盧惠華 李修平 郝河

摘 要：有學者認為，密懷地區(qū)四合堂群層狀地質體（表殼巖和鐵礦）因受韌性剪切帶的剪切作用，變成了一個夾構造殘留體的巨大巖漿雜巖體。鐵礦體因被剪斷、位移、丟失，以至造成礦產(chǎn)的巨大損失，從而影響礦床的工業(yè)評價。以鐵礦、雜巖體、地層、混合巖化、塊狀無序的變質巖等為研究重點，多數(shù)單位認為，該區(qū)可劃分出兩塊面型分布的表殼巖。鐵礦勘探，全區(qū)獲得了十億噸儲量，成果豐碩。四合堂群的鐵礦雖然厚度不大，但沒有發(fā)生被剪切帶剪斷而丟失的情況，大多數(shù)鐵礦都穩(wěn)定的向下延伸了幾百米。以事實為據(jù)，勘探隊認為，對該爭議地質體的認識，稱巖漿雜巖體不合適，它仍應保留原來的提法，即：四合堂群層狀地質體。

關鍵詞：韌性剪切帶;巖漿雜巖體;四合堂群;層狀地質體;鐵礦;密懷隆起

Abstract： Some scholars believe that due to the shear action of ductile shear zone， the layered geological body （surface crust rock and iron ore） of the Sihetang Group in Mihuai area has become a huge magmatic complex intercalated with structural residual body （or structural barrier body）. As a result， the iron ore body is displaced and lost due to shearing， resulting in huge loss of mineral reserves， thus affecting the industrial evaluation of the deposit. This paper carries out a comprehensive geological research， focusing on iron ore， complex， stratum， migmatitization and massive disordered metamorphic rocks. The results show that the majority belief is that this area can be divided into two large surface-type distributed surface crust rocks. Iron ore exploration in the whole region has uncovered 1 billion tons of reserves. Although the ore body in the Sihetang Group is not thick， most of the iron ores extends steadily downward for hundreds of meters without much loss due to shear actions. Based on the facts， it is considered that the magmatic complex is not suitable to call this controversial geological body magmatic complex. It should still retain the original name， i.e.， the layered geological body of the Sihetang Group.

Keywords： ductile shear zone; magmatic complex; Sihetang Group; layered geological body; iron ore; Mihuai Uplift

北京出露有一塊古老的變質巖，分布在密云、懷柔地區(qū)，面積約1500 km2。地質學者稱其為密懷隆起。那里有豐富的礦產(chǎn)，特別是鐵、金和銀等金屬礦產(chǎn)。20世紀20年代，我國老地質專家孫建初、王曰倫等首次將其劃歸為太古宇，稱桑干系。20世紀50—60年代（1958—1960年），北京地質學院和北京市地質局合作，組成區(qū)測聯(lián)合大隊，在該區(qū)正式開展1∶50 000填圖。索書田和葉盛基等認定它們屬于早前寒武系的火山-沉積變質巖，分為2個群7個組，2個群是密云群和張家墳群。這套成果，在生產(chǎn)和教學中發(fā)揮了重要作用，但是，也存在不少問題，受到多方面的挑戰(zhàn)。改革開放，為趕超先進，改變落后局面，地質礦產(chǎn)部決定要 “把當代地質科學領域中的新理論、新觀點、新技術、新方法運用到區(qū)域地質調(diào)查中，改革傳統(tǒng)的區(qū)域填圖方法，進一步提高我國區(qū)域地質研究程度，趕上或達到世界先進水平”。為此，80年代中期，中英兩國決定在河北地區(qū)對“冀東太古宙地質”項目進行合作研究（河北局與英國皇家學會合作）。在部直管局的領導下，長春地質學院擔任技術指導。新理論認為，地球上早前寒武紀古老物質分布區(qū)的巖石，絕大部分為塊狀無序的變質侵入巖。工作上采用“構造-巖石-事件法”進行填圖研究，北京是推廣應用地區(qū)之一。

1 水派火派之爭（80—90年代）

20世紀80年代中期—90年代，在密懷地區(qū)工作的單位主要有北京市地質礦產(chǎn)局101地質隊（今北京市地質工程設計研究院，簡稱101地質隊）、北京市地質礦產(chǎn)局102地質隊（今北京市地質調(diào)查研究院，簡稱102地質隊）、長春地質學院、中國地質大學（武漢）、天津地質礦產(chǎn)研究所等。101地質隊在以往工作的基礎上，于1982—1994年提交了《北京早前寒武紀地質及鐵礦》專題研究報告。報告堅持認為，該區(qū)古老變質片麻巖是以火山—沉積變質巖（水派）為主，并劃分為密云群和四合堂群（原稱張家墳群）兩套不同的表殼巖（表1）。該隊指出四合堂群為區(qū)域性變質巖系，是一套中基性—中酸性火山碎屑沉積巖，經(jīng)受角閃巖相變質作用，主要為黑云質角閃質斜長片麻巖、變粒巖、淺粒巖、片巖以及斜長角閃巖、變質長石砂巖、磁鐵石英巖等，混合巖化較弱。

20世紀70年代中期，長春地質學院已在該地區(qū)工作。該院對密懷地區(qū)古老片麻巖進行大比例尺（1∶10 000—25 000）地質填圖，確認密云群片麻巖為表殼巖。盧良兆在該群下部，劃出了一部分巖石，稱之為葦子峪組變質巖。此外，該院對四合堂群地質體做出了新的解釋和推斷。該地區(qū)（崎峰茶斷裂與石城斷裂之間）發(fā)育韌性剪切帶，由6～8個近于平行的強應變帶和弱應變域組成。受強烈的剪切作用，該地體變成了一個夾表殼巖構造殘留體（或構造堆壘體）的巨大巖漿雜巖體（火派）。1987年，王恩林在《構造地質專輯》中，稱其為三棱山巖漿雜巖體（英云閃長巖、花崗閃長巖、角閃石巖和閃長巖）。麥延慶稱其為三岔口（英云閃長巖—花崗閃長巖）巖漿雜巖體。巖漿雜巖體，巖漿巖一般占80%～85%，表殼巖只占15%～20%。102地質隊是在80年代后期進入老變質巖區(qū)工作的。1987—1990年，該隊同時開展1∶50 000琉璃廟幅、范各莊幅和懷柔幅1∶200 000區(qū)調(diào)，1991—1994年完成和提交1∶50 000三幅（密云、高嶺、墻子路）聯(lián)測區(qū)調(diào)報告。在大量工作基礎上，該隊建立了全區(qū)10個變質巖石地層單位，認為密懷地區(qū)古老變質巖絕大部分為“塊狀無序”的變質侵入巖（火派），表殼巖呈小個體、分散、孤立產(chǎn)出在古老變質侵入體中，未發(fā)現(xiàn)面型分布的表殼巖，認為密云群和四合堂群變質巖差異不大，并將兩者合并，稱之為沙廠英云閃長質片麻巖（鮑亦岡等，2001）。

1994—1996年，我國開展全國性地層清理。北京采用新觀點處理老變質巖區(qū)的地層，認為以前采用的“地層和混合巖化觀點過時了”，從而把密懷地區(qū)2個群的老地層合并成了巖漿巖體，從此，密云群和四合堂群表殼巖正式從全國地層表中被撤消了。這個結果，巖漿巖觀點（火派）火起來了，水派（沉積-變質）觀點受到了重大的沖擊。

2 成果綜合研究（世紀交替期間）

2.1 鐵礦和巖漿雜巖體

（1）鐵礦分布圖和鉆孔剖面圖的編制

馮家峪—四合堂鐵礦是一個大型鐵礦，長度十余千米，寬度1～2 km。為便于開展工作，縮短勘探周期，勘探隊把這個礦帶分為4個礦段。探完1個，就近搬到下1個。每個礦勘測1∶2000地形地質圖。工作時，更多地是看礦段大比例尺地質圖。但是，為看清鐵礦的大面貌及其氣勢，在礦段地質圖的基礎上縮編了小比例尺的地質圖（圖1）。鉆孔剖面圖則是突出鐵礦體，省去與礦無關之物。

（2）地表未見巖漿雜巖體

韌性剪切帶發(fā)生剪切作用后，夾表殼巖和鐵礦的巖漿雜巖體應在礦區(qū)內(nèi)留下有它的活動足跡。但是，跟蹤地表十余千米的鐵礦帶，有探槽揭露，有礦區(qū)1∶2000填圖，但是，未發(fā)現(xiàn)有夾表殼巖和鐵礦構造殘塊的巨大巖漿雜巖體。片麻巖具片理化、糜棱巖化，但不很強烈、也不十分普遍。整個四合堂群片麻巖，層狀構造的架子仍然比較明顯。

（3）深部也未見夾有表殼巖的巖漿雜巖體

四合堂區(qū)段（上峪、石炮溝、山神廟、四合堂）4個鐵礦的勘探，130多個鉆孔，3萬多米進尺，沒有看到構造堆壘體。看到的鐵礦和片麻巖不是構造殘塊，而是延伸較規(guī)則的各種層狀地質體。

（4）鐵礦不是混合物的成員

巖漿雜巖體是混合物。勘探發(fā)現(xiàn)，鐵礦獨身一體，似層狀延伸，與表殼巖一起互層產(chǎn)出，彼此有清晰的界線。受剪切的影響未與其他巖石（巖漿巖或表殼巖）形成雜巖體。

（5）勘探隊對四合堂群鐵礦的評價

勘探報告認為，四合堂群鐵礦“礦體形態(tài)簡單，多成似層狀，長度大、厚度小，但產(chǎn)狀、厚度變化不大，延伸穩(wěn)定”（圖1）。四合堂群鐵礦厚度一般1～10 m（僅上峪有28 m），其連續(xù)性、穩(wěn)定性、規(guī)律性好于密云群鐵礦。如果從鐵礦勘探類型角度看，密云群鐵礦可劃為第三類型，四合堂群鐵礦應劃為第二類型。實際上，101地質隊對四合堂群鐵礦選用的勘探間距比密云群的明顯偏稀。

（6）四合堂群鐵礦是否有根？

勘探結果發(fā)現(xiàn)，四合堂群鐵礦向下延伸和沉積型鐵礦一樣是有“根”的。上峪和山神廟鐵礦床，礦體傾斜延深達600 m以上（圖2、圖3）。由于鐵礦向下延伸較穩(wěn)定，探明礦帶儲量達到2.51億t（大型鐵礦）。4個礦的儲量規(guī)模經(jīng)儲量評審機關審查都達到了中型礦。如果按剪切觀點，礦體的“根”都被剪掉了，礦沒有了“根”，它的延深就很淺，礦床就沒有希望。整個礦帶的儲量規(guī)模，就是中—小型的了。

上述情況表明，四合堂鐵礦雖經(jīng)受了剪切作用，但剪切力向下減弱，受剪體未被剪斷和丟失，礦體的“根”仍保留著。以事實為依據(jù)，勘探隊員認為該地質體不屬于巖漿雜巖體，它仍然是原來的四合堂群層狀地質體。是一看得見，模得著，可測量其大小，并進行儲量計算的地質實體。

2.2 地層成果

3個單位填圖成果引人關注：

（1）北京地質調(diào)查研究院1∶200 000區(qū)調(diào)（懷柔幅）成果，認定宋營子組東段、山神廟組和西灣子組地質體為面型分布的表殼巖。

（2）中國地質大學（武漢）密云隊（1989—1992年）對不老屯幅填圖（1∶50 000），也認為該區(qū)可劃分出四合堂表殼巖和大漕表殼巖兩個巖石地層單位。

（3）天津地礦研究所在20世紀末（1996—1998年）對該區(qū)進行工作。2001年提交《北京地區(qū)早前寒武紀結晶基底》專題研究成果（金文山，2000）。報告指出，密懷地區(qū)有兩套表殼巖系：一套是沙廠—大漕混合巖化表殼巖系，另一套是四合堂混合巖化表殼巖系。后者，分布范圍（比原范圍略?。┫喈斢谠暮咸萌旱乃螤I子組、西灣子組和山神廟組，巖系主要為區(qū)域變質巖類（變粒巖和斜長角閃巖），鐵礦為陽起石磁鐵石英巖，變質相屬低角閃巖相。此外，天津地礦研究所還指出我國有些單位（包括北京）有填圖擴大化的傾向，主要是把條帶狀混合巖化片麻巖當作了巖漿巖。

以上情況表明，20世紀末—21世紀初，大部分參加密懷地區(qū)填圖工作的單位都同意了這樣的看法。即：密懷隆起的核心區(qū)有兩塊面型分布的表殼巖，即：密云群（沙廠組和大漕組）混合巖化表殼巖和四合堂群（宋營子組、山神廟組、西灣子組、陽坡地組）混合巖化表殼巖?，F(xiàn)在，回頭看整個填圖歷程，開始時，是一面倒向了火派，21世紀初變成了以水派為主，這是一個重大的變化。表示持水派觀點的單位越來越多，可以說，大多數(shù)單位現(xiàn)在有了共識，密懷隆起區(qū)早前寒武紀古陸殼是以火山-沉積變質巖為主的分布區(qū)。

3 總結新成果（新世紀初期）

21世紀頭20年，在經(jīng)歷了對立時期的激烈爭論，對成果進行綜合研究之后，同事們開始總結新成果。2017—2019年，筆者共編寫了4篇文章。分別是：《磁鐵石英巖鐵礦被誰俘虜？》《密云鐵礦的成因認識過程》《北京太古宙水火之爭》《密懷隆起——我國早前寒武紀古陸殼的重要研究基地》。頭兩篇重點總結沙廠這個典型礦床的成果，后兩篇以典型礦床為據(jù)，全面展開論述。成果發(fā)表在《城市地質》和《盧惠華文集》、《中國地質學會地質學史專業(yè)委員會笫28屆學術年會》（論文匯編）。以后兩篇文章為主。

3.1 《北京太古宙水火之爭》提出下列5個問題討論

《北京太古宙水火之爭》一文，主要討論北京早前寒武紀古陸殼是以沉積變質巖為主（水派）還是以巖漿巖（火派）為主的問題。爭論焦點集中在塊狀無序的變質巖、礦體的形態(tài)產(chǎn)狀、巖漿巖對鐵礦的影響、混合巖化、兩群合一等5個問題上。爭論可分兩個階段，前60年，水派觀點占統(tǒng)治地位。后60年初期，火派占了優(yōu)勢。近年來，水派觀點強勢回歸。

3.2 近年來取得的重要新成果（文稿、信息、數(shù)據(jù)）

（1）近年來，經(jīng)地質填圖反復查證，密云群古老片麻巖確實存在一系列走向北東，傾向北西的緊密同斜褶皺。這是在區(qū)域地質調(diào)查、礦床勘探和采礦成果的基礎上得出的結論。沙廠、兵馬營、達巖、大小漕等鐵礦勘探提供了一批褶皺構造研究成功的例子。系列褶皺在大漕地區(qū)尤為明顯。

（2）鐵礦是標志物，礦層是標志層。鐵礦地表呈紅色，巖性堅硬，突出地表，成為明顯的找礦標志。從鉆孔中取出的巖芯，呈明亮的黑色，也是重要的標志物。鐵礦層是礦區(qū)的標志層，對研究區(qū)內(nèi)的地層劃分、褶皺構造起重大作用。

（3）鐵礦研究的重大成果。密懷地區(qū)已探明鐵礦儲量十億噸，全國排名第11位。在我國首屆科學大會上，沙廠鐵礦研究獲兩項大獎，它修正了一些錯誤認識。有些人認為密懷地區(qū)的巖石都是老的變質巖漿巖，鐵礦都是以構造殘塊、俘虜體、包體產(chǎn)出在其中的。勘探隊不同意這種看法，他們認為，礦區(qū)的片麻巖是層狀的表殼巖，鐵礦是產(chǎn)出在層位中的地質體，它以層狀、似層狀、扁豆狀等形態(tài)產(chǎn)出。它不是構造殘塊、不是俘虜體、更不是包體。如果礦體是殘塊、俘虜體、包體，探明10億t儲量的任務是不可能完成的。

（4）區(qū)域構造特征研究，由點及面。前期沙廠鐵礦只查明了單個向斜構造，后期利用物探資料綜合研究，發(fā)現(xiàn)了沙廠系列性褶皺構造（四礦帶向斜—鐵西背斜—沙廠向斜—鐵東背斜 ）（圖4），這對區(qū)域大面積褶皺構造的研究，啟發(fā)很大。

（5）三大含鐵巖系的提出，有重要意義。鐵礦是標志物，是標志層。鐵礦在表殼巖中，被認為是最活潑、最具研究價值的地質體。三大含鐵巖系的提出，加深了對密懷隆起區(qū)域地質特點的認識。

（6）放馬峪基性巖墻群出現(xiàn)的意義。該巖墻在密云水庫附近出現(xiàn)，它與河北冀東太平寨出現(xiàn)的基性巖墻是同一時期的產(chǎn)物。它切穿了密云群的片麻巖。賀高品等（1993）取樣進行Sm-Nd測定分析，年齡2858 Ma。它可能是本區(qū)中太古代晚期基性巖漿活動一次重要的標志性事件。

（7）區(qū)調(diào)隊對密云群表殼巖6個樣品進行Sm-Nd測定（1994年），其中有3個模式年齡3454.98～4049.48 Ma，認為密云群表殼巖是古太古代的產(chǎn)物。

（8）地層研究的新認識。多年的工作查實，密懷隆起確實有兩套面型分布的表殼巖（盧惠華，2013）。密云群表殼巖以復式褶皺、麻粒巖相變質和沙廠-大漕含礦層位為特征，四合堂群表殼巖則以單斜層構造、角閃巖相變質和山神廟組含礦層位為特點。比較而言，四合堂群地質體的表殼巖特點更明顯，標志物和標志層更多，兩個群的差異十分明顯。

（9）提出了一個北京早前寒武紀巖石-地層劃分的新方案。據(jù)收集新資料編制而成的這個（北京太古宙巖石頭地層單位劃分表）三分方案（表2），密云群沙廠組、大漕組屬于古太古代，放馬峪基性巖墻等為中太古代，四合堂群西灣子組、山神廟組為新太古代。

（10）密云冶金礦山公司是在20世紀70年代初對密云群沙廠鐵礦進行開采的。但是，至世紀末，四合堂群鐵礦尚未經(jīng)過開采實踐的驗證。2003年鐵礦價格回升，公司下決心對四合堂鐵礦進行開發(fā)。全公司以鐵礦采選業(yè)為主，年產(chǎn)礦石400萬t，鐵精粉134萬t，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。開發(fā)實踐證明，四合堂群鐵礦和密云群鐵礦一樣，是有“根”的。

4 密懷隆起——我國早前寒武紀古陸殼的重要研究基地

此文是在全國地層清理工作的基礎上編寫而成的。2004年全國地層討論會，古太古代地層的代表產(chǎn)地，就只有河北曹家莊巖組一處，太少了。會上，沈其韓等（2004）在論述《我國早前寒武紀地層研究的主要新進展》時，把陳臺溝巖組表殼巖推了出來。該表殼巖位于鞍山市附近，北西-南東走向，帶狀延伸，直立或稍向南傾，面積很小，只有0.5 km2，但地質工作程度高。

密懷隆起具備成為我國早前寒武紀古陸殼研究基地的有利地質條件，但需提高研究程度。密懷隆起與陳臺溝巖組地質情況比較如下：

4.1優(yōu)勢

（1）密懷隆起出露巖石的面積廣、厚度大，陳臺溝很小。（2）密懷隆起和陳臺溝一樣，都有層狀和非層狀兩大類巖石-地層單元產(chǎn)出。但是，陳臺溝非層狀巖石-地層單元明顯。（3）密懷隆起最大的特點和優(yōu)點是有差異明顯的兩套面型的表殼巖，陳臺溝只有一套，因而，前者信息更豐富、資料更珍貴。（4）北京的表殼巖四周環(huán)境變化多。表殼巖頂、底接觸也比陳臺溝復雜。陳臺溝巖組四周環(huán)境被巖漿巖包圍，環(huán)境比較簡單。（5）密懷隆起的表殼巖有豐富的鐵礦，有三大含鐵層位，幾十個鐵礦產(chǎn)地，陳臺溝沒有。（6）密懷隆起出現(xiàn)的古基性巖墻與冀東的很相似，有較大的研究價值。（7）密懷隆起兩套表殼巖的構造模式不同，有以褶皺為主的，另一個呈單斜構造。陳臺溝只有部分地層顯示同斜褶皺。（8）北京的變質巖情況復雜，有高、低變質相。密云群為麻粒巖相，四合堂群為低角閃巖變質相。陳臺溝為角閃巖相，部分退變?yōu)榫G片巖相。（9）密懷隆起的一些表殼巖樣品Sm-Nd法測定，成果使人受到鼓舞。

4.2 不足之處

（1）密懷隆起地質研究程度不高，有待進一步加強工作。

（2）密懷地區(qū)古老巖石年代學的研究弱，方法不多，可利用數(shù)據(jù)也少。陳臺溝用多種方法，對多種巖石測試定年。如：斜長角閃巖，黑云變粒巖中的單粒鋯石、硅質火山巖和花崗巖巖席的鋯石等。據(jù)這些巖石的測試數(shù)據(jù)分析，陳臺溝原巖形成于古太古代，地層形成年齡為33億a，比鞍山群老。

5 結論

（1）經(jīng)研究比較，陳臺溝巖組雖小，但工作程度高，資料齊全。特別是巖石年齡和地層研究受到高度肯定。密懷隆起表殼巖分布廣，內(nèi)容多，信息量大，是一塊珍貴的地質研究寶地，它有可能成為我國古陸殼早前寒武紀地質研究的重要基地。

（2）建議開展新一輪區(qū)調(diào)工作，提出初步工作設想。

（3）加強地質工作的合作，可以考慮學校、研究所與地質單位合作的模式，面向京津冀古老變質巖區(qū)，組織一支強有力的區(qū)調(diào)研究隊。

（4）在熱烈慶祝中國共產(chǎn)黨成立100周年大慶之際，建議召開我國早前寒武紀百年地質研究成果匯報會，重點總結近些年的新成果，弘揚成績，明確方向，以利再戰(zhàn)。

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