大同—集宁一带早前寒武纪地质构造单元划分及其演化

自从板块构造理论或大陆动力学理论被引入研究早前寒武纪的大地构造区划以来，华北地区前寒武纪构造单元划分与演化的研究近年来受到国内外学者的空前重视，近10年来发表了大量文献，将研究的重点聚焦于新太古代—古元古代构造格局的划分、吕梁运动构造-热事件的性质、时限等地质问题。而这些认识和进展与本区的早前寒武纪变质基底的构造单元及演化的认识密切相关。

李江海等（2000，2002）依据区域构造分析及同位素年代学数据库，将华北克拉通变质基底划分为以下主要构造单元：①鄂尔多斯地区新太古代被动边缘沉积；②恒山-承德太古宙末期构造带；③太古宙末期五台-登封岛弧带杂岩及构造缝合带；④鲁西-冀东-辽吉新太古代活动大陆边缘岩浆杂岩带；⑤胶辽陆块；⑥冀北-固阳古元古代初造山带及内蒙古-冀东再造麻粒岩相带；⑦吕梁-中条古元古代裂谷带；⑧辽南古元古代裂谷带。

1999年赵国春等将华北地区早前寒武纪构造划分为西部地区、东部地区和中部碰撞带。2002年在《华北克拉通基底构造单元特征及古元古代拼合》一文中认为“华北克拉通基底可分为东部地区、西部地区和中部地区。西部地区是由其南部的鄂尔多斯陆块和北部的阴山陆块沿华北西部孔兹岩带在古元古代（约1.9Ga）碰撞对接而成。在约1.85Ga，西部地区与东部地区沿中部带发生碰撞拼合而形成现今的华北克拉通统一结晶基底”。2005年将西部地区进一步划分为阴山地区、鄂尔多斯地区与中部的孔兹岩带，并认为1850Ma以前，东部地区与西部地区之间发育古老洋盆，西部地块东缘为被动大陆边缘，东部地块西缘为活动大陆边缘。在被动大陆边缘之上沉积了类似古元古代孔兹岩类沉积物，在活动大陆边缘形成包括TTG、岛弧火山岩，甚至具有洋壳特点的镁铁质-超镁铁质岩石，洋盆消减方向为由西向东。1850Ma，洋盆彻底消减，导致陆-陆碰撞。

图5-1　早前寒武纪大地构造位置图（图中彩色方框为研究区位置）

Kusky（2003，2007）华北构造单元划分承袭东部地区、西部地区和中部造山带的构造格局，与赵国春等模式区别之处在于Kusky认为东部地区与西部地区在2.5Ga时以弧-陆形式汇聚，伴随造山过程东部地区形成青龙前陆盆地，而西部地区则遭受麻粒岩相变质。造山之后很快发生伸展作用，有大量岩墙群和盆地形成，北段伸展成洋盆，2.3Ga与北部地区发生碰撞，形成长达1400km的内蒙古-冀北古元古代造山带。

从上面的讨论可知，对华北地区前寒武纪构造演化认识是长期争论的地质问题。一些学者根据SHRIMP测年资料研究，提出华北地区只存在1.85～1.8Ga变质锆石年龄，提出华北地区是通过吕梁运动碰撞造山事件拼合的，不存在时代更老的造山事件（Zhao，1998，1999，2001，2005；Kroner，2002，2005；Wilde，2002，2005）。也有相当数量的学者根据不同时代变质基底在岩石组合、变质作用、构造样式上的差异，认为华北很可能存在2.5Ga（Zhai，2001，2005；李江海，1997，2000）甚至2.3Ga的造山事件（赵宗溥，1993）。

太古宙末期2500Ma前后是华北地区前寒武纪地质演化的一个重要阶段，是地壳巨量增生的一个重要的阶段，存在大量的以TTG和绿岩带为代表的巨量地幔物质添加（Zhao，1999，2000，2002，2005；Wu，2005；Wilde，2002，2005；Kroner，2001，2002，2005）。这一现象在华北陆块中部造山带、华北陆块南缘、华北陆块北缘大青山地区和冀东地区均有十分明显的显示，表明太古宙末期2500Ma前后在一个不长的时间段内华北地区存在巨量地壳添加。

从上述的介绍中可知，诸多学者不只对五台运动提出了不同的认识，对吕梁运动的性质和时限也提出了不同的观点。李江海等（2000）提出了古元古代末期不存在造山事件，“吕梁运动”的实质为华北克拉通古元古代末期（1.90～1.70Ga）经历的伸展构造热事件的综合记录。翟明国等（2000，2001）提出2000～1700Ma的构造事件以伸展运动为主，代表了地壳减薄、热松弛引起的伸展塌陷过程。赵国春等（2002）则认为吕梁运动是华北地区前寒武纪一次主要的造山事件，在约1.85Ga，西部地区与东部地区沿中部地区发生碰撞拼合而形成现今的华北克拉通统一结晶基底。

在构造-岩浆岩带的划分与研究方面，其最明显的进展在调查区北部卓资—凉城一带，识别出了一条走向近东向的古元古代构造-岩浆岩带，其主要研究者为郭敬辉（1999）、钟长汀（2006，2007）、翟明国和张华锋（2006）等。

涉及到本区争论的焦点：一是对孔兹岩沉积环境的认识，孔兹岩系是否代表被动大陆边缘沉积，是否有孔兹岩系就在其一侧存在陆块，而在另一侧存在大洋盆地；二是以葛胡窑片麻岩为代表的大同-阳高岩浆岩带的构造属性如何；三是桑干构造带所代表的构造环境；四是对凉城-集宁古元古代重熔型强过铝花岗岩带形成的构造背景的认识；五是对区内土贵乌拉超高温变质岩形成的构造背景与所代表的构造意义的认识；六是对研究区东南部及东部邻区分布的高压麻粒岩形成的构造环境与所代表的构造意义的认识；七是对集宁岩群的沉积时代、变质时代、变质期次甚至其变质p-T轨迹的认识与其反映的构造意义的理解；八是对以葛胡窑片麻岩为代表的麻粒岩的变质、变形历史的认识，以及其与集宁岩群接触关系的认识等一系列重大基础地质问题的研究。

笔者认为构造单元的划分应根据构造演化阶段进行划分。本书通过对上述各章节内容的研究总结，并对邻区资料的收集分析，将区域上新太古代构造演化阶段划分为如下几个构造单元，从北向南依次为（图5-2）：Ⅰ.阴山新太古代弧盆带；Ⅱ.大同-阳高新太古代微陆块；Ⅲ.桑干新太古代陆缘弧；Ⅳ.恒山新太古代微陆块；Ⅴ.五台新太古代弧盆带；Ⅵ.阜平新太古代微陆块。

图5-2　研究区新太古代构造单元划分简图

（大地构造位置据赵国春2010，简化）

笔者认为新太古代晚期是华北克拉通化最重要的构造演化阶段，通过一系列的洋-洋俯冲、洋-弧俯冲、洋-陆俯冲与岛弧型深成岩的侵位使陆壳不断增生，在新太古代五台晚期发生的弧-弧、弧-陆（微陆块）、陆（微陆块）-陆（微陆块）间碰撞拼合，是华北陆块基底形成的重要阶段之一。概括起来，划分的主要依据如下：

（1）各个构造单元各自具有不同的物质组成和不同的构造环境。阴山新太古代弧盆带既发育有岛弧型的变质深成岩，也发育有大量的弧后盆地的基性火山岩沉积建造。大同-阳高新太古代微陆块主要由原岩相当于闪长岩-石英闪长岩-英云闪长岩-花岗闪长岩和奥长花岗岩的TTG质变质深成岩构成，其间分布有少量呈透镜状产出的阳高岩组变质表壳岩包体。该表壳岩主要由基性火山岩-BIF-变质泥砂质沉积岩组成。桑干陆缘弧主要由以上深井片麻岩为代表、主要岩性为角闪黑云斜长片麻岩和角闪二长片麻岩类（简称为桑干片麻岩）构成。恒山微陆块主要为一套具TTG性质的片麻岩和少量变质基性火山岩作为包体的变质表壳岩构成。五台弧盆带主要为TTG性质的变质深成岩和大量的弧后盆地的基性火山岩-BIF-泥砂质沉积建造。

（2）各个构造单元虽统一形成于新太古代，但地质关系和同位素年代学资料显示在时间演化上仍具有先后的生成顺次。

（3）各个构造单元具有不同的变质特征。从区域资料可知，阴山地区的新太古代变质程度为角闪岩相—绿片岩相，以葛胡窑片麻岩为代表的大同-阳高微陆块至少经历了新太古代两期麻粒岩相的改造，而桑干片麻岩虽处于葛胡窑片麻岩的东南侧，二者在空间紧邻，但却只有角闪岩相的变质程度，恒山微陆块变质程度则为高角闪岩相—麻粒岩相，五台弧盆带的地质体变质程度为角闪岩相—绿片岩相。由此看来，各个构造单元在变质作用演化方面存在不同的变质程度和不同的变质历史，从而可划分为不同的构造单元。

（4）各个构造单元变形特征各异，相邻单元间皆为构造接触关系。阴山弧盆带的地质体主要经历了中浅层次的构造变形，而以葛胡窑片麻岩为代表的主体为中酸性麻粒岩系的大同-阳高微陆块的岩石大部分地段为块状构造，变形弱，只局部地段片麻理、条带状构造发育，由片麻理褶皱形成了类似于穹隆构造形态。其南部分布的桑干新太古代陆缘弧中的桑干片麻岩整体上中深构造相条件下的变形强烈，表现为片麻状、条带状构造极为发育，由条带褶皱形成的紧闭褶皱、无根褶皱、揉流褶皱极为常见，显示了挤压环境下的构造变形特征。恒山微陆块也显示了中深构造层次下的变形特征，五台弧盆带的地质体总体上显示了中浅构造层次下的变形特征，上述各个构造单元在变形方面的差异也从另一个方面佐证了将其划分为不同构造单元的必要性。本研究区内只涉及上述两个构造单元，分别为大同-阳高新太古代微陆块和桑干新太古代陆缘弧。下面对这两个地质构造单元的地质构造特征分别作简要介绍。

（一）大同-阳高新太古代微陆块

1.空间分布(www.xing528.com)

该构造单元出露于研究区中东部，总体上呈北东向展布，宽30多千米，向北东和南西均延伸出图，区内延伸长度大于120km。

2.物质组成

如前所述，新太古代大同-阳高陆缘岩浆弧内的物质组成主要为由葛胡窑片麻岩、峨沟片麻岩、义合片麻岩等构成的大同-阳高岩浆岩带及阳高岩组。其中阳高岩组在空间分布上多呈大小不等的透镜状、似层状、带状包体零星分布于葛胡窑片麻岩中，其岩性包括铁英岩、变质基性火山岩（辉石斜长角闪岩、斜长辉石岩或暗色斜长二辉麻粒岩等）、变质超镁铁质岩（透辉角闪石岩）、含白云石榴黑云斜长片麻岩、石榴黑云二长片麻岩、黑云紫苏石榴浅粒岩等。阳高岩组中的变质镁铁质岩原岩相当于拉斑玄武岩，其微量元素原始地幔比值蛛网图（见图3-251）显示，具明显的Ti富集，Nb、Ta、Sr、P略显亏损。阳高岩组中变质镁铁质岩稀土总量偏低，轻、重稀土微分馏，具正铕异常。其稀土元素配分图呈近平坦型。与康迪（1976）所划分的TH1岩亏损型太古宙拉斑玄武岩）型相似。

阳高岩组的原岩恢复表明，其主要为含铁硅质岩或铁质碧玉岩、基性火山岩夹少量泥砂质沉积岩，大地构造环境分析表明，其可能形成于弧后盆地或岛弧环境。

大同-阳高新太古代构造岩浆岩带内可划分出4个填图单位：葛胡窑片麻岩、义合片麻岩、紫苏花岗岩、峨沟片麻岩。较早形成的深成岩为葛胡窑片麻岩，原岩以石英闪长岩-英云闪长岩-花岗闪长岩类为主，少量为奥长花岗岩类。与太古宙典型地区的TTG岩类相比，该片麻岩以低SiO2（平均61.68%）、K2O（平均为1.77%）、Mg O（平均为3.06%），富Na2O（平均为3.87%）、Al2O3（平均16.36%）、CaO（平均为4.96%）为特征。Na2O/K2O为1.32～4.30，岩石总体属钠质系列。其微量元素原始地幔标准化蛛网图显示高场强元素Th、Ta、Nb、Ti和P呈亏损状态，大离子亲石元素Ba、K、Sr和Nd等略呈富集状态。∑REE（平均为142.10×10-6）偏高，轻、重稀土分馏中等偏强，基本无铕异常或具正铕异常。该片麻岩兼具TTG岩系和低硅埃达克岩的特征，但又与二者间存在一定的差异，其与世界典型地区太古宙TTG岩系存在SiO2、Na2O含量偏低，K2O、CaO含量略显偏高的差别。与典型埃达克岩的区别主要表现为Y含量略显偏高。葛胡窑片麻岩的成因研究表明，其与基性岩的部分熔融有关。

随后侵位的变质深成岩为义合片麻岩。与葛胡窑片麻岩相比，其SiO2含量偏高。其原岩组合为英云闪长岩-花岗闪长岩-奥长花岗岩，具TTG岩系的特征。但二者也存在较明显的差异，主要体现为义合片麻岩的K2O、CaO含量偏高，而Na2O含量偏低。另外其镁铁质（Fe2O*3+MgO+MnO+TiO2）含量也略显偏高。与葛胡窑片麻岩相比，其微量元素Th、Ta异常不明显。稀土总量相近，轻重稀土分馏程度相同，但义合片麻岩具微弱的负铕异常。综合反映义合片麻岩可能为基性岩部分熔融晚期结晶的产物。

紫苏花岗岩呈规模较小的岩株状、岩脉状侵入于葛胡窑片麻岩中，其原岩相当于英云闪长岩-奥长花岗岩，较葛胡窑片麻岩和义合片麻岩更偏酸性。岩石也以富钠为特征，强烈亏损Th、Nb、Ta，稀土总量偏低，且具正铕异常，较葛胡窑片麻岩和义合片麻岩具有更低的Y、Yb含量，更高的Al、Ca含量和较低的镁铁质含量，与葛胡窑片麻岩具有相似的微量元素与稀土元素含量特征，说明其可能为基性岩部分熔融晚期结晶的产物或葛胡窑片麻岩在麻粒岩相变质作用条件下变质深熔的产物。

峨沟片麻岩侵入于葛胡窑片麻岩中，与葛胡窑片麻岩相比，更偏中性，相比前三个填图单位贫磁铁矿而更富钛金属矿物，说明其来源更深。在微量元素方面由不相容元素向相容元素过渡含量明显降低，Th、Nb亏损明显，而Ta亏损不明显，在稀土元素方面总量明显偏低，特别是重稀土近于球粒陨石的含量，综合表明其可能源自地幔的基性岩部分熔融。

大同-阳高新太古代构造岩浆岩带内的各个填图单位既具有太古宙TTG岩石组合的特征，又具有埃达克岩的地球化学特征。无论是从其岩石组合特征来看，还是从其地球化学特征来看，大同-阳高新太古代构造岩浆岩带内的各个填图单位均显示出岛弧岩浆岩的特征。

3.变质特征

本构造单元的各个地质体除峨沟片麻岩外，均遭受了麻粒岩相的变质作用，所形成的变质岩石中普遍含有紫苏辉石等麻粒岩相特征变质矿物，由于岩石中特征变质矿物紫苏辉石分布广泛，故确定为高温麻粒岩相。地质关系的分析和同位素测年资料表明，该构造带在新太古代至少发生了两期麻粒岩相的变质作用，其中早期麻粒岩相变质使阳高岩组变质、变形，形成了与围岩葛胡窑片麻岩片麻理斜交的片理。新太古代中期麻粒岩相变质对大同-阳高岩浆岩带进行了改造，形成了具有逆时针型的p-T轨迹，暗示其可能在岩浆弧的构造环境中发生。新太古代晚期到古元古代期间，又与集宁岩群一道经历了两次高角闪岩相—麻粒岩相的变质和一次绿片岩相的退变质，其中新太古代晚期与集宁岩群共同经历的麻粒岩相变质皆具有顺时针型的p-T轨迹，反映其当时的变质构造环境为大陆碰撞环境，古元古代早期的麻粒岩相变质可能对其影响不大，而晚期的绿片岩相变质使其表现出退变质的特征。

（二）桑干新太古代陆缘弧

1.空间分布

该构造单元郭敬辉、翟明国、李永刚等称为桑干构造带。区域上桑干构造带呈北东-南西向延伸，局部为近东西向展布。据郭敬辉的描述，该带从河北赤城、宣化，经阳原，直到山西浑源、应县以南的恒山北麓，宽30～40km，长逾200km。

2.物质组成

桑干新太古代陆缘弧处于北部的大同-阳高新太古代构造岩浆岩带与南部的恒山新太古代构造岩浆岩带之间。部分研究者在基于新太古代存在板块构造格局认识的基础上，结合带内分布有大量的高压麻粒岩透镜体，认为该带主体是新太古代钾质花岗岩带，并认为该带为二者间的碰撞拼合带（李永刚，1995；翟明国，1996；郭敬辉，1996）。但笔者与上述研究者认识不同，认为该带主体上为钙碱性-高钾钙碱性的中酸性变质深成岩类组合，其中的所谓钾质花岗岩应为古元古代的产物，与新太古代变质深成岩具有截然不同的特征，应予以区分。

桑干新太古代陆缘弧内的变质深成岩从早到晚可划分出3个填图单位：上深井片麻岩、柳子堡片麻岩和于家窑片麻岩，从早到晚在岩浆规模上由大到小，在矿物组合上由普通角闪石+黑云母+斜长石+石英→黑云母+普通角闪石±透辉石+斜长石+石英→黑云母+普通角闪石+斜长石+钾长石+石英，岩石化学成分上SiO2含量由高→低，由奥长花岗岩演化趋势→钙碱性系列→高钾钙碱性系列，原岩类型由英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩→闪长岩-英云闪长岩→花岗闪长岩-花岗岩。微量元素中不相容元素由低到高，稀土元素含量由低到高，轻、重稀土分馏程度由低到高，由正铕异常或铕异常不明显逐渐到弱的负铕异常，这些特征总体上显示了陆壳逐渐成熟的趋势。综合研究后认为，桑干新太古代构造岩浆岩带形成于与俯冲有关的火山弧构造环境中，从早到晚由钙碱性系列向高钾钙碱性系列演化，反映由俯冲向碰撞环境转换的可能，或者说从早到晚有从火山弧向陆缘弧演化的趋势。

3.变质特征

本构造单元内地质体的变质作用主要表现为角闪岩相的变质，形成片麻岩类岩石，其常见的矿物组合为黑云母+角闪石+斜长石+石英，黑云母+角闪石+斜长石+微斜长石+石英，另将侵入桑干岩浆岩带片麻岩中的基性岩墙改造成为斜长角闪岩类，其常见矿物组合为黑云母+角闪石+斜长石，因此将其变质相确定为角闪岩相。鉴于在变质的同时，岩石变形强烈，形成了明显的片麻状构造，说明变质作用发生于碰撞构造环境中。