华北克拉通前寒武纪重大地质事件与成矿(翟明国 著)思维导图

第17卷第6期2002年12月地球科学进展A DVANC E I N E AR T H S C I ENCE SV o l.17　N o.6D e c.，2002文章编号：1001-8166（2002）06-0818-08华北陆块前寒武纪两次重大地质事件的特征和性质彭　澎，翟明国（中国科学院地质与地球物理研究所，北京　100029）摘　要：分类统计了华北陆块236个精度较高的大于16亿年的年龄数据。

统计分析显示，年龄数据存在2个最为明显的峰期，分别位于2550～2475M a B P和1900～1750M a B P区间，对应华北陆块25亿年和18亿年地质事件。

同时，这2次地质事件所包含的变质作用峰期和成岩作用峰期均有不同步的特点。

25亿年地质事件中成岩作用峰期早于变质作用峰期，而18亿年地质事件中变质作用峰期早于成岩作用峰期。

由此反映这2次地质事件性质的差异。

25亿年地质事件表现为巨型麻粒岩带、岩浆构造热事件、沉积建造开始和环境变化等，可能代表华北陆块一次重要的拼合事件；而18亿年地质事件表现为非造山岩浆活动、裂谷型火山—岩浆活动和强烈的退变质作用等，可能代表华北陆块一次重要的裂解事件。

关　键　词：年龄数据；华北陆块；地质事件中图分类号：P54 文献标识码：A 华北陆块主体由早太古代到早元古代基底和覆盖其上的中元古代到新生代未变质盖层组成。

华北陆块早太古代基底年龄3.2～3.85G a，出露于河北和鞍山—本溪变质区［1，2］。

中太古代基底年龄2.8～3.2G a，主要古陆块（＞2.7G a）包括：鄂尔多斯陆块、迁安陆块、鞍山—吉南陆块、沂水陆块、胶东陆块等［3，4］。

由于新太古代2.5G a构造热事件的作用，早中太古代的岩石学证据很少保存下来。

新太古代主要微陆块为：胶辽陆块、迁淮陆块、阜平陆块、集宁陆块、许昌陆块和阿拉善陆块等［5］。

新太古代岩石组成太古宙出露基底的85％，主要由～2.5G a的T T G片麻岩、同构造花岗岩和大量经历2.5G a绿片岩相到麻粒岩相变质和多期变形的表壳岩组成。

华北克拉通前寒武纪构造演化特征摘要华北克拉通前寒武纪地质构造演化具有明显的阶段性差异特征,克拉通主体形成于新太古代陆壳增生与碰撞造山过程。

华北克拉通在太古宙末期首次经历强烈的裂解作用,在古元古代晚期涉及强烈的陆缘再造作用。

在古元古代末期发生第二次大规模的裂解活动,随后以中元古代末期的造山带拼合为超大陆的组成部分。

详细的区域构造对比证明,华北克拉通长期以来与波罗的地盾、东南极克拉通、印度南部克拉通、巴西克拉通等具有构造亲缘关系。

关键词：华北; 构造演化，前寒武纪，克拉通1.前言华北克拉通出露面积不大，但经历了复杂的多阶段的构造演化，记录了几乎所有的地球早期发展的重大构造事件。

长期以来，华北克拉通早前寒武纪基底的形成及其大地构造演化备受国内外学者的关注，近二十年来更是将研究的重点聚焦于新太古代-古元古代基底构造格局的划分上。

目前，对华北克拉通前寒武纪基底构造格架的研究，虽然在某些划分细节上有所差别，但已经形成一个基本共识，即华北克拉通前寒武纪基底是由先存的数个微陆块后期拼贴而成的。

2.华北克拉通前寒武纪构造格局演变在对华北克拉通构造图分析的基础上,结合同位素年龄数据库的基本制约。

初步可以将华北新太古代—元古宙的构造演化划分为5个阶段,其主要的构造热事件与其他古陆具有良好的对应关系。

2. 1 新太古代末期的造山带及其陆块聚合格局大量的同位素年代学研究表明,华北克拉通主要形成于2. 80～2. 50Ga ,通过大量TTG-花岗岩增生与侵位来完成大陆地壳生长。

华北在新太古代主要由若干造山带及其两侧的古陆块和陆块边缘组成。

从北西向南东, 华北新太古代依次出现以下构造单元: 西部陆块(鄂尔多斯陆块)及其被动大陆边缘、中部碰撞造山带(五台-登封岛弧杂岩带、缝合带、弧后前陆盆地)、太行山沉积增生楔、鲁西-遵化岛弧及弧后盆地( 2.70～2. 55Ga )及东部陆块(胶辽陆块)等。

它们总体上构成东西陆块之间出现两列岛弧杂岩带(均向东俯冲)的基本构造格局。

华北克拉通的形成演化与成矿作用华北克拉通是中国地壳最稳定、最古老的一个构造单元，位于中国北方地区，包括山西、河北、内蒙古、北京、天津等地。

华北克拉通形成于古元古代，经历了漫长的地质演化，形成了丰富的矿产资源。

本文将对华北克拉通的形成演化和成矿作用进行介绍。

华北克拉通形成于古元古代，在这个时期，地球表面正发生着大规模的岩浆活动，形成了大量的地幔物质并且向上迁移，这些岩浆物质在地壳中冷却，形成了众多的岩石体。

随着时间的推移，这些岩石体被压实，从而形成了一个大陆性块体，即华北克拉通。

由于华北克拉通位于地球板块之间，因此在构造运动中，克拉通地块经历了多次的构造变形和风化侵蚀，形成了典型的克拉通地貌。

华北克拉通地区也是全球爆发性火山岩最广泛分布的地区之一，火山岩的存留为研究华北克拉通古构造演化提供了重要线索。

华北克拉通是一个非常丰富的矿产资源地区，包括铜、铁、金、煤等多种矿产资源。

华北克拉通中的成矿作用主要发生在古生代和中生代，其形成与华北克拉通地区的构造演化密不可分。

早期的成矿作用主要发生在晚古生代，此时华北克拉通正在受到由华夏地块向北的构造力的挤压和剪切，产生了多个构造体系，这些构造体系的运动激活了华北克拉通内的岩浆活动，形成了大量的伟晶岩、花岗岩等岩石，为后期的矿床成矿提供了物质基础。

中生代是华北克拉通中矿床成矿密度最高的阶段，多种类型的矿床在这个时期形成。

河北地区矿床以铁矿和铜矿为主要成矿类型，煤炭、石墨、贵金属等矿种也有一定规模的产出。

山西地区主要铁路成矿带沿列别山次生构造形成，煤、铁、金、铀等多种矿产资源丰富。

内蒙古地区矿床以煤和稀土矿为主要类型，同时还有铜、铜-铁复合矿床等。

总的来说，华北克拉通是一个非常重要的构造单元，其形成演化和成矿作用已经得到了深入的研究，更深入的了解华北克拉通的地质特征和成矿规律，对于寻找和开发矿产资源具有重要意义。

以下是近年来全球范围内一些与大气环境、气候变化等相关的数据：1. 全球二氧化碳（CO2）浓度持续升高，自1850年以来CO2浓度已经上升了约40%。

华北克拉通东部中生代两次巨变克拉通能否长期稳定存在主要取决于岩石圈地幔。

周边板块俯冲及其触发的深部过程联合作用，造成华北岩石圈地幔由克拉通型转变为大洋型，从而导致克拉通破坏。

大陆主要由克拉通和造山带组成。

克拉通能够在漫长的地质历史时期稳定存在，因此是地球上最古老的大陆，保存有最完整的地质记录。

然而，由于遭受改造和破坏，克拉通会失去原有的稳定性。

例如，华北克拉通和北美怀俄明克拉通中生代以来都发生了破坏。

相比之下，华北克拉通的破坏现象更明显，破坏程度更高。

因此，华北克拉通业已成为固体地球科学研究的一大热点。

克拉通能否长期稳定存在，主要依赖于岩石圈地幔的特征和属性。

因此，克拉通演化的核心是深部岩石圈地幔的演化。

研究表明，华北克拉通破坏的根源在于岩石圈地幔组成和性质的根本性转变。

华北岩石圈地幔是如何转变的？时至今日，大家对这一问题的认识仍在存在分歧。

在国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助下，中国科学院地质与地球物理研究所汤艳杰研究员等在《中国科学：地球科学》发表文章，以华北克拉通破坏前后岩石圈的特征为视角，基于不同时代幔源岩石及地幔捕虏体特征的综合对比，进一步探讨了华北岩石圈地幔的转变过程。

幔源岩浆所携带的地幔捕虏体是岩石圈地幔的直接样品，被称为研究岩石圈地幔的探针。

华北地区广泛分布着不同时代的幔源岩石和地幔捕虏体（图1），这为研究岩石圈地幔特征提供了宝贵的样品。

图1 华北克拉通地幔捕虏体分布图华北古生代金伯利岩中地幔橄榄岩捕虏体的形成年龄和化学组成与全球其他典型克拉通（如南非、北美和西伯利亚克拉通）相一致（图2）。

根据橄榄岩的化学组成估算，华北古生代具有厚达200km 的岩石圈，岩石圈地幔主要由难熔的橄榄岩（富Mg、贫Fe）构成。

这表明华北地块在古生代是一个典型的克拉通。

图2 华北古生代岩石圈地年龄、组成及其与典型克拉通的对比华北早白垩世岩石圈地幔总体具有富集的特征（图3），Sr-Nd同位素变化范围大，在空间上表现为高度不均一。

2010年2月Feb.,2010矿床地质M IN ERAL D EPOSI T S第29卷第1期Vol.29No.1文章编号:0258-7106(2010)01-0024-13华北克拉通的形成演化与成矿作用*翟明国1,2(1中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源重点实验室,北京100029;2中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室,北京100029)摘要华北克拉通具有38亿年的漫长历史,特别是与其他克拉通相比,它有更为复杂的多阶段的构造演化史,记录了几乎所有的地壳早期发展与中生代以来的重大构造事件。

在太古宙,华北克拉通经历了>310Ga的陆核与微陆块的形成;217~219Ga的陆壳增生;215Ga的岩浆、变质作用与克拉通化;213~119G a的古元古代活动(造山)带;118G a的基底隆升与裂谷-非造山岩浆事件。

在新元古代)古生代,华北克拉通处于相对稳定的地台状态,其南、北缘受到秦岭造山带和中亚造山带的影响;在中生代,华北克拉通则经历了强烈的中生代构造格局的转变和克拉通的破坏与重建;在新生代,华北克拉通的东缘属于环太平洋构造带的一部分。

与上述重大构造事件相对应,华北克拉通出现大规模的成矿作用,形成了丰富多样的固体矿产资源。

华北克拉通的形成与演化及其不同类型的成矿系统,为深刻理解大地构造背景对成矿作用的制约提供了范例。

关键词地质学;华北克拉通;陆壳演化;构造背景;成矿作用中图分类号:P611文献标志码:ATectonic evolution and metallogenesis of North C hina CratonZHAI M ingGuo1,2(1Key L aboratory of M iner al Resources,I nstitute of G eolo gy and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100029, China;2State K ey Laborator y of Lithospheric Evolution,Institute of Geology and Geophysics,Chinese A cademy of Sciences,Beijing100029,China)AbstractT he N orth China Craton(NCC)is one of the oldest cr atons in the wor ld,with the age of the old crust up to~318Ga.It has a complicated evolution histor y and has reco rded almost all the important geological events of the Ear th.T he main early Precambrian g eological ev ents and key tectonic issues are as follows:Old continental nuclei and main crustal g rowth in the NCC took place at217 ~219Ga;By215G a,the micro-blocks had amalg amated to for m a co herent craton;t he2300~1950M a Paleoproter ozoic mobile belts came into being;the1800M a lo wer crust uplifted as a w hole;and there occurred mafic dy ke swarm,continental rifting and in-trusion of orogenic magmatic association.In the per iod of N eoproterozoic and Paleozoic,the N CC w as tectonically inactive but w as af-fected by the Central Asian Orog enic Belt.T he Nor th China Craton pr obably exper ienced disruption and reconstruction in M esozoic and belonged to the Cir cling Pacific Orog enic Belt in Cenozoic.T he North China Craton has abundant ore deposits corresponding in ag e to the above important g eolo gical events.M esozoic metallog enesis was closely related to Mesozoic tectonic inversion and litho-spheric thinning.T he main ore-fo rming types include porphyr y M o-polymet allic deposits and large-scale metallogenic g old ex plosion r elated to partial melting of the basement and gr anitic intrusion.Key words:g eology,North China Cr aton,cont inental crust evolution,geo logical setting,metallogenesis*本文是国家基础研究重点项目(2006CB403504)和国家自然科学基金项目(40672128;90714003;40721062)的研究成果第一作者简介翟明国,男,1947年生,研究员,中国科学院院士,主要研究前寒武纪地质与变质地质学。

Geology：华北克拉通交代岩石圈地幔与中生代巨量金成矿黄金是国家战略资源之一，研究金矿床成矿机理对提升找矿潜力具有举足轻重的作用。

华北克拉通在早白垩世（140-120 Ma）短时间内发生了大规模的金成矿作用，使华北的金探明储量占全国50%以上，其中仅胶东金矿集区就已探明4000-5000吨黄金。

华北中生代巨量金矿的成因一直是国际研究的焦点，但是也是难点。

绝大多数国内外矿床学家认为，华北克拉通金矿不能由造山型金矿床成矿模型解释，因为华北克拉通的高级变质作用发生在前寒武纪，远远早于金成矿作用发生的中生代；而且早期的高级变质作用已使地壳极度亏损金和迁移金的流体，不利于后期的成矿(1)。

另外，华北克拉通金矿床成矿时代与华北克拉通破坏峰期（~120 Ma）一致(2-4)。

在综合华北克拉通破坏和金成矿的大量研究成果后，中国科学家将此归结为克拉通破坏型金矿床，认为华北克拉通岩石圈地幔经历了多期次俯冲交代，该交代富集地幔部分熔融产生的富含挥发分的幔源岩浆提供了金元素和迁移金所需的挥发分(4)。

最近几年国际同行也逐渐认识到，世界上其他地区也可能存在类似的情况，即克拉通岩石圈交代地幔对大规模的金成矿（省）起着关键的作用(5, 6)。

其中，华北克拉通可能是研究交代岩石圈地幔与巨量金矿床关系的最佳实例。

然而，强烈的交代地幔是否富含金，以及交代地幔对金成矿贡献的具体机制仍然不清楚。

针对该重要问题，中国地质大学（武汉）汪在聪教授团队及其合作者，建立了低本底高精度准确分析地质样品中金和铂族元素含量的方法，应用于华北克拉通不同演化阶段的地幔橄榄包体（N=28）以及中新生代玄武岩（N=47），系统理解华北岩石圈地幔金含量随时间的演变以及地幔部分熔融形成玄武岩过程中金的释放效率。

博士生程怀经过大量的摸索，通过王水熔样，阳离子树脂分馏提纯，结合高灵敏度电感耦合等离子质谱 (HR-ICP-MS, Element XR)，实现了对极低金含量地质样品的高精度测试，金全流程本底小于5 pg。

中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期: 583 ~ 592 英文引用格式: Zhu R X, Chen L, Wu F Y, et al. Timing, scale and mechanism of the destruction of the North China Craton. Sci China Earth Sci, 2011, 54: 789–797,doi: 10.1007/s11430-011-4203-4《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS进 展华北克拉通破坏的时间、范围与机制朱日祥①*, 陈凌①, 吴福元①, 刘俊来②① 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室, 北京100029; ② 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083 * E-mail: rxzhu@收稿日期: 2011-03-09; 接受日期: 2011-03-20国家自然科学基金重大研究计划项目(批准号: 90814000, 90814002)资助摘要 华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区. 自国家自然科学基金委员会设立“华北克拉通破坏”研究计划以来, 通过不同学科间的有效交叉融合, 围绕该克拉通破坏的时间、范围和机制等重要科学问题, 进行了大量的工作, 并取得了诸多新认识. 太行山东西两侧地壳与岩石圈厚度空间变化以及地球化学属性的异同显示, 华北克拉通破坏主要集中在东部, 而西部主要表现为克拉通的改造. 克拉通化之后的沉积建造、岩浆活动和构造变形等特征表明, 克拉通破坏发生在中生代, 其峰期为125 Ma 左右. 通过对比发现, 岩石圈减薄在全球其他克拉通中也多有发生, 但大多并不伴随克拉通的破坏; 只有当受到大洋板块俯冲作用的强烈影响时, 克拉通破坏才有可能发生. 具体到华北地区, 在早白垩世全球地幔整体升温背景下, 太平洋板块的俯冲使华北克拉通东部地幔对流系统失稳, 导致了华北克拉通东部破坏; 岩石圈拆沉或热-化学/机械侵蚀是地幔对流失稳所产生的不同表现形式.关键词时间、范围和机制 克拉通破坏 华北克拉通是地球表层的重要组成单元, 占地球陆地面积的50%左右[1]. 它主要形成于前寒武纪(>5.4亿年), 特别是早前寒武纪(>18亿年). 典型的克拉通具有厚度约为200 km 的岩石圈, 而且密度和热流值较低、刚性较高, 所以克拉通具有免遭后期地质作用改造的能力[2], 表现在其形成后, 无明显的壳内韧性变形和岩浆活动, 其上覆沉积盖层呈近水平状产出; 现今也无明显地震活动, 从而成为地球上最稳定的地区. 正是由于这种稳定性, 克拉通保留了目前地球上最古老的物质(44亿年)和最完整的地质历史记录[3], 成为有地质学以来研究大陆形成与演化最重要的地区.华北克拉通自18亿年克拉通化之后至早中生代, 一直保持相对稳定, 并保存有巨厚的太古宙岩石圈根[4~6]. 但自中生代以来, 华北克拉通, 特别是其东部, 发生了大规模的构造变形和岩浆活动, 形成多种类型的盆地, 伴随产生了大量的金属矿产和油气资源[7]. 20世纪初, 翁文灏先生[8]根据我国东部晚中生代构造-岩浆(火山)活动情况, 提出了“燕山运动”的概念; 随后, 陈国达先生[9]提出了“地台活化”的观点. 20世纪90年代, 中外科学家根据对华北克拉通的研究, 提出了“岩石圈减薄”[10,11]或“去根”的概念[12]. 随着研究的深入, 人们逐步认识到华北克拉通东部不仅发生了100多公里岩石圈地幔的丢失[11,13], 而且岩朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制584石圈地幔物理化学性质发生了根本性的改变[14~18]. 更为重要的是, 华北克拉通应该具有的稳定性遭到破坏, 如原本稳定的地壳发生了大规模韧性变形和岩浆-成矿活动. 我们将这种克拉通稳定性整体丧失的地质现象称之为克拉通破坏[19]或去克拉通化[20]. 很显然, “岩石圈减薄”只是华北克拉通演化的表象之一, 而“克拉通破坏”才是其演化的本质所在.稳定的大陆克拉通遭到破坏或改造还是人类认知中认识相当有限的一种地质现象, 对该现象的探索可望成为打开大陆地质之门的钥匙, 为认识大陆的形成演化及其效应、构筑更完善的地球形成与演化理论体系提供新的突破口. 国家自然科学基金委员会部署实施了“华北克拉通破坏”重大研究计划, 集中我国在地球科学、数理科学和信息科学等领域的优势研究力量, 突破传统学科界线的束缚, 进行了不同学科间的有效交叉融合, 围绕“华北克拉通破坏”这一核心科学问题, 在大陆形成演化等基础性和前瞻性研究领域取得了重要进展, 为我国的地球科学做出了突出贡献.1 华北克拉通破坏的时代华北克拉通在古元古代晚期形成后, 直到早中生代保持其基本稳定的特征, 沉积了巨厚的浅海相碎屑岩与碳酸岩. 尽管在此之前曾遭受了多期程度不同的改造作用, 但这些并没有彻底改变其克拉通整体稳定性的基本属性[21]. 比如, 在中元古代时期, 华北陆块内部和边缘发育大量狭长的裂陷槽, 形成巨厚的海相沉积组合, 其中尤以燕辽、白云鄂博-狼山、熊耳-吕梁裂陷槽最为典型. 这一时期, 华北还发育典型的非造山型岩浆活动, 如大洪峪组富钾火山岩、密云环斑花岗岩、大庙斜长岩和下马岭期基性岩墙群等[22,23]. 早古生代(~4.8亿年), 华北克拉通东部含金刚石金伯利岩(山东蒙阴和辽宁复县)的喷发及其捕获的地幔包体说明当时华北克拉通岩石圈的厚度约为200 km [4,5]. 几乎与金伯利岩岩浆喷发同时, 华北克拉通结束了早寒武世以来大面积发育的浅海相碳酸盐岩沉积, 开始了长达 1.5亿年的剥露历史, 并进而在早-中石炭世开始接受新的海陆交互相沉积, 至早三叠世结束. 晚古生代华北克拉通北部古亚洲洋的俯冲以及早中生代华南大陆与华北克拉通的碰撞拼合, 都对华北克拉通北南边缘甚至内部的演化产生了影响, 但这些事件对华北克拉通的改造只是局部的, 并不代表华北克拉通整体破坏的开始. 晚中生代古太平洋板块俯冲作用以及蒙古-鄂霍次海的闭合导致华北克拉通动力学体制发生重大转折, 即由早中生代的南北向收缩或挤压转变为与古太平洋板块俯冲相关的近东西向(NWW-SEE 向)的板内变形与伸展[21]; 正是这次重大动力学体制转折导致华北克拉通东部的破坏, 并在早白垩世(~125 Ma)达到峰 期[24].华北克拉通破坏的重要标志是岩石圈减薄、地幔性质转变以及壳内大规模韧性变形与岩浆活动, 特别是在早白垩世出现大量伸展构造(包括变质核杂岩、拆离断层和断陷盆地)以及与之相伴的岩浆活动和岩石圈地幔物性的改变. 变质核杂岩构造是地壳强烈伸展并使中下地壳物质直接剥露至地表的典型构造样式, 它在华北克拉通内多处存在, 从西北的呼和浩特变质核杂岩、到中部的京北云蒙山变质核杂岩、再到东部医巫闾山(瓦子峪)和辽南变质核杂岩以及南缘发育的小秦岭变质核杂岩等. 这些伸展构造的最大特点是其发育的近乎等时性(135~115 Ma)和运动方向的一致性(NWW-SEE 向)[25~27]. 与之相伴, 华北克拉通还发育了一系列规模和尺度各异的断陷盆地(如承德盆地、阜新盆地、胶莱盆地、合肥盆地等)或盆地群(如辽西盆地群、辽东半岛盆地群等); 这些盆地或盆地群的共性在于普遍受伸展正断层控制, 尽管控盆断裂延伸方向不同, 但其下盘或上盘的运动方向基本一致. 值得注意的是, 早白垩世的伸展构造不仅仅局限于华北克拉通, 在我国东北和华南, 甚至蒙古东部和俄罗斯贝加尔湖地区均发育具有相同特点的伸展构造. 早白垩世华北克拉通破坏峰期之后, 华北陆块东部已不再具有典型克拉通的属性, 表现形式之一是板内区域性旋转运动[28~30]; 变质核杂岩构造分析也揭示了华北克拉通东部区域性旋转运动与伸展构造存在时空耦合关系[25].2 华北克拉通破坏的空间分布华北克拉通破坏的空间分布, 是深入研究该破坏作用动力学过程和机制的重要依据, 而认识地壳和岩石圈结构性质是理解上述克拉通破坏空间分布的有效途径. 对华北克拉通破坏的早期认识主要来自对古生代金伯利岩和中新生代玄武岩及其地幔包中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期585体的岩石-地球化学研究, 由于地幔包体和岩浆岩空间分布的局限性, 对于缺乏岩石出露的沉积盆地和植被等覆盖区, 岩石学和地球化学方法在判断克拉通属性时往往会遇到困难. 近年来在华北地区开展的大规模宽频带流动地震台阵观测(图1)为从大区域获得华北克拉通破坏空间分布特征提供了科学依据.利用密集台阵资料获得的最新地震学成像结果显示[31~40], 华北克拉通现今地壳和岩石圈厚度存在明显的区域差异(图2). 克拉通东部普遍分布着薄的地壳(<35 km)和岩石圈(60~100 km), 其中地壳厚度横向变化不明显, 而岩石圈厚度则从东南边缘郯庐断裂带的60~70 km 向西北内部逐渐增加至90~100 km. 与东部相比, 华北克拉通中-西部地壳明显较厚, 一般在40～60 km 范围变化, 且大多与地形起伏成镜像关系; 中-西部岩石圈厚度显示出强烈的横向非均匀性, 即在稳定的鄂尔多斯盆地之下保留着约200 km 的“厚岩石圈”, 而在环鄂尔多斯的新生代银川-河套和汾渭裂陷区则为约80 km 厚的“薄岩石圈”, 且横向变化大(图2). 需要特别指出的是, 地壳和岩石圈厚度在克拉通东部与中部边界附近的显著变化, 与南北重力梯度带和地形的突然改变密切相关(图2).这些观测结果, 结合华北克拉通东部新生代相对饱满的岩石圈地幔特征和壳源岩浆岩的广泛分 布[5,13,14,24,41], 清楚地表明华北克拉通东部曾经历了岩石圈地幔的整体性破坏以及地壳的强烈改造和减薄作用(主要是下地壳). 因此, 现今华北克拉通岩石圈地幔具有新生岩石圈地幔的性质, 地壳则是前寒武纪与显生宙地壳的“混合型” (或称其为古老克拉通地壳的改造型).华北克拉通中-西部主体为“厚岩石圈”与局部 “薄岩石圈”的观测结果说明, 华北克拉通中-西部地区并没有被破坏, 即还保留着克拉通整体稳定的属性, 仅发生了局部岩石圈改造或减薄. 这一深部特征的浅表响应是中-西部地区较低的地表热流和构造稳定性, 以及局部的中生代-新生代岩浆活动. 综上所述, 我们将克拉通整体稳定属性未变、而其地壳或岩石圈地幔结构和/或性质只发生局部变化的现象定义为克拉通改造.3 华北克拉通破坏的深部动力学深部地幔是克拉通破坏的重要动力来源, 问题图1 华北克拉通流动地震台阵分布NCISP, 华北内部结构计划; DNCC, 华北克拉通破坏计划. 紫色三角表示观测尚未结束的流动地震台站朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制586图2 华北克拉通岩石圈厚度等值线图据文献[37~40]改编. 等值线上的数字表示岩石圈厚度值, 鄂尔多斯北部的虚线为根据文献[40]推测的结果是我们如何去理解这一过程. 我们知道, 地球内部间断面的结构与性质是制约地球动力学的关键因素. 因此, 对华北克拉通破坏深部过程的研究需要从认识深部间断面的结构与性质入手. 通过分析研究密集流动地震台阵资料获得的华北克拉通地幔过渡带结构图像[42~45], 揭示了地幔过渡带的厚度在华北克拉通东部和中部边界附近发生显著变化, 与此相伴随的是地幔过渡带底部(~660 km 间断面)结构与物性的明显横向变化(图3(a)). 结合矿物物理实验研 究[47~49], 华北克拉通东部较厚的地幔过渡带(>250 km) 和中-西部偏薄的地幔过渡带(≤250 km)与区域地震层析成像显示的高速(低温)太平洋俯冲板块滞留在中国东部地幔过渡带、其前缘未超过太行山一线的图像[46](图3(b))相吻合, 并分别对应于华北克拉通东部的整体破坏和中-西部局部岩石圈改造或减薄(图2, 3(c)).华北克拉通东部和中-西部地幔过渡带厚度还有两方面的特征值得注意: 其一, 在岩石圈被整体破坏的东部和局部被改造或减薄的西部地区, 地幔过渡带厚度变化是不同的(图3(a), (c)); 比如, 在中-西部岩石圈被减薄到约80 km 的汾渭裂陷和银川-河套裂陷区, 地幔过渡带也比较薄, 厚度大多在245 km 以下, 尤其是岩石圈相对更薄的银川-河套裂陷之下, 地幔过渡带甚至不足240 km. 因此, 岩石圈被减薄的环鄂尔多斯裂陷区对应的是相对“薄的地幔过渡带”, 而岩石圈被整体破坏的华北克拉通东部对应的是相对“厚的地幔过渡带”. 其二, 克拉通东部岩石圈和地幔过渡带厚度的横向变化幅度大致相当(都为30~40 km), 而中-西部岩石圈厚薄差异非常显著 (>100 km, 图2), 但地幔过渡带厚度变化则相对平缓(<15 km, 图3(a), (c)). 这些差异特征进一步表明, 华北克拉通中-西部与东部经历的地幔动力学过程具有明显的差异, 正是这种差异造成克拉通东部整体被破坏, 而中-西部仅仅是岩石圈的局部改造或减薄.中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期587图3 华北克拉通地幔过渡带结构(a) 地幔过渡带厚度分布图[44]; 其中黄色圆圈代表地幔过渡带厚度和660 km 间断面结构都发生明显变化的位置; (b) 沿37°N 的E-W 向P 波速度扰动剖面[46]; (c) 沿A-A ′和B-B ′剖面地幔过渡带厚度与岩石圈厚度的横向变化对比4 华北克拉通破坏机制对于华北克拉通破坏机制, 一直存在很大争议. 我们重申, 垂向上的岩石圈减薄不等于破坏, 就像水平方向上的大陆裂解一样, 也不是破坏. 从动力学角度来看, 造成岩石圈强烈改造、减薄和破坏的原因不外乎两个, 即板块运动引起的板缘作用和深部地幔动力施加的板下作用. 这两者究竟哪种作用在华北克拉通破坏过程中扮演了更为重要的角色呢？对于这一问题, 需要从不断积累的观测和实验数据中寻求答案, 也需要我们从全球的角度来认识.目前, 全球主要的克拉通有南非、西伯利亚、北美、南美、东欧、澳大利亚和南极等. 通过分析已有资料, 我们发现除资料较少的南极克拉通情况不明 外, 上述克拉通中只有南非克拉通没有岩石圈明显减薄的证据. 岩石圈减薄最具代表性的例子是印度克拉通, 它的岩石圈厚度从11亿年前约200 km 变化到现在的不足100 km [50,51]. 因此, 我们说克拉通岩石圈减薄是较为常见的地质事件, 并非华北克拉通独有. 对全球克拉通资料更详尽的总结发现, 上述岩石圈减薄主要与地幔热柱活动有关. 如印度克拉通的减薄就与导致65 Ma 德干玄武岩喷发的Reunion 地幔柱有关[52]. 然而上述克拉通岩石圈尽管普遍发生了减薄, 但大多仍然保留其克拉通整体稳定的基本属性, 没有出现强烈的壳内韧性变形与岩浆活动等地质事件. 例如印度克拉通, 其65 Ma 喷发的德干玄武岩目前仍呈水平状产出, 现今也无明显的大地震活动. 也就是说, 克拉通岩石圈减薄并不一定伴随克拉朱日祥等: 华北克拉通破坏的时间、范围与机制588通破坏; 如果再考虑到南非、西伯利亚、北美、南美等克拉通下方曾有过超级地幔柱活动、而这些克拉通仍保持稳定未被破坏的事实[53,54], 我们认为, 地幔柱有可能使克拉通岩石圈减薄, 但不能使其破坏. 大陆岩石圈稳定性模拟研究[55,56]也表明, 典型克拉通岩石圈底部的热-机械侵蚀作用是较为有限的, 即使直接位于超级地幔柱之上并与其发生相互作用, 克拉通岩石圈地幔根也需要大约2亿年以上的时间才能被显著侵蚀减薄[57], 更不用说克拉通的破坏. 排除了地幔深部运动施加的板下作用, 我们可以推论, 克拉通破坏可能更多地与板缘作用有关, 这在北美克拉通表现最为明显. 研究发现, 由于太平洋板块的俯冲作用触发了地幔的非稳态流动, 致使该克拉通西缘岩石圈不仅减薄, 而且被破坏了[58~60];同样, 现有的各种观测资料表明, 中生代以来太平洋板块向东亚大陆的持续俯冲所引发的非稳态地幔流动对华北克拉通东部的整体性破坏起了重要作用[13,24,36,61]. 这一结论首先来自太平洋俯冲事件与华北克拉通破坏在时间和空间上的相关性. 从时间上来说, 华北东部大规模岩浆活动[24]、区域性构造伸 展[25,26,62]和大规模成矿[7,63]等均是反映岩石圈减薄和破坏的地质现象, 与太平洋板块生长速率显著增加和俯冲方向突然变化的时间相对应[63,64]. 从空间上来说, 南北重力梯度带和郯庐断裂带两条中国东部大型构造带的走向(图1), 也都显示出与太平洋板块俯冲的相关性. 新的地震学研究揭示, 华北克拉通东部的破坏与这些浅表地质特征和太平洋板块在地幔过渡带的滞留具有对应性(图2, 3). 这反映了太平洋板块俯冲过程对东部地区从地表到上地幔以及地幔过渡带的结构与物性都产生了强烈影响, 导致华北克拉通下方产生不稳定的地幔流动体系, 造成过渡带间断面形态的高度不均匀, 引起上地幔减压熔融或地幔物质沿着克拉通根向上流动和停滞在过渡带的俯冲板块部分沉入下地幔[45]. 另一方面, 上述不稳定的地幔流动体系及太平洋板块的俯冲还引起弧后拉张作用, 导致华北克拉通东部普遍发育NWW-SEE向伸展构造. 在这样的动力背景和非稳态地幔流动体系共同作用下, 早白垩世(130~120 Ma)华北克拉通东部岩浆活动达到高峰. 由此可见, 华北克拉通东部整体性的破坏与太平洋板块俯冲引起的地幔不均一流动密切相关. 太平洋板块俯冲之所以有别于华北克拉通所经历的其他板块俯冲事件(如晚古生代古亚洲洋向华北的俯冲、早中生代扬子向华北的俯冲等), 除了太平洋板块本身的特征和俯冲历史之外, 还与晚中生代全球构造背景有关. 在早白垩纪, 太平洋超级地幔柱的上升与特提斯洋关闭相关的地幔雪崩事件以及冈瓦纳大陆的裂解事件等使太平洋板块俯冲加速, 并引起其俯冲方向和速率的显著改变[24,63,65~68]. 大洋板块的快速俯冲与白垩纪全球地幔的整体明显升温[69], 增强了流体交代、熔融作用和岩浆活动, 触发了俯冲带及其邻近区域地幔流动非稳态的出现, 导致上覆岩石圈地幔弱化; 同时, 非稳态地幔流动进一步促使克拉通内力学薄弱带发生构造活化, 从而更有利于岩石圈的弱化和破坏(图4). 上述作用必然造成岩石圈底部热-机械-化学侵蚀效率的显著提高, 并进一步加速重力失稳和下地壳与岩石圈地幔拆沉等克拉通不同破坏方式的发生. 以上论证了太平洋板块俯冲导致的地幔非稳态流动是华北克拉通东部破坏的主因, 那么华北克拉通中-西部岩石圈局部改造或减薄的动力又来自何 处? 如前所述, 中-西部地区以>100 km 的小尺度岩石圈厚薄差异和<15 km 的地幔过渡带厚度平缓变化为特征. 如果仅考虑温度因素, 根据矿物物理实验结果, <15 km 的地幔过渡带厚度差异对应于不到100℃的温度异常[70]. 显然, 中-西部强烈的岩石圈厚度变化不可能完全由这一弱温度异常及其所对应的现今深部地幔过程来解释. 该地区岩石圈显著减薄的两个新生代裂陷区都对应于早先存在于克拉通的古元古代构造带[40,71]. 相对于太古代克拉通的核心部分, 这些古老构造带强度相对较弱, 更易于受到后期构造事件的影响. 因此, 华北克拉通中-西部岩石圈局部改造或减薄与其早期本身的不均一性有关. 其中强度较低的活动构造带在后期的热-构造事件过程中, 较易成为受热更强烈和应变更集中的区域[72,73], 从而其岩石圈较易受到改造、弱化和减薄. 这种作用也使活动构造带对邻近的克拉通核心地区起到构造缓冲和保护作用, 并进一步导致中-西部地区长期稳定的鄂尔多斯与环鄂尔多斯活动带之间岩石圈结构存在强烈的差异性[40,71]. 事实上, 与华北中-西部类似的克拉通岩石圈局部改造或减薄, 以及克拉通核心区与周边活动带壳幔结构的强烈差异, 在南非[74]、欧洲[75]、西伯利亚[76]、东非[77]、北美[78,79]等克拉通都被普遍观测到, 而活动构造带对邻近克拉通的缓中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第5期589图4 华北克拉通破坏与改造的地幔对流机制冲和保护作用也被地幔动力学数值模拟研究所证 实[80], 成为克拉通能够长期稳定的一个重要因素. 基于上述分析可知, 晚古生代古亚洲洋向华北的俯冲、早中生代扬子向华北的俯冲甚至印度板块向欧亚大陆的俯冲等地质事件都会引起华北克拉通中-西部构造薄弱带局部改造或岩石圈减薄, 但不会造成西部克拉通整体稳定属性的改变.5 结语新的研究结果表明, 华北克拉通破坏不是一个特殊的地质现象, 而是特定构造环境下大陆岩石圈演化的产物. 对华北克拉通破坏的研究意义, 不仅在于它的东部破坏程度明显超过世界上其他的克拉 通[19], 成为古老克拉通遭受破坏的最典型地区[81], 还在于它的中-西部岩石圈局部改造或减薄可能还反映了克拉通演化过程中另一个更为普遍的现象和规律. 所以说, 华北克拉通破坏所蕴含的丰富地质内涵使它成为探索大陆动力学的极佳场所. 因此, 继续加强对华北克拉通破坏的研究, 并将其置于全球构造背景下, 从区域差异性和共性角度进一步认识大陆的稳定与破坏以及大陆形成和演化规律, 是中国科学家能够为全球地球科学事业做出突出贡献的重要突破口.致谢两位审稿专家提出了宝贵的修改意见和建议, 谨表谢忱.参考文献1 Rudnick R L, Fountain D M. Nature and composition of the continental crust: A lower crustal perspective. Rev Geophys, 1995, 33: 267-3092 Pearson D G. The age of continental roots. Lithos, 1999, 48: 171–1943 Wilde S A, Valley J W, Peck W H, et al. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4Gyr ago. Nature, 2001, 409: 175–1784 池际尚, 路凤香. 华北地台金伯利岩及古生代岩石圈地幔特征. 北京: 科学出版社, 1996. 2925 Xu Y G. Thermo-tectonic destruction of the Archean lithospheric keel beneath the Sino-Korean Craton in China: Evidence, timing andmechanism. Phys Chem Earth, 2001, 26: 747–7576 Gao S, Rudnick R L, Carlson R W, et al. Re-Os evidence for replacement of ancient mantle lithosphere beneath the North China Craton.Earth Planet Sci Lett, 2002, 198: 307–3227 Yang J H, Wu F Y, Wilde S A. A review of the geodynamic setting of large-scale Late Mesozoic gold mineralization in the North ChinaCraton: An association with lithospheric thinning. Ore Geol Rev, 2003, 23: 125–152。

第一节安全生产管理基本概念★两个概念：安全生产：指在社会生产活动中，通过人、机、物料、环境的和谐运转，使生产过程中潜在的各种事故风险和伤害因素始终处于有效控制状态，切实保护劳动者的生命安全和身体健康。

安全生产管理：针对人们在生产过程中的安全问题，运用有效的资源，发挥人们的智慧，通过人们的努力，进行相关决策、计划、组织和控制的行为，实现生产过程中人与机器设备、物料、环境的和谐，达到安全生产的目标。

★安全生产事故等级划分：简版★what is “事故”，是指造成人员伤亡、职业危害、财产损失的意外事件。

★按照《企业职工伤亡事故分类标准》将企业事故分为20 类：物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、触电、淹溺、灼烫、火灾、高处坠落、坍塌、冒顶片帮、透水、放炮、瓦斯爆炸、火药爆炸、锅炉爆炸、容器爆炸、其它爆炸、中毒和窒息及其他伤害。

★what is“事故隐患”：生产经营单位违反安全生产法律、法规、规章、规程、标准和安全生产管理制度的规定，或者因为其他因素在生产经营活动中，存在的可能导致事故发生的物的危险状态、人的不安全行为和管理上的缺陷。

事故隐患分为一般事故隐患和重大事故隐患。

一般事故隐患是指危害和整改难度较小，发现后能够立即整改排除的隐患。

重大事故隐患是指整改难度大应全部或部分停产停业，并经一段时间方能排除的隐患。

★企业、政府和公众等多方综合性地开展隐患辨识、评价、消除、整改、监控等活动和措施，使生产安全系统的事故风险处于可接受水平的过程即为隐患治理。

★危险：系统中存在导致发生不期望后果的可能性超过了人们的承受程度。

人、机、环境、管理等四类风险★危险源：是指可能造成人员伤害和疾病、财产损失、作业环境破坏或其他损失的根源或状态。

★第一类危险源：生产过程中存在的，可能发生意外释放的能量，包括生产过程中各种能量源、能量载体或危险物质。

决定了后果的严重程度。

★第二类危险源：导致能量或危险物质约束或限制措施破坏或失效的各种因素。

项目名称：华北克拉通前寒武纪重大地质事件与成矿首席科学家：翟明国中国科学院地质与地球物理研究所起止年限：2012.1-2016.8依托部门：中国科学院一、关键科学问题及研究内容1、关键科学问题通过对国内外研究现状和发展趋势的分析，我们认识到：（1）发展前寒武纪优势矿产成矿理论，是国际矿床研究的重大前沿性科学问题，而解决前寒武纪地质演化过程和重大地质事件对成矿元素巨量聚集的控制机理，则是面向国家需求急待解决的关键科学问题；（2）华北克拉通前寒武纪地质演化与全球典型克拉通的对比，以及矿床类型、成矿机理、矿产的赋存方式和分布规律等方面异同的研究，既是建立华北克拉通前寒武纪成矿理论的需要，也是区域矿产资源潜力评价与找矿的突破口。

本项目的关键科学问题：华北克拉通前寒武纪陆壳巨量生长、构造体制转变和环境突变过程中成矿元素巨量聚集的机理和规律。

这一关键科学问题的内涵包括：1）前寒武纪与成矿作用有关的重大地质事件的性质、过程及时空格架；2）新太古代地壳物质巨量生长与稳定化过程及其成矿效应；3）表生矿床成矿作用对古元古代环境突变和大氧化事件的响应；4）早期板块构造的建立、超大陆的出现以及相应的聚合-裂解过程对成矿作用的制约机制；5）优势矿产的时空分布、成矿系列与找矿预测。

2、主要研究内容围绕上述关键科学问题及其内涵，本项目拟开展的主要研究内容包括：（1）华北克拉通前寒武纪重大地质事件的性质与时空格架厘定华北前寒武纪地壳生长、演化规律及其重大地质事件的性质和序列。

系统运用同位素年代学方法，查明重要的岩浆活动、变质作用等构造-热事件的时代、期次和分布；结合野外地质调查、构造地质学、岩石学和地球化学研究，确定这些事件的性质、规模、物质演化关系和构造背景，阐明华北克拉通新太古代陆壳巨量生长及其后的多阶段克拉通化过程，解析华北克拉通元古宙陆块多期拼合-裂解构造历史，探讨其与Columbia和Rodinia超大陆形成演化的联系。

地质构造的发展演化中国自始太古代开始孕育陆核以来，大致可划分为古陆壳生长发展时期、古板块早期活动与中国古陆块形成时期、古板块主要活动与中国古大陆镶合时期、中生代板块活动与陆内构造时期等4个大地构造发展演化时期，特别是随着陆块的形成，于中晚元古代开始板块活动以来，出现一系列重大的地质构造事件。

太古代—早元古代古陆壳生长时期始太古代鞍山白家坟深成侵入岩的形成是我国已知最古老的构造热事件，说明华北原始陆核已开始生长，塔里木陆核也在稍晚进入孕育时期。

陈台沟运动和迁西运动至中太古代末阜平运动，华北、塔里木也可能包括上扬子有陆核形成。

这时陆壳已有一定刚度，于晚太古代五台期和早古元古代滹沱纪时已开始有大规模裂陷作用发生。

此后陆壳继续生长，至早元古代末经吕梁运动中国早前寒武纪克拉通基本形成。

其中华北陆块已基本固结，塔里木陆块也已初步成型。

中晚元古代古板块早期活动与中国古陆块形成时期中晚元古代时期开始了古板块活动，经裂解－汇聚，中国古陆块基本形成，也是罗迪亚超大陆的形成时期。

四堡—晋宁期1 中元古代早期裂谷期华北、塔里木、扬子等早前寒武纪古克拉通离散，华北与扬子间有中元古代松树沟等蛇绿岩带发现，其间当有洋盆相隔。

华夏早前寒武纪克拉通这时从扬子克拉通分离出来，出现了华南小洋盆。

各克拉通内部或边缘广泛发生裂陷，华北陆块北部形成了渣尔泰-白云鄂博裂谷带，中部有太行-燕山裂谷带，南缘有汉高-熊耳裂谷带。

晋冀鲁三省发育的岩墙群主要岩脉K-Ar年龄值1 680 Ma～1 775 Ma。

在塔里木板块周缘如阿尔金北侧和中天山地区的中元古界为含火山岩的砂泥质复理石，均属不稳定型沉积，扬子地区在早前寒武纪古克拉通的基础上，大部分地区形成了巨厚的浊流沉积，在江南陆缘桂北、湘北有科马提岩分布。

华夏克拉通北缘及闽中的陈蔡岩群，马面山岩群发育双峰式火山岩，也形成于被动陆缘或裂谷环境。

2 青白口纪晚期中国古陆块的聚合与裂解这一时期发生的四堡（晋宁Ⅰ）运动使扬子陆块固结并与塔里木、华北陆块相联，扬子陆块东南缘与华夏陆块碰撞，从而拼为一体的中国古大陆基本形成，并很可能成为罗迪尼亚超大陆的成员（陆松年，2001）。

中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第8期: 1037 ~ 1046 英文引用格式: Zhai M G. Cratonization and the Ancient North China Continent: A summary and review. Sci China Earth Sci, 2011, 54: 1110–1120, doi:10.1007/s11430-011-4250-x《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS评 述克拉通化与华北陆块的形成翟明国中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029 E-mail: mgzhai@收稿日期: 2010-12-10; 接受日期: 2011-04-07国家自然科学基金重点项目(批准号: 41030316)、国家自然科学基金重大研究计划项目(批准号: 90714003)和中国科学院方向项目(编号: KZCX2-YW-Q04-04)资助摘要 克拉通化是稳定的大陆形成的重要事件, 在地球演化历史上未见重复. 华北克拉通的形成经历了两期克拉通化事件, 为理解早期陆壳的形成与演化提供了难得的实例. 第一期克拉通化发生在新太古代末期, 很可能是在2.53~2.60 Ga 的微陆块拼合之后很短的时间内, 以陆壳岩石和初生地壳岩石(基性岩浆岩)的部分熔融形成广泛分布的花岗质岩石的侵入、岩墙群和裂谷型火山-沉积盖层为标志. 古元古代华北克拉通出现了裂谷-俯冲-增生-碰撞的陆内造山事 件, 以三条古元古代的活动带为代表. 第二期克拉通化即克拉通再造发生在古元古代末的陆内造山之后约1.95~1.82 Ga 期间, 出现麻粒岩相-高级角闪岩相的克拉通基底岩石的整体抬升, 伴随壳熔花岗岩形成和强烈的混合岩化, 而后有镁铁质岩墙群侵入、裂陷槽和裂谷形成, 以及奥长环斑花岗岩-斜长岩-碱性花岗岩-碱性火山岩的非造山岩浆活动(在18~16.5亿年). 中元古代后华北进入地台演化阶段.关键词克拉通化 华北 陆块形成1 克拉通化及其意义虽然迄今为止地球上最老的物质或岩石记录都是来自陆壳岩石的, 但多数研究者仍然认为地幔是难以直接熔融出陆壳岩石(平均成分)的. 岩浆海模式假设首先通过岩浆分异或二次熔融形成陆核, 而后经过巨量陆壳增生, 形成了微陆块或小陆块. 早期形成并且长期未经构造活动(变形)具有一定规模的地壳部分, 称为克拉通, 大多数克拉通都是在太古宙形成的[1~3]. 这些克拉通在太古宙末一个特定的地质时期, 即~25亿年(2.5 Ga), 形成全球规模的超级克拉通(陆块)[3~6], 才有了与现今相类似的洋陆格局.克拉通化就是形成克拉通的过程, 包括了固体圈层中的岩石、地球化学、构造地质、地球物理场等等的诸多演化和剧变. 笔者在经典定义的基础上将克拉通化概括为: 形成稳定的上下大陆地壳圈层, 并与地幔耦合的地质过程[6]. 可见, 克拉通化是地球、特别是大陆发展历史上最重要的地质事件之一. 全球大多数古陆的克拉通化完成在太古宙末的一个特定时期, 即 2.65~2.5 Ga, 少数完成于古元古代末, ~2.0~ 1.9 Ga [1,3], 并在以后的地质演化中未见重复. 克拉通化的结果是在地球上形成与现今规模相似的稳定大陆. 克拉通的标志即是陆壳克拉通化的地质表现和必然结果, 它们主要是: (1) 没有造山带活动, 而代之为有稳定的地台型盖层沉积; (2) 岩墙群侵入; (3) 大量的壳熔花岗岩; (4) 地幔岩与地壳中火成岩在时翟明国: 克拉通化与华北陆块的形成1038代上以及物质成分上的一致性和对偶性, 后者体现了深部与浅部的关系.~25亿年的全球克拉通化的意义可以简单地归纳为三点: (1) 在地球上形成了与现今规模大致相当(>80%~90%)的陆壳; (2) 假设世界上的克拉通聚合成超级克拉通(大陆)[4,5]; (3) 上下地壳分层、壳幔圈层耦合, 支持有大陆岩石圈形成, 并与古大气圈和古水圈达到平衡[3].2 华北的克拉通化与陆块形成华北克拉通是世界上著名的古老陆块, 它具有~38亿年(3.8 Ga)的漫长历史, 与其它克拉通相比, 有更为复杂的多阶段的构造演化[5,6], 记录了几乎所有的地球早期发展的重大构造事件, 并在中生代又发生了减薄与改造(破坏).2.1 陆核与巨量陆壳形成华北有若干古老的陆核, 它们由花岗质片麻岩和变质的沉积砂岩中的~3.0~3.8 Ga 亿年的古老锆石来作为指示标志[7~12]. 最近, 华北中部、南部和西部的元古宙变质沉积岩和显生宙沉积岩中不断有 3.7~3.8 Ga 的碎屑锆石被报道, 因此推测冥古宙晚期-太古宙早期的古老陆壳岩石在华北可能比原来想象的分布更广. 在华北南缘的古生代火山碎屑岩中还发现有~4.1 Ga 的锆石, 带有~3.9 Ga 的变质环带[13], 是目前在中国发现的最古老的锆石之一.根据已有的地质资料, 陆壳的80%~90%是在早寒武纪形成的, 绝大多数形成在中-新太古代[14~19]. 具有3.0~2.5 Ga Sm-Nd 的模式年龄的陆壳岩石约占华北陆壳的78%, 其中>3.0 Ga 的约占~15%, <2.5 Ga 约占7%, 大部分陆壳(~55%)的形成应在2.7~2.9 Ga 之间, 称为陆壳的巨量生长期[20]. Hf 同位素模式年龄最主要的分布区间在2.6~3.0 Ga, 并且有2.82 Ga 的峰值, 与Nb 同位素的地质意义相似. 通过长英质片麻岩和火山岩的研究, 全球陆壳的巨量增生在 2.7~2.8 Ga 期间, 主要的岩石类型是高钠的长英质片麻岩(TTG), 其次是镁铁质－超镁铁质火山岩[21~24]. 此次陆壳增生大多被推测与超级地幔柱事件相关[15,25,26]. 华北陆壳的增生与全球一致. 太古宙的陆壳增生一般认为是围绕着古老陆核形成微陆块. 华北的太古宙微陆块根据不同的研究者的划分约有10~5个[1,27~31], 比较明确的7个太古宙微陆块是胶辽(JL)、许昌(XCH)、迁怀(QH)、鄂尔多斯(ER)、徐淮(XH)、集宁(JN)、和阿拉善微陆块(ALS)[20].2.2 新太古代末的克拉通化过程与标志继2.7~2.9 Ga 的巨量陆壳增生后, 新太古代晚期华北经历了微陆块拼合和随后由变质作用和壳熔花岗岩、盖层沉积为标志的克拉通化.2.2.1 新太古代晚期微陆块拼合新太古代晚期(2.5~2.6 Ga)是华北陆块演化最重要的时期. 这个时期有较多的火山作用与沉积作用, 形成新太古代绿岩带; 有大量的壳熔的花岗岩和TTC 片麻岩形成; 有广泛的麻粒岩相-角闪岩相变质作用; 有镁铁质岩墙和花岗岩脉群侵入. 新太古代绿岩带大多形成在~2.5 Ga, 代表性的有红透山、东五分子、登封和五台山绿岩带, 少数~2.6~2.7 Ga 的绿岩带, 如雁翎关绿岩带. 最近的研究雁翎关绿岩带有明确的~2.5亿年的变质以及大量~2.5 Ga 的花岗岩体和岩席, 表明该绿岩带在~2.5 Ga 仍有明确的构造活动[32,33].图1是华北太古宙末期的微陆块与绿岩带的分布示意图. 绿岩带作为线性的褶皱带围绕古老的微陆块分布, 像世界上其他克拉通一样, 很像是由绿岩带焊接了微陆块. 已经有不同的模式描述新太古代末(2.53~2.6 Ga)绿岩带围绕高级区的克拉通构造格局和机制[6,28,30]. 2.52~2.50 Ga 的钾质花岗岩侵入到绿岩带和相邻的不同微陆块, 并且有部分花岗岩经历了变质作用, 表明微陆块已拼合成一体, 并形成现今规模的华北克拉通陆块.2.2.2 新太古代末华北克拉通化以往的研究多认为华北经历了两期或更多期的克拉通化, 在~2.5 Ga 新太古代末华北已经形成现今规模的古陆[1,30,34~36]. 最近的研究[37~77]提供了更多与克拉通化有关的~2.5 Ga 变质作用和壳熔花岗岩事件的证据. 主要包括: 太古宙的岩石经历了~2.6和2.52~2.50 Ga 的变质作用; 各微陆块有大量的基底岩石的部分熔融和混合岩化; 壳熔的花岗岩包括由中酸性岩石和沉积岩部分熔融形成的钾长花岗质-花岗质-二长花岗质岩石和基性岩石部分熔融形成的TTG 质-二长花岗质岩石作为岩体、岩株和岩席侵入到古老的岩石中并切穿不同微陆块以及绿岩带和高级区中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第8期1039图1 华北克拉通古太古代末的微陆块与绿岩带据文献[28, 33]修改地体的界限、25亿年的基性岩墙以及碱性-超镁铁质岩墙侵入到古老的岩石以及新太古代末的花岗岩中.大量的壳熔花岗岩是克拉通化过程中达到上下地壳稳定分层的重要过程. 这个过程导致上地壳总体成分更趋于花岗质, 而含有熔融残留物质的下地壳、并且有底侵的辉长岩加入使其更趋于镁铁质. 上下地壳的变质程度也有很大的差别. 上地壳层为绿片岩相、未变质相. 下地壳层的变质相从下而上分别是: 麻粒岩相、混合岩化麻粒岩相、混合岩化角闪岩相、角闪岩相[78]. 这种物质成分与变质相的分层使得初始陆壳的密度增大和在其它物理-化学状态变得稳定. 地幔为地壳的分层提供能量并有适量的物质加入, 软流圈地幔经过岩浆萃取后形成岩石圈地幔, 因此稳定的陆壳分层也导致壳幔达到耦合. 陆壳与陆壳下地幔的耦合应该标志着大陆岩石圈的形成, 并与大气圈和水圈达到新的平衡. 微陆壳的拼合暗示在新太古代末已经开始从早期的垂向构造为主向横向构造转化, 表现出洋陆相互作用, 有限的和小规模的弧-陆或陆-陆的俯冲与碰撞, 与板块构造的体制仍有较大差别[79].新太古代末的全球克拉通化之后, 地球的演化历史上出现了长达0.15~0.2 Ga 的静寂期, 没有火山活动, 没有构造活动[15], 使得2.5 Ga 作为太古宙与元古宙的分界年龄具有划时代的意义.2.2.3 新太古代末克拉通化的标志新太古代末的华北花岗岩大致有三期, 即 2.55~ 2.53, 2.51~2.50和2.50~2.45 Ga. 三期的花岗岩都可以大致分为三类, 即高钠质的TTG 、二长花岗岩和高钾质的花岗岩. 它们的源岩可能分别是: 镁铁质岩石、镁铁质岩石与沉积岩/长英质岩石、长英质岩石. 根据镁铁质岩石代表洋壳、长英质岩石代表陆壳的设想引发了不同的与板块构造相似或相左的成因模式. 总之, 有足够的热(地幔活动)就可导致已有的地壳部分熔融形成花岗质岩石, 地壳源岩的不同就可以分别形成高钠或高钾质的花岗岩.壳幔相互作用的结束以岩墙群的侵入为特征. ~2.5~2.45 Ga 的岩墙群以斜长角闪岩/基性麻粒岩为代表, 它们多经历了强烈的变形与变质. 最近在冀东识别的橄榄辉长岩-碱性岩共生的岩墙, 其锆石离子探针U-Pb 年龄为2.504和2.516 Ga [80]. 共生的超镁铁质与碱性岩墙是罕见的, 指示在太古宙末期, 华北克拉通的岩石圈已经相当厚并且稳定.最近的研究证实在华北核部的冀东出露的浅变质的火山-沉积岩(青龙群)[81]和在华北北部广泛分布的浅变质的火山-沉积岩(红旗营子群和单塔子群)的翟明国: 克拉通化与华北陆块的形成1040形成年龄是 2.50~2.51 Ga(翟明国数据, 待发表), 它们的火山岩显示陆内裂谷的双峰式特征, 形成时代应在区域的高级变质作用之后, 应代表华北新太古代末克拉通化之后的盖层沉积.3 古元古代活动带与克拉通再造华北克拉通在新太古代末克拉通化之后, 又在古元古代经历了很强的变质事件, 与世界上多数克拉通不同, 但与西伯利亚和波罗的(瑞芬)克拉通相似, 成为国际关注的研究地区.3.1 活动带、高温高压变质与板块构造的雏形 像世界上其他克拉通一样, 华北经历了约2.5(2.45)~2.35(2.3)Ga 的构造静寂期(第一次雪球事件假说)[25]. 此后, 华北克拉通经历了一次基底残留洋盆与陆内的拉伸-裂谷事件(2.3~1.95 Ga). 值得指出的是, 2.3~1.95 Ga 时期在地球演化中具有重要意义, 称为地球大氧化事件(Great Oxidation Event)或Lomaguandi, Jatulian 事件[82~86]. 该事件是指~2.35~2.3 Ga 之前的地球大气圈中甲烷(CH 4)降低、出现了O 2的连续升高, 这是地球上的一个重大转折点, 标志着地球经历了一系列从未经过的重要的化学和地质环境变化包括大陆的氧化风化阶段和海洋的地球化学变化及(多细胞)生物事件. 地化特征呈现C 同位素明显正漂移等, 全球出现苏必利尔型沉积BIF 铁建造巨量沉积. 我国同期也有重要表现, 虽然缺失BIF 沉积, 却有大量碳酸盐和蒸发盐岩, 并记录了C 同位素明显正漂移和其他地化特征[87,88]. 代表性的岩石组合如辽宁-吉林地区的辽河群, 下部为含电气石的中酸性火山岩和基性火山岩上部为沉积岩系, 由上段碎屑岩-碳酸盐组合和下段火山岩-碎屑岩-碳酸盐组合, 碳酸盐富镁, 形成巨大菱镁矿床.随后在~2.0~1.97 Ga, 经历了一次挤压构造事件, 导致了陆内盆地的闭合, 主要的火山-沉积岩系分布克拉通的东部、西北部和中部, 分别被称为辽河群/粉子山群, 集宁群/二道凹群, 滹沱群/吕梁群/中条群, 形成晋豫、胶辽和丰镇三个活动带(图2), 它们在分布状态、变形与变质方面, 类似于现代陆-陆碰撞型的造山带[89,90], 造成克拉通西部、中部、北部和东部的陆块在以活动带为边界的碰撞以及碰撞后的伸展, 造成陆块边缘基底掀翻, 部分出露地表的中-下地壳岩石达到高压麻粒岩-榴辉岩相和含假蓝宝石的超高温麻粒岩相[91~98], 这使得研究者热烈讨论它们的形成是否与现代板块构造有相同的机制. 主要的构造模式有: 1) 华北的西部陆块与东部陆块在古元古代图2 华北克拉通古元古代活动带中国科学: 地球科学 2011年 第41卷 第8期1041末期沿中部的造山带拼合模式[99~101]. 认为五台杂岩、滹沱杂岩和吕梁杂岩等的演化与古老洋盆的闭合以及岛弧的形成演化有关, 中部造山带与喜马拉雅造山带同样宏伟[102]; 2) 一个古元古代的造山带出露在华北克拉通的北缘, 称为内蒙-冀北造山带[103,104]或华北北缘构造带[105], 它们的碰撞作用造成沿华北北缘不同古老构造单元的高级变质基底都抬升到地表; 3) 华北克拉通在古元古代曾有裂谷活动, 之后有裂谷盆地以及新太古代的残留盆地闭合的活动带[70,79,89,90]. 最近一些研究者根据华北东部、北部和南缘的变质作用和年代学数据, 提出古元古代的高压麻粒岩相变质作用的分布可能在华北的很多地区都有记录[106~111], 还有研究者提出“中部造山带”可能没有延到华北南部[36]. 已有的数据还表明高温高压的岩石仍然属于中压相系, 它们的变质温压梯度和抬升速率, 与现代碰撞造山带仍有较大差别, 表明岩石圈的温度偏高和刚性程度偏低[112]. 作者根据变质条件和变质历史的研究, 提出在古元古代的造山过程中, 俯冲的岩片的深度有限, 它们大致达到绿片岩相与低级角闪岩相的形成深度, 如滹沱群、吕梁群、中条群、二道凹群和下辽河群所记录的变质程度, 变质时代大概在~2.0~1.97 Ga 之前, 完成了一个裂解-俯冲-碰撞的造山旋回. 变质泥质岩石(俗称孔兹岩, 如丰镇群, 粉子山群等)记录的高温-超高温麻粒岩相变质或高压麻粒岩相[108], 以及附近基底岩石中基性岩墙的高压麻粒岩相变质, 很可能是在碰撞作用结束之后在1.95~1.82 Ga 期间, 由于伸展体制下地幔隆升造成的高级叠加变质. 造山过程和伸展过程可能分别对应于古元古代超大陆的拼合与裂解. 超大陆的拼合与裂解对太古宙华北克拉通的影响和改造, 是华北克拉通古元古代再造的本质, 其结果是终极克拉通化, 并使其基本的构造格局大致保持至今.总之, 古元古代活动带以及变质作用已经显示了板块构造雏形的特点, 同时也显示出很多差别, 在机理上可能类似, 在规模上则不同, 是早前寒武纪垂直为主的构造机制向板块构造转变的重要阶段. 一些科学问题还需要继续加强研究.3.2 华北克拉通再造及其标志古元古代大陆的拼合(造山作用)与裂解事件之后, 华北克拉通在~1.82~1.6 Ga, 经历了一系列相关联的地质事件, 主要有: ~1.82~1.8 Ga 的全区范围的麻粒岩相-高级角闪岩相的结晶基底岩石抬升到地表, 经历了约1.8 Ga 角闪岩相退变质并伴随有部分熔融和混合岩化, 被~1.8~1.6 Ga 的古元古代熊耳群和长城系地层不整合覆盖; ~1.78 Ga 的放射状分布的镁铁质岩墙群, 未经历变形与变质作用; ~1.8~1.6 Ga 的陆内裂谷盆地、裂陷槽(图3)以及伴生的斜长岩-奥长环斑花岗岩等非造山岩浆组合[113~116]. 这些都是华北克拉通再造以及终极克拉通化的标志. 对于该期克拉通再造的构造机制仍然是不清楚的. 国内学者对该事件的称呼也不同, 如滹沱运动、吕梁运动或中条运动, 以及后吕梁运动等, 但对它们是伸展构造体制下的地质活动近年来已基本达到共识[89~91,113]. 在古元古代活动带事件之后, 华北总体处于伸展环境. 结合基底隆升和地壳部分熔融/混合岩化、岩墙群侵入以及随后的陆内裂谷, 与地幔柱有关的模式是可能的选择[73,116,117]. 因此, 也有一些学者将华北克拉通的再造(终极克拉通化)解释为古-中元古代可能的超级大陆的裂解事件的地质结果[118,119].中元古代(1.6 Ga)开始, 华北进入地台的演化阶段[1,6,11,30], 并保持了长达10多亿年的稳定. 直至中生代, 华北克拉通才发生活化或“破坏”.4 前寒武纪成矿作用华北克拉通有丰富的前寒武纪矿产, 形成了一批超大型-大型矿床, 铁矿、稀土、铅-锌、菱镁矿等储量巨大、潜力可观, 为我国的矿产资源的可持续供应做出了巨大的贡献. 前寒武纪成矿作用与克拉通的形成演化关系密切, 换言之, 重大的成矿事件与地壳的演化与增生的关系密切, 与重大的构造事件一一对应(表1), 其中大多属矿产品种或类型, 在地质演化历史上没有重复, 为研究大规模金属元素的堆积与富集规律和成矿的大地构造背景, 提供了难得的研究实例.华北克拉通前寒武纪成矿很有特点, 有与地质时代、构造背景密切相关的时空分布规律[120~126]: 1) 成矿类型与成矿作用与其他克拉通很相似; 2) 矿产类型随地质时代变化有明显的变化, 随时代变新, 矿产类型更加丰富; 3) 元古宙的矿产早期为活动带型, 中期变为陆内裂谷型; 4) 矿床与围岩的变质程度随时代变新而变浅, 早期矿床多发生强烈的变质与变形; 5) 前寒武纪矿产多与火山与沉积岩层序共生,翟明国: 克拉通化与华北陆块的形成1042图3 华北克拉通古-中元古代岩墙与裂谷分布图 表1 华北克拉通前寒武纪代表性金属矿产构造事件 时代(Ga) 矿产成矿背景代表性矿床 陆壳形成与增生 3.2~2.7 条带状铁矿绿岩带、高级区 水厂、杏山铁矿 2.5条带状铁矿 绿岩带 弓长岭铁矿 新太古代微陆块拼合 块状硫化物铜-锌矿 绿岩带红透山铜锌矿 金矿绿岩带、高级区 三道沟金矿 2.3~1.9火山、斑岩型铜矿 活动带(优地槽) 铜矿峪铜矿 古元古代活动带层状铅-锌矿床 活动带(冒地槽) 青城子铅锌矿硼-铁(镁)矿床 活动带(冒地槽) 后仙峪硼矿 古元古代末期-中元古代 1.8~1.6SEDEX 型铅-锌-铜矿床 裂谷东升庙铅锌矿 裂谷系钒-钛-铁-磷矿床 非造山岩浆作用 大庙铁矿沉积(宣龙式)铁矿 陆缘-浅海、裂谷 宣化铁矿1.4沉积热液交代型 裂谷 白云鄂博稀土-铌-稀土-铌-铁矿床铁矿床与TTG 片麻岩和花岗岩演化的关系相对较弱.总的来说, 太古宙以条带状硅铁建造为主, 成矿时代从33亿年到25亿年, 以30~25亿年为主. 虽然它们在高级区和绿岩带中都有分布, 但是都与变质火山岩关系密切. 块状硫化物矿床只出现在新太古代晚期的绿岩带中. 太古宙与镁铁质侵入岩有关的铜-镍-铬矿床较少. 太古宙绿岩带金矿在华北克拉通不发育, 这与华北多期克拉通化和相关的变质作用和混合岩化作用、以及中生代的地壳活化和改造有关. 古元古代的成矿作用与活动带的演化有关, 矿产类型丰富多彩, 有古火山、斑岩型铜矿、层状铅-锌矿床和硼-铁(镁)矿床等. 在古元古代末-中元古代的成矿作用受裂陷槽-裂谷的演化控制, 有与陆内(缘)裂谷有关的SEDEX 型铅-锌-铜矿床、与非造山岩浆作用有关的钒-钛-铁-磷矿床, 以及与陆缘-浅海沉积有关的铁矿, 尤其以沉积热液交代型稀土-铌-铁矿床, 受到全世界的关注. 此外, 华北前寒武纪还有较丰富的硼矿、磷矿、石墨矿等, 也有与超镁铁质岩体有关的镍矿等[127]. 同时由于华北克拉通的多起克拉通化(前寒武纪变质作用与岩浆作用)以及中生代的克拉通破坏与重建, 使得在太古宙形成的金矿被叠加、改造或者贫化、再富集[128].中国科学: 地球科学 2011年第41卷第8期致谢作者感谢同事、学生以及中外同行的讨论、帮助和合作, 感谢审稿人提出的修改建议.参考文献1赵宗溥, 等. 中朝准地台前寒武纪地壳演化. 北京: 科学出版社, 1993. 366–3882Goodwin A. 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