克拉通化

更新时间:2022-08-25 14:28

克拉通化(cratonization),是大陆地壳的地质构造由强烈活动转化为稳定区过程的地质作用,由此形成大尺度的长期稳定的地壳构造单元。

基本信息

虽然迄今为止地球上最老的物质或岩石记录都是来自陆壳岩石的,但多数研究者仍然认为地幔是难以直接熔融出陆壳岩石(平均成分)的。岩浆海模式假设首先通过岩浆分异或二次熔融形成陆核,而后经过巨量陆壳增生,形成了微陆块或小陆块。早期形成并且长期未经构造活动(变形)具有一定规模的地壳部分,称为克拉通,大多数克拉通都是在太古宙形成的。这些克拉通在太古宙末一个特定的地质时期,即~25亿年(2.5Ga),形成全球规模的超级克拉通(陆块),才有了与现今相类似的洋陆格局。

克拉通化就是形成克拉通的过程,包括了固体圈层中的岩石、地球化学、构造地质、地球物理场等等的诸多演化和剧变。笔者在经典定义的基础上将克拉通化概括为:形成稳定的上下大陆地壳圈层,并与地幔耦合的地质过程[6]。可见,克拉通化是地球、特别是大陆发展历史上最重要的地质事件之一。全球大多数古陆的克拉通化完成在太古宙末的一个特定时期,即2.65~2.5Ga,少数完成于古元古代末,~2.0~1.9Ga,并在以后的地质演化中未见重复。克拉通化的结果是在地球上形成与现今规模相似的稳定大陆。克拉通的标志即是陆壳克拉通化的地质表现和必然结果,它们主要是:

(1)没有造山带活动,而代之为有稳定的地台型盖层沉积;

(2)岩墙群侵入;

(3)大量的壳熔花岗岩;

(4)地幔岩与地壳中火成岩在时代上以及物质成分上的一致性和对偶性,后者体现了深部与浅部的关系。

克拉通化的意义

约25亿年的全球克拉通化的意义可以简单地归纳为三点:

(1)在地球上形成了与现今规模大致相当(>80%~90%)的陆壳;

(2)假设世界上的克拉通聚合成超级克拉通(大陆);

(3)上下地壳分层、壳幔圈层耦合,支持有大陆岩石圈形成,并与古大气圈和古水圈达到平衡。

华北的克拉通化与陆块形成

华北克拉通是世界上著名的古老陆块,它具有~38亿年(3.8Ga)的漫长历史,与其它克拉通相比,有更为复杂的多阶段的构造演化,记录了几乎所有的地球早期发展的重大构造事件,并在中生代又发生了减薄与改造(破坏)。

陆核与巨量陆壳形成

华北有若干古老的陆核,它们由花岗质片麻岩和变质的沉积砂岩中的~3.0~3.8Ga亿年的古老锆石来作为指示标志。最近,华北中部、南部和西部的元古宙变质沉积岩和显生宙沉积岩中不断有3.7~3.8Ga的碎屑锆石被报道,因此推测冥古宙晚期-太古宙早期的古老陆壳岩石在华北可能比原来想象的分布更广。在华北南缘的古生代火山碎屑岩中还发现有~4.1Ga的锆石,带有~3.9Ga的变质环带,是目前在中国发现的最古老的锆石之一。

根据已有的地质资料,陆壳的80%~90%是在早寒武纪形成的,绝大多数形成在中-新太古代。具有3.0~2.5GaSm-Nd的模式年龄的陆壳岩石约占华北陆壳的78%,其中>3.0Ga的约占~15%,<2.5Ga约占7%,大部分陆壳(~55%)的形成应在2.7~2.9Ga之间,称为陆壳的巨量生长期。Hf同位素模式年龄最主要的分布区间在2.6~3.0Ga,并且有2.82Ga的峰值,与Nb同位素的地质意义相似。通过长英质片麻岩和火山岩的研究,全球陆壳的巨量增生在2.7~2.8Ga期间,主要的岩石类型是高钠的长英质片麻岩(TTG),其次是镁铁质-超镁铁质火山岩。此次陆壳增生大多被推测与超级地幔柱事件相关。华北陆壳的增生与全球一致。太古宙的陆壳增生一般认为是围绕着古老陆核形成微陆块。华北的太古宙微陆块根据不同的研究者的划分约有10~5个,比较明确的7个太古宙微陆块是胶辽(JL)、许昌(XCH)、迁怀(QH)、鄂尔多斯(ER)、徐淮(XH)、集宁(JN)、和阿拉善微陆块(ALS)。

新太古代末的克拉通化过程与标志

继2.7~2.9Ga的巨量陆壳增生后,新太古代晚期华北经历了微陆块拼合和随后由变质作用和壳熔花岗岩、盖层沉积为标志的克拉通化。

前寒武纪成矿作用

华北克拉通有丰富的前寒武纪矿产,形成了一批超大型-大型矿床,铁矿、稀土、铅-锌、菱镁矿等储量巨大、潜力可观,为我国的矿产资源的可持续供应做出了巨大的贡献。前寒武纪成矿作用与克拉通的形成演化关系密切,换言之,重大的成矿事件与地壳的演化与增生的关系密切,与重大的构造事件一一对应,其中大多属矿产品种或类型,在地质演化历史上没有重复,为研究大规模金属元素的堆积与富集规律和成矿的大地构造背景,提供了难得的研究实例。

华北克拉通前寒武纪成矿很有特点,有与地质时代、构造背景密切相关的时空分布规律:

1)成矿类型与成矿作用与其他克拉通很相似;

2)矿产类型随地质时代变化有明显的变化,随时代变新,矿产类型更加丰富;

3)元古宙的矿产早期为活动带型,中期变为陆内裂谷型;

4)矿床与围岩的变质程度随时代变新而变浅,早期矿床多发生强烈的变质与变形;

5)前寒武纪矿产多与火山与沉积岩层序共生,与TTG片麻岩和花岗岩演化的关系相对较弱。

总的来说,太古宙以条带状硅铁建造为主,成矿时代从33亿年到25亿年,以30~25亿年为主。虽然它们在高级区和绿岩带中都有分布,但是都与变质火山岩关系密切。块状硫化物矿床只出现在新太古代晚期的绿岩带中。太古宙与镁铁质侵入岩有关的铜-镍-铬矿床较少。太古宙绿岩带金矿在华北克拉通不发育,这与华北多期克拉通化和相关的变质作用和混合岩化作用、以及中生代的地壳活化和改造有关。古元古代的成矿作用与活动带的演化有关,矿产类型丰富多彩,有古火山、斑岩型铜矿、层状铅-锌矿床和硼-铁(镁)矿床等。在古元古代末-中元古代的成矿作用受裂陷槽-裂谷的演化控制,有与陆内(缘)裂谷有关的SEDEX型铅-锌-铜矿床、与非造山岩浆作用有关的钒-钛-铁-磷矿床,以及与陆缘-浅海沉积有关的铁矿,尤其以沉积热液交代型稀土-铌-铁矿床,受到全世界的关注。此外,华北前寒武纪还有较丰富的硼矿、磷矿、石墨矿等,也有与超镁铁质岩体有关的镍矿等。同时由于华北克拉通的多起克拉通化(前寒武纪变质作用与岩浆作用)以及中生代的克拉通破坏与重建,使得在太古宙形成的金矿被叠加、改造或者贫化、再富集。

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