大陆基底形成阶段

基底构造的形成~

在漫长的构造发展过程中，北京地区经历了多期的构造变动(图9－2)。早在太古宙时期，华北地区已经形成多个微陆块，直至太古宙末微陆块拼合形成统一的华北陆块。古元古代除个别地区外华北克拉通化已基本形成，中、新元古代在一些固结硬化程度不高的地带仍有强烈的沉降和火山活动，形成燕山古裂陷;裂陷中心位于蓟县一带，南西方向伸入太行山区。在中元古代—晚古生代华北地区经历了稳定盖层形成时期，这也标志着刚性古陆的最终形成时间。中、新生代的块断活动又使华北陆块进一步复杂化，形成了多个大型隆起、大型盆地和大型新生代地堑。

图9－2 北京基底构造形成段图

北京地区在太古宙－古元古代克拉通基底固化形成的基础上;经历了中－新元古代坳拉槽堆积和寒武纪至早－中三叠世稳定的克拉通盖层发育阶段;从晚三叠世开始，又进入了一个崭新的构造活动时期，发育巨厚的陆相火山—沉积岩系，较为强烈的构造变形，多期次强烈的火山喷发与岩浆侵入，以及广泛的成矿作用为主要标志的中－新生代陆内(板内)造山运动(以印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动为代表)。
始太古代－古太古代末是北京最古老的大陆地壳生成阶段(表壳岩生成)，中太古代的迁西运动和新太古代的阜平运动，才形成真正意义上的固化陆壳或克拉通(雏地台形成)。
早元古代的吕梁运动以后，整个华北陆台固结，形成统一的陆壳(华北地台正式形成)。至晋宁期(包括中、新元古代)中元古代早期地壳破裂拉开，北京地区开始了东西向的燕山裂陷槽沉积阶段。其特点是在伸展机制下的升降运动。
长城纪初期(常州沟期)，海水由东向西进入盆地，并不断向西扩展，开始了河流—浅海沉积。中晚期(大红峪期)地壳裂陷作用加强，平谷－蓟县一带出现火山喷溢。高于庄期为长城纪最大海侵期，菌藻类开始大量繁殖。
晋宁期滦县上升结束了高于庄期的广泛海侵，太行－五台古陆抬生，南部古陆界线北移，使杨庄期海盆收缩于燕山地区。
雾迷山期海域北界大致在赤城－长哨营－承德一线，向西南发生广泛海侵超覆，海侵可达山西境内，超覆在高于庄组或更老地层之上。洪水庄期海侵最广泛，海水加深，在燕山裂陷槽的中心海域形成以黑色泥岩为主的“饥饿”沉积。铁岭期海水逐渐回落，因此在河北省怀来县一带有暴露成土作用发生，标志着因海水退去造成的陆上不整合。铁岭期末期发生“芹峪上升”，使燕山地区沉积中心西移到青白口和怀来一带，其基本地形为北东向狭长凹陷，向北东可延伸到辽宁铁岭一带。下马岭中期仍在沉积中心青白口和怀来一带，而蓟县等地上升为陆地，缺失下马岭组二至四段。晚期发生蔚县上升，北京地区处于风化剥蚀环境，形成龙山期陆相—海陆交互相碎屑岩。景儿峪末期发生蓟县运动，北京地区整体上升为陆地，结束了中新元古代沉积发育史。
自震旦纪开始至寒武纪几乎都处在赤道附近的低纬度区，北京地区同华北板块一样自青白口期末抬升(兴凯运动)以来，长期处于剥蚀状态。寒武纪由上升逐渐转为沉降，海水由南向北侵入华北地台，形成一个坡度很小的缓坡型碳酸盐岩台地。其间先后发生过3次海侵，形成了昌平组、馒头组至亮甲山组和马家沟组三套各具特色的沉积地层组合。
加里东运动时期(包括寒武纪、奥陶纪、志留纪)，古华北板块在逐渐向北移动中首先与扬子板块拼合，然后在志留纪末的加里东运动使祁连海槽褶皱隆起，并与柴达木板块和华北板块连为一体，古中国大陆形成。这一时期的应力状态先是南北向挤压，后转为东西向挤压，东西向或南北向褶皱应是这一时期的典型构造形态。
华力西期(包括泥盆纪至二叠纪)在早加里东运动(马家沟期末)使本区上升成陆地的基础上，遭受剥蚀长达140Ma之久，晚古生代中、晚石炭世超覆又整体沉降，接受了直到早中生代三叠纪的沉积。其沉积环境从初期的短暂陆表浅海，向着海陆交替的过渡环境发展，呈现海水由北向南缓慢退出的总趋势，最终成为大陆环境。
印支运动时期(包括三叠世与早侏罗世早期)，晚二叠世末，华南、华北板块碰撞拼合，北京地区在南北向挤压力环境下，沉积盖层发生近东西向褶皱及逆冲断裂，卷入褶皱的地层包括蓟县系到三叠系双泉组。燕山早中期受太平洋板块影响，NNW－SSE向挤压并左旋剪切。燕山末期地应力转为张性，产生NNE向深断裂(如紫荆关断裂、黄庄断裂)，开始形成断陷，下降盘接受早白垩世湖相沉积，随着断陷不断扩大，沉积中心不断向北东和南西发展。早期沉降中心在坨里，中期在琉璃河和丰台，后期在东坝。中白垩世末，北京地区整体抬升遭受剥蚀，形成遍及平原区的中生代剥蚀面。
在喜马拉雅山期早期，北京地区形成了一个规模比较大的剥蚀面，随后地应力发生变化，印度板块向欧亚板块俯冲，形成NNE向主压应力场。在太平洋弧后的引张和巽他弧南移的右旋剪切作用下，本区主应力轴渐渐顺时针旋转，形成了一系列张性断裂和断陷盆地。盆地受表层铲式正断层和深部陡直走滑断层的共同作用，断陷盆地接受了新生代沉积，并有多次火山岩喷发。新近纪末，主压力场转为近东西向，南北向引张，形成了一系列北西向张性断裂和第四系沉积盆地，如马池口盆地、后沙峪盆地以及南口—孙河断裂等，最终形成了现今北京平原区的构造格局和地形地貌。

1.古元古代—中元古代：高州杂岩形成
根据高州杂岩变质岩石组合、混合岩基体特征和常量元素西蒙南判别图解的判别，高州杂岩原岩为夹有少量火山岩的碎屑岩建造。
高州杂岩中基性火山岩的稀土元素地球化学特征表明，岩石几乎没有轻重稀土的分馏，LREE/HREE=0.66，低稀土总量，弱的Eu异常和显著的Gd负异常，REE图谱与岛弧拉斑玄武岩相似，与正常洋中脊玄武岩相差较大，表明当时云开地区不存在大洋，微量元素显示岩石源于过渡型地幔。因此，信宜-高州杂岩形成于大陆边缘的岛弧环境（凌井生等，1992；周汉文，1995）。
同位素年代学研究表明，高州杂岩的岩石形成于古元古代—中元古代。其依据为：
（1）信宜白石黑云斜长片麻岩中锆石U-Pb法年龄为2296×106a（符力奋，1996），代表原岩发生变质，乃至深熔（混合岩化）的源岩年龄；
（2）信宜银岩眼球状片麻岩锆石U-Pb年龄t1=1735×106a,t2=425×106a，前者代表变质岩石的形成年龄，后者代表后期热事件的改造年龄（叶伯丹，1989）；
（3）与麻粒岩密切相关的云炉一带的加里东期紫苏花岗岩全岩Sm-Nd模式年龄1741×106a，代表原岩形成年龄（周汉文，1995）。
2.中元古代—新元古代演化阶段：高州杂岩变质改造和云开群形成
（1）前晋宁期高州杂岩变质改造
在前晋宁期，高州杂岩经受了麻粒岩相和角闪岩相变质作用及区域混合岩化作用的改造，处于SW—NE向拉伸应力场中（彭松柏等，1995；彭少梅等，1995）。
已有数据表明，信宜-高州杂岩麻粒岩的年龄为950Ma±，丘元禧等（1996）认为这一年龄数据是紫苏花岗岩434～450Ma（陈斌，1994）和一大于950Ma年龄的混合年龄，麻粒岩的成岩年龄应大于950Ma；庄文明等（1995）在高州杂岩中斜长角闪岩中多次得到了1700～3200Ma的年龄数据也支持麻粒岩相变质作用可能发生于前晋宁期。塘蓬花岗岩体的原岩混合岩的形成年龄为1487Ma（简平，1989），信宜银岩眼球状片麻岩形成年龄1735Ma，均说明云开地体存在前晋宁期的构造-热事件。虽然目前不清楚角闪岩相变质作用时代，由于角闪岩相与麻粒岩相变质呈渐变过渡，变质过程是漫长的地质过程，是构造旋回发展到一定阶段的产物，推测角闪岩相变质作用发生于前晋宁期。
虽然受到加里东期的强烈再造和改造，高州变质杂岩岩石的变质作用峰期矿物尤其是变斑晶未见晶内片理旋转迹象，因而矿物生长过程的构造变形是伸展过程的产物而不是挤压缩短过程的结果。矿物递进演化的PT轨迹显示变质过程是近等压的增温型，表明变质过程中上覆岩层厚度基本不变，要连续升温必要求有额外热源持续供应。虽然发现了晋宁期零星的岩浆活动，但要使信宜-高州杂岩发生如此大规模接触变质作用的证据尚不充分，因此变质作用的最大可能是源于拉张过程中的地壳减薄。
（2）新元古代，云开群形成
稍晚形成的云开群是一套陆源碎屑岩和火山岩组合，属于次深海浊流相沉积。其中的火山岩系为较典型的双模式火山岩组合，呈EW向展布，反映火山活动为陆内裂陷性质，说明云开群形成时处于拉伸的构造环境，有利于古海洋热水沉积。
在底部云母片岩和石英片岩中夹有源于亏损地幔的基性火山岩，其Sm-Nd等时线年龄为980Ma（李献华，1993），中部云母石英片岩中夹有英安斑岩的锆石U-Pb年龄为911Ma（张仁杰，1990），冻水坑云开群剖面见有大量的新元古代微古植物化石（南颐，1994），均说明云开群形成于新元古代。
云开群为次深海浊流相沉积，其中的火山岩系为较典型的双模式火山岩组合，呈EW向展布，反映火山活动为陆内裂陷性质，因此云开群形成时处于拉伸的构造环境，与深部麻粒岩相变质作用时间和构造环境相吻合。
晋宁晚期，云开地体发生一次强烈的热-构造事件。这次构造-热事件不仅使云开群发生了区域变质作用和混合岩化作用，与上覆震旦纪地层形成不整合接触，而且涉及高州杂岩，使其发生混合岩花岗岩化作用，如信宜白石经花岗岩化形成的片麻状花岗质岩石岩浆侵入杂岩体从边部到中心的地质年龄依次为1200Ma→811Ma→600Ma→500Ma（符立奋，1996），早期为晋宁期岩浆活动产物。
3.早古生代：基底最终形成
震旦系及寒武系变质相以绿片岩相为主，与奥陶系呈角度不整合接触。部分地区奥陶系和志留系发生绿片岩相变质作用。泥盆纪及以后地层均为地台型沉积并呈角度不整合覆盖在早古生代褶皱地层之上。
这类花岗岩与深部基底岩石不同重熔程度的混合岩和变质岩系伴生，且呈环状分布，花岗岩位于中心，这种空间格局揭示了岩浆作用和变质作用之间的联系，即重熔作用是在变质作用基础上发展起来的。区域变质作用和岩浆作用有明显的继承性，如信宜白石片麻状花岗质侵入杂岩体的形成包括晋宁期、加里东期。
云开隆起大量同构造花岗岩的结晶年龄集中在3个区间：390～440Ma、440～460Ma、450～500Ma，分别与郁南运动和广西运动的时代相当，混合岩的同位素年龄数据集中在4亿～5亿年，泥盆纪及以后地层均为地台型沉积并呈角度不整合覆盖在早古生代褶皱地层之上，表明云开地区在加里东期完成了由活动区向稳定区的转化，云开基底形成。

古元古界不整合于太古宙之上，较强的岩浆活动，反映了古元古代时，围绕着古老陆核、地壳的不断增生、大陆基底逐渐形成。可分为以下3个阶段（图5-2）。

一、古元古代

在塔里木陆块区的库鲁克塔格地区内，不整合于太古宙上的兴地塔格岩群（Pt₁X）为石英岩—云母片岩—大理岩变质建造，有 24 亿年片麻状蓝石英斜长花岗岩侵入，代表辛格尔运动同造山期岩浆活动，陆松年等（2006）认为这里古元古界由3套岩石组成，上部和下部为高级变质碎屑岩具浊流沉积特征，中部为橄榄大理岩，系高镁碳酸盐岩沉积，具活动大陆边缘沉积特征。

图5-2 大陆基底形成阶段

中天山的天湖岩群，为二云母石英片岩、黑云母石英片岩、二云矽线蓝晶石片岩、石英岩、斜长角闪岩、大理岩、千枚岩。原岩为砂泥质—碳酸盐岩夹基性火山岩，区域动力热流变质，低角闪岩相。侵入其中的变质深成岩（侵入变质铁矿层中），由英云闪长片麻岩、斜长花岗片麻岩、二长花岗片麻岩等组成，反映地壳成熟度的逐渐增高，属石榴子石（蓝晶石）低角闪岩相。其中天湖变质铁矿达大型规模。在库鲁克塔格含碳岩系中产石墨矿。

塔南的铁克里克，出露的最老地层赫罗斯坦岩群，时代划为太古宙—新元古代，肖序常等，（2004）曾在该岩群的古老侵入岩中获（2977±140）Ma的岩浆结晶年龄和（2067±130）Ma 的变质年龄，由长英质片麻岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩相组成的基底杂岩相的陆核亚相，不整合于上的古元古代埃连卡特岩群由低角闪岩相片岩、片麻岩、磁铁石英岩、大理岩、变质火山岩等组成。其中含双峰式火山岩及侵入其中的2261Ma（许荣华，2000）、（2426±46）Ma（张传林，2003锆石SHRIMP）的阿卡孜碱性花岗岩，反映古元古代初期地壳曾再次拉伸形成古裂谷带。中元古界塞拉加兹塔格岩群的绿片岩相不整合于古元古界上。在赛里木及伊犁地块，前者，中元古界为含叠层石的泥质-硅质碳酸盐岩建造的库松切克群，后者中元古界下部为浅变质碎屑岩的特克斯群，上部为富含叠层石碳酸盐岩的科克苏群，它们似乎构成了结晶基底上的第一个盖层。

广泛分布在哈萨克斯坦高原中的古元古界杂岩，主要由很厚的火山沉积物质经过区域变质作用而形成的绿片岩相。通过对乌卢套地块的研究，Л.И，Филaтoвa等建立了完整的古元古界杂岩剖面。剖面由三个系列岩石组成。底部是阿拉尔拜系列，厚1km，由石英岩、绢云母石英片岩和千枚岩组成；中部系列厚4～6km，由英安岩和流纹石英安山岩组分的残斑变岩、钠长石片岩及绿片岩、千枚岩、石英岩和少量大理岩、含铁石英岩组成；顶部是杰斯比利东系列，厚3～4km，由玄武岩、安山玄武岩、绿帘石-石英-绢云母千枚岩、含铁石英岩、大理岩变质而成的残斑变岩和绿片岩组成。这是哈萨克斯坦铁矿的重要成矿期之一。不少大-超大型铁矿床形成于此时，也是东欧地块（18×10⁸a前的“斯维可芬运动”固结），西伯利亚古陆（固结于（19～20）×10⁸a前的“卡累利阿运动”）；卡拉库姆-塔里木古陆的基底固结期（塔里木地块经辛格尔运动形成太古宙古陆核，后经古元古代末的兴地运动形成原始古陆）。

这可能就是Rogers等（2002）所称的哥伦比亚超大陆事件，Hoffman（1998）也强调古元古代的造山作用是一次超大陆事件。

这些太古宙—古元宙带的古老结晶基底，除分布于陆块区外，也被卷入在造山带内（中间地块）如秦祁昆造山系中的阿中地块、羌塘-三江造山系（青藏板块）的塔什库尔干-甜水海地块等，多由高角闪岩相-底角闪岩相的变质杂岩及 TTG 组合的片麻状古老侵入岩所组成。塔什库尔干的古元古界布伦阔勒岩群，为角闪岩相区域变质岩，前苏联在西帕米尔与本群相当的变质岩系中获 U-Pb，Rb-Sr年龄2130-2700Ma，是硅铁建造的主要含矿层位（赞坎等大型铁矿）。孙海田等（2000）曾在布伦口湖岸的黑云斜长片麻岩中获U-Pb年龄（2772±177）Ma可能含太古宇。

在阿尔金弧盆系中的阿中地块出露的最老地层为阿尔金岩群，时代为（36～24）×10⁸a组成了阿尔金造山带的结晶基底（基底杂岩陆核亚相）。

二、中元古代

塔里木陆块区的扬吉布拉克岩群（ChY）或称波瓦姆群底部有60m厚底砾岩（陆松年等，2006）不整合于古元古界之上，代表兴地运动。主要为石英岩—云母片岩—大理岩变质建造；云母石英片岩-绿片岩建造：斜长角闪岩-含矽线黑云斜长片麻岩-镁质大理岩变质建造，浅粒岩-黑云母变粒岩磁铁石英岩变质建造。原岩为碎屑岩、碳酸盐岩夹基性火山岩、低角闪岩相；在哈萨克斯坦古元古代地层之上为一套浅变质岩系所不整合，称早-中里菲系，由火山沉积岩系组成。在乌卢套和萨雷苏地区，早-中里菲期地层不整合于古元古界之上，厚达3km，下部是片岩、残斑变岩和斑状变质岩，上部是白云质大理岩、石英岩、绢云母-石英片岩和千枚岩。在塔里木西北缘的坷坪陆缘盆地、中元古界阿克苏岩群的绿片岩中发现蓝闪石片岩，原岩年龄 1900～1660Ma（熊纪斌等，1986）。为弄清楚这些基性片岩的原岩性质，据舒良树等（2008）研究认为大多数是由E-MORB型玄武岩变质而来，岩浆源自富集型地幔。样品07A-9、07A-10源自更亏损的地幔区，源于正常洋脊。这是阿克苏地区古大洋板块活动的地质记录，是前寒武纪高亚-超高压变质带（相）留下的证据。对采自阿克苏基性蓝闪石片岩样品作 Sm-Nd 同位素测年，获得等时线年龄（890+31）Ma（舒良树等，2008），代表蓝片岩形成年龄，是罗丁尼亚超大陆聚合-碰撞的反映。蓝片岩Rb-Sr表面年龄相差很大，1792.8 Ma、1907.6 Ma（熊纪斌等，1986）、代表蓝片岩原岩年龄；962～944 Ma（高振家等，1993）、后者大致代表阿克苏群的变质时代，多硅白云母 Rb-Sr年龄 720 Ma（肖序常等，1990）反映该群最后一次抬升过程的冷却时代或受热事件扰动的年龄。

反映中元古代塔里木北缘，曾一度拉张形成元古阿克苏南天山洋盆（成守德等，2006），在中天山也曾发现有原岩为1570Ma的蓝闪石片岩（王宝瑜等，1994），反映了中元古代阿克苏（南天山）洋盆的存在。

在塔南秦祁昆造山系的东昆仑南部，中-新元古界万保沟群有两类不同建造，一为碳酸盐岩台地，由白云岩、藻屑白云岩、结晶灰岩、硅质条带灰岩等组成。另一类为绿色岩系，由玄武岩、玄武安山岩、安山岩夹玄武质凝灰熔岩、钠长英安岩及灰岩、板岩、硅质岩等组成，玄武岩Sm-Nd年龄（1441±230）Ma，锆石SHRIMP年龄（1343±30）Ma，具板内碱性玄武岩特征，为古裂谷。西昆仑长城系为古裂谷，不整合于上的蓟县系也有两种类型沉积，一为蛇绿混杂岩相的洋内弧亚相，由镁铁-超镁铁岩、变基性岩Sm-Nd年龄1138Ma、1013Ma、辉长岩（950±82）Ma等及硅泥质岩组成。说明蓟县纪时大陆的进一步拉张出现了洋壳，另一类型为陆表海的碳酸盐岩沉积覆于古陆壳之上。说明昆仑一带中元古代也出现了洋盆。

三、新元古代

阿克苏洋盆封闭，由高压低温变质的蓝闪石变质年龄为（890±31）Ma得到证实，也是罗丁尼亚古陆汇聚的反映，这种反映还表现在多个方面，如帕尔岗塔格青白口系不整合于蓟县系之上；东天山大黑山地区眼球状花岗片麻岩是深源熔体和流体与原岩相互作用的产物，具原地重熔改造陆—陆碰撞的同碰撞岩浆岩特征，锆石U-Pb年龄1141Ma，青白口纪过铝强钙碱系列花岗岩—花岗闪长岩—二长花岗岩具陆—陆碰撞特征，库鲁克塔格兴地、雅尔丹等地中元古代二长花岗岩为南华系—震旦系不整合覆盖，中天山东段峡东转井岩体Pb/Pb等时线年龄 960.4Ma，库鲁克塔格西山口红色花岗岩、辛格尔南的片麻状花岗岩侵入中元古界年龄为（10～8）×10⁸a，中天山拉尔墩达坂—巴伦台—星星峡一带的陆壳重熔型片麻状花岗岩960～910Ma（胡霭琴等，2010），昆仑一带也有871～941Ma同碰撞花岗岩的侵入，等等都反映了大陆的聚合；在哈萨克斯坦-吉尔吉斯斯坦，据佐年善等（1990）研究北起科克切塔夫、南到吉尔吉斯山，到处都发育有（1000～900Ma）并具盖层特征的纯净石英砂岩，以及后来证实的1050Ma的伊塞东运动判断，哈萨克斯坦-北天山，此时已是统一的稳定陆壳区了。这些代表了罗丁尼亚超大陆的形成。

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