地球的洋陸格局是其區別于其他行星的重要標志之一，也是地球板塊構造體制的重要前提。匯聚板塊邊界（如俯沖帶、碰撞和增生造山帶）的形成，被認為是全球性板塊構造啟動(dòng)的主要證據。因此，識別和厘定地質(zhì)歷史上的古板塊邊界是追溯板塊構造啟動(dòng)時(shí)間和機制的重要手段。華北克拉通是全球最古老克拉通之一，保存了大量早前寒武紀地質(zhì)記錄，其中古元古代麻粒巖相高級變質(zhì)地體在華北廣泛分布。這些古元古代麻粒巖通常顯示順時(shí)針演化的變質(zhì)P-T軌跡，并且這些巖石的空間展布樣式呈現類(lèi)似造山帶的“帶狀”特征，因而被進(jìn)一步解釋為古元古代的碰撞造山帶的產(chǎn)物。然而隨著(zhù)新的麻粒巖地體在鄂爾多斯和朝鮮狼林地塊被識別出來(lái)，其空間展布樣式顯示出面狀分布特征，這就區別于造山帶變質(zhì)巖通常所顯示的帶狀分布。
為了進(jìn)一步約束華北克拉通古元古代麻粒巖地體的確切地質(zhì)含義，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所趙磊副研究員、鄒屹副研究員、周李崗博士和翟明國研究員，聯(lián)合中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所周喜文研究員和劉平華研究員以及山東地質(zhì)科學(xué)院孫偉清研究員，對華北克拉通東部膠北地體開(kāi)展基底巖系組成以及區域變質(zhì)特征的綜合性研究，并選取華夏地塊北武夷地體開(kāi)展類(lèi)比性研究。傳統觀(guān)點(diǎn)認為膠北地體整體經(jīng)受古元古代麻粒巖相變質(zhì)作用，屬于華北克拉通古元古代膠遼吉造山帶的一部分。
在系統綜述前人研究結果的基礎上，進(jìn)一步揭示出膠北地體早前寒武紀基底巖系的巖石組成和時(shí)代特征，其中太古宙TTG片麻巖（~2.9、~2.7和~2.5Ga三期）主要出露于膠北地體的中部地區，荊山群古元古代變質(zhì)沉積巖分布于南部地區，粉子山群古元古代變質(zhì)沉積巖位于地體的北部地區，兩期古元古代巖漿活動(dòng)（~2.1 Ga和~1.9 – 1.8 Ga）則在膠北地體不同地區零星分布（圖1）。
圖1 膠北地體在華北克拉通東部的位置及其區域地質(zhì)簡(jiǎn)圖
在詳細梳理膠北地體不同地區的古元古代變質(zhì)巖樣品的基礎上，進(jìn)一步確認三類(lèi)古元古代變質(zhì)巖，即變質(zhì)基性巖、變質(zhì)超基性巖和變質(zhì)泥質(zhì)巖，在膠北地體均有出露。除了分布于膠北地體南部的超基性麻粒巖，其它兩類(lèi)變質(zhì)巖在膠北地體的分布較為普遍。在大量野外地質(zhì)工作和大比例尺野外填圖工作的基礎上，通過(guò)綜合對比不同地區變質(zhì)基性巖和變質(zhì)泥質(zhì)巖的礦物組合、變質(zhì)溫壓條件和變質(zhì)作用年代學(xué)結果，發(fā)現膠北地體古元古代變質(zhì)巖的空間分布呈現“北部地區變質(zhì)級別低，南部地區變質(zhì)級別高”的特征。具體來(lái)說(shuō)，古元古代麻粒巖與超基性巖分布于膠北地體南部，巖石記錄的變質(zhì)級別向北逐漸轉變?yōu)榻情W巖相、綠片巖相（圖2）。這一變質(zhì)級別的區域分布規律，明顯區別于將膠北地體整體定義為麻粒巖地體的傳統認識，而與世界上其它地區的地殼剖面相類(lèi)似。基于上述的研究和討論，重新將膠北地體定義為遭受掀斜抬升的地殼剖面。其中地體南部的麻粒巖帶，代表抬升的最下部地殼，而北部地區的巖系則代表淺部地殼層次的巖石。
圖2?膠北地體不同時(shí)代變質(zhì)巖的區域分布特征
位于膠北地體南部的早前寒武紀巖系，除了記錄古元古代變質(zhì)作用，還遭受一期二疊末-三疊紀的變質(zhì)疊加（圖2）。膠北地體南部和蘇魯超高壓變質(zhì)帶的變質(zhì)變形特征的相似性，表明膠北地體地殼的掀斜抬升主要受控于二疊末-三疊紀時(shí)期的華南華北陸陸碰撞造山（圖3）。
圖3?膠北地體南緣地殼剖面的掀斜抬升過(guò)程示意圖
相似的地質(zhì)過(guò)程也發(fā)生于華夏地塊北武夷地體。北武夷地體是華夏地塊早前寒武紀（古元古代）巖系的唯一出露區（圖4），然而華夏地塊顯生宙花崗巖的同位素特征顯示其早前寒武紀基底的分布十分廣泛。系統的變質(zhì)作用研究，揭示出北武夷地體除了顯示古元古代變質(zhì)作用指代，還記錄加里東期（~450 Ma）和印支期（~250 Ma）榴輝巖相-麻粒巖相變質(zhì)。這兩期變質(zhì)作用都顯示出顯著(zhù)的陸殼抬升，尤其是印支期變質(zhì)。在印支期變質(zhì)作用范圍之外的華夏地塊，則基本沒(méi)有早前寒武紀巖系的出露。這表明華夏地塊加里東期和印支期造山作用主導了北武夷地區早前寒武紀巖系的抬升剝露（圖5）。
圖4 北武夷地體區域地質(zhì)簡(jiǎn)圖以及顯生宙變質(zhì)疊加的年代學(xué)結果
圖5?華夏地塊后期構造事件對其古老基底巖系的抬升剝露過(guò)程示意圖
顯生宙構造事件對華北克拉通膠北地體古元古代地殼剖面和華夏地塊北武夷地體早前寒武紀巖系的抬升剝露，表明：（1）帶狀分布的麻粒巖（如膠北地體南部）并不能代表古老造山帶，不能當做板塊構造啟動(dòng)的證據；（2）華北面狀分布的古元古代麻粒巖地體和華夏地塊早前寒武紀巖系的顯生宙抬升剝露，表明類(lèi)似的地質(zhì)過(guò)程在全球范圍內可能具有普遍性；（3）麻粒巖代表大陸最下部地殼，其順時(shí)針P-T軌跡究竟能否指示碰撞造山的構造背景，需要進(jìn)一步討論。
研究成果近日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Earth-Science Reviews和Precambrian Research。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（41890834，42220104008和41872197）的資助。
- 趙磊，鄒屹，劉平華，孫偉清，張儒誠，周李崗，翟明國. An early Precambrian “orogenic belt” exhumed by the Phanerozoic tectonic events: A case study of the eastern North China Craton [J]. Earth-Science Reivews, 2023, 241: 104416. DOI: 10.1016/j.earscirev.2023.104416.
- 趙磊，翟明國，周喜文. Early Precambrian basement components of the Cathaysia Block in South China exhumed by Phanerozoic orogenic events[J]. Precambrian Research, 2023, 398: 107218. DOI: 10.1016/j.precamres.2023.107218.
