Question

　早前寒武纪地壳演化

Answer 1

对早前寒武纪地壳演化的认识，主要依据早前寒武纪原始岩石、地层单元特征、变质变形作用及成岩、变质变形作用的年代等综合研究。第一章已经提及本区自50年代末至60年代初开始广泛的区域地质调查和矿产普查以来，对早前寒武纪变质岩作了较全面的研究，尤其70～80年代，周绍林等较系统地研究了变质建造、构造作用、变质作用、混合岩化作用及同位素地质年代等，将变质岩地层划分为密云群和四合堂群，并探讨了早前寒武纪地壳演化特征。80年代后期至90年代，麦延庆（1987）和王世发等（1994）按照当代变质岩区研究中流行的“新理论”和“新方法”，将太古宙岩石主要划分为“TTG”和“表壳岩系”的岩石、地层单元，并对本区早前寒武纪地壳演化特征提出新的认识。

周绍林等（1993）、麦延庆（1987）和王世发等（1994）曾较系统地论述了本区早前寒武纪地壳的构造格架和演化特征，他们的观点简述如下。

周绍林等（1993）划分了三个构造旋回，即早太古代构造旋回（＞2800Ma），新太古代构造旋回（2500～2800Ma）和早元古代构造旋回。

（1）早太古代构造旋回：前密云群存在原始的硅铝质地壳，约30亿年前密云群形成于活动大陆边缘坳陷盆地环境，形成了一系列玄武—安山质和安山质、英安质钙碱性火山岩组合以及硬砂岩、长石砂岩和铁硅质岩等岩层，为具有明显周期性火山-沉积旋回的火山沉积岩系。其形成过程中还伴随辉长岩、闪长岩及英云闪长岩-奥长花岗岩岩体或岩脉的侵入，局部地段还有幔源的超基性岩透镜体。2800Ma前后密云群经历了700～800℃和800～1000MPa的麻粒岩相为主的深变质作用和强烈变形作用，以及混合岩化作用和花岗岩底辟作用。在深变质作用晚期或之后，地壳逐渐褶皱上隆，伴有韧性剪切作用，形成了东西向构造线。将这一期构造-热事件归于迁西运动。

（2）晚太古代构造旋回：迁西运动之后，在古陆核内的断陷盆地或边缘海盆中，本区又沉积了太古宙四合堂群火山沉积岩系。沉积物质主要来源于附近的火山喷发物质，火山熔岩罕见。沉积物以火山凝灰岩、沉凝灰岩、硬砂岩为主，夹薄层铁硅质岩和长石砂岩，属于滨海至浅海陆棚沉积环境产物。该沉积盆地走向继承了以前的东西构造线，地层的原始走向近于东西向。地层中有变质的辉长岩、闪长岩、斜长岩组合的层状侵入体或岩脉。四合堂群不整合覆盖在密云群之上，使古陆核增生。2500Ma前后该群经历了角闪岩相（低角闪岩相为主）的区域变质作用和强烈的变形作用，形成了北东向紧闭倒转褶皱群，伴有韧性剪切作用，将这一期构造-热事件归于阜平运动。阜平运动的北东向褶皱作用叠加在密云群早期东西向褶皱之上，发生强烈构造置换，往往掩盖了早期的褶皱形迹。并且使密云群的麻粒岩相岩系发生了角闪岩相退变质作用。由于阜平运动晚期下地壳分熔的花岗岩岩基底辟式侵位，致使地壳逆冲断层发育，沿断裂带有基性-超基性侵入，使密云群逆冲在四合堂群之上。在阜平运动后期还出现了区域性混合岩化作用。

（3）早元古代构造旋回：早元古代时期，伴随基底北东向裂谷系体制的相对上隆，出现近南北向的平缓开阔褶皱和逆掩运动，但没有出现新的沉积，即缺失早元古代地层。直至华北陆台中条运动的结束，本区进入了准地台发展阶段。

麦延庆（1987）将原密云群划分为六个岩石组合。

（1）沉积表壳岩组合：该组合为硬砂岩建造，约占密云群面积的40%，它是本区已知最古老的岩石单元，主要包括有硬砂岩、硬砂质粉砂岩、长石砂岩、含铁石英砂岩和少量中性沉积火山碎屑岩。麻粒岩相变质作用将其改造为辉石变粒岩、麻粒岩、浅粒岩和磁铁石英岩的组合。它们遭受了英云闪长质-花岗闪长岩的入侵，并破坏了其完整性。

（2）层状基性侵入岩组合。为本区最早的基性侵入体，厚度一般为30～50m，已变质成石榴二辉麻粒岩，一般呈层状与表壳岩呈整合关系，也有呈大小不等的透镜体。

（3）超镁铁质侵入岩组合。超镁铁质侵入岩的时代属于太古宙，呈大小不等的透镜体，主要岩类为石榴角闪二辉石岩，其次是角闪石岩。

（4）英云闪长岩-花岗闪长岩组合。英云闪长岩-花岗闪长岩约占原密云群分布面积的50%，岩体普遍具有与相邻表壳岩一致的片麻构造。岩体曾遭受高角闪岩相变质作用，形成了中-粗粒透辉角闪斜长片麻岩和黑云角闪二长片麻岩。

（5）花岗质、长英质岩脉。该类岩脉顺围岩片理侵入，具片理，有的显示褶皱。其往往发育于韧性剪切作用较强的地带。

（6）基性岩脉群。基性岩脉宽度多为1～3m，已经变质成基性麻粒岩类和斜长角闪岩类。

麦延庆、吕建生（1987）认为原四合堂群主体不是沉积的层状变质岩系，而是-古老的英云闪长岩-花岗闪长岩为主体的深成侵入杂岩体，其中含有角闪岩相表壳岩捕虏体。

王世发等（1994）将1∶50000密云幅、高岭幅和墙子路幅中太古宙岩石划分为一个表壳岩系、七个片麻岩体和二期岩墙群，共十个岩石、地层单元（表8-1）。在太古宙岩石中分布古元古代小规模的纯橄榄岩类、辉岩类和基性岩墙群（表8-2）。

表8-1　太古宙岩石地层单位划分表

表8-2　古元古代侵入岩岩石单位特征

本次研究有关早前寒武纪地壳的构造格架和演化问题的认识（表8-3）简述如下。

（1）早前寒武纪岩石有过少量的K-Ar法、U-Pb（或U-Th-Pb）法和Sm-Nd法同位素测年数据。原密云群和四合堂群中获得微量锆石U-Pb同位素年龄为（2444±12）～（2563±50）Ma，为确定本区存在大面积的太古宙岩石提供了重要依据。但进一步探讨其原岩形成、变质年代，以往的测年资料就显得比较缺乏。因此确定各种地质作用的时代依据不够充分，例如确定密云群的时代为中太古代主要根据华北地台其它地区与其类似的变质建造的年代资料；又如确定其时代为古太古代主要依据Sm-Nd模式年龄。

本次研究获得了一批早前寒武纪岩石的单颗粒锆石U-Pb同位素年龄、电子探针锆石U-Th-Pb同位素年龄和Sm-Nd模式年龄资料，并探讨了各类岩石的锆石成因，为进一步探讨本区早前寒武纪重大地质事件的年代提供了较充分的依据（见第五、六章），有关认识如下：

①大漕-沙厂混合岩化表壳岩系单元中表壳岩的麻粒岩相变质作用和英云闪长质-花岗闪长质岩主要成岩年龄为2650Ma左右，最大值不大于2801.9Ma，推测表壳岩成岩时代为中太古代晚期（2800～3000Ma）。②苇子峪TTG（A）-M-Me杂岩中表壳岩的高角闪岩相变质作用和英云闪长质-花岗闪长质岩主要成岩年龄也为2650Ma左右。推测表壳岩成岩年龄为（2662±24）Ma至3000Ma之间，以中太古代晚期（2800～3000Ma）可能性最大。③阳坡地TTG-M-Me杂岩中，新太古代时期的晚期细粒英云闪长岩的单颗粒锆石U-Pb年龄为（2522±14）Ma，属其成岩年龄。推测早期英云闪长质岩成岩及表壳岩的角闪岩相变质作用年龄稍大于该年龄值。④马圈子TTG-M-Me杂岩中的英云闪长质岩的单颗粒锆石U-Pb年龄为（2518±0.7）Ma（前人采用微量锆石U-Pb法年龄为2563Ma±50Ma），属其成岩年龄，推测表壳岩高角闪岩相变质年龄为（2518±0.7）Ma（或2563Ma±50Ma）至2650Ma之间，即属于新太古代晚期。⑤四合堂表壳岩系单元中的表壳岩角闪岩相变质作用及英云闪长质岩主要成岩年龄为（2539±68）Ma，推测表壳岩成岩年龄为（2539±68）Ma至2833Ma之间，以新太古代早期（2700～2800Ma）可能性最大。⑥侵位于太古宙岩石中未遭受区域变质及未强烈褶皱变形的超镁铁质岩及基性岩墙群主要形成于1800～2300Ma。

表8-3　北京市密云、怀柔、平谷、昌平地区早前寒武纪岩石、地层单元地质特征

续表

①其中岩石、地层单元的上、下排列不代表形成时代的先后顺序。

②苇子峪TTG（A）-M-Me杂岩中的残留表壳岩推测主体部分属中太古代，局部可能属新太古代。

上述表明本区太古宙TTG质岩的成岩作用和表壳岩的角闪岩相至麻粒岩相峰期区域变质作用年代均为新太古代晚期。

（2）大漕-沙厂混合岩化表壳岩系和苇子峪TTG（A）-M-Me杂岩中表壳岩的主体属于中太古代晚期火山作用及火山-沉积作用的产物；四合堂混合岩化表壳岩系及其它杂岩中的表壳岩属于新太古代早期火山沉积作用及火山作用的产物。古元古代未区域变质的基性岩墙群的发育，表明该时期本区太古宙地壳已经克拉通化，处于刚性稳定阶段，并隆升成大陆，因此缺少古元古代地层（至少说明缺少地槽相地层，即使曾经存在地台相地层也已剥蚀殆尽）。

（3）根据各岩石、地层单元中各类表壳岩的岩石地球化学特征（详见第二章）及其原岩建造特征，表明存在三类原岩建造：杂砂岩＋中-中酸性火山岩及其碎屑岩＋基性火山岩及其碎屑岩＋铁硅质沉积岩建造，属于活动大陆边缘海盆火山-沉积作用的产物，大漕－沙厂表壳岩系和四合堂表壳岩系的原岩建造属于此类，但两者仍有些差别，如四合堂表壳岩系中的基性熔岩及其凝灰岩比大漕-沙厂表壳岩系中的发育，其总碱度较高；②（中基性）-基性火山岩及其碎屑岩＋杂砂岩＋铁硅质沉积岩建造（含铁绿岩建造），该建造以基性火山岩及其凝灰岩占优势，属于强活动大陆边缘海盆火山-沉积作用的产物，阳坡地和马圈子TTG-M-Me杂岩中残存的表壳岩的原岩建造均属于此类；③基性火山岩及其碎屑岩建造（绿岩建造），属于大陆岛弧环境的火山作用产物。冯家湾和对营子TTG-M-Me杂岩中残存的表壳岩及苇子峪TTG（A）-M-Me杂岩中表壳岩的主体部分的原岩建造属于此类。

（4）各原岩建造中的基性火山岩均显示当代大陆玄武岩或大陆岛弧玄武岩的地球化学特征，表明本区各原岩建造形成之前存在更古老的陆壳。太古宙I型TTG质岩的大量发育表明其源区硅镁质火成岩比较发育，即成分成熟度低。据各类岩石的锆石U-Pb同位素年龄及Sm-Nd模式年龄资料，与各原岩建造形成有关的古陆壳时代主要为中太古代，但也不排斥存在更古老的陆壳。

（5）大漕-沙厂表壳岩系与相邻的阳坡地表壳岩系及苇子峪的表壳岩系的主体部分属于三种显然不同的原岩建造，现在它们不但空间上紧密连接，而且变质相呈过渡关系，以及与太古宙晚期强烈褶皱作用有关的片麻理彼此之间也较和谐。表明这三类不同的表壳岩系在太古宙就因构造作用基本拼贴在一起，由于新太古代晚期TTG质岩浆的强烈侵入和混合岩化作用，导致彼此构造关系变得模糊；四合堂混合岩化表壳岩系的中生代强烈褶皱变形作用和韧性剪切作用没有影响到相邻马圈子和阳坡地TTG-M-Me杂岩，与它们呈断层接触，彼此也是构造拼贴关系，该构造拼贴作用主要发生于燕山晚期。

综上所述，本区早前寒武纪地壳演化特点如下：①各表壳岩系形成之前存在成分成熟度比较低的古老陆壳；②在中太古代晚期和新太古代早期，在古陆的边缘海盆形成一些（强）活动大陆边缘相的火山-沉积岩系及大陆岛弧相的基性火山岩及其碎屑岩系；③各表壳岩系的角闪岩相和麻粒岩相峰期区域变质作用均发生于新太古代晚期，并伴随有区域性的强烈的TTG质岩浆作用和混合岩化作用，太古宙的主褶皱变形作用也发生于新太古代晚期，表明华北陆台的阜平运动在本区有强烈的表现；④阜平运动结束后，本区太古宙陆块逐渐成为较稳定的刚性体，在古元古代发生了深大断裂作用。形成许多小规模的幔源超镁铁质岩体及基性岩墙群，直至华北陆台中条运动结束，中元古代才形成了大量的地台相的沉积岩系；⑤太古宙各表壳岩系的原始接触关系已被构造作用和岩浆作用破坏殆尽。