论述华北地台及形成与发展过程.doc

学号：1001111212 姓名：崔晓歌 任课教师：张传恒 中国区域地质学结课论文 姓名：崔晓歌 学号: 1001111212 所在院系：地球科学与资源学院 任课教师：张传恒 开课院系：地球科学与资源学院5课程名称：中国区域地质学论述华北地台的形成与发展过程 崔晓歌摘要：华北地台是中国最古老的地块，其形成发展过程迄今已有38亿年的历史，由于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，所以成为众多地质学家研究的对象。华北古陆的形成演化大致可分为三个阶段：(1)地台的形成阶段（3800Ma-1700Ma),(2)地台的稳定发展阶段(1700Ma-250Ma),(3)中生代构造格局的转变与华北克拉通的破坏(250Ma至今)。关键词：华北地台，陆壳演化，克拉通破坏0 引言 在地质历史中,任何一个地质单元的区域构造发展与演化都与其所处的大地构造位置和大地构造环境密切相关。华北地台的分布面积约有300000 km2,是中国境内保存较好的古陆块。华北地台有大于3.8Ga的古老历史遗迹,构造演化复杂,岩石类型多样,极具特点（翟明国,2010)。由于其具有复杂的多阶段构造演化史，几乎涵盖了大陆演化中所有的科学问题，所以成为众多地质学家的研究对象。概略的讲，它的演化大致可分为三个阶段，这大致反映了地球演化天文阶段和地质阶段的重要特征,这种周期现象或节律规律应是地球和宇宙系统的普遍规律(牛树银,1997)。1 资料收集与整理1.1上网查阅(例如中国知网CNKI) 1.2 老师及同学介绍 1.3 图书馆查阅文献2 结果与讨论华北地台的形成与发展可分为三个阶段，下面分别做讨论。1.1 华北地台的形成阶段(3800Ma-1700Ma) 在此阶段中，华北地台经历了3.0Ga的陆核与微陆块的形成；2.7-2.9 Ga的陆壳增生；2.5 Ga的岩浆、变质作用与克拉通化；2.3-1.9 Ga的古元古代活动(造山)带；1.8 Ga的基底隆升与裂谷-非造山岩浆事件（翟明国，2010）。1.1.1 陆核与微陆块的形成及陆壳增生 关于华北地台中最古老的岩石，刘敦一等（1991）先后得到曹庄的铬云母石英岩中的碎屑锆石3.35-3.85 Ga的U-Pb年龄,提出中国有大于3.8 Ga的古老大陆存在。翟明国等（2010）通过对前人测年数据的整理得出，在华北,大于3.3-3.8 Ga的古老物质出露范围远不止在冀东与鞍山地区,而是发现于东部、北部、南部、西部以及中部,指示华北曾存在较为广泛的古老大陆。这些最早的零星陆块主要分布于内蒙集宁、山西阳高、河北怀安和迁西,到辽宁凌源、新金的东西一带,形成了华北地区岛链状初始古陆核(伍家善等，1991),即迁西群及其相当建造。迁西运动使其发生强烈的变形变质和混合岩化作用。 华北地台的基底是由不同的微陆块拼合而成的，这已经成为大家的共识,然而对于华北地台基底微陆块的划分一直存在争议。例如，伍家善等（1998)将华北板块的基底划分为五个微陆块，张福勤等（1998）将华北板块基底划分了十五个微陆块，翟明国等（2008）将华北板块划分了六个微陆块，这六个微陆块分别是胶辽陆块、迁怀陆块、阜平陆块、许昌陆块、集宁陆块和阿拉善陆块。陆壳的增生可以在早太古宙陆核、陆块的周边形成,也可以在新的较大的下降柱位置形成,其形成的机会和块体大小比早太古宙更多、更大（牛树银，1997）。翟明国等认为它就是在若干古陆核的周边增生的，它们的增生是由围绕古陆核的长英质片麻岩周围大量出现,而到了新太古代则变为绿岩带围绕着高级片麻岩穹窿,并有大量壳熔花岗岩侵入。1.1.2 微陆块的拼合与开裂 到了晚太古宙，地体间拼合增生，陆壳不断扩大,并出现了大规模的克拉通化（胡桂明，1996）。这些古陆块的规模、刚性特征和地质构造等均直接显示出与现今板块理论基本模式一致。已有多种模式讨论新太古代陆块的拼合，这里不做论述。翟明国（2010)认为在2600-2 500 Ma期间,华北各微陆块以陆-陆、陆-弧以及弧-弧碰撞的形式拼贴在一起,期间可能还有更小的游离于上述微陆块之间的弧或陆的拼贴。不同微陆块的缝合带即为新太古代晚期的绿岩带,其变质火山岩大多具有岛弧、弧后盆地或陆内火山岩的地球化学特征。由于地壳刚度的进一步增大,在北西-南东向拉张体制作用下,形成了五台裂谷,并快速堆积了大套中基性火山岩、中酸性凝灰质砂岩、碎屑岩、碳酸盐岩和含铁硅质岩。表明其形成于活动的、比较深的构造环境,具裂谷性质,其深度至少达到硅镁层,属于绿岩带建造(牛树银，1997）。大致发生于2500 Ma的五台运动,以其巨大的规模、强大的挤压力,使五台裂谷封闭并发生复杂的多期褶皱变形。五台运动使华北基底陆壳连成一体,初步形成了规模巨大的华北古板块。1.1.3 古元古代构造事件与18.5Ga-17Ga裂解事件 华北古板块在约2500Ma已经基本形成，在2300Ma之前基本处于相对稳定的状态、在2300Ma-1950Ma之间经历了一次基底陆块的拉伸-破裂事件，在克拉通内部发育了晋豫、胶辽发育了晋豫、胶辽裂陷盆地和丰镇陆内凹陷盆地。晋豫和胶辽盆地有含火山岩的不稳定沉积，丰镇盆地有从碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩-蒸发岩的杂岩为代表。大约在1850Ma期间，华北克拉通经历了一次挤压构造事件，导致了裂陷盆地的的闭合和焊接，形成晋豫和胶辽两个类似于现代陆-陆碰撞型造山带（翟明国等，2007）。赵国春(1999)所建立的中央造山带可能是一个实例，赵国春等(2009)认为微陆块是否确实存在主要取决于这些微陆块之间是否存在碰撞型造山带。一般而言,同一陆块可以存在岩石组成不同的构造单元或构造域。相反,如果两个地质体之间存在碰撞型造山带,即使它们具有相同的岩石组成和其它相似地质特征,他们也应该分属两个不同陆块。所以他们把华北克拉通基底分为三个太古宙一早元古宙微陆块(东部陆块、阴山陆块和鄂尔多斯陆块)和三个早元古宙活动带(孔兹岩带、华北中部带和胶一辽一吉带)。其中鄂尔多斯陆块和北阴山陆块在约1.95Ga沿东-西向孔兹岩带碰撞对接形成西部陆块,然后西部陆块与东部陆块在约1.85Ga物沿南-北向华北中部带碰撞拼合形成华北克拉通统一的结晶基底。翟明国（2004）将2.1Ga-1.7Ga的地质事件群划分为21-19亿年的造山事件亚群和18.5-17亿年的裂解事件亚群，后者与前者属于不同的构造体制，主要表现为地幔大规模上涌，下部地壳整体抬升至地表，伴随强烈的混合岩化和网格状韧性剪切变形，在华北多处出露高压麻粒岩岩墙的中压麻粒岩相和角闪岩相的退变质作用，且不具大陆碰撞的变质特征。基底抬升裂谷事件紧随，发育中条裂谷和燕山裂陷槽，古老地幔从从20亿年的亏损很快在19-17.6亿年变为富集，由此推断18亿年事件的实质是地幔大规模上涌导致的基底整体抬升，而随后陆内裂陷槽发育，这可能与哥伦比亚超大陆的裂解有关。以往的学者将华北克拉通20-17亿年的构造事件命名为“吕梁运动”，且赋予其造山运动的性质，由此可见，“吕梁运动”一词的应用还有待重新厘定，至少应该划分两个事件群。1.2 地台的稳定发展阶段（1700Ma-250Ma）如前所述，华北地台基底在18.5-17亿年经历一次大规模的裂解事件，这次裂解事件形成了中条裂谷和燕山裂陷槽，且它们都具有坳拉槽的性质，这可能与地幔柱大规模上涌有关。由此华北古板块进入了陆内裂陷槽沉积阶段，这其中最具代表性的要数我国天津蓟县中新元古代的剖面，关于这个中元古界的剖面的下限年龄，众多学着长期认识不统一，有人主张18.5-19亿年，有人主张17-17.5亿年，我国习惯采用的的下限年龄是王鸿桢先生的1800Ma。这套地层从老到新依次沉积长城系，蓟县系和青白口系。这是一套巨厚的石英砂岩-碳酸盐岩-泥质岩的沉积，长城系和蓟县系以浅海碎屑岩、碳酸盐岩为主。特点是基本未变质、成份成熟度高，但是厚度巨大，且仍含火山岩，反映地壳仍不是很稳定，认为是原地台的似盖层沉积，青白口群以浅海砂页岩为主，厚度小、分布广，成份成熟度高，无火山活动，认为是地台真正的盖层沉积（刘本培，1994）。古生代以来，华北板块以稳定陆表海沉积类型为主，寒武-奥陶沉积沉积了一套稳定的碎屑岩-碳酸盐岩地层。奥陶纪末期，华北板块抬升露出地表遭受风化剥蚀，直至中石炭世晚期才开始缓慢下降接受海陆交互相的沉积，至二叠世，华北板块又是以陆相沉积为主，沉积了一套河湖相的碎屑岩。总的来说，华北板块在古生代处于相对宁静期。1.3 中生代构造格局的转变与华北克拉通的破坏（250Ma至今）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，并伴随有产生了大量金属矿产和油气资源。20世纪初，翁文灏根据我国晚中生代的构造-岩浆事件，命名了“燕山运动”，随后陈国达提出了“地台活化”的概念，20世纪90年代，中国的科学家根据对华北克拉通的研究提出了“岩石圈减薄”和“去根”的概念。随着研究的深入，人们逐渐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，岩石圈地幔物理化学性质发生了根本性的变化，华北克拉通的稳定性遭到了破坏，我们将这种克拉通稳定性整体丧失的表现称为克拉通破坏（朱日祥等，2011）。华北克拉通破坏的重要标志是岩石圈的减薄，地幔性质转变以及大规模的韧性剪切与岩浆活动，主要表现在早白垩世的大量伸展构造，克拉通内部大量的变质核杂岩构造和一系列规模和尺度各异的断陷盆地，具体内容这里不做论述。华北克拉通破坏的空间范围主要通过大规模的宽频带流动地震台的监测，利用密集台阵获得的最新地震台成像结果显示，克拉通东部普遍存在薄的地壳和岩石圈，而中西部地壳与岩石圈较东部显著增厚，且变化幅度较大。特别指出，地壳与岩石圈厚度在华北东部和中部边界突变，与南北重力梯度带和地形的改变密切相关。结合华北克拉通东部相对饱满的的新生代地幔特征和壳源岩浆岩的广泛分布，表明克拉通的破坏主要发生在东部，中西部相对较厚的地壳和局部较薄的地壳表明华北克拉通中西部没有发生显著破坏。 华北克拉通破坏机制，多数学者如朱日祥等，认为华北克拉通的破坏主要是由于太平洋板块的俯冲作用造成的。现有各种观测资料表明，中生代以来太平洋板块向欧亚大陆的持续俯冲所导致的非稳态地幔流动对华北克拉通的整体破坏起到了至关重要的作用。这一结论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对应性，时间上来说华北板块东部大规模岩浆活动与区域性伸展构造与太平洋板块生在速率的增加和俯冲方向改变的时间相对应，从空间属性上来说，南北重力梯度带和郯庐断裂两条中国东部大型构造带的走向均表现了与太平洋板块俯冲的相关性（朱日祥，2012)。新的研究结果表明，华北克拉通破坏不是一个特殊地质现象，而是特定构造环境下大陆岩石圈演化的产物，是探索大陆动力学的一把金钥匙，所以加强华北克拉通破坏的研究是中国地质学家为地球科学事业做贡献的重要突破口。3 结语 华北地台已有超过38亿年的演化历史，大致可分为三个阶段，前面都已做论述，研究的重点主要集中在基底的形成演化和华北克拉通破坏上。不少学者如翟明国，赵国春，朱日祥等都做过有关方面的详细研究，且越来越受到国际地学界的关注。然仍有许多问题有待进一步研究，如华北克拉通破坏的机制，华北克拉通的多期克拉通化等。研究华北克拉通已成为探索大陆动力学的一把金钥匙，相信中国科学家会在这方面取得重大突破，为地球科学事业的发展做贡献。致谢 感谢本学期教授我们中国区域地质课程的张传恒老师和一起上课的同学们。参考文献：1 刘本培,全秋琦.地史学教程M.北京:地质出版社,1996:73-76.2 刘敦一.中国38亿年古陆壳的发现J.中国地质, 1991,5:30.3 牛树银,孙爱群,张建珍,等.华北古陆的形成与构造演化史J.1991,4(4),291-297.4 伍家善,耿元生,沈其韩,等.中朝古大陆太古宙地质特征及构造演化M .北京:地质出版社.1998:192-211.5 伍家善,耿元生,沈其韩,等.华北陆台早前寒武纪重大地质事件M.北京:地质出版社,1991:26-27.6 翟明国.华北克拉通2100-1700 Ma地质事件群的分解和构造意义探讨J .岩石学报,20 04,20(6),1343-1350.7 翟明国,彭澎.华北克拉通古元古代构造事件J .岩石学报,2007,23(11),2666-2677.8 翟明国.华北克拉通中生代破坏前的岩石圈地幔与下地壳J.岩石学报,2008,24(10),2185-2199