，内部发育一系列运动学标志，如S-C组构、不对称剪切褶皱、石榴石旋斑及雪球构造等，指示了以右行走滑为主的剪切性质(赵远方等, 2019)。龙泉关韧性剪切带北起涞源县独山城-狼牙沟一带，经阜平板峪口、龙泉关向南延伸至张家坪，由北向南走向分别为NE-SW向和近NS向，转折部位位于龙泉关-长城岭一带(图 1)，剪切带总长达100km，主体呈NE-SW向，南段为近NS向，糜棱面理多向NW缓倾，矿物拉伸线理多倾向NNW，部分地区向北缓倾。先前的研究认为龙泉关剪切带表现出上盘向SE方向逆冲的性质(Trap et al., 2008, 2012; Zhang et al., 2009, 2012; Li et al., 2010)，但作者最近研究认为龙泉关韧性剪切带实际上是多条密集的指示上盘向NW伸展拆离的韧性剪切带组成，它们可能形成于古元古代末区域伸展构造背景中(赵远方等, 2019)。与此类似，在中部构造带内还可以划分出独立的怀安地块、赞皇地块、吕梁地块和中条地块等，每个地块内存在不同类型和不同时代的变质岩组合。
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图 1 恒山-五台-阜平地区构造格架及前寒武纪地块划分(据赵远方等, 2019) Fig. 1 Tectonic framework and Precambrian blocks of the Hengshan-Wutai-Fuping area (after Zhao et al., 2019) |
恒山地块范围主要包括朱家坊韧性剪切带以北的恒山北部地区，基本与早期研究中提及的“北恒山”基本相当，属于华北桑干高压麻粒岩带的一部分(翟明国等, 1995; Zhao et al., 2001b)。
2.1.1 岩石组合恒山地块主要由TTG片麻岩、角闪岩和基性麻粒岩和一系列花岗岩组成(图 2)，TTG片麻岩主要包括英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩(图 3a, b)，是新太古代岛弧岩浆作用的产物(Kröner et al., 2005a)，经历强烈的部分熔融形成大量花岗质脉体，其形成年龄为~1.85Ga和2.3~2.0Ga，其中2.3~2.0Ga侵位的一期花岗岩代表了此时恒山地区普遍的地壳重熔事件(赵瑞幅等, 2011)。片麻岩常见平直的片麻理构造，广泛发育深熔作用形成的长英质条带，部分区域强烈混合岩化，原岩侵位时代大致为~2.5Ga(Kröner et al., 2005a, 2006)。
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图 2 恒山地块凌云口-朱家坊段剖面(见图 1 A-B剖面) Fig. 2 Section of Lingyunkou-Zhujiafang in the Hengshan Block (section A-B seen in Fig. 1) |
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图 3 恒山地块主要岩石组合野外及镜下特征 (a)黑云斜长片麻岩野外特征；(b)黑云斜长片麻岩镜下特征，黑云母定向排列；(c)石榴角闪岩野外特征，见石榴石退变质形成云母和斜长石；(d)石榴角闪岩镜下特征 Fig. 3 Field and microscopic characteristics of main rock units in the Hengshan Block |
片麻岩中常见透镜体或似层状产出的麻粒岩或石榴角闪岩(图 3c, d)，基性麻粒岩呈不规则状或透镜体状，是构造透镜体化的基性岩墙变质形成(Kröner et al., 2006)，或者是TTG岩石中的基性组分发生变质形成(Trap et al., 2007)，常见麻粒岩块体从核部向边缘过渡为斜长角闪岩(魏春景, 2018)，局部见退变质榴辉岩透镜体(翟明国等, 1995; Zhao et al., 2001b)。
2.1.2 变质作用TTG片麻岩变质程度为高角闪岩相-麻粒岩相，后期发生角闪岩相退变质作用(苗培森, 2001; Zhao et al., 2001b)。基性麻粒岩中常见石榴石“白眼圈”结构，有时可见角闪石围绕后成合晶周围的形态，表明其为退变质的产物，而部分保留石榴石假象的粗粒斜长石则指示麻粒岩角闪岩化的流体来自外部，这造成高压基性麻粒岩从中心向边缘逐渐过渡为角闪岩的现象(魏春景, 2018)。根据石榴石变质特征将变质作用分四个阶段(张颖慧等, 2013)：(1)以石榴石变斑晶从核部到幔部发育生长环带为特征的峰期前递进变质阶段；(2)以石榴石+单斜辉石+石英+斜长石±金红石为典型矿物组合的压力峰期变质阶段；(3)以出现后成合晶和斜长石冠状体为特征的峰期后减压至温度峰期阶段；(4)以角闪岩相矿物组合出现为特征的峰期后降温阶段。
TTG片麻岩中仅记录角闪岩相变质条件，还未发现高压麻粒岩压力或温度峰期阶段变质信息的记录，显示与基性麻粒岩包体经历了相同变质作用演化过程，只是峰期变质特征未能保留，这被解释为TTG片麻岩中大量熔体和峰期无水的麻粒岩组合在冷却过程中反应形成含水的角闪岩组合，最终只记录角闪岩相变质作用(Zhao et al., 2001b; Kröner et al., 2006; 魏春景, 2018)。TTG片麻岩的变质作用时代大致为1.92~1.85Ga(Kröner et al., 2006; Qian et al., 2013, 2017)，部分学者认为~1.85Ga的变质锆石年龄是峰期变质作用时代，可能与华北中部造山带的形成密切相关(Zhao et al., 2001a, 2005; 赵国春, 2009)，但也有学者认为1.92~1.85Ga的变质锆石年龄是麻粒岩在变质温度峰期之后的冷却抬升年龄，峰期变质作用时代应早于~1.95Ga(张颖慧等, 2013)。
2.1.3 构造样式恒山地块片麻理产状显示片麻岩整体形成大型穹隆构造群，平面上呈近似圆形或椭圆形，穹隆构造中心主要分布在应县赵家窑村-长城沟村-官儿乡一带，中心区域的片麻理产状较陡，向边缘倾角逐渐变缓(倾角在20°~35°之间)，整体产状随着片麻理延伸而逐渐改变，局部受后期构造影响而发生变形，部分片麻岩穹隆内部可见次级穹隆构造(赵远方等, 2019)。恒山地块主要变质单元为TTG片麻岩，广泛发育平直的片麻理构造(图 4a)，TTG片麻岩中存在大量角闪岩和基性麻粒岩包体，并常见形成透镜状构造或石香肠构造(图 4b)(苗培森, 2001)。在恒山地块主体部分的北缘，TTG片麻岩中出现密集的深熔长英质脉体，并表现出强烈混合岩化特征，片麻岩中明显分为基体和脉体两部分，主要表现为一系列片麻岩中的复杂褶皱构造，主要由强烈变形的长英质脉体(TTG中的浅色体)表现出来，多为不同期次变形叠加形成的复杂肠状褶皱(图 4c)，显示出早期下地壳流变褶皱作用特征。此外部分区域发育如出现不连续的、产状不一致的矿物定向线理(图 4d)，随着片麻理的产状变化而改变，局部可见被拉断的长英质脉体形成小型布丁构造(图 4e)，共同展示出早期韧性剪切变形特征。而地块南缘区域片麻理产状逐渐转为近EW向，局部可见片麻岩中断续出现近EW向矿物拉伸线理、小规模A型褶皱等构造，指示近EW向韧性剪切变形作用的叠加，显示出南侧朱家坊走滑韧性剪切带对恒山地块早期构造形迹的改造(图 4f)。
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图 4 恒山地块构造变形特征 (a) TTG片麻岩中平直的片麻理构造；(b) TTG片麻岩中的椭球状角闪岩透镜体；(c)强烈混合岩化的TTG片麻岩，变形的脉体和基体显示出复杂的揉皱构造；(d) TTG片麻岩中的矿物定向线理，主要由定向拉长的石英和黑云母组成；(e)混合岩化TTG片麻岩中的长英质脉体，受剪切作用影响发育的小型布丁构造；(f)地块南缘斜长角闪岩中发育的不对称剪切褶皱 Fig. 4 Deformation characteristics of the Hengshan Block |
阜平地块的范围基本相当于早期研究中所描述的“阜平杂岩”，是由TTG片麻岩及麻粒岩包体、湾子表壳岩和南营花岗片麻岩组成的前寒武纪块体(图 1)，经历复杂的变质作用和多期的强烈构造变形，是华北克拉通中部构造带内的变质结晶基底(Guan et al., 2002; Zhao et al., 2002b; Liu et al., 2006)。
2.2.1 岩石组合阜平TTG片麻岩约占阜平杂岩的60%，主要岩性包括中粒英云闪长质、奥长花岗质和花岗闪长质片麻岩，同时含大量斜长角闪岩和基性麻粒岩包体(图 5、图 6)。TTG片麻岩的形成时代为2.52~2.47Ga(Guan et al., 2002; Zhao et al., 2002a)，TTG片麻岩捕掳体锆石核部年龄2827±8Ma(Zhao et al., 2002a)，角闪片麻岩包体中锆石结晶年龄2708±8Ma(Guan et al., 2002)。片麻岩经历高角闪岩相变质(Zhao et al., 2000; Qian et al., 2017; 魏春景, 2018)，部分区域岩石强烈混合岩化，显示出多期变质变形作用叠加，地球化学特征表明其来自于幔源玄武质岩石的部分熔融(Zhao et al., 2002b; Liu et al., 2000, 2002)。
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图 5 阜平地块孤山沟-阜平段剖面(见图 1 C-D剖面) Fig. 5 Section of Gushangou-Fuping in the Fuping Block (section C-D seen in Fig. 1) |
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图 6 阜平地块主要岩石组合野外及镜下特征 (a)黑云斜长片麻岩野外特征，含角闪岩透镜体；(b)黑云斜长片麻岩镜下特征，暗色矿物定向排列；(c)含石榴角闪岩野外特征；(d)含石榴角闪岩镜下特征，角闪石定向排列 Fig. 6 Field and microscopic characteristics of main rock units in the Fuping Block |
湾子表壳岩主要由长英质和泥质片麻岩、泥质片岩、钙硅酸盐岩、大理岩以及斜长角闪岩组成(Liu et al., 2002)，是阜平地块内主要的副变质岩，主要出露于地块西部和西南部，呈NE-SW向展布的带状延伸，其形成时代为~2.1Ga(Guan et al., 2002; Zhao et al., 2002b)。
南营花岗片麻岩是一套晚期侵位的富钾质花岗岩，常见于TTG片麻岩穹隆中心部位，主要岩性为二长花岗质片麻岩和花岗闪长质片麻岩，形成时代为2.1~2.0Ga(Guan et al., 2002; Trap et al., 2008)，局部与TTG片麻岩呈显著的侵入接触关系，南营花岗片麻岩发育的弱片麻理与TTG片麻岩一致，表明二者经历相同的构造变形事件(Liu et al., 2002; Zhao et al., 2002b)。南营花岗片麻岩具有板内花岗岩的地球化学特征，可能为~2.1Ga区域部分熔融的产物(Liu et al., 2005)。
2.2.2 变质作用阜平地块内TTG片麻岩阜平地块主要经历两期变质作用事件，分别为早期的高角闪岩相-麻粒岩相变质作用和晚期区域变质作用(刘树文, 1996; Liu et al., 2002)，与恒山地块相似，早期高级变质作用仅保留在呈包体或透镜体形态出现的基性麻粒岩中。基性麻粒岩变质作用可分为三个阶段(Zhao et al., 2000)，分别为石榴石+基质斜长石、石英、辉石、角闪石组合出现的进变质阶段，斜方辉石+斜长石后成合晶以及单斜辉石+斜长石±斜方辉石冠状体出现的峰后减压阶段，以及角闪石+斜长石后成合晶出现的等压降温和退变质阶段。阜平TTG片麻岩中大量变质锆石U-Pb年龄测试结果显示，其变质作用时代集中于~1.85Ga(Zhao et al., 2000; Guan et al., 2002; Trap et al., 2008)，而这一组年龄被认为与中部构造带的形成密切相关(Liu et al., 2006; Trap et al., 2007; Qian et al., 2013)。
2.2.3 构造特征阜平地块TTG片麻岩中常见长英质脉体、角闪岩或麻粒岩包体，并广泛发育片麻理构造、透镜状构造和石香肠构造等(图 7a-d)。受近水平韧性剪切作用和深部重熔作用影响，在地块中部和北部区域片麻岩强烈混合岩化，岩石中形成基体和脉体两个单元，二者强烈变形形成揉皱构造(图 7b)，显示出多期褶皱作用叠加效应。阜平地块宏观上形成呈椭圆形的片麻岩穹隆群，中心区域片麻理产状较陡，向外侧逐渐变缓，片麻理倾向沿边界逐渐发生旋转，平面上形成一个封闭的环状构造，而大的穹隆内部常包含次级片麻理穹隆构造。穹隆构造主要分布在阜平地块中东部和南部区域，从阜平地块北缘一致延伸到几乎最南端，单个穹隆面积为50~100km2，最大者可达200km2，其长轴多呈NW-SE或近EW向延伸，各个穹隆体之间近平行排列，显示出NE-SW向的挤压作用，穹隆构造的中心部位主要岩石单元为南营花岗片麻岩，与片麻岩之间形成韧性剪切带(Liu et al., 2002, 2004)。在阜平地块西缘，TTG片麻岩中开始出现长石旋转碎斑等以及矿物拉伸线理构造(图 7e, f)，片麻岩显示出韧性变形特征，表明其逐渐由片麻岩穹隆构造过渡为韧性变形的糜棱化片麻岩带，构造线也逐渐转为NE-SW或近NS向(赵远方等, 2019)。
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图 7 阜平地块构造变形特征 (a) TTG片麻岩中发育角闪岩透镜体和晚期花岗质伟晶岩脉；(b) TTG片麻岩混合岩化，脉体和基体变形强烈弯曲形成揉皱构造，褶皱轴面近水平，同时叠加矿物拉伸线理，显示为A型褶皱；(c)黑云二长片麻岩中斜长角闪岩和被拉断的长英质透镜体；(d)黑云斜长片麻岩中的角闪岩被拉断形成布丁构造，显示出早期剪切变形特征；(e)黑云斜长片麻岩中出现长石旋转碎斑，基质变形较弱；(f)角闪黑云斜长片麻岩中的矿物拉伸线理，主要由拉长定向的石英、定向的长石和黑云母等矿物组成 Fig. 7 Deformation characteristics of the Fuping Block |
五台地块曾被认为是华北克拉通内重要的“花岗-绿岩带”，主要包括五台群、花岗质深成岩体和滹沱群(图 8; 王凯怡等, 2000; Zhao et al., 2007)。五台群的原岩为基性火山岩和碎屑岩组合，一般被分为石咀、台怀和高凡三个亚群，各亚群之间以韧性剪切带接触(Zhao et al., 2007; Wei et al., 2014)。石咀亚群主要岩性为黑云斜长片麻岩、含榴角闪斜长片麻岩和斜长角闪岩，其变质程度较高，可达高角闪岩相至麻粒岩相，形成时代为2.56~2.54Ma(王凯怡等, 2000)，在石咀亚群黑云石英片岩中有~2.63Ga的较老锆石年龄报道(陈雪等, 2015)。台怀亚群主要为绿泥石英片岩和绢云绿泥石英片岩(图 9a, b)，变质程度为绿片岩相，形成时代集中于2.55~2.53Ma(Wilde et al., 1998, 2004)，高凡亚群主要为石英岩以及少量千枚岩和板岩等(图 9c, d)，局部见含磁铁矿石英岩(图 9e, f)，变质程度普遍为低绿片岩相，其原岩形成时代大致为~2.5Ga(王凯怡等, 2000; 万渝生等, 2010)。
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图 8 五台地块峨口-岭底段剖面(见图 1 E-F剖面) Fig. 8 Section of Ekou-Lingdi in the Wutai Block (section E-F seen in Fig. 1) |
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图 9 五台群主要岩石组合野外及镜下特征 (a)台怀亚群绿泥绢云石英片岩野外特征；(b)绿泥绢云石英片岩镜下特征，岩石具韧性变形特征；(c)高凡亚群细粒云母斜长片麻岩野外特征；(d)云母斜长片麻岩镜下特征，岩石具韧性变形特征；(e)高凡亚群石英岩、磁铁石英岩野外特征；(f)石英岩镜下特征 Fig. 9 Field and microscopic characteristics of main rock units in the Wutai Block |
滹沱群主要分布于五台地块南缘，其不整合于五台群之上，是一套浅变质的以变砂岩为主的大陆边缘相沉积，岩石组合以陆源碎屑岩和碳酸盐岩为主，局部见少量变质玄武岩夹层和顺层侵位的辉绿岩(杜利林等, 2010, 2011)。滹沱群自下而上可以划分为豆村亚群、东冶亚群和郭家寨亚群(田永清, 1991)，形成时代大致为2.2~1.8Ga(杜利林等, 2010, 2011)。其中最下部的豆村亚群主要包括千枚岩、变质砂岩和变质砾岩，形成时代大致为2.2~2.1Ga，东冶亚群主要包括白云岩、千枚岩和板岩、变质砂岩等，形成时代为2.12~2.05Ga，郭家寨亚群主要包括变质砾岩和变质砂岩，形成时代为1.9~1.8Ga(杜利林等, 2010, 2011)。
五台地块内花岗岩主要以大型岩体或岩株形态产出，如车厂-北台岩体、石佛岩体和光明寺岩体等，多发育与围岩一致的片麻理构造，属于同造山作用花岗岩，侵位时代2.54~2.52Ga(王凯怡等, 2000; 沈保丰和毛德宝, 2003)。少数岩体为造山后花岗岩，如大洼梁花岗岩，岩性主要为中粗粒似斑状花岗岩，具有较弱的片麻理构造，侵位时代大致为~2.1Ga(王凯怡等, 2000; 杜利林等, 2018)，地球化学特征显示其属于A型花岗岩，可能形成于古元古代伸展构造环境下(杜利林等, 2018)。
2.3.2 变质作用五台群石咀亚群变质程度最高，为高角闪岩相，台怀亚群和高凡亚群变质程度仅为绿片岩相，局部可达角闪岩相，根据变质程度，早期研究中将石咀亚群称为下亚群，而高凡亚群和台怀亚群称为上亚群(王凯怡等, 2000)，以前者的变质作用特征研究为主。滹沱群变质程度较低，多数仅经历了低绿片岩相变质。
地块南部石咀亚群为角闪岩相变质，主要为石榴斜长角闪岩，峰期变质条件为10~12kbar/600~650℃(Zhao et al., 1999)。变质作用可分为四个演化阶段：以石榴石变斑晶包体中矿物组合的前进变质阶段，石榴石变斑晶与基质矿物组合共存的峰期变质阶段，峰期变质后出现斜长石冠状体组合的减压变质阶段以及出现绿片岩相矿物组合的退变质阶段。
不同岩石中获得的变质年龄集中于1.89~1.82Ga(Liu et al., 2006; 孟洁等, 2015; Trap et al., 2007)，部分学者则获得了~1.93Ga的变质年龄(Qian et al., 2013)。综合来看，五台地块中可能存在~1.95Ga和~1.85Ga两期变质作用，前者代表变质峰期年龄，后者代表峰期变质后降温和减压冷却的年龄。
2.3.3 构造样式五台地块基本构造格架为NEE-SWW向展布的大型复式向斜，褶皱核部地层为滹沱群，两翼地层为五台群变质火山岩。褶皱轴面倾向NW，轴面倾角约45°~60°，褶皱枢纽整体向SW倾伏，倾伏角10°~20°。复式褶皱在NE端紧闭而向SW方向撒开，在褶皱东北缘逐渐转变为狭窄的冲断构造带，即一系列NE-SW延伸的逆冲推覆构造带，卷入的岩石单元包括五台群变质火山岩，同构造花岗岩以及滹沱群变质沉积岩等。褶皱核部主要为滹沱群地层，两翼为五台群变质基性火山岩，深成变质花岗岩体与五台群变质地层之间形成近水平韧性剪切构造。在五台地块的大型复式褶皱内部的变质单元中可见形成一系列次级褶皱(图 10a-d)，发生褶皱的岩石单元主要为五台群的高凡亚群和台怀亚群变质火山岩系，岩性包括细粒片麻岩、长石石英岩、磁铁石英岩和绿片岩等，这些褶皱的规模较小，其枢纽产状多数较缓，一般倾向NE，轴面多向NW陡倾，褶皱转折端较宽缓，局部出现晚期的一组劈理叠加在片麻理和褶皱面上，并基本完成对早期片麻理和片理的构造置换(图 10b)。与地块中部较缓的产状明显不同，地块北缘的变质单元构造面理产状逐渐变陡，其多倾向北，倾角多数达70°~80°(图 10e)，并且褶皱构造均不发育，而是在部分岩石中出现矿物拉长定向特征，局部见明显的矿物拉伸线理构造(图 10f)，显示出韧性剪切变形特征对早期片理的构造置换。复式褶皱沿NW-SE方向的剖面中多个次级向斜与背斜交替出现，其枢纽均向SW倾伏，其中向斜构造的转折端向NE闭合，而背斜构造转折端则向SW闭合，总体构成前陆盆地褶皱带(李江海等, 2009)。复式褶皱具有多期褶皱叠加形态，其主变形时代为~2.5Ga和~1.85Ga两期(李江海等, 2009; Zhang et al., 2012)。此外，在五台地块东缘靠近阜平地块区域，形成多个逆冲推覆体，卷入逆冲构造中的岩石单元包括滹沱群、五台群的台怀亚群、石咀亚群以及太古代花岗岩体等，受构造影响多形成NE-SW向展布的逆冲岩片，岩片多数向NW缓倾，逆冲推覆作用导致各个岩石单元之间近平行叠置。
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图 10 五台地块构造变形特征 (a)高凡亚群细粒片麻岩中发育的宽缓褶皱，轴面向NW陡倾，枢纽较缓；(b)褶皱核部被晚期劈理构造置换；(c)台怀亚群细粒角闪斜长片麻岩中发育的小型褶皱，轴面倾向S；(d)台怀亚群条带状磁铁石英岩中的小型褶皱；(e)地块北缘花岗质片麻岩的片麻理产状被陡倾的糜棱面理置换；(f)陡倾剪切面上发育的矿物拉伸线理构造，主要由拉长定向的石英、定向的角闪石和黑云母组成 Fig. 10 Deformation characteristics of the Wutai Block |
繁峙地块的范围主要包括恒山变质杂岩南部和五台山变质杂岩的北缘部分，北侧以朱家坊韧性剪切带与恒山地块为界，南侧以王家会韧性剪切带与五台地块为界，向东至王庄堡-白崖台一线，向西至代县地区，呈近EW向夹持于恒山和五台两地块之间(图 1)。繁峙地块的岩石单元主要包括TTG片麻岩、变质表壳岩(以五台群为代表)、变质基性岩墙以及一系列变质花岗岩等，局部残留中元古界和古生界盖层，地块中部区域被大量第四系松散沉积物覆盖。
2.4.1 岩石组合繁峙地块内岩石单元主要包括TTG片麻岩、变质表壳岩和一系列变质花岗岩体(图 11)。
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图 11 繁峙地块石门峪-王家会段剖面(见图 1 G-H剖面) Fig. 11 Section of Shimenyu-Wangjiahui in the Fanshi Block (section G-H seen in Fig. 1) |
变质表壳岩系主要为五台群变质火山岩，在早期研究中被认为可与五台群石咀亚群对比，岩性相当于五台群石咀亚群的金岗库岩组，曾被称为“北金刚库岩组”(王凯怡等, 2000)，岩性以石榴斜长角闪岩为主，也包括石榴云母片岩、含石榴石长英质片麻岩、BIF、石英岩等(图 12a, b)，主要分布在地块南缘和北缘，呈NEE或近EW向线状延伸，遭受韧性剪切作用强烈构造置换。石榴石斜长角闪岩中获得的锆石年龄反映其原岩形成时代为~2.54Ga(王凯怡等, 2000; Qian et al., 2017)。
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图 12 繁峙地块主要岩石组合野外及镜下特征 (a)变质表壳岩中(五台群)含石榴黑云斜长片麻岩野外特征，岩石韧性变形；(b)含石榴黑云斜长片麻岩镜下特征，石英发生重结晶，云母定向排列，石榴石形成旋转碎斑；(c) TTG片麻岩野外特征，岩石发育平直片麻理，常见长英质脉体；(d) TTG片麻岩镜下特征；(e)义兴寨花岗质片麻岩野外特征，发育近EW向缓倾线理构造；(f)花岗质片麻岩镜下特征；(g)峨口花岗岩野外特征，发育弱片麻理构造；(h)二长花岗岩镜下特征，部分石英颗粒重结晶 Fig. 12 Field and microscopic characteristics of main rock units in the Fanshi Block |
TTG片麻岩主要岩性为英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩(图 12c, d)，发育平直的片麻理，基本与恒山地块TTG片麻岩相当，原岩形成时代为~2.5Ga(Kröner et al., 2005a)。但TTG片麻岩中不发育深熔脉体，也未见显著的混合岩化作用，常见透镜体状或似层状角闪岩。
义兴寨花岗质片麻岩主要岩性为角闪黑云斜长片麻岩(图 12e, f)，广泛发育片麻理构造，部分区域可见矿物拉伸线理构造，侵位时代大致为2.52~2.51Ga(田永清等, 1992; 王凯怡等, 2000)，其岩石学、年代学和地球化学特征显示与TTG片麻岩特征基本一致(Kröner et al., 2005a)。
地块西部的部分区域可见变质基性岩墙侵位，与五台群的变质火山岩存在明显差异(李江海等, 2001)。与区域内广泛发育的NW向~1.78Ga未变质基性岩墙群不同(Peng et al., 2005; Peng, 2010)，变质基性岩墙野外产状显示其受褶皱形态控制，变质基性岩墙中出现角闪石和石榴石，并可见细小石榴石围绕半自形长石形成冠状体的“红眼圈”结构，被认为是变质反应未达到完全平衡或局部平衡的结果(魏春景, 2018)。这些变质基性岩墙的形成时代为~2.06Ga(Peng et al., 2012)。
花岗岩岩体包括地块东部的平型关花岗岩、南部的王家会花岗岩和峨口花岗岩。平型关花岗岩主体为粗粒钾长花岗岩、黑云二长花岗岩等，基本未发生变质变形，其侵位时代为~2.1Ga(苗培森, 2001)。峨口花岗岩包括中粒二长花岗岩和花岗闪长岩等(图 12g, h)，发育较弱的片麻理构造，侵位时代为~2.55Ga(王凯怡等, 2000; 张健等, 2004; Kröner et al., 2005b)。王家会花岗岩包括中粒黑云二长花岗岩、石英二长花岗岩和花岗闪长岩，片麻理构造发育，其中存在灰色相和粉色相两个部分，岩体灰色相部分侵位时代为2.55~2.52Ga(Wilde et al., 2005; 王凯怡等, 2000; Kröner et al., 2005b)，粉色相部分侵位时代为~2.1Ga，代表较晚的一期岩浆事件(王凯怡等, 2000; Wilde et al., 2005)，地球化学特征显示其具有后碰撞-板内花岗岩特点，形成于古元古代伸展构造环境下部分熔融作用(杜利林等, 2018)。
2.4.2 变质作用繁峙地块变质岩主要经历角闪岩相变质，局部变质程度可达麻粒岩相(郭敬辉等, 1999; Qian et al., 2013, 2015, 2017)，其中麻粒岩透镜体变质作用条件为中压变质相系(O’Brien et al., 2005)。繁峙地块南部石榴云母片岩的变质程度为角闪岩相，峰期变质条件为~9.0kbar/660℃，变质作用可划分为四个阶段(Qian et al., 2013)：第一阶段以石榴石的生长环带为代表；第二阶段达到变质作用压力峰期(~9.0kbar)；第三阶段达到变质作用温度峰期(~660℃)；第四阶段为峰期变质后的减压过程。其中峰期变质矿物组合为石榴石+角闪石+斜长石+石英+黑云母，部分存在单斜辉石，峰期后减压矿物组合以角闪石+斜长石后成合晶为代表(Qian et al., 2013; Qian and Wei, 2016)。
繁峙地块南缘峨口铁矿附近石咀亚群金刚库岩组中的蓝晶石二云母片岩独居石定年获得的变质年龄为1922±24Ma和1847±62Ma，分别代表变质作用峰期年龄和变质作用晚期阶段记录(Liu et al., 2004)。繁峙地块北缘朱家坊韧性剪切带金刚库岩组石榴云母片岩独居石定年获得其变质年龄为1844±11Ma(Trap et al., 2007)，糜棱岩化含石榴云母长英质片麻岩白云母40Ar/39Ar年龄为1812±13Ma、黑云母40Ar/39Ar年龄为1804±13Ma、角闪石40Ar/39Ar年龄为1855±13Ma(Trap et al., 2012)。糜棱岩化石榴石斜长角闪岩中变质锆石年龄为1864±31Ma(Qian et al., 2017)。直闪石岩获得的变质锆石年龄为1.90~1.83Ga(庞尔成等, 2010)，近峰期变质年龄为~1.95Ga，更晚的年龄1.90~1.83Ga解释为冷却年龄(Qian et al., 2015)。石榴斜长角闪岩变质年龄为1923±7Ma和1921±12Ma，可能是峰期变质作用后的冷却抬升年龄(Qian and Wei, 2016)。综上，繁峙地块主要岩石变质锆石U-Pb年龄集中于1.95~1.85Ga，其中~1.95Ga可能代表峰期变质作用时代，而1.92~1.85Ga则代表了峰期变质作用后的冷却抬升时代(Kröner et al., 2005a, 2006; Qian and Wei, 2016; Qian et al., 2017)。
2.4.3 构造样式繁峙地块形成以NEE向展布的紧闭褶皱群为主的构造格架，并叠加晚期近EW向走滑型韧性剪切变形的特征，地块内不发育片麻岩穹隆构造，亦少见片麻岩混合岩化作用以及早期近水平剪切形成的揉皱构造，并常见拉断的角闪岩透镜体。地块内发育多个紧闭的小规模线状褶皱(图 13a, b)，这些紧闭褶皱的轴面陡倾，枢纽多向东缓倾，卷入褶皱的岩石单元主要包括TTG片麻岩、变质表壳岩，局部见变质基性岩墙，变质岩的片麻理或片理构造在较小范围内表现为倾向相反的特征。此外常见TTG片麻岩、变质基性火山岩和变质基性岩墙多个岩石单元之间以似层状或透镜体状形态平行叠置(图 13c)，接触面产状与片麻理和紧闭褶皱轴面产状基本一致。地块北缘为EW向展布的朱家坊韧性剪切带、南缘为ENE-WSW向展布的王家会韧性剪切带，典型的剪切带变形岩石为强烈糜棱岩化的五台群变质火山岩，陡倾的糜棱面理强烈置换了原岩片理构造，此外其中广泛发育近EW向延伸、缓倾矿物拉伸线理构造，出现大量长石、角闪石颗粒以及石榴石集合体形成的旋转碎斑构造，局部见长英质脉形成的不对称剪切褶皱，以及A型褶皱构造(图 13e, f)等，显示出强烈的韧性变形特征，而与此类似的变形特征也体现在地块内区域，例如在TTG片麻岩和变质表壳岩中形成陡倾的糜棱面理，并置换了早期片麻理或片理构造，常见近EW向缓倾矿物拉伸线理，地块中部胡家滩-黄土梁-梨树坪一带常见变质岩中发育大量指示韧性剪切作用的构造，包括长石旋转碎斑系，被剪切作用影响而不连续的斜长角闪岩或石榴角闪岩透镜体，及A型褶皱构造等(图 13d-f)等等。而上述指示韧性剪切变形的构造多改造褶皱形态，如线理构造叠加在褶皱两翼变质岩单元之上，剪切带糜棱面理切穿并置换褶皱完整形态，尤其是在地块北缘和南缘，靠近剪切带的一翼逐渐过渡为近EW向延伸、陡倾的糜棱面理构造，显示出多期构造变形作用的叠加特征。
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图 13 繁峙地块构造变形特征 (a、b)片麻岩中近东西向延伸，轴面陡倾、枢纽平缓的褶皱；(c)片麻岩、花岗岩和角闪岩等岩石单元之间形成近平行构造叠置；(d)片麻岩中被晚期韧性剪切变形影响而拉断的角闪岩透镜体；(e)片麻岩中强烈韧性变形的长英质脉体形成的A型褶皱；(f)片麻岩发育矿物拉伸线理，主要由拉长定向的石英、定向排列的长石组成，与左图(e)中褶皱的枢纽α一致 Fig. 13 Deformation characteristics of the Fanshi Block |
综合各地块特征进行对比，恒山地块和阜平地块的岩石组成、变质变形特征具有相似性，而繁峙地块和五台地块与二者显著不同(表 1)。恒山地块和阜平地块均以TTG片麻岩为主体，常见角闪岩和麻粒岩透镜体，经历部分熔融作用形成大量长英质脉体，广泛发育片麻理构造和强烈混合岩化，TTG片麻岩形成时代均为~2.5Ga，基性麻粒岩透镜体形成时代为2.8~2.7Ga，代表早期部分熔融残留的幔源物质(Zhao et al., 2001b, 2002b; Liu et al., 2002; Kröner et al., 2005a, 2006)。
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表 1 恒山-五台-阜平地区前寒武纪地块特征 Table 1 Characteristics of the Precambrian blocks in the Hengshan-Wutai-Fuping area |
恒山地块和阜平地块主要变质岩经历相似变质作用演化过程，二者均表现为顺时针变质作用演化轨迹，并经历近等温减压后等压降温的过程，TTG片麻岩仅保留角闪岩相矿物组合(图 14)，这可能是由于变质作用过程中熔体与麻粒岩组合发生反应的结果(魏春景, 2018)。基性麻粒岩透镜体变质程度为高角闪岩相-麻粒岩相，后期发生角闪岩相退变质作用(苗培森, 2001; Zhao et al., 2001b)。
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图 14 恒山-五台-阜平地区前寒武纪地块变质作用P-T-t轨迹(据Qian et al., 2017修改) Fig. 14 The P-T-t paths of Precambrian blocks in the Hengshan-Wutai-Fuping area (after Qian et al., 2017) |
另外，恒山地块和阜平地块中发育古元古代伸展构造环境下形成的非造山花岗岩(Liu et al., 2002; 杜利林等, 2018)，岩浆来源于地壳物质重熔事件(刘树文等, 2002; 赵瑞幅等, 2011)。此外，TTG片麻岩内发育长英质脉体和基性麻粒岩透镜体，并广泛发育平直片麻理、条带状构造和复杂褶皱，经历强烈的部分熔融作用，构造特征主要表现为片麻岩穹隆群，片麻理倾向数据的赤平投影图显示出穹隆构造形态特征(赵远方等, 2019)。
五台地块岩石组合主要包括五台群火山-沉积岩以及一系列变质花岗岩体，主要经历绿片岩相-角闪岩相变质，变质程度明显低于恒山和阜平地块(图 14)，是华北克拉通内的“花岗-绿岩带”(田永清, 1991; 沈保丰和毛德宝, 2003)。地块内片麻理和片理倾向数据的赤平投影图显示出褶皱构造形态特征(赵远方等, 2019)，形成NEE-SWW向展布的复式向斜形态(李江海等, 2009; Zhang et al., 2012; 赵远方等, 2019)。
综上，恒山地块和阜平地块是以TTG片麻岩和麻粒岩为主、变质程度较高同时具有复杂变形特征的片麻岩穹隆区，代表华北克拉通变质结晶基底的“高级区”，而五台地块则是以低级变质的火山-沉积岩为主、构造上形成一系列NE-SW向延伸的复杂褶皱，很可能代表华北克拉通内部的花岗-绿岩带，它们共同构成华北克拉通早前寒武纪“绿岩带-高级区”的壳层格局(翟明国, 2012, 2013)。
3.2 繁峙地块显示出外来地块的特征首先，繁峙地块在岩石组成方面与邻近地块存在差异(表 1)，主要岩石单元包括TTG片麻岩、以变质火山岩为代表的表壳岩系、变质基性岩墙以及花岗岩侵入体，其TTG片麻岩与恒山地块相比混合岩化作用较弱，深熔作用花岗质脉体不太发育，其麻粒岩透镜体以中压型为主，高压麻粒岩透镜体仅见于恒山地块及其北侧桑干带中(Zhao et al., 2001b; Li et al., 2010)。以变质基性火山岩为主的表壳岩仅存与五台地块东南缘金刚库岩组相似的“北金岗库岩组”(王凯怡等, 2000)，但其变质程度可达麻粒岩相，此外与五台地块相比缺失普遍为绿片岩相变质的高凡亚群、台怀亚群和以浅变质碎屑岩为主的滹沱群。繁峙地块以峨口岩体、王家会岩体灰色相为代表的花岗岩均属于晚太古代(ca.2.55~2.52Ga)侵入体，它们可能形成于大洋岛弧环境下初生地壳，源区物质可能来自于俯冲大洋板片脱水引起的上覆地幔楔的部分熔融(张健等, 2004)，其岩性、产出形态、变质程度以及地球化学特征表明其与恒山、阜平地块中TTG片麻岩主体显著不同，这些岩体与TTG片麻岩不同源且经历不同的演化过程(刘树文等, 2002; 张健等, 2004)。
其次，繁峙地块变质岩普遍经历角闪岩相变质，局部达麻粒岩相，麻粒岩包体显示出峰期变质条件处于中压变质相系，恒山地块则表现为高角闪岩相-麻粒岩相变质作用，峰期变质条件处于高压变质相系，而五台地块以角闪岩相的石咀亚群变质程度最高，高凡和台怀亚群则以绿片岩相等中低压型变质相系为主(表 1)。变质作用P-T-t轨迹显示，繁峙地块在峰期变质作用后快速减压过程存在持续时间较短的降温过程，与恒山地块较高的变质温压环境的近等温减压过程存在差异，与五台地块岩石所经历普遍较低的变质温压条件和近等温减压过程也不相同(图 14)。
五台、繁峙向恒山地块，变质程度呈现出逐渐加深的趋势，变质岩主体的峰期变质作用时代也有逐渐变新的趋势，分别为~1.95Ga、~1.92Ga和~1.85Ga(图 15; Qian and Wei, 2016; Qian et al., 2017; 魏春景, 2018)，魏春景(2018)将其解释为区域经历的两期变质变形事件，分别为~1.95Ga的中压型麻粒岩相变质作用和~1.85Ga的中-低压型角闪岩相变质作用。并认为前者对应造山过程中地壳加厚作用的峰期，加厚的地壳从深部折返至中地壳，并在P-T-t轨迹上对应压力峰期之后的等温减压过程，与中部带的形成基本一致，繁峙地块~1.92Ga的变质年龄记录代表第一次造山作用的结束。后者则对应板内变形事件，并造成岩石韧性剪切变形，形成于峰期变质作用后冷却过程和区域抬升作用，而这期变质作用时代与朱家坊剪切带和王家会剪切带时代大体一致(Zhao et al., 2019)，表明二者所夹持的繁峙地块发生的构造挤入事件可能与~1.85Ga变质作用相关。
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图 15 恒山-五台-阜平地区前寒武纪地块峰期变质作用时代分布(据Qian et al., 2017修改，图中数据为变质锆石年龄) Fig. 15 The histogram of main Metamorphic ages of Precambrian blocks in the Hengshan-Wutai-Fuping area (after Qian et al., 2017; data of diagram are metamorphic zircon U-Pb ages) |
构造变形特征方面，繁峙地块形成一系列紧闭褶皱群，表现为多个枢纽近EW向的线状向斜-背斜构造紧密排列，卷入褶皱的岩石单元以TTG片麻岩和变质表壳岩为主，与恒山地块、阜平地块的片麻岩穹隆构造和五台地块NE-SW向展布的大型复式褶皱的构造形式存在明显区别(赵远方等, 2019)。地块中发育一系列近EW向缓倾拉伸线理、S-C组构、定向分布的透镜体和枢纽EW向的A型褶皱等，是后期叠加强烈韧性剪切作用的结果，代表了近EW向走滑剪切作用对早期构造形迹的强烈改造。
综上，繁峙地块与相邻的恒山地块和五台地块在岩石组合、变质作用和时代以及构造样式等方面具有显著差异。由于繁峙地块北侧左行走滑性质的朱家坊剪切带和南侧右行走滑为主的王家会剪切带，共同限定了繁峙地块自西向东挤入恒山地块和五台地块之间并发生低角度逆冲(Zhao et al., 2019)，作者认为繁峙地块很可能是古元古代末由西向东的挤入的外来岩块(Zhao et al., 2019)。推测繁峙地块的来源存在两种可能：一是来自中部构造带西侧的鄂尔多斯地块深部基底，研究表明鄂尔多斯基底可能存在古元古代片麻岩为主的变质岩系，同时存在新太古代末岩浆活动(胡健民等, 2012; Wan et al., 2013; 张成立等, 2018)，在华北克拉通古元古代末整体挤压构造背景下，部分块体由鄂尔多斯基底抽离，并沿着NE或NEE向逐渐挤入华北中部构造带内恒山地块和五台地块之间，则繁峙地块可能代表鄂尔多斯基底物质的一部分。二是来自中部构造带西缘的吕梁地块边缘，这是由于吕梁地块中部雪岭韧性剪切带表现出左行走滑剪切性质(Gong et al., 2014)，可能与朱家坊韧性剪切带相接，剪切带的性质限定其东缘的块体存在沿着剪切带NE-NEE方向的运动趋势，吕梁地块的部分物质可能沿着剪切带系统发生NE方向的位移，在北部的朱家坊剪切带附近转向NEE或E，对应繁峙地块近似由西向东的挤入过程。
4 结论(1) 华北克拉通中部构造带恒山-五台-阜平地区可划分出恒山、繁峙、五台和阜平四个独立的前寒武纪地块，相邻地块间以大型韧性剪切带为界，这些剪切带的活动时代主要集中于1.85~1.80Ga。
(2) 恒山地块与阜平地块主要为高角闪岩相-麻粒岩相的TTG片麻岩和高压麻粒岩，为华北克拉通高级变质片麻岩穹窿区，五台地块主要变质火山-沉积岩系和一系列变质花岗岩，为华北早期花岗-绿岩带，它们共同组成华北克拉通早前寒武纪变质基底。
(3) 限制于恒山南部朱家坊韧性剪切带和五台山北部王家会韧性剪切带之间的繁峙地块，在岩石组成、构造变形、变质作用等方面与南北两侧的恒山地块、阜平地块以及五台地块有明显的差异，具有外来地块的特征。
致谢 杨勇、崔加伟、刘晓波、闫纪元和王东明等参加了野外工作并给予了帮助，在此表示衷心的感谢！感谢两位匿名审稿人对本文提出的建设性修改意见。
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