本工作项目属《国土资源部“十二五”第一批重大科技创新项目》,所属计划项目为“中国前寒武纪地壳形成演化及其对成矿作用制约研究”。工作项目名称为“华北克拉通太古宙早期古老陆壳物质的寻找、鉴别和研究”,项目下达单位为中国地质调查局。工作项目编码:1212011120151。工作起止年限:2011年1月-2013年12月。研究区范围:项目研究区主要位于华北和东北南部地区,包括辽宁、河北、山东、河南等省区。大致为东经100-130度,北纬32-42度范围内。 被评为中国地质调查局和中国地质科学院2014年度地质科技十大进展。本项目重要成果已被地质志、区域地质填图和区域性及全国性编图采用。 1. 鞍本地区 1)确定原3.8 Ga白家坟奥长花岗岩为不同时代(3.1-3.8 Ga)和不同类型岩石组成的变质杂岩,新发现东山杂岩和深沟寺杂岩,它们都具有长期连续的演化历史。例如,在深沟寺杂岩中识别出~3780 Ma、3600-3660 Ma、~3450 Ma、3330-3310 Ma和~3140 Ma等多期岩浆事件,比原所认识到的要复杂得多。发现3.8 Ga新的岩石类型变质石英闪长岩。在歪头山-鸡冠山地区发现大量3.3-3.8 Ga碎屑锆石和外来锆石,极大地扩展了始太古代-古太古代岩浆作用的空间分布范围。2)对3.3 Ga陈台沟表壳岩、3.0 Ga铁架山表壳岩、2.5 Ga鞍山群表壳岩和广泛分布的2.5-3.3 Ga花岗质岩石(包括3.1-3.3 Ga陈台沟花岗岩、3.1 Ga立山奥长花岗岩、3.0 Ga东鞍山花岗岩、2.9-3.0 Ga铁架山富钾花岗岩和2.5 Ga齐大山正长花岗岩)进行了全面的锆石SHRIMP U-Pb定年研究。3)对鞍本地区太古宙基底开展了包括Nd、Hf在内的系统地球化学研究。奥长花岗岩轻重稀土分异程度从弱到强的时间出现在~3.3 Ga,与地球不断冷却的热状态演化有关,并表明那时鞍本地区地壳已具有相当的厚度。每一次岩浆构造热事件期间,地幔添加和壳内再循环都起了重要作用。至少部分3.8 Ga奥长花岗质岩石为壳内再循环产物,为鞍本地区发现更古老陆壳物质提供了可能。铁架山富钾花岗岩和齐大山正长花岗岩为成熟度高的古老陆壳物质再循环产物,这与鞍本地区存在长期地质演化历史相一致。鞍本地区很可能存在迄今还未发现的、相对富钾和高稀土含量的始太古代-古太古代陆壳岩石。4)首次在全球范围内对同一地区2.5-3.8 Ga不同类型岩石进行了系统的锆石O同位素研究。 2. 冀东地区 1)在黄柏峪地区发现含大量3.4-3.8 Ga碎屑锆石的新类型变质碎屑岩(石榴云母片岩、副变质斜长角闪岩),在更大范围变质碎屑沉积岩中发现3.0-3.6 Ga碎屑锆石。极大地增强了在冀东发现3.8 Ga陆壳岩石的可能性。2)在黄柏峪-羊崖山地区发现2.9-3.4 Ga石英闪长岩和英云闪长岩和2.6 Ga奥长花岗岩。3)确定曹庄岩系和迁西岩群形成时代为新太古代晚期,而不是以往认为的3.5 Ga和中太古代。4)对冀东新太古代晚期构造岩浆热事件进行了总结,指出岩浆作用类型和时代存在东西向的空间变化。 3. 鲁西地区 1)把鲁西太古宙基底从北东到南西划分为三个带:新太古代晚期壳源花岗岩带(A带)、新太古代早-中期古老岩石带(B带)和新太古代晚期新生花岗岩带(C带)。2)新太古代早-中期深成侵入岩广泛分布,主要为奥长花岗岩和英云闪长岩,存在2.6-2.75 Ga连续的时代演化。3)新太古代晚期深成侵入岩包括包括辉长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、石英正长岩、二长花岗岩和钾长花岗岩,年龄变化范围主要为2490-2550 Ma。在2525 Ma左右,鲁西地区构造体制从挤压转变为伸展。4)在C带中发现大规模的岩浆混合作用现象(花岗闪长岩-石英闪长岩之间,正长花岗岩-石英闪长岩之间)。5)重新确定原泰山岩群和济宁群形成时代,分辨出新太古代早期和晚期两个不同时代的表壳岩系,它们在岩石组合、地球化学等方面存在明显区别。6)确定鲁西地区发育~2.5 Ga和~2.6 Ga两期构造热事件,前者主要分布于A带和C带,导致大面积的壳源花岗岩形成,后者主要分布于B带。7)把鲁西花岗绿岩带形成演化划分为新太古代早期(2.6-2.75 Ga)和新太古代晚期(2.5-2.6 Ga)两个阶段。8)对鲁西不同时代和不同类型岩石开展了包括Nd、Hf、O在内的系统地球化学研究。研究表明,~2.7 Ga期间主要为地幔添加,~2.6 Ga期间地幔添加和壳内再循环作用都存在,~2.5 Ga壳源花岗岩形成于新太古代早期陆壳物质的壳内再循环作用。随时代变化,壳内再循环作用越来越强。9)新太古代早期可能为洋底高原构造环境,形成古陆壳基底。新太古代晚期可能为岛弧构造环境,导致整个鲁西花岗绿岩带形成。 4. 阴山地区 1)识别出新太古代早中期(~2.6 Ga和~2.7 Ga)TTG花岗质岩石和古元古代中晚期(1.9-2.2 Ga)花岗质岩石。2)确定存在新太古代晚期-古元古代早期(2.47-2.51 Ga)和古元古代晚期(1.86-1.94 Ga)构造热事件。3)根据锆石Hf同位素组成,新太古代早期为地壳形成主要时期,新太古代晚期则主要表现为陆壳物质再循环。4)阴山地块与华北克拉通东部早前寒武纪基底十分类似。支持了华北克拉通在新太古代晚期已成为统一的整体的认识。 4. 其他方面 1)对鄂尔多斯盆地深部钻孔的早前寒武纪变质基底岩石研究表明,不论鄂尔多斯地块是否存在太古宙基底,其本身与华北克拉通其它许多地区一样,强烈卷入了古元古代晚期构造热事件,并有古元古代晚期孔兹岩系变质沉积岩存在。这为建立新的华北克拉通古元古代晚期构造模型提供了可能。2)对孔兹岩带大青山地区的古元古代变质基性岩脉(岩体)研究,岩浆锆石年龄分别为2.44-2.46 Ga,1.92-1.97 Ga和1.84 Ga,变质锆石年龄为1.83-1.95 Ga。认为2.37-2.45 Ga和1.92-1.97 Ga为古元古代两期伸展事件的年龄记录,后者与高温-超高温变质作用密切相关,为地幔岩浆板底垫托作用的结果。3)对华北克拉通新太古代晚期正长花岗岩的地质特征、形成时代和地球化学组成进行了总结。它们形成于地壳滞留时间不同的陆壳物质部分熔融,大都为2.50-2.52 Ga期间伸展体制的产物,大量正长花岗岩的形成标志着华北克拉通在新太古代晚期经历了一次克拉通化。4)对华北克拉通BIF地质特征和形成时代、组成特征进行了总结。它们主要为新太古代晚期(2.50-2.55 Ga)。最重要的BIF分布于华北克拉通东部的鞍本、冀东和鲁西地区,沉积环境相对稳定是大规模BIF形成的重要条件。5)在华北克拉通划分出三个>2.6 Ga的古陆核,即东部古陆核、南部古陆核和中部古陆核。东部古陆核包括鞍本、冀东、胶东和鲁西的北东部。由于早期演化历史不同,不同地区新太古代晚期壳源花岗岩的全岩Nd和锆石Hf同位素组成也不相同,显示了明显的继承特征。