2017, Vol. 33
2. 山西师范大学地理科学学院, 临汾 041004
2. College of Geographical Science, Shanxi Normal University, Linfen 041004, China
华北克拉通作为世界上最古老的克拉通之一(Liu et al., 1992; Song et al., 1996; Wan et al., 2005, 2012; Wu et al., 2008)，具有早前寒武纪变质结晶基底和中新元古代沉积盖层的二元结构格局(沈其韩等, 2016)。与世界上其他古老克拉通(北美、西澳等)相比，华北克拉通以强烈发育新太古代晚期~2.5Ga构造热事件为典型特征(Kröner et al., 1988; Liu et al., 2012; Nutman et al., 2011; Peng et al., 2012; 沈其韩等, 2005; 万渝生等, 2005; Wan et al., 2010, 2011; Wang et al., 2009, 2013; Wilde et al., 2005; Yang et al., 2008; Zhao et al., 2002, 2005, 2008, 2012; Zhai and Santosh, 2013)，有着更为复杂的多阶段的构造演化，这使得更多研究者讨论其早前寒武纪的形成与演化。目前，主要的共识是华北克拉通寒武纪基底是由一些古老的微陆块拼合形成(伍家善等, 1998; Zhao et al., 2002, 2005; 翟明国和卞爱国, 2000; Kusky and Li, 2003)，但对于微陆块的划分方式、拼合时间和聚合机制等问题却存在不同认识：如华北东部陆块和西部陆块沿着古元古代末期中部造山带拼贴碰撞而形成(Zhao et al., 2000, 2001, 2002, 2010; Wilde et al., 2002; Kröner et al., 2005)，还有学者提出古元古代早期华北经历过一系列的裂解、俯冲、增厚及碰撞(滹沱运动)，由胶辽吉、晋豫(中部)和丰镇三个活动带为代表，随后在2.0~1.82Ga发生麻粒岩相变质和花岗质岩浆作用，此后进入稳定的地台演化阶段(Zhai and Santosh, 2011)。可见“中部造山带”的划分在不同构造模式中存在较大差异，其是否延伸到华北南部，以及华北南部的前寒武纪基底的构造归属问题，在很大程度上制约着上述科学问题的解决。华北克拉通南部鲁山、嵩山、中条山和小秦岭等地区的早前寒武纪岩石序列发育较为完整，是研究华北克拉通前寒武纪基底形成与演化的重要窗口。本文拟通过总结华北南部有关变质杂岩的研究，并结合近年来华北克拉通的一系列前寒武纪研究进展，进一步探讨华北克拉通南部早前寒武纪基底的形成与演化。
2 华北克拉通南部变质杂岩的地质概况华北克拉通南部广泛分布太古代结晶基底和较为完整的中、晚元古代盖层，岩石序列发育完整，是我国记录前寒武纪地质的典型地区之一。如图 1所示，华北南部前寒武纪结晶基底主体呈近东西向展布，由南而北分别由鲁山-小秦岭地区太华杂岩、嵩山地区登封杂岩和中条山地区涑水杂岩组成，研究这些前寒武纪地质单元对于理解整个华北克拉通的构造演化有着重要的意义。
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图 1 华北克拉通南部前寒武纪杂岩的地质概况简图 Fig. 1 The geological sketch map of the Precambrian complexes in the southern North China Craton |
太华杂岩总体呈NW-SE向展布，自西向东断续延伸数百千米，分别出露于临潼、渭南、灵宝、三门峡、洛宁、熊耳山、鲁山以及舞阳等地区。这套杂岩在鲁山地区出露最为典型，根据构造特征和岩石组合，大致以荡泽河为界划分为上太华群和下太华群(Zhang et al., 1985; Sun et al., 1994)，其中下太华群以TTG质片麻岩为主，局部夹斜长角闪岩、部分钾质花岗岩、变粒岩等，上太华群岩性较复杂，包括富铝质副片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、石英岩、磁铁石英岩等，属于表壳岩系。前人研究结果表明，鲁山地区太华杂岩的形成时间跨度较大，是由新太古代早期(2794~2752Ma)和古元古代早期(2.2~2.0Ga)两个不同阶段形成的地质体组成(第五春荣, 2010)，二者之间为不整合接触。近来，沈其韩和宋会侠(2014)根据两套岩系地质特征和形成时间之间存在的差异，将新-中太古代TTG岩系为主和伴生少量变质表壳岩的下部岩系称为太华杂岩，上部的古元古代变质表壳岩系称为“鲁山岩群”。太华杂岩普遍经历角闪岩相变质作用，鲁山岩群局部地区出露(高压)基性麻粒岩(沈其韩等, 1992; 孙勇, 1983; 徐启东等, 1994)。熊耳群火山岩不整合覆盖于太华变质杂岩之上，形成年龄约为1.78~1.75Ga，限定了太华杂岩变质作用的时代上限(He et al., 2009)。
2.2 登封杂岩登封地区前寒武纪地质体主要由新太古代登封群、古元古代嵩山群和花岗质岩石组成(万渝生等, 2009)，而登封杂岩则由登封群表壳岩和花岗质岩石组成。其中，登封群主要由斜长角闪岩、角闪变粒岩、黑云变粒岩、云母石英片岩以及少量磁铁石英岩等组成，经历角闪岩相变质；花岗质岩石主要包括闪长岩、TTG和二长花岗岩、钾长花岗岩等(郭安林, 1988; 劳子强和王世炎, 1999)。登封杂岩中的TTG质片麻岩与表壳岩系形成年龄相近，均为新太古代晚期的产物(万渝生等, 2009; 第五春荣, 2010)，该套杂岩与上覆古元古代嵩山群呈不整合接触。
2.3 涑水杂岩涑水杂岩出露于中条山脉西北侧，是该区最古老的岩石地质单元，分别与上覆的早、中元古界呈不整合接触关系。这套杂岩由~2.7Ga(Zhu et al., 2013; 张瑞英, 2015)和~2.5Ga两期TTG质片麻岩(田伟等, 2005; 郭丽爽等, 2008; 张瑞英等, 2013)、新太古代-古元古代早期钙碱性花岗质岩石(Yu et al., 2006; 张瑞英等, 2012)以及少量表壳岩和变质基性岩墙等组成。
3 典型地区早前寒武纪地质事件序列及其意义克拉通在形成过程中经历了多期构造变动，伴生多期岩浆活动和多期变质作用以及不同程度混合岩化和深熔作用的影响，岩石已遭受强烈叠加改造，因此具有复杂的构造-岩浆-变质演化历史(沈其韩等, 2016)。为研究华北克拉通南部基底的形成与演化，本文统计了鲁山地区、小秦岭地区、中条山地区和登封地区所出露的基底岩石的同位素年龄数据(图 2)，并分别探讨各地区前寒武纪地质事件序列及其地质意义。
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图 2 华北克拉通南部鲁山-小秦岭地区太华杂岩(b)、登封地区登封杂岩(b)和中条山地区涑水杂岩(c)所记录的构造-热事件分布图 Fig. 2 The distribution of tectonic thermal events recorded by the Taihua Complex in the Lushan-Xiaoqinling areas (b), the Dengfeng Complex in the Dengfeng area (b) and the Sushui Complex in the Zhongtiaoshan area (c), in the southern of North China Craton |
已有研究表明，2.7~2.8Ga的岩石在鲁山地区广泛发育(Kröner et al., 1988; Sun et al., 1994; 林慈銮, 2006; Liu et al., 2009; Diwu et al., 2010; Huang et al., 2010; 贾晓亮, 2016)，岩石类型主要为TTG质片麻岩和斜长角闪岩。鲁山地区2.8~2.7Ga岩石中锆石的εHf(t)值以正值为主(如：εHf(t) =-3.3~8.9, Liu et al., 2009)，该期地质事件是以新太古代地壳形成为主，伴有少量古老地壳物质的再循环(Diwu et al., 2010)。最近，贾晓亮(2016)报道了鲁山地区的一系列>2.8Ga的TTG岩石，包括了花岗闪长岩(2902±11Ma)、奥长花岗岩(2872±19Ma)、英云闪长岩(2845±36Ma和2888±34Ma)，三者具有相似的地球化学特征，认为它们是在较高的温压条件下(>15kbar，~900℃)由新生玄武质岩石的部分熔融而形成；锆石Hf同位素分析表明εHf(t)值以正值为主，也反映了鲁山地区的一次主要的陆壳生长事件。
如图 2b，早期对小秦岭地区太华杂岩的多数研究结果表明(Xu et al., 2009; 第五春荣, 2010; 李春麟, 2011; 王国栋等, 2012, 2013; Huang et al., 2013; 马桂霞等, 2013; 时毓等, 2014)，古元古代2.3~2.45Ga岩浆事件在该区较为发育。然而，小秦岭和鲁山地区太华杂岩的岩石组合、变形特征和地质体的构造展布等均极为相近，推测小秦岭地区可能存在古老的岩石记录。最近，在小秦岭地区太华杂岩中报道的2.7~2.8Ga岩石记录(如2802±13Ma武家坪花岗闪长岩)(Jia et al., 2016)印证了这一点，此外，锆石Hf同位素组成特征表明该期事件代表一期新生地壳的形成事件。因此，华北克拉通南部小秦岭-鲁山地区2.7~2.8Ga的地质事件主要代表该地区一次重要的陆壳生长事件，可能还包含有少量古老地壳物质的再造。
华北克拉通新太古代晚期构造-热事件广泛发育，其南部鲁山-小秦岭地区也有该期地质事件的记录，如小秦岭地区发育有2.5~2.52Ga的TTG质岩石(如2511±9Ma杜牧台奥长花岗岩)(图 2b)，同时该地区2.7~2.8Ga岩石中也记录了~2.5Ga变质事件(贾晓亮, 2016)，并根据锆石Hf同位素结果认为其代表一次陆壳生长事件，同时也伴随有一定量古老陆壳物质的再造。
3.1.2 古元古代地质事件虽然全球范围内~2.3Ga锆石年龄峰值并不明显(Condie et al., 2009)，但在华北克拉通南缘近年来发现了大量这一时代的岩石，如小秦岭地区广泛记录有~2.35Ga地质事件(图 2b)(Xu et al., 2009; 第五春荣, 2010; 李春麟, 2011; 王国栋等, 2012, 2013; Huang et al., 2013; 马桂霞等, 2013; Diwu et al., 2014; 时毓等, 2014; 贾晓亮, 2016)，并有学者提出该时期的岩浆事件可能具有双峰式的特点，指示伸展构造背景(贾晓亮, 2016)。第五春荣(2010)根据锆石Hf同位素研究表明，在全球地壳演化的“沉寂期”，华北克拉通南缘小秦岭地区岩浆活动较为强烈，既有古元古代早期新生地壳的形成，也有古老地壳物质的再造。此外，贾晓亮(2016)获得小秦岭地区~2.3Ga花岗闪长岩和花岗片麻岩的εHf(t)值均较高(变化于-5.13~+6.51和-1.11~+7.56，平均值分别为+1.26和+2.51)，表明岩浆源区存在新生陆壳物质和古老地壳物质的混合，并认为它们是伸展作用下的陆壳减薄而诱发部分熔融的产物。
鲁山-小秦岭地区2.2~2.0Ga地质事件以表壳岩形成为代表，鲁山地区表壳岩石形成时间大约为2.2~2.0Ga，陕西渭南市罗夫地区副变质片麻岩中2269Ma的岩浆锆石记录了2.0~1.9Ga的变质年龄，说明无论是鲁山地区还是小秦岭地区表壳岩系的岩石组合、变质类型乃至形成时代均表现出很强的一致性(Diwu et al., 2010)。此外，鲁山-小秦岭地区太华杂岩中均报道了1.95~1.82Ga变质事件记录(李春麟等, 2011; Huang et al., 2013; 王国栋等, 2013; 卢俊生等, 2014; Jia et al., 2016)，响应了整个华北克拉通古元古代中晚期所经历的构造-热事件。
3.2 中条山地区 3.2.1 新太古代地质事件近年来，在中条山地区陆续报道了~2.7Ga的地质事件记录(Zhu et al., 2013; 张瑞英, 2015)，主要集中于山脉西南部地区，岩石类型为TTG质片麻岩(图 2c)，岩石地球化学特征表明，其属于高铝TTG质片麻岩，是由新生玄武质岩石发生部分熔融所形成的(张瑞英, 2015)。锆石Hf同位素结果显示εHf(t)值为较高的正值(+3.5~+7.7)，模式年龄集中于2.7~2.85Ga(Zhu et al., 2013)，说明源区是来自亏损地幔分异形成的2.7~2.85Ga新生地壳，这期岩浆事件代表了中条山地区一期重要的地壳生长事件。此外，赵斌等(2012)对涑水杂岩中的灰色片麻岩、斜长角闪岩和二长花岗岩进行同位素年代学研究，发现岩石中均有大于2.7Ga古老锆石存在(2790±15Ma、2773±24Ma和2782±34Ma)，暗示中条山地区可能存在更古老的岩石记录。
新太古代晚期2.55~2.6Ga的岩浆活动是中条山地区最显著的一期岩浆事件(图 2c, 田伟等, 2005; 赵凤清, 2006; 郭丽爽等, 2008; 赵斌等, 2012; 张瑞英等, 2013)，以发育大量TTG岩石为特征，同时有少量钙碱性花岗质岩石和斜长角闪岩，这期构造热事件与整个华北克拉通最显著的岩浆作用时限一致。张瑞英等(2013)根据岩石的地球化学、同位素组成特征，认为~2.55Ga的TTG质岩石主要是由2.7~2.8Ga左右形成于下地壳的镁铁质岩石在新太古代末期发生分熔形成的，而非由俯冲的玄武质洋壳部分熔融所产生；~2.6Ga高钾钙碱性的横岭关和解州花岗岩体主要由~2.7Ga TTG岩石和下地壳镁铁质岩石的部分熔融形成(张瑞英等, 2012)，并综合Lu-Hf同位素分析结果和岩石成因等，认为中条山地区2.6~2.55Ga的构造热事件主体代表该区一期地壳再造事件，也伴随着少量地壳生长(张瑞英等, 2013)。
3.2.2 古元古代地质事件如图 2c所示，在中条山北部记录有古元古代时期2.35~2.4Ga的地质事件(赵凤清, 2006; 张瑞英等, 2012)，并且该时期的年龄记录在中条山地区的碎屑锆石U-Pb年龄研究中多有出现，暗示这期岩浆活动在中条山地区发育的范围可能更广。根据2.35Ga烟庄花岗质岩石中锆石Hf同位素结果(张瑞英等, 2012)，εHf(t)值主体为正值，模式年龄主要集中于两个年龄段(2.5~2.6Ga和2.7~2.8Ga)，模式年龄远大于其形成年龄(2351±37Ma)，指示源区物质在地壳滞留时间较长，说明该构造热事件主体并不是一期新生地壳生长事件，因此古元古代早期的这期构造热事件主体是代表中条山地区一期古老地壳物质再造的事件。
2.2~2.0Ga是中条山地区又一期重要的岩浆活动，该期热事件在铜矿峪超大型铜矿床形成过程中起着重要的作用。张晗(2012)对绛县群镁铁质火山岩的研究表明，这套岩石具有富钾、富铁镁而贫硅钙的特点，并与岛弧玄武岩的地球化学特征有很大的亲缘性，可能是弧后盆地早期的产物，代表该地区一次局部拉张事件。刘玄等(2015)通过对绛县群和中条群的斜长角闪岩进行定年，提出绛县群变质沉积-火山岩系可能形成于2.16~2.19Ga，而中条群中段的大理岩和黑色片岩系形成于2.06~2.09Ga之间，认为中条山地区在2.09~2.19Ga可能经历了两次裂谷事件。
刘树文等(2007)使用独居石电子探针Th-U-Pb化学法定年确定了中条山前寒武纪杂岩的主期变质作用发生在1885~1850Ma，并伴有同期S型花岗质岩浆活动，此外该区存在1743.5~1738.8Ma的年龄峰值，代表流体活化的年龄。肖兵等(2013)利用白云母40Ar/39Ar对中条山地区古元古代花岗质片麻岩进行测年，结果为1852±11Ma，表明中条山地区亦记录了古元古代晚期的变质作用事件。
3.3 登封地区第五春荣(2010)将登封地区地壳的形成和演化划分为4个阶段：1) 该地区可能存在早太古代，乃至始太古代早期的地壳物质；2) 大约在2.50Ga左右，本区发生了一期重要的构造-热事件，大量花岗质片麻岩侵入，形成片麻岩穹窿构造及其向斜构造和一些小型复杂褶皱，同时镁铁质火山熔岩及中基性火山碎屑岩喷发，形成登封杂岩。稍晚，石牌河变闪长岩侵入东侧的登封表壳岩系及西侧TTG质片麻岩中，局部又有钾长花岗岩侵入，强烈改造了早期穹窿构造，形成近东西向的紧闭褶皱构造；3) 大约2.3Ga左右，早期镁铁质岩浆的侵入标志着登封杂岩的最终形成，之后在太古宙的基底裂陷带上接受了嵩山群的沉积；4) 约1.9~1.8Ga，早期镁铁质岩浆经历了约两期变质作用，呈东西向较大规模的二长花岗岩侵入石牌河变闪长岩及TTG质片麻岩中。
综上所述，华北克拉通南部鲁山-小秦岭地区、中条山地区均有2.7~2.8Ga地质事件记录，指示着这一时期华北南部存在大量的地壳生长，而新太古代晚期(2.5~2.6Ga)的构造热事件是华北克拉通南部最显著的一期地质事件，该时期形成大量高钠TTG质岩石，也发育同期的二长花岗质岩石和高钾质花岗岩，并伴随着变质作用的发生，均表明此时期并不存在大规模的俯冲作用，标志着新太古代末期华北克拉通基本形成。新太古代末期至2300Ma之间，华北南部地质活动相对平静，随后在2300~1950Ma期间，鲁山-小秦岭、中条山等地区均经历了强烈而广泛的构造运动，指示一次基底陆块的拉伸-破裂事件。上述演化过程和特点与翟明国和彭彭(2007)提出的认识一致。之后，在华北南部各变质杂岩中均记录了1.95~1.82Ga之间的变质事件，并表现出近等温降压型顺时针P-T轨迹(梅华林, 1994; 蒋宗胜等, 2011; 卢俊生等, 2014; Wang et al., 2014)。
4 鲁山、登封和中条山地区早前寒武纪地质体演化特征对比 4.1 地质特征小秦岭和鲁山地区太华杂岩以TTG岩系为主，夹少量斜长角闪岩、钾质花岗岩、变粒岩等，二者具有较为一致的岩石组合，并且地质体的构造展布情况基本一致；根据近年来获得年龄数据(图 2b)，两个地区的太华杂岩在形成时代上亦可对比。目前，已获得太华杂岩中大量斜长角闪岩和TTG岩系的年龄(图 2b)，多数年龄结果介于2.7~2.8Ga之间，也有部分>2.8Ga的年龄值，即太华杂岩是中太古代-新太古代的产物。位于太华杂岩北部的中条山涑水杂岩主要由TTG质片麻岩、花岗质侵入体以及少量表壳岩组成(图 2c)，该杂岩的岩石组合与太华杂岩可进行对比；再者，涑水杂岩中亦发育~2.7Ga的TTG质片麻岩，这与太华杂岩中岩石记录也一致。目前，中条山地区还未发现>2.8Ga的岩石记录，但是涑水杂岩中的灰色片麻岩、斜长角闪岩和二长花岗岩均有大于2.7Ga古老锆石存在(2790±15Ma、2773±24Ma和2782±34Ma)，暗示中条山地区可能存在更古老的岩石记录(赵斌等, 2012)。因此，无论从岩石组合和形成时代，太华杂岩都可与涑水杂岩进行对比，故推测二者很可能为同一地质体，共同构成了华北克拉通南缘的早前寒武纪基底。
如图 3所示，不整合于太华杂岩之上的鲁山岩群是一套大陆边缘沉积，形成时代为古元古代(沈其韩和宋会侠, 2014)。涑水杂岩上覆的古元古代岩石单元主要为绛县群、中条群和担山石群，其中绛县群主要由变质泥岩、变火山岩和变质凝灰质沉积岩等组成(赵凤清, 2006; 李秋根等, 2008)，该变质沉积-火山岩系可能形成于2160~2190Ma(刘玄等, 2015)；中条群是一套变质陆源碎屑-碳酸盐沉积岩系，形成时代约为2059~2086Ma(赵凤清, 2006; 刘玄等, 2015)；担山石群变质碎屑岩系主要由粗碎屑沉积岩、石英岩和变质粉砂岩组成，与绛县群、中条群呈角度不整合接触，局部可见断层接触(白瑾等, 1997)，形成于古元古代晚期(赵凤清, 2006)，刘玄等(2015)根据岩石组合和矿化类型，提出中条山地区在2090~2190Ma可能经历了两次裂谷事件。就嵩山群而言，自下而上分为罗汉洞组石英岩、五指岭组片岩、花峪组石英岩和庙坡山组片岩，第五春荣等(2008)利用LA-ICP-MS法测得嵩山石英岩中最年轻的锆石年龄为2337±23Ma，并认为其为嵩山岩群的最大沉积年龄；万渝生等(2009)认为嵩山群形成时代为2.0~2.45Ga，可与五台地区高凡群(2.14~2.47Ga)或滹沱群(2.08~2.14Ga)对比。因此，华北克拉通南部古元古代时期形成的绛县群/中条群、鲁山岩群和嵩山群从形成时代上可以对比。
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图 3 华北克拉通南部鲁山、登封和中条山地区早前寒武纪的地层框架 Fig. 3 The Early Precambrian stratigraphic framework of the Lushan, Dengfeng and Zhongtiaoshan areas in the southern North China Craton |
华北克拉通南部地区太古代-古元古代岩石单元多上覆有熊耳群/西阳河群，研究表明，熊耳群火山-沉积地层形成于被动大陆边缘的裂谷环境，代表了古元古代末华北克拉通伸展-裂解事件的开始(Lu et al., 2002; 赵太平等, 2002, 2004; 徐勇航等, 2008; Zhao and Zhou, 2009)，熊耳裂谷之后，华北克拉通南缘开始进入稳定的沉积盖层发育阶段，主要形成中-新元古代陆源碎屑岩-碳酸盐岩沉积序列(高林志等, 2002)。因此，华北克拉通南缘沉积盖层主要由古元古代末熊耳群火山-沉积岩系和上覆的中-新元古界汝阳群、洛玉群及其相当的官道口群、栾川群、陶湾群以及嵩山地区的五佛山群等组成(胡国辉等, 2013)。胡国辉等(2013)通过对比不同地区沉积地层剖面和岩石学特征的研究表明，中元古代汝阳群、官道口群和五佛山群马鞍山组可以作为一个海侵沉积体系域。
4.2 变质演化特征华北克拉通南缘的太华杂岩自西向东依次出露于临潼、渭南、洛宁、鲁山、舞阳等地区，孙勇(1983)最早报道鲁山太华群中存在含紫苏辉石的麻粒岩(石榴二辉麻粒岩)和其它麻粒岩相变质岩(石榴石斜长辉石岩和硅线石榴石片麻岩)，提出该变质地体在其发展演化中遭受过麻粒岩相变质作用，变质条件约为680~720℃/8.0~10.0kbar。Lu et al. (2013)和卢俊生等(2014)提出鲁山地区太华杂岩中的斜长角闪岩类记录了顺时针变质作用P-T轨迹，保留了进变质、峰期和退变质3个阶段的变质矿物组合，不同阶段变质温压条件分别为710℃/7.8kbar、730~810℃/8.1~11.7kbar和730~740℃/3.5~5.7kbar；另外，在洛宁地区、华山地区出露的太华杂岩中斜长角闪片麻岩以及泥质变质岩中亦可识别出类似的3个阶段变质矿物组合(蒋宗胜等, 2011; Wang et al., 2014; Chen et al., 2015; 王国栋, 2015)。Wan et al. (2006)对鲁山地区太华杂岩中的石墨石榴夕线片麻岩和石榴花岗片麻岩分别进行了SHRIMP锆石U-Pb定年，获得变质年龄为1840~1870Ma；杨长秀(2008)获得鲁山地区石榴钾长花岗片麻岩和石墨夕线片麻岩的变质年龄分别为1871±14Ma和1844±66Ma；洛宁地区的斜长角闪岩和黑云斜长片麻岩记录的变质年龄为1.94~1.97Ga(蒋宗胜等, 2011; Chen et al., 2015)，华山地区太华杂岩中也发育1.82~1.97Ga变质事件(王国栋等, 2012, 2013; Huang et al., 2012; Wang et al., 2014)。不同岩石测定的变质年龄结果有一些差别，但基本可以确定太华杂岩中普遍记录了1.95~1.82Ga的变质事件。
就中条山地区而言，孙大中和胡维兴(1993)利用石榴石-黑云母温度计和Grt-Pl-Ky-Qtz压力计获得中条群十字石榴二云母片岩的变质温度为561℃、变质压力为3.8kbar。梅华林(1994)通过对绛县群横岭关组和中条群篦子沟组的泥质岩石进行变质作用研究，获得变质演化具有顺时针P-T轨迹。根据目前研究结果，涑水杂岩多受到角闪岩相变质，但不排除残余麻粒岩的可能。刘树文等(2007)对涑水杂岩中的花岗质片麻岩进行了独居石U-Th-Pb电子探针年代学分析，获得了1884.7±1Ma和1849.9±0.63Ma的变质年龄，即变质时代大体发生在~1.85Ga左右。
华北克拉通形成之后在内部和边缘形成了三个古元古代活动带(翟明国, 2010)，火山-沉积岩大致发育在2.3~1.95Ga，随着活动带的闭合在1.95~1.90Ga发生了区域变质改造，之后又发生了1.85~1.82Ga强烈的叠加变质(翟明国, 2010)，显然在华北克拉通南部地区1.95~1.82Ga的变质事件响应了整个华北克拉通古元古代晚期的区域变质作用。
5 华北克拉通南部早前寒武纪基底形成与演化 5.1 演化特点已有研究表明，2.9~3.8Ga古老岩石和碎屑锆石在华北辽宁鞍山、冀东曹庄和河南信阳等地均有记录(Zheng et al., 2004; Liu et al., 2008; Wilde et al., 2008; Wan et al., 2014)，除上述地区外，2.7~2.8Ga的岩石在太行山、鲁山、中条山等地区也陆续被报道(Jahn et al., 2008; Wan et al., 2011; Yang et al., 2013; Zhu et al., 2013)。就华北克拉通南部而言，目前发现的老于2.8Ga岩石仅局限于太华杂岩中(林慈銮, 2006; Liu et al., 2009; Jia et al., 2016; 贾晓亮, 2016)，太华杂岩年代学分析表明，>2.8Ga的残留锆石普遍存在(Diwu et al., 2010; Zhou et al., 2014)，暗示该地区可能存在更为古老的地壳物质。新太古代早期2.7~2.8Ga岩石在华北克拉通南部分布广泛，比如鲁山地区太华杂岩中TTG质片麻岩和斜长角闪岩形成于2794~2752Ma(林慈銮, 2006; Liu et al., 2009; 第五春荣, 2010; Huang et al., 2010; 贾晓亮, 2016)，小秦岭地区太华杂岩中亦发育有2786~2802Ma TTG质片麻岩(Jia et al., 2016)，中条山地区涑水杂岩中同样出露有~2.7Ga的TTG质片麻岩(Zhu et al., 2013; 张瑞英, 2015)。根据已有资料，仅在鲁山地区识别出少量>2.6Ga表壳岩石，而新太古代晚期2.5~2.55Ga表壳岩在华北克拉通南部出露相对较多。
2.5~2.55Ga岩浆活动是华北克拉通南部最为显著的一期构造-热事件，该时期形成的岩石在许多地区被鉴别出来(田伟等, 2005; 郭丽爽等, 2008; Diwu et al., 2011; 张瑞英等, 2013; 贾晓亮, 2016)，主要包括大量TTG质片麻岩、花岗质岩石以及部分表壳岩石，比以往认为的分布更广。显然，侵入岩的岩石类型随时间而变化，2.7~2.9Ga侵入岩主要为奥长花岗质和英云闪长质岩石，而在新太古代末2.5~2.55Ga时期的侵入岩中花岗闪长质岩石比例相对增加，在空间上与同时期形成的TTG质岩石共生，并且有少量壳源花岗质岩石(二长花岗岩)出现。因此，在中太古代到新太古代时期之间，华北克拉通南部的岩浆形成演化过程表现出奥长花岗质/英云闪长质→花岗闪长质→壳源花岗质岩石演化的趋势，说明地壳在中太古代形成之后，发生了明显增厚并在新太古代晚期达到高峰。
5.2 陆壳形成主要时期研究表明，地球上70%以上的大陆地壳在太古宙末期已经形成，太古宙形成之后地壳再循环过程逐渐占据主导地位(Belousova et al., 2010; Dhuime et al., 2012; Spencer et al., 2014)。就整个华北克拉通而言，存在从3.8Ga到1.8Ga连续的锆石年龄记录，最显著的年龄峰值为~2.52Ga和~1.85Ga，年龄峰谷为~3.6Ga、~3.2Ga、~2.85Ga、~2.65Ga、~2.25Ga和2.0Ga(万渝生等, 2015)，而位于华北克拉通南部的鲁山、中条和嵩山等地区构造-岩浆活动强烈，记录了华北克拉通复杂、多阶段构造演化历史。华北南部新太古代早期(2.9~2.7Ga)岩石整体具有正的全岩εHf(t)和εNd(t)值(Liu et al., 2009; 第五春荣, 2010; Huang et al., 2013; Zhu et al., 2013; Zhou et al., 2014)，指示了华北克拉通南部最重要的一次陆壳生长事件。新太古代末期~2.5Ga岩石主要为正的全岩εHf(t)和εNd(t)值，部分样品具有负εHf(t)值，其岩石成因以初生地壳物质部分熔融为主，同时存在古老地壳物质的再循环作用。古元古代早期(~2.35Ga)和古元古代中期(2.20~2.0Ga)岩石的锆石Hf同位素组成特征显示以古老地壳物质的再循环作用为主。因此，中太古代晚期-新太古代是华北克拉通南部地区主要的陆壳形成时期，与全球克拉通太古宙陆壳增生一致，而古元古代早-中期主要为地壳再循环时期。
5.3 华北克拉通南部早前寒武纪基底构造区划与构造格局综上所述，华北克拉通南部鲁山、小秦岭及中条山地区均有新太古代早期2.7~2.8Ga的岩石出露(以TTG质岩石为主)，而最显著的构造-热事件发生于新太古代晚期2.5~2.55Ga，在各地区均有该时期、多种类型的岩石出露，并表现出相似的岩浆演化趋势；此外，Hf同位素和Nd同位素结果显示，NCC南部基底具有相似的陆壳演化规律，即中太古代-新太古代陆壳形成时期和古元古代早-中期的再循环作用。显然，根据上述对华北克拉通南部基底杂岩的对比研究表明，它们在岩石组合、形成时代、陆壳演化特点等多个方面表现出极大的相似性，可能是同一大地构造环境下的产物。因此，华北南部在太古代末期很可能已经形成统一的基底，依据古老岩石和锆石(2.7~2.9Ga)的空间分布，将华北南部呈近东西向分布的鲁山-小秦岭地区和呈北东向展布中条山等地区划归为“南部古陆块”(图 4a)。
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图 4 华北克拉通“南部古陆块”的示意图(a)及华北克拉通南部基底中大型倾伏向斜示意图(b) Fig. 4 The distribution of the "Southern Ancient Terrane" (a) and the sketch map of a large plunging syncline in the crystalline basement in the southern North China Craton (b) |
华北“南部古陆块”古老岩石单元以中太古代太华杂岩为代表，鲁山地区太华杂岩中约~2.83Ga斜长角闪岩和TTG岩系分别记录了2776~2792Ma和2671~2651Ma变质年龄(Liu et al., 2009)，说明中太古代末期-新太古代早期形成的岩系经历了新太古代早期的变质改造。新太古代中晚期，“南部古陆块”经历了~2.5Ga左右的构造-热事件，在此期间大规模TTG岩系侵入，伴随着同时期的区域变质作用发生(Zhai, 2014; 魏春景, 2017)。随着华北克拉通形成之后在内部和边缘形成了古元古代活动带(翟明国, 2010)，该“南部古陆块”记录了~2.35Ga的岩浆事件，形成了2.2~2.0Ga火山-沉积岩系列，之后又经历了1.95~1.82Ga区域变质改造(孙勇, 1983; 刘树文等, 2007; 蒋宗胜等, 2011; Lu et al., 2013; Wan et al., 2014)。
再者，根据华北南部地质体的构造展布情况来看(图 1)，北侧的中条山涑水杂岩呈北东东向展布，南侧的小秦岭-鲁山太华杂岩呈近东西向展布，二者在西侧以风陵渡为界，中条山山脉经渭河地堑进入小秦岭地区，太华杂岩和涑水杂岩无论从岩石组合和形成时代上均可对比，且从构造展布上在风陵渡地区呈现出显著的合拢趋势，推测这种趋势显示的是褶皱封闭现象，据此提出华北南部存在一个大型的倾伏向斜。如图 4b，该倾伏向斜的枢纽向南东倾斜，涑水杂岩和太华杂岩分别构成向斜的两翼，西侧的转折端由于渭河地堑的发育而破坏，使得涑水杂岩和小秦岭地区太华杂岩呈现今的分布情况，而中条山和小秦岭-鲁山地区之间、呈近东西向分布的登封杂岩构成该倾伏向斜的核部。考虑到华北南部各古老地质体共同经历了新太古代晚期~2.5Ga左右的变质-构造-热事件，而不整合覆盖于中条山涑水杂岩、鲁山-小秦岭太华杂岩以及登封杂岩之上的古元古代绛县群/中条群、鲁山岩群和嵩山群均可进行对比，且多有熊耳群/西阳河群出露，因此，推测华北南部的大型倾伏向斜在新太古代晚期可能已经形成。而华北“南部古陆块”在新太古代末期与其它微陆块拼合，并发生了变质作用和陆壳的活化与再循环，共同指示了新太古代晚期华北克拉通统一基底的形成。
6 结论(1) 2.7~2.9Ga岩石在华北克拉通南部地区均有记录，它们共同构成华北南缘古老结晶基底，并经历了新太古代晚期~2.5Ga构造-热事件，说明华北克拉通南部在新太古代末期可能已经形成统一基底；
(2) 中太古代晚期-新太古代是华北克拉通南部地区主要的陆壳形成时期，与全球克拉通太古宙陆壳增生一致，而古元古代早-中期主要为地壳再循环时期；
(3) 综合地质、地球化学等特点，将华北南部呈近东西向分布的鲁山-小秦岭地区和呈北东向展布中条山等地区划归为“南部古陆块”，并提出该陆块呈现为一个大型的倾伏向斜构造，可能在新太古代晚期已经形成。“南部古陆块”在新太古代末期与其它微陆块拼合，并发生了变质作用和陆壳的活化与再循环，共同指示新太古代晚期华北克拉通统一基底的形成。
致谢 两位匿名审稿人提出了宝贵的修改意见；翟明国院士阅读全文并提出了极富建设性的意见；在此一并表示诚挚的感谢。| [] | Bai J, Yu ZX, Yan YY, Dai FY. 1997. The Precambrian Geology of Zhongtiao Mountains. Tianjin: Tianjin Science and Technology Press: 1-143. |
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