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| 編輯推薦： |
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克拉通,岩体破坏形态,华北地区,实习,指南
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| 內容簡介： |
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大陆克拉通的形成、演化及破坏的过程，是经典板块构造理论的盲点，也是现代地球科学的前沿科学主题。华北克拉通的陆壳物质始现于38亿年前，最终克拉通化完成于18亿年前，此后经历了十多亿年的稳定地台阶段，至中生代其东部整体经历克拉通破坏；相关地质记录的丰富性和完整性为全球十余个典型克拉通所仅见。北京北部的燕山地区，是上述地质记录保存*为集中的地区。作者在近年来野外教学实践的基础上，综合已有研究成果，编成这本野外实习手册，完整地介绍北京北部华北克拉通形成阶段、盖层发育阶段以及稳定陆壳破坏阶段的标志性地质记录，涉及构造地质学、矿物 - 岩石学、沉积学等诸多方面。
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| 目錄：
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目录
序
前言
第1章 华北克拉通的形成及其标志
1.1 地质概况 001
1.2 实习点介绍 007
1.3 岩石的定义与命名 034
参考文献 037
第2章 华北克拉通盖层沉积记录——密云中-新元古界与地球环境演化
2.1 背景知识 039
2.2 实习点介绍 048
2.3 延伸阅读 064
参考文献 069
3.1 背景知识 077
第3章 华北克拉通破坏的岩石与构造证据——云蒙杂岩构造解析
3.2 实习点介绍 107
参考文献 127
第4章 上庄杂岩体
4.1 背景知识 131
4.2 实习点介绍 137
参考文献 143免费在线读第1章 华北克拉通的形成及其标志
1.1 地质概况
前寒武纪（5.4 亿年以前）是一个漫长的地质时期，分为冥古宙（＞ 40 亿年）、太古宙（40 亿～ 25 亿年）和元古宙（25 亿～ 5.4 亿年）。太古宙分为四个代，以多期次陆壳生长为特征。元古宙分为三个代、十个纪，从老到新分别为古元古代的成铁纪、层侵纪、造山纪、固结纪，中元古代的盖层纪、延展纪、狭带纪，新元古代的拉伸纪、成冰纪和埃迪卡拉纪。成铁纪（25 亿～ 23 亿年）以大氧化事件及大量苏必利尔湖型条带状铁建造的形成为特征；层侵纪（23 亿～ 20.5 亿年）以发育大量层状侵入体，出现冰期为特征；造山纪（20.5 亿～ 18 亿年）以全球性的造山事件、**变质作用（超高温 高压麻粒岩相变质）为特征；固结纪（18 亿～ 16 亿年）以结晶基底的稳定和非造山岩浆活动为特征；盖层纪（16 亿～ 14 亿年）以大量地台型白云岩沉积为特征；延展纪（14 亿～ 12 亿年）以沉积盆地扩大、碎屑沉积岩发育为特征；狭带纪（12 亿～10 亿年）以发育格林威尔造山带为特征；拉伸纪（10 亿～ 7.2 亿年）以伸展及非造山岩浆活动发育为特征；成冰纪（7.2 亿～ 6.35 亿年）以发育冰碛期和盖帽碳酸盐岩为特征；埃迪卡拉纪（6.35 亿～ 5.41 亿年）以丰富的化石记录为特征。造山纪—延展纪和狭带纪—埃迪卡拉纪可以视为两个超大陆演化旋回：前者属于哥伦比亚超大陆的演化区间，后者属于罗迪尼亚超大陆的演化区间。
前寒武纪地质时代有两个非常重要的转折时期，一个是太古宙晚期（28 亿～25 亿年，新太古代），另一个是古元古代晚期（18 亿～ 16 亿年，固结纪）。前者表现为形成大量的陆壳（灰色片麻岩和绿岩带），形成全球主要克拉通（克拉通化）；后者表现为全球性的裂谷事件（非造山岩浆活动），代表全球构造体制和地球环境的重大转变。
太古宙形成了与现今规模相当的陆壳，通过克拉通化形成了全球30 ～ 40 个主要克拉通，这些克拉通具有稳定的岩石圈地幔和中酸性的大陆地壳（圈层分异），具有岩石圈板块特征，从物质上奠定了板块构造的基础。克拉通化过程中形成的大陆地壳，其组成与元古宙及显生宙存在非常大的差异：一些岩类在太古宙之后很少见到，或者虽然在元古宙和显生宙也有产出，但是特征或者规模明显区别于太古宙，如科马提岩、磁铁石英岩、斜长岩、灰色片麻岩及紫苏花岗岩等。这些岩类的形成，很难通过现今正在发生的地质过程实现。这是陆壳地质演化不可逆性的体现，给我们通过将今论古探讨早期地质历史带来了挑战。这也是前寒武纪地质学成为一门专门学科的主要原因之一。
太古宙形成的大面积稳定陆块称为克拉通（craton，来自希腊语kratogen）。按照地质演化特征，克拉通可以分为地盾和地台两种类型。地台以发育盖层沉积为特征，如西伯利亚通古斯克拉通，而地盾很少发育盖层，缺少岩浆活动，如斯拉韦地盾。按照物质组成，克拉通可以分为高级区［high-grade terrains ；片麻岩-麻粒岩地体（high-grade gneiss terrains ）］和低级区［low-grade terrains ；绿岩带（greenstone belt ）；花岗岩绿岩地体（low-grade granite-greenstone terrains ）］两类构造单元，多分别称为高级区和绿岩带。前者在太古宙中占70% ～ 80%（Windley，1995）。高级区由高级变质岩石组成，变质级别通常为麻粒岩相-角闪岩相，常呈现穹隆状。主要有三种岩石组合：长英质片麻岩组合{ 如TTG［指英云闪长岩（Tonalite）-奥长花岗岩（Trondhjemite）-花岗闪长岩（Granodiorite）组合］、紫苏花岗岩}、深变质似绿岩带组合（表壳岩组合：枕状构造斜长角闪岩、超镁铁质岩、孔兹岩系和磁铁石英岩）和克拉通沉积岩与火山岩组合（孔兹岩系、磁铁石英岩、中性麻粒岩、石英岩和大理岩）。一些克拉通以低级区为主（如加拿大苏必利尔克拉通），一些以高级区为主（如印度达瓦克拉通），也有一些两者均较发育（如巴西圣弗朗西斯科克拉通）。比较特殊的如华北克拉通，其发育的结晶基底不同于典型的高级区，也不同于典型的低级区。华北克拉通发育大量的表壳岩系。这些表壳岩系，主要由变质的火山-沉积岩系组成，它们具有典型绿岩带的部分特征，但因为普遍发生角闪岩相-麻粒岩相的高级变质作用，符合高级区变质作用特征。这些高级变质表壳岩系与花岗质片麻岩可称为高级变质花岗岩-绿岩地体。
高级区代表性地区有格陵兰南部、波罗的、乌克兰、西伯利亚（阿尔丹）和印度南部等。绿岩带由低级或未变质沉积-火山岩组成，常呈向斜状褶皱带。绿岩带是克拉通的重要组成部分，通常为分散残体状的、克拉通上的变质火山岩和沉积岩的特殊组合。完整的绿岩带由三部分组成：底部是双峰式系列，由科马提岩、拉斑玄武岩及少量的长英质凝灰岩与层状燧石岩组成，缺少安山岩；中部是钙碱性火山岩系列，包括拉斑玄武岩、安山岩、英安岩和少量的科马提岩及碎屑沉积岩等；上部为浅海浊流沉积岩组合。花岗岩区主要有三种类型：片麻状杂岩、底辟岩体和后构造花岗岩。绿岩带多呈孤立的不规则状地质体存在于花岗岩和片麻岩中，平均宽20 ～ 100 km ，延长数百千米，*小的只有几百米，内部多呈分支状复式向斜。太古宙地体的著名产地有南非巴伯顿和津巴布韦、澳大利亚的伊尔冈和皮尔巴拉以及加拿大苏必利尔克拉通（阿比提比绿岩带）等。对于高级区与绿岩带的关系尚有疑问，有几种代表性的观点：高级区是绿岩带的深部产物；高级区和绿岩带在年代和构造环境上完全不同；时代大体相同但构造环境完全不同（稳定区—活动区）。我国类似绿岩带的地质体常常变质程度较高，除鲁西绿岩带以外大都缺乏典型的科马提岩，相对缺少富氧化型铁矿富集。
形成克拉通（太古宙稳定陆块）的过程，称为克拉通化。克拉通化的动力学机制一直受到广泛关注。由于克拉通的主体岩石（灰色片麻岩 TTG 和绿岩带）均未大面积出现于显生宙，它们的形成过程是否通过板块构造实现，对这一问题的回答直接关系到对地球演化早期动力学机制的认识。大量TTG 的形成，以及类似于大火成岩省的绿岩带的形成，被一部分学者认为和地幔柱构造有关。从构造样式来看，克拉通地区常见深成侵入体形成的“穹隆”和绿岩带围绕“穹隆”形成的“穹隆-龙骨”构造。这一构造样式也被认为可能指示大陆的垂向构造演化过程（地幔柱构造）。然而，大量钙碱性花岗岩的形成也被认为要求大量基性地壳在富水条件下发生部分熔融。因此，它们的形成可能对应于板块构造的动力学过程。只是这种早期的“板块构造”与现今板块构造存在差异。*近的研究揭示，部分克拉通地壳（如印度Dharwar 克拉通和华北克拉通）具有“三明治”结构特征（Peng et al.，2019），这可能指示垂向生长在克拉通化过程中起着重要作用。然而，克拉通岩石的时空分布特征显示，它们也存在水平方向上的扩展（如Slave 克拉通），因此，克拉通的生长可能既表现在水平方向上的生长，也表现在垂直方向上的生长（Lin and Beakhouse，2013）。
在克拉通内部，无论高级区还是低级区，占主导的是花岗质侵入体，因其常发育片麻状构造，野外常呈灰色，称为“灰色片麻岩”（grey gneiss ）。这是野外实习的重点对象之一。灰色片麻岩*先由加拿大人温爱德华兹为表示加拿大绿岩带基底的英云闪长-奥长花岗质片麻岩提出的，其主体是TTG 岩系。高级区与低级区的TTG 成分相似，但高级区以花岗闪长岩为主，低级区以英云闪长岩为主。两种岩区TTG 地球化学特征相似，但前者大多数不相容大离子亲石元素（LILE）及Eu 常常亏损，这与麻粒岩相变质有关。目前有两种TTG 成因模式，**种为玄武质母岩浆分离结晶；第二种为镁铁质岩石的部分熔融。许多人认为，俯冲带是TTG 形成的理想环境。华北克拉通基底分布着大量2.5 ～ 2.6 Ga 的不同尺度的TTG 片麻岩穹隆（5 ～ 60 km 长，2 ～ 40 km 宽），并被一些网状或线性的约2.5 Ga 表壳岩的开阔到紧闭向斜分开，穹隆核部常有2.5 Ga 同构造紫苏花岗岩（麻粒岩相地区）或石英二长岩（角闪岩相地区），如冀东迁安穹隆、崔杖子穹隆和太平寨-三屯营穹隆群，辽北清原穹隆和吉南桦甸等，穹隆的形成被认为与TTG 岩基的侵入有关或由两期或更多期褶皱叠加而成。
野外实习的另一个重点内容是麻粒岩。麻粒岩原指产于德国萨克森地区麻粒山的深色和浅色的二色变质岩石。麻粒岩是一种常见的高级区域变质岩，由粒状变质矿物组成，以岩石中含有高温斜方辉石为重要标志。根据岩性的不同，有时可含有石英、石榴子石、夕线石、蓝晶石、角闪石和 或黑云母等。一般认为麻粒岩是细粒到中粒变质岩，为花岗变晶（或粒状变晶）结构，构造从块状到片麻状。富含铁镁矿物的麻粒岩，称为暗色麻粒岩或基性麻粒岩。麻粒岩相的温度范围通常为700 ～ 900 ℃，压力范围一般为0.3 ～ 1.2 GPa 。麻粒岩主要有两种退变质P-T 轨迹：近等温减压（ITD）和近等压冷却（IBC）。前者可能与洋陆俯冲碰撞或者陆陆碰撞造山过程有关，而后者可能与岩浆增生、正常地壳拉伸和增厚地壳拉伸等地质过程有关。麻粒岩有不同分类方案，如根据变质压力可分为高压麻粒岩和中低压麻粒岩，根据SiO2 含量不同可分为基性、中性和酸性麻粒岩等。超高温麻粒岩为变质峰期温度＞ 900 ℃的高级变质作用形成的变质岩，原岩多为富铝泥质岩。麻粒岩的基本产状可以分为两大类：太古宙面状麻粒岩-紫苏花岗岩杂岩和显生宙线状麻粒岩组合。太古宙麻粒岩主要为中、低压麻粒岩（变质压力＜ 10 kbar ①），岩石区域性出露，而显生宙麻粒岩则中、高压较多。另外，还有以岩石包裹体形式出露于火成岩中的麻粒岩。麻粒岩地区可见混合岩化现象，主要表现为变质岩发生深熔作用，形成长英质熔体；部分地区形成紫苏花岗岩。实习区发育麻粒岩相变质表壳岩系，可见基性麻粒岩（原岩可能为变质基性火山岩）、酸性麻粒岩（变质酸性火山岩）以及经历麻粒岩相变质的条带状铁建造等。
古元古代晚期（固结纪）是地球构造体制和环境演化的另一个重要转折时期，被认为是地球“中年期”（或称“中世纪”）的肇始，演化时间长达10 亿年。这一时期，发育大量非造山岩浆活动，尤以基性岩墙群及相关岩浆*为发育（图1-1），并伴随长时间的沉积作用；其中16 亿～ 14 亿年期间，全球发育碳酸盐岩（白云岩为主）台地（图1-1）。这一时期之后，地球大气圈和水圈逐步演化至与现今相似的状态，这也为生物圈的演化奠定了基础。
古元古代晚期的非造山岩浆活动，上承古元古代造山纪发育的全球性造山事件，下启中元古代盖层纪发育的全球性白云岩沉积，典型的岩浆岩类型包括斜长岩、环斑花岗岩和基性岩墙群。环斑花岗岩（rapakivi granite ），以斑晶为球形—卵形的钾长石（条纹长石、微斜长石），外绕更长石环或钠-更长石环为特征。环斑结构主要有两种成因：岩浆混合和结晶分异（快速减压、缓慢降温）（Haapala and R.m.，1999；Sharkov，2010）。一些学者认为环斑花岗岩从本质上是一种出现环斑结构的A 型花岗岩。环斑花岗岩相关岩浆活动常常表现为双峰式特征（基性+ 酸性：如，辉绿岩-斜长岩+ 环斑花岗岩-正长岩）。环斑花岗岩被认为形成于非造山环境，或者与加厚造山带的部分熔融有关，或者与基性岩浆岩的底垫有关。一般认为基性岩浆岩底垫可能对应于活动裂谷或者消亡裂谷（坳拉谷）或者地幔柱活动。环斑花岗岩主要形成于元古宙（1800 ～ 1000 Ma），其他时代也有分布，是全球两个巨大的非造山岩浆活动带的重要岩石类型。
基性岩墙群由一定数量的具有相同或相似产状的线性基性岩墙组成，是地壳伸展背景下，来自地幔的基性岩浆侵入体。巨型基性岩墙群是大岩浆岩省的岩浆通道，因此也是常见组成部分。岩墙是一种扁平侵入体，与围岩不谐和，切穿已经存在的岩层或
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